青蒿素-教学讲解课件.pptx

1、青蒿素04人物专题-屠呦呦02理化性质及合成03作用功效CONTENTS01基本介绍05领域研究-植物组织培养SECTION1药品名称 青蒿素 别 名 黄花蒿素、黄花素、黄蒿素 外文名称 Artemisinin,Artemisinine,Qinghaosu 是否处方药 处方药 主要适用症 疟疾、红斑狼疮 青蒿素是从复合花序植物黄花蒿茎叶中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物，由中国药学家屠呦呦在1971年发现。蒿素是有效的抗疟特效药，具有速效和低毒的特点，曾被世界卫生组织称做是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”。SECTION2 无色针状晶体，味苦。无色针状晶体，味苦。在在丙酮丙酮、醋酸乙酯、氯仿、

2、苯及、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶，在乙醇和甲醇、乙醚及石油醚中可溶解，冰醋酸中易溶，在乙醇和甲醇、乙醚及石油醚中可溶解，在水中几乎不溶。在水中几乎不溶。熔点熔点:156-157:156-157 青蒿素来源主要是从青蒿中直接提取得到;或提取青蒿中含量较高的青蒿酸，然后半合成得到。除青蒿外，尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。青蒿虽然系世界广布品种，但青蒿素含量随产地不同差异极大。据迄今的研究结果，除中国重庆东部、福建、广西、海南部分地区外，世界绝大多数地区生产的青蒿中的青蒿素含量都很低，无利用价值。据国家有关部门调查，在全球范围内，只有中国重庆酉阳地区武睦山脉生长的青蒿素才具有工业提炼价

3、值。化学合成半合成路线全合成路线u生物合成半合成路线从青蒿酸为原料出发，经过五步反应得到青蒿素，总得率约为3550%。第一步第一步:青蒿酸在重氮甲烷/碘甲烷/酸催化下与甲醇反应，再在氯化镍存在的条件下，被硼氢化钠选择性还原得到二氢青蒿酸甲酯;第二步第二步:二氢青蒿酸甲酯在四氢呋喃或乙醚溶液中用氢化铝锂还原成青蒿醇;第三步第三步:青蒿醇在甲醇/二氯甲烷/氯仿/四氯化碳溶液中被臭氧氧化后得到过氧化物，抽干后再在二甲苯中用对甲苯磺酸处理得到环状烯醚;第四步第四步:环状烯醚溶解于溶剂中，在光敏剂玫瑰红/亚甲基蓝/竹红菌素等存在下进行光氧化合生成二氧四环中间体，再用酸处理得到脱羧青蒿素;第五步第五步:脱

4、羧青蒿素在四氧化钌氧化体系或铬酸类氧化剂的作用下氧化得到青蒿素。青蒿素化学合成途径全合成路线可由多种路线对青蒿素进行全合成。如Schmil等1983年报道了一条应用关键化合物烯醇醚在低温下的光氧化反应引进过氧基的全合成路线，反应以(-)-2-异薄荷醇为原料，保留原料中的六元环，环上三条侧链烷基化，形成中间体，最后环合成含过氧桥的倍半萜内酯。许杏祥等于1986年报道了青蒿素的化学合成途径，其合成以R-(+)-2香草醛为原料，经十四步合成青蒿素。萜类化合物的生物合成途径非常复杂，对于青蒿素这一类低含量的复杂分子的生物合成研究更是如此。用以下三种途径可生物合成青蒿素：（1）通过添加生物合成的前体来增

5、加青蒿素的含量；（2）通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控，或者对关键酶控制的基因进行激活来大幅度增加青蒿素的含量；（3）利用基因工程手段来改变关键基因以增强它们所控制酶的效率。青蒿素生物合成途径 从青蒿中提取青蒿素的方法是以萃取原理为基础，主要有乙醚浸提法和溶剂汽油浸提法。挥发油主要采用水蒸气蒸馏提取，减压蒸馏分离，其工艺为:投料-加水-蒸馏-冷却-油水分离-精油;非挥发性成分主要采用有机溶剂提取，柱层析及重结晶分离，基本工艺为:干燥-破碎-浸泡、萃取(反复进行)-浓缩提取液-粗品-精制。汽油法乙醇法硅胶层析法超临界法 在提取压力8-32MPa，提取温度30-70，解析压力4-8MPa，解析

6、温度30-70下通过循环分离青蒿素，提取时间0.5-5小时，提取率可达92%。1 李子颖,李士雨,齐向娟.青蒿素提取技术研究进展J.中药研究与信息,2002,4(2).2 何玉娟.黄花蒿植物中青蒿素的提取分离过程研究D.天津大学,2005.u 汽油法简练，工艺流程短，操作方便，但此法大量消耗汽油，安全性存在问题，且由于沸点高，母液处理困难，需减压回收，回收率低。u 乙醇法溶剂回收温度较难控制，有效成份易受破坏，收率低。u 硅胶层析法用硅胶做吸附剂，一次性使用，用量大，成本高，装柱困难，而且分离时间长，分离效果差，溶剂用量大。u 超临界法速度快，效率高，但投资高利用植物组织培养来生产青篙素是目前

7、青篙素研究的另一热点，可能成为大规模生产青篙素的重要手段。自80年代以来，植物组织培养生产青篙素的研究工作已进行不少，已经在青篙愈伤组织、悬浮细胞、芽和毛状根等培养体系中进行了青篙素合成的探索。SECTION3 青蒿素最初是从植物黄花蒿中提取的抗疟疾的活性成份，具有速效和低毒的特点，曾被世界卫生组织称做是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”。黄花蒿除了对疟原虫有很好的杀灭作用外，对其他寄生虫也有一定的抑制作用。青蒿素被疟原虫体内的铁催化，活化产生自由基，所产生的自由基与疟原蛋白发生结合，作用于疟原虫的膜系结构，并使其发生变化。该药首先作用于食物泡膜、表膜、线粒体，内质网，此外对核内染色质也有一定的

8、影响。作用方式主要是干扰膜-线粒体的功能。青篙素作用于食物泡膜，从而阻断了营养摄取的最早阶段，使疟原虫较快出现氨基酸饥饿，迅速形成自噬泡，并不断排出虫体外，使疟原虫损失大量胞浆而死亡。体外培养的恶性疟原虫对氚标记的异亮氨酸的摄入情况也显示其起始作用方式可能是抑制原虫蛋白合成。线粒体肿胀，内外膜脱落，从而对疟原虫的细胞结构及其功能造成破坏。20世纪80年代初，经科研人员初步研究发现，青蒿素具有抗血吸虫抗血吸虫的作用，研究证实，在整个服用青蒿素药物阶段对幼虫期的血吸虫都能产生杀灭作用。临床证实，青蒿素及其衍生物在治疗疟疾的过程中，并没有发现特别明显的不良反应。青蒿素的抗肿瘤作用逐渐被人们发现。青蒿

9、素能够诱导乳腺癌细胞、肝癌细胞、宫颈癌细胞等多种癌细胞凋亡，对癌细胞的生长具有显著的抑制作用。青蒿素能够致使乳腺癌细胞、肝癌细胞、宫颈癌细胞等多种癌细胞凋亡，对癌细胞的生长具有显著的抑制作用。青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用主要是依靠诱导细胞的凋亡而实现的。双氢青蒿素可以通过增加活性氧，从而抑制激活缺氧诱导的相关因子，发挥出选择性细胞毒作用。青蒿球酯对人的大肠癌细胞也有一定的抑制作用。线粒体是细胞凋亡的放大器和感受器，调节控制着细胞的代谢活动，通过线粒体的膜电位的改变诱导细胞的凋亡。青蒿素作用于白血病细胞的细胞膜，改变细胞膜的通透性，使得细胞内的钙离子浓度升高，这样不仅使得钙蛋白酶得以激活，使其膨

10、胀死亡，而且促进了凋亡物质的释放，细胞凋亡加快。青蒿玻醋青蒿玻醋具有增强非特异性免疫的作用，能够使小鼠血清的总补体活性提高。双氢青蒿素双氢青蒿素对于B淋巴细胞的增殖，能起到直接的抑制作用，从而减少B淋巴细胞对自身抗体的分泌，减轻体液免疫反应，对体液免疫有一定的抑制作用，减少了免疫复合物的形成。青蒿素的抗真菌作用也使得青蒿素表现出了一定的抗菌活性。研究证实青蒿素的渣粉剂和水煎剂对炭疽杆菌、表皮葡萄球菌、卡他球菌、白喉杆菌均有较强的抑菌作用，对结核杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、痢疾杆菌等也具有一定的抑菌作用。用蒸馏法制备的青蒿注射液，对百、白、破三联疫苗致热的家兔有显着的解热作用。青蒿素可减慢心

11、率，按捺心肌缩短力，下降冠脉流量。静脉注射有降血压作用，但不影响去甲肾上腺素的升压反响。静脉注射20mg/kg青蒿素可致兔心律失常。青蒿琥酯能显著缩短小鼠戊巴比妥睡眠时间 青蒿素对实验矽肺有明显疗效 蒿甲醚对小鼠有辐射防护作用不同于其它大多数氧化剂，青蒿素不能被循环氧化和还原。因此一个药物分子只能产生一个自由基，其次所有氧化内源性产物只能在高药物浓度100M实验中被观察到。但药物在至少低于此1000倍的浓度下即可发生作用，所以青蒿素衍生物的毒性作用必定有更高的选择性。SECTION4 青蒿素呦呦鹿鸣，食野之苹”1951年，屠呦呦考入北京大学医学院(现为北京大学医学部)，选择药物学系生药学专业为

12、第一志愿。1955年，屠呦呦大学毕业，分配到卫生部直属的中医研究院(现中国中医研究院)工作。1969年，屠呦呦所在的中医研究院接到了一个“中草药抗疟”的研发任务，代号523，成了当时研究防治疟疾新药项目的代号。1971年下半年，屠呦呦由用乙醇提取改为用沸点比乙醇低的乙醚提取，1971年10月4日成功提取到青蒿中性提取物，获得对鼠疟、猴疟疟原虫100%的抑制率。1977年，她首次以“青蒿素结构研究协作组”名义撰写的论文一种新型的倍半萜内酯青蒿素发表于科学通报1980年屠呦呦被聘为硕士生导师，2001年被聘为博士生导师。她多年从事中药和中西药结合研究，突出贡献是创制新型抗疟药青蒿素和双氢青蒿素。1

13、967年的5月23日 中国疟疾研究协作项目成立，因绝密军事项目，遂设代号523，中国抗疟新药的研究开始。1971年10月 历经380多次鼠疟筛选，取得中药青蒿素筛选的成功。1972年 从中药青蒿中分离得到抗疟有效单体，命名为青蒿素，对鼠疟、猴疟的原虫抑制率达到100%。1973年 经临床研究取得与实验室一致的结果、抗疟新药青蒿素由此诞生。青蒿素抗疟研究课题获全国科学大会“国家重大科技成果奖”。1978年 青蒿素研究成果获国家科委授予的国家发明奖二等奖。1979年 青蒿素的研制成功被中华医学会等评为“建国35年以来20项重大医药科技成果”之一。1984年“青蒿素”获得了一类新药证书（86卫药证字

14、X-01号）。1986年 双氢青蒿素被国家科委等评为“全国十大科技成就奖”。1992年“双氢青蒿素及其片剂”获一类新药证书（92卫药证字X-66、67号）。1992年 双氢青蒿素被卫生部评为“新中国十大卫生成就”。1997年“双氢青蒿素栓剂”、青蒿素制成口服片剂获得新药证书，分别为国药证字H20030341和H20030144。2003年 青蒿素研究成果获拉斯克临床医学奖。获奖理由是“因为发现青蒿素一种用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命”。2011年9月 获得诺贝尔生理学或医学奖。2015年SECTION5植物组织培养前景介绍 作为原料的青蒿要求在花前收获，这将导致

15、野生青蒿种子逐年减少，进而引发资源枯竭，其次，青蒿素含量很低，市场需求大。因此，寻求青蒿素高质高产的生产和合成途径尤为重要。青蒿素虽已能人工合成，但成本高、难度大，也未能投入生产。近年人们试图通过植物组织培养技术来解决青蒿素的生产问题。前景分析青蒿素含量相当低（约为 0.4%1.0%）人工合成成本高难度大野生青蒿资源枯竭组织培养毛状根培养反应器发酵培养次级代谢产物研究植物组织培养筛选高产细胞系利用组织培养方法培养植物的某些器官或愈伤组织，并筛选出高产、高合成能力、生长快的细胞株系。筛选不同地区的青篙,利用青篙素高产植株的叶作外植体诱导愈伤组织，形成新的植株。用不同发育阶段的花蕾和花器官为外植体

16、诱导丛生芽。不同外植体诱导愈伤组织再分化形成芽黄花蒿组织培养研究贾秀山,廖宇静,于飞飞,杨燕池,尹秋平毛状根培养知识回顾毛状根培养 刘本叶、叶和春等 从 747 条发根农杆菌 ATCC15834 转化的青蒿株系 025 发根中，筛选出 7 个生长较快的发根系，这 7 个 系在生长速度和青蒿素含量上均有显著差异，其中发 根系 HR-9 青蒿素收率最高，达到每月 33.25 mgL。青蒿发根的生长量和青蒿素含量极显著高于未转化根秦明波从利用 Ri 1601 质粒转化青蒿叶片获得的毛状根中检 测到青蒿素的存在,并对毛状根系进行了筛选和培养基成分的影响研究。取青蒿毛状根的根尖，进行继代培养，筛选生长旺

17、盛、分支多且细长的毛状根培养物进行液体振荡培养，青蒿素含量测定。生长相关：青蒿发根中青蒿素含量呈明显的“与生长相关”特性，在指数生长期，青蒿素含量缓慢下降，生长速度减缓后，青蒿素含量上升，发根生长停止后，继续延长培养时间，青蒿素含量也不再提高。优点:生长速度快,分支多,弱向地性;毛状根本身处于器官化水平,其生理生化、遗传特征稳定,具有稳定的次生代谢物合成能力影响因素 青蒿素生物合成研究进展综述吴代娟，罗桂甫 研究人物：蔡国琴 刘本叶、叶和春生物因素：毛状根的诱导和筛选（不同的诱导对象，不同的诱导方法）物理因素：光照（在660nm波长的光线下，青蒿毛状根干重和青蒿素含量都达到最大。）温度化学因素

18、：C源 N源 激素 前体 生物反应器青蒿毛状根青蒿毛状根合成青蒿素的合成青蒿素的培养条件研究培养条件研究_刘春刘春朝朝反应器发酵培养青蒿植物组织培养技术的应用，必须有较好的培 养体系，有相应的培养设备才能实现工业生产。利用超声雾化生物反应器、自制流化床生物反应器、自制气升式内环流生物反应器进行青蒿毛状根多层培养生产青蒿素，在 一定条件和工艺下，产量有所提高。超声雾化植物组织培养反应器的特性及应用 刘春朝王玉春徐霞 流化床生物反应器培流化床生物反应器培养养 青蒿毛状根生产青蒿青蒿毛状根生产青蒿素素刘春朝刘春朝 王玉王玉春春郭郭 晨晨 欧阳藩欧阳藩 叶和叶和春春李国风李国风仪器图片气升式内环流生物

19、反应器雾化器次级代谢产物研究提高次级代谢产物量1.将“两相培养”的方法用于植物组织和细胞培养，提高次生产物的产生和积累。2.在培养基中加入次生代谢产物合成的前体或能促进前体产生的化合物，都能显著提高次生代谢产物的含量和产量。3.向培养基中加入适当的诱导子对次生产物的产生和积累很有帮助。黄花蒿组织黄花蒿组织培养及培养物培养及培养物中青蒿素含量中青蒿素含量的研究的研究刘春刘春朝朝植物组织培养总结1)筛选青篙素含量高的优良品种进行栽培:2)通过组织培养和细胞培养筛选高产细胞系;3)建立青篙素高含量的离体绿色发根培养系统;4)通过遗传方法与生物技术相结合进行遗传育种,建立青篙素含量高的突变体或多倍体的青篙植株、细胞系或离体发根培养系统。未来展望 对于青蒿素的研究我相信不会就此止步不前，可能在未来不是很久的时间里会有更大的突破，与此同时我们对于许多疾病可能也会有不同程度的深层次的理解。THANKS