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青蒿的研究进展

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青蒿的研究进展

四川农业大学农学院 廖凯
摘要：青蒿有着巨大的利用价值，青蒿素的研究和发展对人类对抗疟疾等寄生虫疾病有着重要的作用。本文综述了今年来青蒿的研究进展，并对青蒿产业的发展，特别是青蒿素产业的发展做了进一步的展望。
关键词：青蒿，青蒿素，研究，提取工艺
前言 青蒿（Artemisia annua L.）为菊科蒿属植物，又名臭蒿，苦蒿，黄花蒿。青蒿入药现存最早的记载为出土于马王堆汉墓的《五十二病方》。东晋葛洪在《肘后备急方》中记录了青蒿治疗疟疾的方法“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”的记载，也是现存最早的用青蒿治疗疟疾的记载。明代李时珍将青蒿分为青蒿和黄花蒿两种。青蒿为一年生草本植物，其入药部分为干燥的地上部分，性寒味苦、辛，归肝、肾经。具抗菌、解热、止咳、平喘之功效。用于暑邪发热、阴虚发热、夜热早凉、骨蒸劳热、疟疾寒热、湿热黄疽等症。20世纪七十年代，我国科学家自主研发了的青蒿素是其主要截疟成分。随着疟原虫对奎宁等众多治疟药产生抗药性，青蒿素这类新型抗疟药被广泛应用与临床。临床上主要用于治疗疟疾，急慢性支气管炎，呼吸道感染，神经性皮炎和皮肤真菌等多种疾病。
青蒿为二倍体植物，染色体基数为9，即2n=18。青蒿适应能力强，广泛分布于世界各地。在我过从海拔50米的沿海平原到海拔3000多米的青藏高原均有分布。青蒿的生育期大约240天左右，10月下旬到次年5月均可播种。
1成分的研究
1.1挥发油成分的研究
青蒿入药，在我国已有数千年的历史，但主要作为解表药。青蒿作为解表药，其主要作用与其所含的挥发油成分密切相关。其挥发油成分随产地不同而有所不同，不同的生长时期起成分也是变化的。尽管如此，但其主要成分大致相同。陈伟民报道了青海产青蒿的挥发油主要含樟脑、蒿酮、龙脑、松油醇、桉叶油素和蒎烯等成分。
具文献报道，青蒿挥发油的得率一般为0.2%-0.25%。青蒿挥发油的提取方法较多，主要有水蒸气蒸馏法和萃取法等。董岩等采用水蒸气蒸馏法对比黄花蒿（A. annul）和青蒿(A. apiacea)挥发油成分做分析发现，青蒿和黄花蒿在挥发油成分上有较大差异。除蒎烯、桉树脑、天然樟脑、桃金娘烯醛等几种成分在青蒿和黄花蒿挥发油里都存在外，其它化学成分相差较大。陈飞龙等采用CO2超临界（SFE-CO2）萃取法提取青蒿挥发油与水蒸气蒸馏法做对比，并通过高效气相色谱（GC/MS）检测发现超临界萃取法共分离出102个峰，鉴定出65种成分，而水蒸气蒸馏法则分离出107个峰，鉴定出86个成分；并发现水蒸气蒸馏法易得到挥发油中低沸点的部分，而超临界萃取则易得到高沸点的部分。不同生育期对其挥发油含量也有影响，冯文宇等通过对不同采收期的青蒿做比较发现，其挥发油含量在盛花> 初花期> 花后期> 花前期。
1.2青蒿素及其衍生物的研究
1.2.1青蒿素及其衍生物的作用
抗疟疾作用据世界卫生组织估计，目前全世界约有3亿人长期感染疟疾，而每年又有约1.5亿新增感染病历。全球平均约有150万人死于疟疾，其中约有一百晚是儿童。可见，疟疾仍然是世界上最严重的传染病之一。随着青蒿素类抗疟药的发现，为人类治愈疟疾带来了新的希望。青蒿素治疗疟疾有着治愈率高，复发率小，副作用小的特点，因此被世界卫生组织称为“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，也是我国唯一被世界卫生组织认可的按西药研究标准开发的新药。青蒿素为一种含过氧桥的新型倍半萜内酯，该结构与奎宁类抗疟药不同，即它是一个不含杂环的非生物碱类抗疟药。青蒿素的发现，不仅为治疗疟疾提供了一种新药，也为新抗疟药的发现，发明指明了一个新的方向。青蒿素的药理作用不同与其他抗疟药。其作用是通过铁（包括游离铁离子和血红素结合铁）催化过氧桥损伤疟原虫细胞膜、内质网膜和核膜等结构，导致疟原虫死亡。实验表明，青蒿素类抗疟药对红内期疟原虫杀伤作用最为明显。
抗吸血虫作用 青蒿素不仅仅具有抗疟作用，研究发现，其还有抗吸血虫作用，翟自立等对感染日本吸血虫的小鼠灌服蒿甲醚后收集虫体，采用平板淀粉凝胶电泳法观察糖代谢酶活性，72 h后，己糖激酶，苹果酸脱氢酶等代谢关键酶活性均明显下降，甚至被完全抑制。吴玲娟等给小鼠灌服青蒿琥酯，收集小鼠体内24 d童虫制成匀浆电泳，测定酶活性，发现青蒿琥酯对日本血吸虫酸性磷酸酶有明显抑制作用，对PGI影响不大，提示青蒿琥酯对日本血吸虫童虫能量代谢和肠壁消化红细胞的功能均有抑制作用。此外，青蒿素及其衍生物对弓形虫、利什曼原虫和肺孢子虫等多种寄生虫也有明显抑制作用。
青蒿素机器衍生物除了有抗疟疾和抗吸血虫等作用外，研究人员还发现其在调节免疫系统、抗肿瘤和治疗艾滋病等方面，都有一定的作用，这些作用的发现，为青蒿素产业的发展开拓了更为关阔的前景。WHO建议对青蒿素的使用宜使用联合化疗的方式，以避免疟原虫产生抗药性而导致青蒿素及其衍生物重蹈奎宁等抗疟药的覆辙。
青蒿素衍生物中，除了油溶性的蒿甲醚外，还有一种应用比较广泛的水溶性衍生物青蒿琥酯，这也是一种常为使用的青蒿素类衍生物。青蒿琥酯化学名为二氢青蒿素一1,2 -a-琥珀酸单醋，分子式C19H28O8，分子量384.43。青蒿琥酯同青蒿素一样也具有抗疟作用。同时，研究还发现青蒿琥酯对怀孕动物的胚胎有特殊的影响。娄小娥等研究发现青蒿琥酯在多种动物表现出抗孕作用，发现其对胚胎有相当高的选择性毒性，较低剂 (对母体无毒性剂)即可引起胚胎死亡而导致吸收或流产，对母体子宫及卵巢影响却不明显，因此认为有开发作为抗孕药物应用的可能性。该研究同时也对青蒿素以及青蒿素类衍生物的安全使用提出了问题，即孕妇在使用青蒿素以及青蒿素类衍生物是否该考虑到青蒿素对胚胎的毒性。
1.2.2提取与检测方法
目前，青蒿素的提取方法研究较多，根据目的和规模的不同，主要有工业提取和实验提取。现在青蒿素的提取方法主要有有机溶剂萃取、超临界萃取和超声波提取等。
有机溶剂提取是目前广为应用的提取方法，根据所采用的有机溶剂不同，提取方法有异。该方法的优点是所采用溶剂一般都价格低廉，容易找到，对技术设备等要求不高。该类方法的主要流程为：干燥—粉碎—浸泡—萃取（多次）—浓缩提取液—粗品—纯化—青蒿素。赵兵等通过对青蒿采取不同提取方法以及不同有机溶剂萃取，认为在乙醚，氯仿、正己烷和石油醚作溶剂中，石油醚为较理想的溶剂，搅拌提取为较优的方法；并通过对不同温度，转速等作系统的研究认为原材料粉碎过60目筛，用石油醚，在50oC以800r/min提取2h，效果最佳。但该类方法需要对原材料作多次萃取，对溶剂的需求量大，能耗较高，时间较长。
青蒿素及其衍生物的测定方法主要有容量法，比色法，紫外分光光度法，脉冲极谱法，薄层色谱扫描法，高效气相色谱法，高效液相色谱法等，而目前应用最为广泛，操作简便、成本较低且较准确的有紫外分光光度法和高效液相色谱法等。
1.2.3人工合成与细胞工程
青蒿素需求量大，但目前其药物和衍生物的生产主要靠从天然的青蒿中提取，生产成本高，产量低，且受原材料的限制，不能满足市场需求。近年来，研究者试图通过新的途径来解决这些问题。青蒿素的人工合成和组织培养是研究的比较多的两个方面。
人工合成面临诸多问题，而科学家们在生物工程方面的突飞猛进则为青蒿的细胞工程和组织培养提供了技术支持，为人们利用生物技术方法提高青蒿素含量展现出广阔的前景。细胞工程在青蒿素方面主要是选择高青蒿素含量的细胞系在生物反应器中发酵培养来生产青蒿素。Park等利用2L容量的长方形气升式反应器培养青蒿芽，培养29天之后，培养言的生物量为接种量的8倍，发酵培养的青蒿芽长不定根。但人工合成还面临着成本高，难度大，技术设备要求高和毒性大等问题，难以用于工业化大生产。
此外，转基因在药物生产上的应用也为青蒿素的生产开辟了心得路径。据报导，美国科学家最近成功地利用转基因酵母合成了青蒿素的前体物质—青蒿酸。该步骤的成功，有望大幅度增加青蒿素的产量和降低青蒿素的生产成本，甚至为青蒿素的生物合成创造新的途径。
1.3青蒿在植物保护方面的应用
青蒿不仅在治疗人类疾病方面有巨大的作用，在植物保护方面也有一顶的功效。姚安庆等通过利用青蒿的乙醇浸提物对菜青虫喷洒，发现菜青虫的拒食率达72.11%，而且有明显的触杀作用。
2资源利用与栽培
2.1青蒿资源的利用
青蒿适应力强广，泛分布于世界各地，繁殖率高，野生资源丰富。但世界绝大多数地方青蒿素含量不到0.2%，起工业生产价值不高。在我国，全国范围内均有分布，含量一般在0.1%-1.2%不等。四川，重庆，湖南和广西等地青蒿素含量较高，尤其在川东，鄂西的武陵山区青蒿素含量最高，有的选育品种已达1.6%，具有极高的工业提炼价值。青蒿虽然属于世界种，但真正对青蒿大规模开发的，形成产业的只有中国。世界其他地区人工种植青蒿的很少，越南有少量人工种植，坦桑尼亚和印度有人工种植示范工程。青蒿作为我国优势种质资源，我们在加大开发力度，利用的同时也要保护。
2.2青蒿的选育
青蒿野生资源丰富，目前所利用的仅是其中很小的一部分。随着研究工作的深入，选育范围的扩大，在现有野生资源中选育出青蒿素含量更高，产量更大的青蒿品系是有可能的。国外有学者报道，青蒿素含量的高低是由青蒿的遗传性状决定的。Wallaart等使用秋水仙素诱导出青蒿四倍体植株，发现青蒿素含量较普通二倍体青蒿高38%，叶片也大得多，生长较快，但植株较二倍体青蒿矮小，生物学产量较低。该四倍体青蒿在生产上无多大利用价值，但其生长快，叶片大和青蒿素含量高的优点则为育种工作者提供了新的资源，不失为一份好的育种材料。
在育种方面，选育出高青蒿素的青蒿，可以在以下方面继续进行研究。第一，继续进行单株选择。如前所述，青蒿的野生资源的很庞大的，在这些野生资源中选育出青蒿素含量高且稳定的植株是有可能的。研究黄花蒿的自交不亲和的原因，打破其自交不亲和，使高含量的黄花蒿育种系的优良性状得以稳定遗传。在系统育种的基础上，开发其它可行的、快速的育种方法。从生理生化的角度研究青蒿素含量的相关影响因素。实现黄花蒿的生理育种与系统育种的结合。
2.3栽培措施
栽培措施的研究对青蒿产业的发展较为重要，合理的措施不仅能提高青蒿的产量，而且对提高青蒿素含量有巨大的作用，从而降低了青蒿素工业提取的成本。研究发现，青蒿的基本生长需求得到满足，不同肥料水平对青蒿素的含量影响不大；但温度和光照时间对青蒿素含量影响则较大，高温和强光照对青蒿素积累的影响极为显著。有学者研究报道，不同的播种时期对青蒿素的含量也有较大影响。路洪顺报道3月播种的青蒿青蒿素含量可达0.65%，而在5月播种的则只有0.25%。不同的栽培密度对青蒿的产量有较大影响，但对青蒿素含量则影响较小。微量元素（如硼等）对青蒿素含量有一定影响。Simon采用30×30cm、30×60 cm和60×60 cm种植青蒿，同时每亩用0、67和134Kg水平尿素处理，采收后测定青蒿产量表明单株鲜重以60×60 cm最高，达750g/株；而产量则以30×30cm为高，青蒿素含量差异则不明显。
3青蒿的前景
中药现代化是指在继承和发扬中医优势和特色的基础上，充分利用现代科学技术的理论、方法和手段，借鉴国际通行的医药标准和规范，对中药进行研究、开发、生产和管理，提高中药的国际竞争力。随着分子生物学和细胞生物学技术的飞速发展，为我国的中药产业带来了前所未有的契机。高、新技术在中医药领域的应用，为中医药的发展提供了强大的技术支持。

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