青蒿素抗疟机理：在疟原虫体内地毯式轰炸？

今年中国科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖，让拯救了成千上万人的青蒿素又一次成为了科学界关注的焦点。

尽管屠教授在上个世纪七十年代就分离出了对疟疾有效的青蒿素，但是青蒿素及其衍生物具体的药理生化和分子生物学过程一直还不太清楚。不过最近，在化学蛋白质组学技术的帮助下，研究人员已经证明，青蒿素可以不加区别地结合到疟原虫内部许多关键生化途径有关的蛋白上，从而杀死恶性疟原虫。

为了确定哪些蛋白质是这种药物结合的靶标，由新加坡国立大学的林青松教授、Kevin S. W. Tan教授、Jigang Wang，以及南京大学的华子春教授带领的一个研究团队合成出了含炔标记的青蒿素类似物分子。当将这种化合物放入疟原虫培养容器中，再通过炔基团的点击化学连接上生物素后，该团队就可以通过识别生物素的技术“钓”出所有这些青蒿素结合的蛋白质。研究人员通过亲和纯化技术，使用链霉亲和素标记的微珠在此混合物中强烈结合生物素，从而达到目的。然后，他们利用液相色谱质谱法确定了纯化的蛋白质种类（Haem-activated promiscuous targeting of artemisinin in Plasmodium falciparum. Nat. Commun.,2016 doi:10.1038/ncomms10111）。

研究人员发现，该青蒿素类似物分子可以与高达124种不同的蛋白质结合，不过他们并不感到意外。“被激活青蒿素的高活性和速效性质表明，它很可能有多个靶标，”林教授说。该药在数十年的广泛使用后只产生了很低程度的抗药性，这一事实也支持了这个想法。

该药物的广谱蛋白质结合性首先是由北卡大学教堂山分校的Steven R. Meshnick的研究团队提出，他们在20多年前报告了放射性同位素标记的青蒿素结合几种寄生虫的蛋白质（Antimicrob. Agents Chemother. 1994, DOI: 10.1128/AAC.38.8.1854）。不过大部分与青蒿素结合的蛋白质在当时并没有被确定，Jigang Wang解释说。

在其它实验中，这个研究团队还发现，青蒿素需要血红素（血红蛋白的含铁成分）才能被激活。在寄生虫生命周期的不同阶段，血红素来自不同的来源。在早期阶段，血红素来自寄生虫本身的生物合成途径。在红血细胞后阶段，血红素来源于被消化的血红蛋白。

“这个核心发现与以前的想法是一致的：青蒿素具有一个导火线，将在血红素丰富的寄生虫体内点燃，然后它将像炸弹一样无差别的在疟原虫体内展开攻击，”哥伦比亚大学David A. Fidock实验室研究疟疾抗药性的博士后Leila S. Ross说。“青蒿素通过干扰多种细胞过程杀死疟原虫，而不只是影响单一的细胞途径。”但将在实验中被发现与青蒿素类似物结合的所有分子都称作是药物“靶标”则可能过于夸张。她说：“他们似乎只是在错误的时间出现在错误的地点的高丰度蛋白。”

Meshnick说，当年他的团队开始研究青蒿素的药用机理时，这个想法是有争议的，当时的技术并不能鉴定这些蛋白质。“现在，这篇漂亮的文章使得‘血红素激活青蒿素与多种蛋白反应这一观点’有了一个有说服力的证据，”Meshnick说。“该机理将以前的各种机理的头绪联系在了一起，成为一个整体。”

1. http://www.nature.com/ncomms/2015/151222/ncomms10111/full/ncomms10111.html

2. http://cen.acs.org/articles/94/i1/Well-Known-Malaria-Drug-Artemisinin.html