青蒿素

青蒿素（Artemisinin）也稱黃花蒿素，是一種有機化合物，分子式為C₁₅H₂₂O₅，相對分子質量282.34。

青蒿素為無色針狀結晶，易溶於氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶於乙醇、乙醚，微溶於冷石油醚，幾乎不溶於水。因其具有特殊的過氧基團，它對熱不穩定，易受濕、熱和還原性物質的影響而分解。

青蒿素是治療瘧疾耐藥性效果最好的藥物之一，以青蒿素類藥物為主的聯合療法，是當下治療瘧疾的最有效最重要手段。近年來，隨著研究的不斷深入，青蒿素其它作用也被發現，如抗腫瘤、治療肺動脈高壓、抗糖尿病、胚胎毒性、抗真菌、免疫調節、抗病毒 、抗炎、抗肺纖維化、抗菌、心血管作用等多種藥理作用。

1969‒1972年間，中國藥學家屠呦呦參與的523課題組發現並從黃花蒿中提取了青蒿素並開創瘧疾治療新方法，屠呦呦也因此獲得2011年拉斯克臨床醫學獎和2015年諾貝爾生理或醫學獎（與另外兩位科學家分享）。

基本介紹

• 中文名：青蒿素
• 外文名：Artemisinin
• 化學式：C15H22O5
• 分子量：282.34
• CAS登錄號：63968-64-9
• 熔點：156 至 157 ℃ 
• 水溶性：幾乎不溶
• 密度：1.300 g/cm 
• 外觀：無色針狀結晶
• 套用：治療瘧疾、抗腫瘤、治療肺動脈高壓、抗糖尿病等

研究歷程

瘧疾是人類最古老的疾病之一，至今依然還是一個全球廣泛關注且亟待解決的重要公共衛生問題。

早在 1631 年，義大利傳教士薩魯布里諾（Agostino Salumbrino）從南美洲秘魯人那裡獲得了一種有效治療熱病的藥物——金雞納樹皮（cinchona bark）並將之帶回歐洲用於熱病治療，不久人們發現該藥對間歇熱具有明顯的緩解作用。1820 年法國化學家佩爾蒂埃（Pierre Joseph）和藥學家卡文托（Joseph Bienaimé Caventou）從金雞納樹皮分離治療瘧疾的有效成分並將之命名為奎寧（quinine）。

1944 年美國有機化學家伍德沃德（Robert Woodward）與德林（William Doering）第一次成功地人工合成奎寧。此後，科學家們對抗瘧藥不斷改進，形成了以奎寧等為代表的芳、雜環甲醇類，以氯喹等為代表的 4 -氨基喹啉類，以及以阿莫地喹等為代表的雜環氨酚類抗瘧藥。這些抗瘧藥在人類防治瘧疾方面起到了重要作用。

百科×混知：圖解瘧疾

20世紀60年代初，惡性瘧原蟲在一些區域已經出現對氯喹的抗藥性，尤以東南亞最為嚴重。當時，隨著越南戰爭的逐步升級，抗氯喹惡性瘧的侵襲困擾交戰雙方，導致作戰部隊大量減員。為此，美國投入大量的人力、物力來研究瘧疾，主要目標是尋找新型的抗瘧藥物。其中，美國華爾特·里德陸軍研究所（Walter Reed Army Institute of Research）從20世紀60年代末開始篩選了20多萬種化合物。越南方面受條件所限，無力研製開發新藥，於是請求中國幫助解決瘧疾防治問題。

1967年5月23日，國家科委、中國人民解放軍總後勤部在北京聯合召開會議。會議決定，爭取在較短時間內重點解決抗藥性瘧疾的防治藥物、抗藥性瘧疾的長效預防藥和驅避劑三個方面的問題。設立代號為523項目的抗瘧藥物研究工作。在接下來14年中，來自60所軍民機構的500位科學家參與了此項目。

1967年瘧疾防治領導小組組成

1967年“523”計畫研究專題

前期探索——從傳統藥物中篩選目標產物

“523任務”制定的《中醫中藥、針灸防治瘧疾研究規劃方案》第二項為“民間防治瘧疾有效藥物和療法的重點調查研究”。該方案的備註中列出了根據文獻調查提出的作為重點研究的藥物，其中列有青蒿（排在第5位）。但是，在之後的記錄中沒有發現有關青蒿篩選的相關記載。

1969年1月21日，中醫研究院（現中國中醫科學院）中藥研究所加入“523任務”的“中醫中藥專業組”，屠呦呦被任命為中醫研究院項目小組組長，組員是余亞綱和郎林福。

1970年，“全國523辦公室”安排軍事醫學科學院的顧國明到北京中藥所協助他們從傳統中藥中尋找抗瘧藥物。余亞綱查閱中醫藥文獻，並且以1965年上海市中醫文獻館出版的《瘧疾專輯》為藍本，進行整理分析後列出重點篩選的藥物為：烏頭、烏梅、鱉甲、青蒿等。他們共用水煎或乙醇提取，篩選了近百個藥方，北京中藥所檔案顯示，從1970年2月開始，屠呦呦小組一共送了10批166種樣品到軍事醫學科學院進行檢測，其中第8批中最後一個藥物為雄黃，抑制率為100%；第9批中也出現了幾次雄黃，抑制率均在90%以上；青蒿出現第10批樣品中，抑制率顯示為68%，其提取溶劑為乙醇。

1971年下半年，屠呦呦領導的科研小組（包括鐘裕蓉、郎林福等）從東晉葛洪《肘後備急方之治寒熱諸瘧方》中“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”的記載中受到了啟發，認為溫度高有可能對青蒿有效成分造成破壞而影響療效，便由用乙醇提取改為用沸點比乙醇低的乙醚提取。

青蒿素的發現

1971年5月21日～6月1日全國瘧疾防治研究工作座談會在廣州召開，會後，北京中藥所重新組織了研究小組，屠呦呦仍任組長，與組員鐘裕蓉繼續提取中藥，郎林福和劉菊福做動物試驗。根據北京中藥所的藥物篩選記錄，1971年7月26日篩選（序號16）青蒿抑制率12%，9月1日（序號114）青蒿醇抑制率40%，10月4日（序號191）青蒿乙醚抑制率達100%。1971年1月起，屠呦呦小組開始大量提取青蒿乙醚提取物，並於當年6月底完成了狗的毒性試驗。為了能儘快開展臨床試驗，在當年對青蒿乙醚提取物對狗的毒性試驗結果尚存在一定爭議的同時，6～8月期間，屠呦呦、郎林福、岳鳳仙與章國鎮、嚴述常、潘恆傑、趙愛華、方文賢先後以不同劑量分作兩批進行了青蒿乙醚中性提取部分的自體試服，均未出現明顯的毒副作用。

1972年3月8日，屠呦呦作為北京中藥所的代表，在“全國523辦公室”主持的南京“中醫中藥專業組”會議上作題為《用毛澤東思想指導發掘抗瘧中草藥工作》的報告，報告了青蒿乙醚中性粗提物的鼠瘧、猴瘧抑制率達100%的結果，引起全體與會者的關注。資料顯示，復篩時屠呦呦從本草和民間的“絞汁”服用的說法中得到啟發，考慮到有效成分可能在親脂部分，於是改用乙醚提取，這樣動物效價才有了顯著提高，使青蒿的動物效價由30%～40%提高到95%以上。

1972年8月，屠呦呦帶隊在海南島開展青蒿乙醚中性提取物的臨床療效試驗。期間，倪慕雲設計了色譜柱分離的前處理，使青蒿乙醚提取物中性部分的抗瘧作用再次得到提高。鐘裕蓉從文獻獲知矽膠柱分離中性化合物更有效，於是便與助手崔淑蓮在倪慕雲柱前處理的基礎上，按文獻提供的方法用矽膠柱層析，石油醚-乙醚（後改為石油醚-乙酸乙酯）梯度洗脫，分離乙醚中性提取物。

1972年11月8日，改用上海試劑廠生產的矽膠柱分離，然後用石油醚和乙酸乙酯-石油醚（不同比例）多次洗脫。最先獲得少量的針狀結晶，編號為“針晶Ⅰ”（No.1或針1）；隨後洗脫出來的針狀結晶編號為“針晶Ⅱ”（No.2或針2）；再後來得到的另一種方形結晶，編號為“結晶Ⅲ”（No.3或方晶）。同年12月初，經鼠瘧試驗證明，“針晶Ⅱ”是唯一具備抗瘧作用的有效單體。此後，北京中藥所向“全國523辦公室”匯報時，將抗瘧有效成分“針晶Ⅱ”改稱為“青蒿素Ⅱ”，有時也稱青蒿素。再後，北京中藥所均稱“青蒿素Ⅱ”為青蒿素。

1975年6月，北京中藥所重新開展青蒿素的臨床研究，與湖北健民製藥廠合作，用四川酉陽黃花蒿、雲南溶劑汽油法提取青蒿素（黃花蒿素），分別在海南或與湖北醫科院、武鋼和河南等單位合作進行的。

1977年《科學通報》第22卷第3期，首次發表了青蒿素化學結構及相對構型的論文，題目是《一種新型的倍半萜內酯——青蒿素》。青蒿素的結構完全公諸於世。

其他抗瘧藥物的發現

1972年10月21日，山東省寄生蟲病研究所研究人員在用乙醚及酒精對山東產的黃蒿進行提取，經動物試驗，獲得較好的效果後，向“全國523辦公室”作了書面報告並指出：黃花蒿的提取物抗鼠瘧的結果，與北京中藥所青蒿提取物的實驗報告一致。當年11月，山東省中醫藥研究所從山東省泰安地區采來的黃花蒿（ArtemisiaannuaL.）中分離提取出7種結晶，其中第5號結晶命名為“黃花蒿素”，具有抗瘧作用。1972年底，雲南“523辦公室”副主任傅良書得知了北京中藥所青蒿研究的情況後，提出利用當地植物資源豐富的有利條件，對菊科蒿屬植物進行普篩。

1973年，羅澤淵在雲南大學校園內發現了一種一尺多高、氣味很濃的艾屬植物——“苦蒿”，結果發現“苦蒿”的乙醚提取物有抗瘧效果，復篩後結果一樣後改稱為“黃蒿素”。

1978年，蒿甲醚與青蒿琥酯分別研製成功。

1989年12月，“抗瘧新藥——青蒿琥酯”獲得國家發明三等獎。

1996年12月，中國科學院上海藥物研究所的“抗瘧新藥——蒿甲醚”發明獲得國家發明三等獎。

結構測定

1973年初，北京中藥所開始著手對青蒿素Ⅱ進行結構測定，但由於化學研究力量和儀器設備薄弱，結果不理想。

自1974年2月到1976年間，北京中藥所先後派出倪慕雲、鐘裕蓉、樊菊芬和劉靜明到中國科學院上海有機化學研究所（簡稱“有機所”）參與結構測定工作。

1975年，屠呦呦與中國科學院生物物理研究所（簡稱“生物物理所”）取得聯繫並開展協作，用當時國內先進的X衍射方法測定青蒿素的化學結構。在1975年底至1976年初得到了青蒿素的晶體結構。後經梁麗等在精細地測定反射強度數據的基礎上，確立了青蒿素的絕對構型。

臨床驗證

1973年9月，北京中藥所研究人員帶上所里分離獲得的青蒿素Ⅱ100多克赴海南開展臨床驗證，一共做了8例臨床，其中惡性瘧5例、間日瘧3例。結果顯示，青蒿素對間日瘧有效，但是未能證明對惡性瘧的效果。

1974年5月中上旬，山東省黃花蒿協作組在山東巨野縣城關東公社朱莊大隊用黃花蒿素對10例間日瘧患者進行臨床觀察，效果很好。9月8日，雲南臨床協作組的陸偉東、王學忠帶著黃蒿素到雲縣、茶坊一帶進行臨床效果觀察。並且提供藥給廣東中醫學院的李國橋率醫療隊開展的腦型瘧的救治以及“7351”的臨床驗證等工作。到當年年底，廣東醫療隊共驗證了18例，其中惡性瘧14例（包括孕婦腦型瘧1例、黃疸型瘧疾2例）、間日瘧4例。匯集之前雲南協作組驗證的3例患者，雲南提取的黃蒿素首次共驗證了21例病人，其中間日瘧6例、惡性瘧15例，全部有效。此次試驗明確了黃蒿素對惡性瘧疾的效果。

1975年4月，在成都召開了“523任務”中醫中藥專業座談會。由於李國橋等用黃蒿素治療惡性瘧取得了良好效果，制定了當年的研究計畫，開始進行全國範圍內的臨床驗證。

截至1978年11月青蒿素（包括黃花蒿素、黃蒿素）治療瘧疾科研成果鑑定會時，參與青蒿及青蒿素研究和協作的單位有45家之多。這些單位用青蒿粗製劑、青蒿素共進行了6555例的臨床驗證，用青蒿素製劑治療的有2099例，其中惡性瘧588例（含腦型瘧141例）、間日瘧1511例。

青蒿素改進

青蒿素對瘧疾具有速效、低毒的特點，但是用後其“復燃率”很高，而且只能口服，生物利用度低，且因溶解度小而難以製成注射劑液用於搶救嚴重病人。

1976年2月，“全國523辦公室”將青蒿素結構改造的任務下達給中國科學院上海藥物研究所（簡稱“上海藥物所”）。上海藥物所發現雙氫青蒿素的效價比青蒿素高1倍。由於雙氫青蒿素的分子中存在半縮醛的結構，性質不夠穩定，而且溶解度也未見改善。李英等又從雙氫青蒿素出發合成了它的醚類、羧酸酯類和碳酸酯類衍生物。顧浩明等通過動物試驗，發現幾十個衍生物的抗瘧活性幾乎都高於青蒿素。其中，SM224（後命名為“蒿甲醚”）的油溶性大、性質穩定，抗瘧活性是青蒿素的6倍。

1977年8月，桂林製藥廠劉旭等設計合成了10多個青蒿素衍生物；其中雙氫青蒿素的琥珀酸半酯在鼠瘧篩選中抗瘧效價比青蒿素高3～7倍，可生成溶於水的鈉鹽，用於製備水溶性靜脈注射劑，是救治重症瘧疾的速效、方便使用的劑型。

1978年7～9月，在完成藥學、藥理、藥代、藥效、毒理、製劑等實驗研究後，領導小組批准蒿甲醚在海南島進行首次臨床試驗，臨床試驗證明療效很好。

1990年，北京中藥所邀請中國醫學科學院藥物研究所、軍事醫學科學院微生物流行病研究所等單位討論，認為雙氫青蒿素是蒿甲醚和青蒿琥酯的體內活性代謝產物，而且生產成本較低，可以作為開發對象。於是啟動了對雙氫青蒿素的抗瘧藥理、毒理和安全性的評價，後由廣州中醫學院進行臨床試驗，先後在海南島收治惡性瘧患者349例。其中，7天療程總劑量480毫克治療了239例，觀察28天后，發現治癒率達97.5%，結果表明雙氫青蒿素具有良好的抗瘧效果。

青蒿素組方

1982年下半年，軍事醫學科學院周義清和滕翕和向中國青蒿素及其衍生物研究指導委員會提出“合併用藥延緩青蒿素抗性產生的探索研究”立題申請，得到批准，並提供啟動經費。鄧蓉仙、滕翕和組織自主研發的本芴醇（也是“523任務”期間的成果之一）與青蒿素組方既顯示出速效的特點，又有治癒率高的優點。最後經過鼠瘧、猴瘧的各種實驗之後發現蒿甲醚和本芴醇1:6配比適宜，並於1992年完成了全部研究工作。為了進一步提高療效，縮短療程，延緩抗藥性的產生，中國科學家用青蒿素及其衍生物與“523任務”期間或之後化學組研究人員研發的新化學抗瘧藥配伍，不僅發明了蒿甲醚本芴醇複方（coartem），還有雙氫青蒿素磷酸哌喹複方（artekin）、青蒿素磷酸萘酚喹複方（arco）、複方哌喹片（CV8）、青蒿素-哌喹片（artequick）等。青蒿素類抗瘧藥組成複方或聯合用藥（ACTs），已被世界衛生組織（WHO）確定為全球治療瘧疾必須使用的唯一用藥方法。利用青蒿素類藥複方加服小劑量的伯喹治療現症病人以阻止瘧疾傳播的技術，也被WHO確認和推薦。

2016年，科學雜誌《eLife》刊登，德國馬克斯普朗克分子植物生理學研究所專家發明了利用COSTREL方法從菸草中大量提取青蒿素的方法。2019年6月17日，新華社電，經過三年多科研攻堅，屠呦呦團隊在“抗瘧機理研究”“抗藥性成因”“調整治療手段”等方面終獲新突破，提出新的治療應對方案：一是適當延長用藥時間，由三天療法增至五天或七天療法；二是更換青蒿素聯合療法中已產生抗藥性的輔助藥物。國際頂級醫學期刊《新英格蘭醫學雜誌（NEJM）》刊載了屠呦呦團隊該項重大研究成果和“青蒿素抗藥性”治療應對方案。

物理性質

青蒿素的分子式為C₁₅H₂₂O₅，分子量282.34。它是一種新型倍半萜內酯，具有過氧鍵和δ-內酯環，有一個包括過氧化物在內的1,2,4-三噁烷結構單元，這在自然界中是十分罕見的，它的分子中包括有7個手性中心。它的生源關係屬於青蒿素類型，其特徵是A、B環順聯，異丙基與橋頭氫呈反式關係，青蒿素中A環碳架被一個氧原子打斷。

青蒿素為無色針狀結晶，熔點為156～157℃，[α]D=+66.3°（c=1.64氯仿）。易溶於氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶於乙醇、乙醚，微溶於冷石油醚，幾乎不溶於水。因其具有特殊的過氧基團，它對熱不穩定，易受濕、熱和還原性物質的影響而分解。IR譜（KBr）具有一個六元環內酯（1745 cm）和過氧基團（831，881，1115 cm）。不含雙鍵，無紫外吸收。高分辨質譜（m/e282.1472M）及元素分析（C63.72%，7.86%）。結晶學參數：空間群，晶胞參數a=24.098 Å，b=9.468 Å，c=6.399 Å。密度：實驗d₀=1.30 g/cm，計算d₀=1.294 g/cm，單胞中分子數Z=4。

化學性質

青蒿素是一種內酯，因而可以與鹽酸羥胺發生反應，產物遇鐵離子顯色。雖然青蒿素含有過氧鍵，但相較於其他的過氧化物，青蒿素化學性質較為穩定，加熱到熔點仍不分解。青蒿素可被三苯膦或碘離子定量地還原，這一反應可用於定量分析。在常壓和鈀-碳酸鈣催化下，青蒿素的過氧鍵可被氫氣還原，生成氫化青蒿素（C₁₅H₂₂O₄）。以硼氫化鈉處理青蒿素，則內酯的羰基被還原，生成半縮醛還原青蒿素（C₁₅H₂₄O₅）。

室溫下以碳酸鉀甲醇溶液處理青蒿素一小時，酸化後可以得到一種含有環氧基團的五元環內酯（C₁₅H₂₀O₄）；以硫酸-乙酸處理青蒿素可以得到另一種五元環內酯（C₁₄H₂₀O₃）。

過氧基團反應

青蒿素與三苯基磷反應可以證明青蒿素含有一個當量的過氧基，其做法是青蒿素在三苯基磷和二甲苯溶液中通氮氣回流，再加甲醛及水攪拌，水洗有機層，合併水層及酸性溶液，加鹼後，用無過氧化物乙醚提取，無水硫酸鈉乾燥，除去乙醚，測得三苯基磷重量，結果證明消耗三苯基磷克分子數與青蒿素相近。

顯色反應

顯色反應是用以鑑定青蒿素簡單可行的方法，報導較多，主要有以下幾種：

（1）對二甲氨基苯甲醛縮合反應：取實驗產品青蒿素約10 mg，加乙醇2 mL溶解，加對二甲氨基苯甲醛試劑1 mL置水浴上加熱，溶液呈藍紫色反應。

（2）異羥肟酸鐵反應：取樣同（1），溶於1 mL甲醇中，加入φ=7%鹽酸羥胺甲醇溶液4～5滴，在水浴上加熱至沸，冷卻後加稀鹽酸調至酸性，再加入φ=1%FeCl₃，乙醇溶液1～2滴，溶液呈紫紅色反應。

（3）2,4-二硝基苯肼反應：取樣同（1），溶於1 mL氯仿後，滴於濾紙片上，以2,4-二硝基肼試液噴灑，在80 ℃烘箱中烘10 min，產生黃色斑點。

（4）鹼性間二硝基苯反應：取樣同（1），溶於2 mL乙醇中，加入φ=2%間二硝基苯的乙醇液和飽和的KOH乙醇液各數滴，水浴微熱，溶液呈紅色反應。

氫解反應

青蒿素在含有鈀-碳酸鈣的甲醇溶液中，在常溫、常壓下催化氫化，過氧化物被還原成化合物Ⅲ（圖5中的Ⅲ）。在此反應過程中，反應最初所得為油狀物，若將其溶於有少量丙酮的正己烷中，需放置4～5 d，變為化合物Ⅲ的晶體，而在重氮甲烷中則甲酯化得到甲酯化合物Ⅳ（圖5中的Ⅳ）。

還原反應

青蒿素溶於甲醇，在冰浴中（0～5 ℃）攪拌分次慢慢加入固體硼氫化鈉，加完後繼續攪拌半小時。反應液用冰醋酸中和，減壓除去溶媒，即得到化合物Ⅴ（圖5中的Ⅴ）的粗結晶產物，它是用硼氫化鈉還原青蒿素而得到的半縮醛化合物。如用鈀-碳酸鈣在常溫常壓下進行催化氫化，則會失去氧而得到環氧化合物。

化學反應生成物

與鹼反應

青蒿素加甲醇溶解，另取碳酸鉀溶於水，將此碳酸鉀溶液在攪拌下緩緩加入青蒿素甲醇溶液，使成均勻混和成澄清液，在20～22 ℃恆溫1 h，加入水，用乙醚提取兩次，醚層用少量水洗2次，水層用φ=10%鹽酸酸化至pH=2，再用乙醚提取3次。乙醚層用水洗至中性，經無水硫酸鈉乾燥2～3 h，乙醚層減壓抽乾，所得殘餘物放冰櫃過液，有半固體析出，加少許甲醇，冷卻，析出針狀結晶，即為化合物Ⅵ（圖5中的Ⅵ），過濾再結晶一次，則得到更精製的結晶。

與酸反應

青蒿素加入到冰醋酸-濃H₂SO₄混合液中搖勻，使溶解，25℃放置16～17 h，溶液呈淺棕黃色微帶螢光，將反應液倒入等體積冰水中，攪勻，用氯仿提取3次，氯仿層用水沖洗至中性，無水硫酸鈉乾燥，減壓除去有機溶劑，得粗結晶，重結晶2次，即得化合物Ⅶ（圖5中的Ⅶ）的片狀結晶，熔點144～146 ℃，[α]D=-16.2°（c=2.1氯仿）。

製備方法

化學合成

1983年，羅氏公司的研究員G.Schmid和W.Hofheinz以薄荷醇為原料首次完成了青蒿素全合成。隨後，上海有機所的周維善等人以香草醛為原料完成了這一全合成。至2003年已有十餘種青蒿素全合成路線。這些路線的起始物包括薄荷酮、3-蒈烯和環己烯酮

青蒿素全合成的逆合成分析圖

青蒿素全合成的逆合成分析

從逆合成分析的角度看，青蒿素的一個特點是它的結構中含有一個1,2,4-三𫫇唑環。該環實際上是一個縮酮-縮醛-內酯體系的一部分，可以由上圖中α-過氧羥基醛（A）經縮合反應構建。過氧羥基醛（A）又可以由醛（B）的烯醇醚或類似化合物經過氧化反應獲得。過氧化是青蒿素合成中的關鍵步驟，儘管不同的路線採用不同的方法引入過氧基團，這步反應產率總是比較低。

Schmid等人、Ravindranathan等人、Lansbury等人、周維善等人利用烯醇醚在低溫、光照和光敏劑存在下與單線態的氧分子發生的[2+2]環加成反應產生四員環中間體，然後開環形成過氧化物；Avery等人則利用烯基矽烷的反常臭氧化反應引入過氧基團。用酸處理過氧化產物就可以得到青蒿素。

引入過氧基團的兩種策略

青蒿素的合成路線

1989年，Nancy Acton等人發現，在低溫和光照下，二氫青蒿酸可以被兩當量的氧氣直接氧化成青蒿素，產率17%-32%。後續研究表明在反應中，二氫青蒿酸先與一分子單線態氧發生烯反應，生成過氧化物。再與另一分子三線態氧反應，開環生成α-過氧羥基醛（A），最後脫水產生青蒿素。不久這一反應就被用於改進青蒿素的全合成路線。但化學合成青蒿素工藝繁雜，步驟多，成本高，易污染，尤其引入過氧基團的光氧化或化學氧化的產率不理想，導致化學全合成工藝一直無法用於青蒿素的商業化生產。

青蒿素存在於中草藥青蒿的花葉中，莖中不含有，是一種含量非常低的萜類化合物，生物合成途徑非常複雜。

現已知可通過三種方式進行青蒿素的生物合成，一是通過對控制青蒿素合成的關鍵酶進行調控，添加生物合成的前體來增加青蒿素的含量；二是激活關鍵酶控制的基因，大幅度增加青蒿素的含量；三是利用基因工程手段改變關鍵基因，以增強它們所控制酶的作用效率。

生物合成過程中，青蒿素的含量受光照、外源激素、芽分化等生理生態因子的影響很大，溫度對於生物合成也有極大影響，通過試驗研究發現，青蒿幼苗在40℃條件下，處理36h後，青蒿素的質量分數提高到最大為68%。

除青蒿之外，其它植物也可以合成青蒿素，2011年研究人員從菸草中合成青蒿素。此方法與傳統化學方法相比，所用的化學試劑大大減少，有利於環境的保護，且該生物合成方法的受體為菸草，在中國較為廣泛，因此原料來源較為豐富，但不足的是用菸草合成青蒿素過程中的某些反應基質並不清楚，還有待開發，但該合成方法仍有較好的工業套用前景。

美國科學家Keasling將一個青蒿基因植入大腸桿菌，改造後的大腸桿菌製造出一種中間化合物，這種化合物經過數步處理就能成為青蒿素的原料——青蒿酸。把一種特殊的酶植入酵母后，酵母把前面提到的中間化合物改造成了青蒿酸。通過微生物工業生產青蒿素的技術鏈條已經基本成形。如果這一想法得到實現，意味著青蒿素的價格將下降90%。

2013年4月25日出版的Nature雜誌發表了美國Keasling小組和加拿大Covello小組的兩國科學家撰寫的研究通信《強效抗瘧劑青蒿素的高水平半合成生產》一文，報導了將酵母工程菌中青蒿素前體青蒿酸的發酵產量從1.6克/升提高到25克/升，並利用單線態氧成功地將青蒿酸轉化成青蒿素。

分離純化工藝主要有溶劑外加能量協助提取法、提取重結晶法、超臨界CO₂萃取法和溶劑提取層析法。

溶劑提取重結晶法一般採用的溶劑汽油法，乙醇法和鹼水提取酸沉澱法進行生產，此類方法明顯增加了青蒿素植物的有效利用率。

鹼水提取酸沉澱法：取一定量的青蒿枝葉乾粉加入乙醇攪拌浸提，得到乙醇提取液，減壓乾燥，將其溶於乙醚-水兩相溶液中，分別得到青蒿素和青蒿酸。此種方法的青蒿酸收率達到90%，青蒿素的提取率為57%。

乙醇法：取一定量的青蒿枝葉乾粉，用稀乙醇浸泡24 h，得到乙醇提取液，將其注入連續萃取裝置，再用含苯和乙酸乙酯的溶劑汽油萃取，得到醇相和萃取相，醇相可循環使用，萃取相用活性炭脫色，過濾，回收溶劑，然後得到濃溶液，再冷卻結晶得到青蒿素粗晶物，再用乙醇重結晶得到青蒿素成品。此方法有收率較高，成本較低，步驟較少，操作簡單，安全等優點。

溶劑汽油法：取一定量的青蒿枝葉乾粉，用8～10倍120號溶劑汽油浸泡3次，得到溶劑汽油提取液，再減壓濃縮並放置結晶，得青蒿素粗品，用少量120號溶劑汽油多次洗滌，50%乙醇醇結晶2～3次，最終得到青蒿素白色針晶。此種方法工藝步驟簡便，容易大批量生產使用。

溶劑提取層析法有三種提取方法，分別是丙酮-矽膠柱層析法、低沸汽油-超短粗型球狀擴孔矽膠層析法、乙烷提取-乙烷/乙腈-矽膠柱層析法。

套用領域

提到青蒿素，人們首先會想到它的抗瘧疾功用，WHO認為，青蒿素是治療瘧疾耐藥性效果最好的藥物，以青蒿素類藥物為主的聯合療法，也是當下治療瘧疾的最有效最重要手段。但是近年來隨著研究的深入，青蒿素其它作用也越來越多被發現和套用研究，如抗腫瘤、治療肺動脈高壓、抗糖尿病、胚胎毒性、抗真菌、免疫調節等。

抗瘧疾

瘧疾（俗稱：打擺子寒熱病）屬於蟲媒傳染病，是受瘧原蟲感染的按蟲叮咬人體後而引起的一種傳染病，長時間多次發作後出現可肝脾腫大，且伴隨貧血等症狀。瘧疾能夠得到一定程度的治療，青蒿素功不可沒。青蒿素結構中過氧鍵具有氧化性，是抗瘧的必需基團。作用機理是青蒿素在體內產生的自由基團與瘧原蛋白結合，改變瘧原蟲的細胞膜結構。自由基團與瘧原蛋白結合之後會使線粒體的雙層膜脹裂，最終脫落，導致瘧原蟲的細胞結構和功能受到破壞，同時細胞核內的染色質也會受到一定的影響。另一方面，胺基酸是構成蛋白質的基本物質，青蒿素作用後。瘧原蟲對異亮氨酸的吸收減少，導致蟲體蛋白的合成受阻。黃花蒿不僅可以殺滅病原蟲，還具有抗血吸蟲作用、治療弓形蟲感染作用、抗卡氏肺孢子蟲作用、抗球蟲作用等。經臨床試驗證明，青蒿素及其衍生物在治療瘧疾的過程中，並未發現特別明顯的副作用。

抗腫瘤

惡性腫瘤是危害人類健康的第一大殺手，若不及時醫治則會危害生命安全。體外實驗表明，一定劑量的青蒿素可以使肝癌細胞、乳腺癌細胞、宮頸癌細胞等多種癌細胞的凋亡，明顯抑制癌細胞的生長。研究發現，青蒿素可以調控腫瘤細胞的周期蛋白表達，增強CKIs作用，導致腫瘤細胞周期阻滯；或者導致細胞凋亡，抑制腫瘤血管生成等來抵抗腫瘤的發生和發展。青蒿素對白血病的治療，是通過作用在白血病細胞的細胞膜，增加膜的通透性，改變滲透壓，導致細胞內的鈣離子濃度升高，從而能激活鈣蛋白酶，使其細胞膜脹裂，同時加速促使細胞凋亡物質的釋放，增加細胞凋亡速度。

治療肺動脈高壓

肺動脈高壓（PAH）是肺動脈重構為特徵和以肺動脈壓力升高到一定界限的病理生理狀態，可以是併發症或綜合徵。青蒿素用於治療肺動脈高壓：通過舒張血管降低PAH患者的肺動脈壓力，改善症狀。Zaiman等發現青蒿素具有抗炎作用，青蒿素及其核心物質對多種致炎因子有抑制作用，且還可以抑制炎性介質產生一氧化氮；青蒿素具有免疫調節作用；馮義柏等通過實驗研究發現，青蒿素能夠抑制血管內皮細胞、血管平滑肌細胞的增殖，進而在PAH的治療過程中發揮著重要作用；青蒿素能夠抑制基質金屬蛋白酶的活性，從而抑制肺血管重構；青蒿素可以抑制PAH相關細胞因子的表達，進一步增強青蒿素抗血管重構作用。

免疫調節

研究發現，青蒿素及其衍生物的使用劑量在不會引起細胞毒性的情況下，能夠較好的抑制T淋巴細胞絲裂原，從而誘導小鼠脾臟淋巴細胞的增殖。這一發現對於治療T淋巴細胞所介導的自身免疫性疾病，有很好的參考價值。青蒿玻醋具有增強非特異性免疫的作用，能夠使小鼠血清的總補體活性提高。雙氫青蒿素對於B淋巴細胞的增殖，能起到直接的抑制作用，從而減少B淋巴細胞對自身抗體的分泌，減輕體液免疫反應，對體液免疫有一定的抑制作用，減少了免疫複合物的形成。

抗真菌

青蒿素的抗真菌作用也使得青蒿素表現出了一定的抗菌活性。研究證實青蒿素的渣粉劑和水煎劑對炭疽桿菌、表皮葡萄球菌、卡他球菌、白喉桿菌均有較強的抑菌作用，對結核桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、痢疾桿菌等也具有一定的抑菌作用。

抗糖尿病

2016年12月1日，《細胞》雜誌上的一項研究表明，青蒿素或許還可以拯救糖尿病患者。來自奧地利科學院CeMM分子醫學研究中心等機構的科學家發現，青蒿素能夠讓產生胰高血糖素的α細胞“變身”產生胰島素的β細胞。青蒿素結合了一個稱為gephyrin的蛋白。Gephyrin能夠激活細胞信號的主要開關—GABA受體。隨後，無數的生物化學反應發生變化，導致了胰島素的產生。另一項研究表明，在小鼠模型中，注射GABA也能導致α細胞轉化為β細胞，表明兩種物質靶向了相同的機制，但青蒿素的長期作用需要進一步測試。

分布情況

青蒿素主要是從青蒿中直接提取得到的，或提取青蒿中含量較高的青蒿酸，然後半合成得到的。青蒿雖然在世界各地廣泛分布，但青蒿素含量隨產地不同差異極大，具有顯著的生態顯著性。根據研究得知，除了中國部分地區外，世界絕大多數地區生產的青蒿中的青蒿素含量都很低，並無利用價值。

檢測方法

青蒿素檢測的方法包括化學分析法、光譜分析法、色譜分析法、生物學方法等。

青蒿素毒性實驗數據

實驗對象	實驗類型	方式	劑量
大鼠	LD50	口服	5576mg/kg(5576mg/kg)
大鼠	LD50	肌肉	2571mg/kg(2571mg/kg)
小鼠	LD50	口服	4228mg/kg(4228mg/kg)
小鼠	LD50	腹腔	1558mg/kg(1558mg/kg)
小鼠	LD50	肌肉	2800mg/kg(2800mg/kg)
小鼠	LD	-	＞2mg/kg(2000mg/kg)
狗	LD	肌肉	＞800mg/kg(800mg/kg)

作用機理

與以往的抗瘧藥物不同，青蒿素抗瘧機理的主要作用是通過對瘧原蟲表膜線粒體等的功能進行干擾，首先作用於食物泡膜、表膜、線粒體，其次作用於核膜、內質網，對核內染色質也有一定的影響，最終導致蟲體結構的全部瓦解，而不是藉助於干擾瘧原蟲的葉酸代謝。其作用機制也可能主要是干擾表膜—線粒體的功能，作用於食物泡膜，阻斷營養攝取的最早階段，使瘧原蟲較快出現胺基酸飢餓，從而迅速形成自噬泡並不斷排出於蟲體外，瘧原蟲最終損失大量細胞質而死亡。

具體藥理作用分兩步：第一步是活化，青蒿素被瘧原蟲體內的鐵催化，其結構中的過氧橋裂解，產生自由基；第二步是烷基化，第一步所產生的自由基與瘧原蟲蛋白發生絡合，形成共價鍵，使瘧原蟲蛋白失去功能死亡。青蒿素無論在體內和體外的實驗中均對瘧疾有很好的殺滅效果。

青蒿素的作用機制尚不十分清楚，主要是干擾瘧原蟲的表膜-線粒體功能。青蒿素通過影響瘧原蟲紅內期的超微結構，使其膜繫結構發生變化。由於對食物泡膜的作用，阻斷了瘧原蟲的營養攝取，當瘧原蟲損失大量胞漿和營養物質，而又得不到補充，因而很快死亡。其作用方式是通過其內過氧化物(雙氧)橋，經血紅蛋白分解後產生的游離鐵所介導，產生不穩定的有機自由基及/或其他親電子的中介物，然後與瘧原蟲的蛋白質形成共價加合物，而使瘧原蟲死亡。2015年，Wang等人利用化學蛋白質組學的技術手段合成了基於青蒿素結構的化學探針，準確的鑑定出了青蒿素在瘧原蟲中的100多個蛋白靶點，並且確定了青蒿素的激活依賴於瘧原蟲中生成的大量血紅素。

自由基的抗瘧作用

青蒿素及其衍生物化學結構中的過氧橋這一基團是抗瘧作用中最重要的結構。改變過氧基團，青蒿素的抗瘧作用消失。青蒿素在體內活化後產生自由基，繼而氧化性自由基與瘧原蟲蛋白質中的活性殘基（例如半胱氨酸殘基中的巰基）形成共價鍵，使蛋白失去功能導致瘧原蟲死亡。另一種觀點認為青蒿素轉化為碳自由基發揮烷化作用使瘧原蟲的蛋白烷基化。目前這一觀點被廣泛認可。

對紅內期瘧原蟲的直接殺滅作用

青蒿素選擇性殺滅紅內期瘧原蟲是通過影響表膜-線粒體的功能，阻斷宿主紅細胞為其提供營養，從而達到抗瘧的目的。同時青蒿素對瘧原蟲配子體具有殺滅作用。

抑制 PfATP6 酶的抗瘧作用

有研究推測青蒿素及其衍生物對 PfATP6（Plasmodium falciparumcalcium ATPase 6）具有強大而特異的抑制效果。PfATP6 是惡性瘧原蟲基因組中唯一一類肌漿網/內質網鈣ATP酶（sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase，SERCA）。青蒿素抑制 PfATP6，使瘧原蟲胞漿內鈣離子濃度升高，引起細胞凋亡，從而發揮抗瘧作用。

藥典信息

基本信息

本品為(3R,5αS,6R,8αS,9R,12S,12αR)-八氫-3,6,9-三甲基-3,12-氧橋-12H-吡喃並[4,3-j]-1,2-苯並二氧雜環庚熳-10(3H)-酮，按乾燥品計算，含C₁₅H₂₂O₅應為98.0%~102.0%。

性狀

本品為無色或白色針狀結晶。

本品在丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷中易溶，在甲醇、乙醇、稀乙醇、乙醚及石油醚中溶解，在水中幾乎不溶，在冰醋酸中易溶。

熔點

本品的熔點（通則0612第一法）為150~153 ℃。

比旋度

取本品，精密稱定，加無水乙醇溶解並定量稀釋製成每1 mL中含10 mg的溶液，依法測定（通則0621），比旋度為+75°至+78°。

鑑別

1、取本品約5 mg，加無水乙醇0.5 mL溶解後，加碘化鉀試液0.4 mL，稀硫酸2.5 mL與澱粉指示液4滴，立即顯紫色。

2、取本品約5 mg，加無水乙醇0.5 mL溶解後，加鹽酸羥胺試液0.5 mL與氫氧化鈉試液0.25 mL，置水浴中微沸，放冷後，加鹽酸2滴和三氯化鐵試液1滴，立即顯深紫紅色。

3、照薄層色譜法（通則0502）試驗。

供試品溶液：取本品適量，加二氯甲烷溶解並稀釋製成每1mL中約含3mg的溶液。

對照品溶液：取青蒿素對照品適量，加二氯甲烷溶解並稀釋製成每1mL中約含3mg的溶液。

色譜條件：採用矽膠G薄層板，以石油醚（60~90℃）-乙醚（1:1）為展開劑。

測定法：吸取上述兩種溶液各5 µL，分別點於同一薄層板上，展開，晾乾，噴以茴香醛甲醇溶液（取冰醋酸10 mL與濃硫酸5 mL，緩緩加到55 mL甲醇中，放冷，將此溶液加入含有0.5 mL茴香醛的30 mL甲醇中，搖勻，避光保存），在110 ℃，加熱3~5分鐘使顯色。

結果判斷：供試品溶液所顯主斑點的顏色和位置應與對照品溶液的主斑點一致 。

4、在含量測定項下記錄的色譜圖中，供試品溶液主峰的保留時間應與對照品溶液主峰的保留時間一致。

5、本品的紅外光吸收圖譜應與對照的圖譜（光譜集220圖） 一致。

以上3或4可選做一項。

青蒿素紅外光譜圖

檢測

有關物質

高效液相色譜法（通則0512）測定。

供試品溶液：取本品，加流動相溶解並稀釋製成每1 mL中約含青蒿素10 mg的溶液。

對照溶液：精密量取供試品溶液1 mL，置100 mL量瓶中，用流動相稀釋至刻度，搖勻。

靈敏度溶液：精密量取對照溶液1mL，置20 mL量瓶中，用流動相稀釋至刻度，搖勻。

色譜條件：用十八烷基矽烷鍵合矽膠為填充劑（Phenomenex Luna C18柱，4.6 mm×150 mm，5 µm或效能相當的色譜柱），以乙腈-水（50:50）為流動相，檢測波長為210 nm，進樣體積20 µL。

系統適用性要求：青蒿素峰與雜質Ⅰ峰（相對保留時間約為0.80）之間的分離度應大於4.0。靈敏度溶液色譜圖中，主成分峰高的信噪比應大於10。

測定法：精密量取供試品溶液與對照溶液，分別注入液相色譜儀，記錄色譜圖至主成分峰保留時間的1.5倍。

限度：供試品溶液的色譜圖中如有雜質峰，雜質Ⅰ（相對保留時間約為0.80）校正後的峰面積（校正因子為0.027）不得大於對照溶液主峰面積的0.15倍（0.15%），相對保留時間約為0.10處的雜質峰面積不得大於對照溶液主峰面積的2倍（2.0%），其他單個雜質峰面積不得大於對照溶液主峰面積的0.3倍（0.3%），各雜質峰面積的和（雜質Ⅰ按校正後的峰面積計算）不得大於對照溶液主峰面積的2.5倍（2.5%），小於靈敏度溶液主峰面積的色譜峰忽略不計。

乾燥失重

取本品，在80 ℃乾燥至恆重，減失重量不得過0.5 %（通則0831）。

熾灼殘渣

不得過0.1%（通則0841）。

含量測定

照高效液相色譜法（通則0512）測定。

供試品溶液

取本品約25 mg，精密稱定，置25 mL量瓶中，加流動相溶解並稀釋至刻度，搖勻。

對照品溶液

取青蒿素對照品約25 mg，精密稱定，置25 mL量瓶中，加流動相溶解並稀釋至刻度，搖勻。

色譜條件與系統適用性要求

除靈敏度要求外，見有關物質項下。

測定法

精密量取供試品溶液與對照品溶液，分別注入液相色譜儀，記錄色譜圖。按外標法以峰面積計算。

類別

抗瘧藥。

貯藏

遮光，密封保存。

衍生物

青蒿素及其衍生物都是一種含過氧化基團的倍半萜內酯化合物，主要包括二氫青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯、蒿甲醚（Artemether）、蒿乙醚（Arteether）等。

將青蒿素結構中的C-10位羧基還原成羥基可以得到雙氫青蒿素，而進一步烷氧基化就得到蒿甲醚，而進行酯化就可得到青蒿琥酯。

青蒿琥酯對白血病、大腸癌、黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和腎癌細胞均有抑制作用。

雙氫青蒿素對胰腺癌、白血病、骨肉瘤和肺癌細胞的抗腫瘤作用甚佳。

蒿澱粉單用或與其他配伍藥合用的協同抗腫瘤作用均比青蒿素要強。

10-(4-苯基-1H-1,2,3-三唑)-青蒿素(5a)和紫杉醇處理人結腸癌LS174T細胞系時，能控制獲得性耐藥途徑，恢復紫杉醇的抗癌作用。

研究機構

中國中醫科學院青蒿素研究中心。

聯盟機構

中國青蒿素產業聯盟2016年6月21日，中國青蒿素產業聯盟在上海交通大學成立，其目標是要打通青蒿素的產學研鏈條，將青蒿素從農田種植到成品產出的各個環節有機整合起來。使生產青蒿素的企業能夠聯合起來，共同進軍國際市場。

2018年12月20日，青蒿素科技聯盟成立大會暨學術研討會在北京舉行。選舉產生青蒿素科技聯盟第一屆理事會。