青蒿素在原蟲病治療中的作用及機理研究進展

楊桂連石昊林王春鳳

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林省動物微生態制劑工程研究中心，長春130118）

青蒿素在原蟲病治療中的作用及機理研究進展

楊桂連，石昊林，王春鳳?

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林省動物微生態制劑工程研究中心，長春130118）

原蟲是一種單細胞真核生物，整個蟲體由一個細胞構成，可以寄生在機體的腔道、體液、組織或細胞內。原蟲病嚴重危害人類健康和養殖業發展。目前，廣泛使用的化學藥物治療會產生耐藥性、藥物殘留和毒副作用等弊端。青蒿素作為一種從植物黃花蒿中提取的天然物質，對多種原蟲具有治療作用，與化學藥物相比更加安全、廉價甚至更高效。本文對青蒿素在原蟲病治療中的作用和機理進行綜述，旨在為其應用于原蟲病治療提供理論依據。

青蒿素；作用機理；利什曼原蟲；艾美爾球蟲；弓形蟲；瘧原蟲

二十世紀七十年代，中國人發現了青蒿素，由于青蒿素具有高效的抗瘧作用，很快引起了全世界的關注［1］。青蒿素是來自菊科草本植物黃花蒿中提取的的一種倍半萜內酯類化合物。其衍生物包括雙氫青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、蒿乙醚等，都具有抗瘧、抗寄生蟲等作用。目前，青蒿素已經在全世界得到廣泛的使用，最主要應用于非洲及東南亞的一些國家［2］。如今，人們發現青蒿素的功效已經不局限于抗瘧，大量研究表明現青蒿素具有對抗多種寄生蟲、抗纖維化、對抗腫瘤等重要的作用，但其藥理作用機制的研究還并不完善［3］。本文介紹了青蒿素及其衍生物在原蟲病治療上的作用及機理研究進展，為使用青蒿素治療原蟲病，以及其它寄生蟲病提供參考。

1 青蒿素及其衍生物的化學特性

含有過氧橋鍵是青蒿素及其衍生物的共同特征［4］。通常情況下，青蒿素的脂溶性和水溶性都很差。然而，青蒿素中10位碳上的羰基還原得到衍生物雙氫青蒿素具有良好的水溶性［5］。通過向雙氫青蒿素加入氨基、羰基、硫羰基或苯環等取代基可以合成醚類衍生物，例如最早合成的脂溶性醚類衍生物蒿甲醚和蒿乙醚。藥理學研究表明，大部分醚類衍生物具有良好的抗瘧能力，并且在機體內半衰期較長。酯類衍生物是雙氫青蒿素的10位碳上的O－H鍵被酯基取代生成的衍生物。酯類衍生物中的青蒿琥酯是最早發現的水溶性青蒿素衍生物，在臨床應用上具有速效和低副作用的特點［6］。

2 青蒿素治療原蟲病的作用機制

2.1 青蒿素及其衍生物的過氧橋鍵裂解反應 青蒿素是一種含過氧橋鍵的特殊倍半萜內酯。這種過氧橋鍵是其可以有效對抗原蟲感染的重要因素之一。在機體中二價鐵離子影響下，青蒿素中的過氧橋鍵逐漸斷裂，兩個氧原子與鐵離子以共價鍵方式結合，產生不穩定的絡合物［7］。鐵元素在青蒿素抗瘧研究中具有重要的作用［8］。絡合產物在外界條件刺激下裂解，并使鐵離子發生遷移，最終脫去鐵離子，形成兩個氧自由基從而起到抑殺原蟲的作用［9－11］。同時，血紅素中的亞鐵離子與青蒿素反應會生成碳自由基中間體，碳自由基會導致血紅素烷基化和谷胱甘肽的烷基化［12－13］，基于這種烷基化的特性，人們合成了一種新化合物－Trioxaquines，Chandan等［14］應用這種物質對抗瘧原蟲的實驗表明，青蒿素的烷基化作用對瘧原蟲的殺傷效果十分顯著。Carmony等通過熒光技術來測定用青蒿素處理被惡性瘧原蟲感染的紅細胞。結果發現，在使用青蒿素治療處于紅細胞內期的瘧原蟲細胞膜迅速被氧化，與未使用青蒿治療相比瘧原蟲數量大量減少。當使用醚類取代其過氧橋鍵后，其對抗瘧原蟲能力顯著降低。證明了青蒿素及其衍生物中的過氧橋鍵在對抗瘧原蟲時起到了至關重要的作用。并且青蒿素能夠破壞紅細胞內期的蟲體細胞膜，使原蟲的活力下降，有效的控制寄生蟲感染具有抑殺原蟲的作用［15－16］。

2.2 青蒿素及其衍生物恢復一氧化氮的生成能力大量研究表明，巨噬細胞分泌的一氧化氮（NO）可以對多種原蟲起到抑殺作用。如利什曼原蟲、弓形蟲、瘧原蟲、隱孢子蟲等。無論是在體內還是體外試驗都證明了通過刺激巨噬細胞增強NO生成能力后可以有效的對抗弓形蟲的感染，并且抑制弓形蟲在細胞內的增值［16］。巨噬細胞是利什曼原蟲的主要寄生細胞，利什曼原蟲入侵機體后會嚴重的破壞巨噬細胞活性，從而破壞其分泌NO能力［17］。Evans的試驗發現，在使用一氧化氮合成酶抑制劑抑制NO的生成后，機體幾乎不能控制利什曼原蟲在體內的感染，寄生蟲數目顯著增多［18］。通過刺激巨噬細胞使其產生NO增加后，NO會介導巨噬細胞對利什曼原蟲的細胞毒作用，從而有效的抑殺寄生蟲［19］，證明了NO在對抗原蟲感染中起到了重要的作用。Rupashree等人使用青蒿素治療人工感染利什曼原蟲的BALB/c小鼠，在未治療的受感染小鼠中發現，巨噬細胞NO的生成量顯著降低了。當使用青蒿素作用被感染的小鼠時，巨噬細胞NO的生成量被顯著地提高了，甚至與正常狀態未感染未治療的小鼠相比NO的含量增加了1.3倍，并且青蒿素可以很有效的控制利什曼原蟲的感染。這說明青蒿素能通過恢復甚至提高被感染巨噬細胞的NO產生量，從而可以對入侵巨噬細胞的利什曼原蟲起到顯著地殺傷作用［20］。

2.3 青蒿素及其衍生物調控鈣離子濃度 弓形蟲、隱孢子蟲和瘧原蟲等寄生蟲侵襲宿主細胞依賴于蟲體頂端微線體蛋白的分泌，并受到鈣離子濃度的影響［21］。例如在弓形蟲體內最主要就是依靠肌質內質網Ca2＋－APT酶（SERCA）來調節Ca2＋濃度，從而影響微線體蛋白的分泌作用。研究表明對于Ca2＋和相關蛋白激酶的調控可以影響弓形蟲速殖子的滑行運動、入侵宿主細胞和逃離作用。雖然其Ca2＋信號通路和相關蛋白激酶的作用機制是十分復雜的，但在弓形蟲整個生活史中起到了至關重要的作用，所以控制宿主細胞對Ca2＋的通透性也是宿主抵抗弓形蟲的一種重要手段［22］。

Nagamune等［23］研究發現，青蒿素及其衍生物可以通過抑制SERCA的Ca2＋－ATP酶的活性來破壞蟲體細胞內Ca2＋的動態平衡，作用類似于毒胡蘿卜素，通過抑制SERCA從而有效的起到抑殺弓形蟲的作用。在使用傳統化學藥物例如磺胺嘧啶和乙胺嘧啶治療弓形蟲時會產生明顯的副作用，然而使用青蒿素替代化學藥物治療弓形蟲感染是一個安全有效的手段［24］。

Emilio等［25］使用青蒿素對人工感染的柔嫩艾美爾球蟲雛雞進行治療。探討青蒿素控制SERCA的表達量對球蟲產生的影響。通過流式細胞技術和免疫熒光技術檢測，結果表明在使用青蒿素治療被球蟲感染的雞中的SERCA的表達量顯著降低，同時卵囊也顯著減少。這是由于卵囊壁的形成是一種鈣依賴性機制，受到SERCA的影響，由于青蒿素的作用使被球蟲感染的雞中SERCA降低，導致卵囊發育異常甚至導致卵囊的死亡。發育異常的卵囊即使被雞排出，也喪失孢子化能力，起到了控制球蟲繼續傳播的重要作用［26］。

2.4 青蒿素及其衍生物調節Th1、Th2免疫應答平衡 寄生蟲侵襲宿主后，隨著寄生蟲在體內感染的階段不同，會對機體產生不同的刺激從而誘導機體產生多種細胞因子，引起免疫系統發生復雜的免疫應答。其中輔助性T細胞（Th細胞）在機體對抗寄生蟲感染免疫中起到關鍵作用。Th細胞分為兩個不同亞群Th1和Th2。Th1可以分泌IL－2和IFN－γ，促進細胞免疫反應；Th2可以分泌IL－4、IL－5、IL－6和IL－10，增強體液免疫反應。IFN－γ和IL－2主要誘導Th1細胞分化，IL－4和IL－5主要誘導Th2細胞分化［27－29］。

在利什曼原蟲感染的研究中發現，在感染期間，機體免疫反應從細胞免疫反應向體液免疫反應偏斜，這也成為了寄生蟲能夠在細胞內持續的存活關鍵［30］。Haldar等［31］使用青蒿素治療利什曼原蟲感染的BALB/c小鼠，通過檢測Th細胞產生的細胞因子變化來說明Th1和Th2表達水平的變化。實驗發現，小鼠在感染利什曼原蟲后與未感染小鼠比較IFN－γ和IL－2的表達水平顯著降低了，而IL－4和IL－10的表達無明顯變化。在使用青蒿素治療感染小鼠后，可明顯提升IFN－γ和IL－2的表達水平，并且治療效果超過葡萄糖酸銻。實驗證明，青蒿素可以通過促進IFN－γ和IL－2表達水平升高，誘導Th1細胞分化，使機體不平衡的細胞免疫與體液免疫重新達到平衡，起到控制并殺死寄生蟲的作用。同時青蒿素可通過調節Th17細胞的細胞因子IL－17、IL－25與Treg細胞的細胞因子IL－10、IL－35之間的平衡，來糾正Th17/Treg細胞的免疫失衡［32］。

3 青蒿素及其衍生物耐藥機制

由于青蒿素及其衍生物具有高效抗瘧、加工簡單、成本低廉等優點，被長期廣泛應用于臨床治療。在臨床上長期、大量、持續的治療過程中，逐漸產生了耐藥性［33］。研究表明，在長期地藥物壓力下一些惡性瘧原蟲對青蒿素及其衍生物敏感性逐漸降低，如果去除藥物壓力，耐藥株對青蒿素及其衍生物的敏感性也逐漸恢復［34］。這說明青蒿素及其衍生物的耐藥性產生與長期連續的藥物使用密切相關。大量研究表明，長期藥物壓力會導致相應基因表達發生改變，引起作用靶蛋白表達量發生變化等結果。

Li等［35］研究表明，機體電子傳遞的變化會影響機體對青蒿素的敏感性。如果電子傳遞發生改變引起了電勢下降會抑制機體線粒體功能。研究表明線粒體破壞會導致編碼線粒體脫氫酶NDE1或NDI1的缺失。這些酶的缺會使機體對青蒿素敏感性減低。Krishna等［36］從惡性瘧患者病例中發現，PfATP6基因序列的第769位的絲氨酸突變為天冬酰胺（S769N），突變出現對蒿甲醚耐藥現象。不僅是在宿主中基因突變會引起機體對青蒿素及其衍生物敏感性發生變化，在瘧原蟲的遺傳過程中某些基因的突變也會影響其對青蒿素及其衍生物的敏感性。如與瘧原蟲抗藥性產生密切相關的惡性瘧原蟲多藥抗性基因（Plasmodium falciparum multi－drug resistance gene sequence，簡稱pfmdr1）、惡性瘧原蟲氯喹抗性性轉運蛋白（Plasmodiumfalci?parum chloroquine resistant transporter，簡稱pfcrt）的基因序列的變化可能會導致膜轉運蛋白的改變，從而使藥物外排增多，使其無法實施有效的抗瘧作用而產生耐藥性［37－38］。

青蒿素是一種天然植物提取物，在抗瘧方面相對于傳統抗瘧藥物不易產生耐藥性。但是隨著青蒿素的普遍使用，在泰柬邊境地區已出現了青蒿素耐藥性的現象，并且體外藥物敏感性監測檢測時也發現惡性瘧原蟲野外分離株的敏感性有降低的現象［39－40］。同樣，在中國的云南、海南等瘧疾高發并應用青蒿素類抗瘧藥較久的地區，惡性瘧原蟲的敏感性呈緩慢下降的趨勢［41］。因此，研究青蒿素及其衍生物耐藥性的產生機制并加以解決對防治瘧原蟲病有重要意義。

4 結論

青蒿素作為一種高效的抗瘧藥物已經廣泛的應用于全世界。它除了在抗瘧原蟲的應用上有顯著的效果之外，青蒿素及其衍生物也被發現在對抗其它原蟲，例如利什曼原蟲、阿米巴、錐蟲、球蟲等也是十分有效的。有研究發現青蒿素的一種衍生物，蒿乙醚可以針對影響宿主中樞神經系統的原蟲感染例如弓形蟲、棘阿米巴蟲、錐蟲，在治療上的效果十分顯著，對于這些類似疾病的治療與研究具有極大的潛力［42］。

現在，原蟲病的治療還面臨和許多難題，例如常用的抗原蟲藥物在應用中都有很大的局限性，它們都普遍具有嚴重的副作用，且長期使用會產生耐藥性。利什曼原蟲和錐蟲經過長期傳統藥物治療已經出現耐藥性，對臨床治療帶來巨大的挑戰，至今也沒有一個安全高效的治療牛新孢子蟲病和賈第鞭毛蟲病的特效藥物。青蒿素的化學特性以及青蒿素對抗原蟲病機制的研究已取得一定成果。使用青蒿素及其衍生物進行治療，相對傳統藥物治療手段，具有毒副作用低、無耐藥性、成本低廉等優點。無論是單獨使用還是與其他藥物聯合使用都為治療原蟲病提供了一個新的方式。

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（編輯：陳希）

Research Progress on Therapeutic Effect and Mechanism of Artem isinin against Protozoan Infection

YANG Gui－lian，SHIHao－lin，WANG Chun－feng?
（College of Animal Science and Technology，Jilin Provincial Engineering Research Center ofAnimal probiotics，Jilin Agricultural University，Changchun130118，China）

Protozoan is amonoplast eukaryon.The whole polypide consists of only one cell.Protozoa could live in the cavity，humor，tissue or cells of the livestock.Nowadays，there are few kinds of protozoosis jeopardizing human health and animal farming industry.However，medicines have lose their potency over time due to the development of resistance，drug remnants and side effects.Artemisinin is extracted fromArtemisia annual.Compared with traditionalmedicine，it is safer，cheaper and more efficient.In this review，we demonstrated the mechanism of artemisinin treatmentof protozoosis，the purpose is to provide some theoretical basis in use of artemisinin treatment of protozoosis.

artemisinin；mechanism；Leishmania；Eimeria tenella；Toxoplasma gondii；Plasmodium

2016－12－21

A

1002－1280（2017）04－0060－00

S859.79

國家“863”計劃項目（2013AA102806）；國家自然科學基金項目（31272552，31272541，31672528）；吉林省科技發展計劃項目（20160519011JH）；吉林省產業創新專項資金項目（2016C063）

楊桂連，副教授，從事動物寄生蟲免疫防治方面研究；石昊林，與楊桂連為共同第一作者。

王春鳳。E－mail：wangchunfeng＠jlau.edu.cn