7 青蒿素:人类征服疾病的一小步

image
屠呦呦 李贺 摄

非常荣幸在这里接受今年的拉斯克临床医学研究奖——这一生物医学领域最负盛名的奖项,衷心感谢评委会对我在发现青蒿素及其治疗疟疾的功效等方面贡献的肯定。

我在童年的时候,曾目睹民间中草药治病救人的事例。那时候,我完全没有想到,我的生命会和这些神奇的中草药紧密地联系在一起;我也从没梦想过有今天这样的隆重时刻,我的研究被国际科学界称颂。

1955年,我从北京医学院药学系毕业,在卫生部中医研究院中药研究所开始了富有意义的工作,特别是在全脱产学习中国传统医学的那两年半中,我对中草药从好奇转化为热衷。那两年半的训练,使我发现了中医药学的丰富宝藏,领悟了中国传统哲学有关人体和宇宙的精妙思想。在中医药学和现代医药科学紧密结合的原则下,我的团队运用现代科学和技术,继承了中医药学的精髓,成功地从青蒿[1]中发现并提取出青蒿素。

奎宁[2]的发现,很大程度上得益于秘鲁历史上对金鸡纳树[3]的利用;青蒿素的发现,则是中医药学赠予人类的瑰宝。在研究最困难、最关键的时刻,我从传统中医文献中获得新的灵感和启示。青蒿素的发现是人类征服疾病进程中的一小步,基于青蒿素的联合疗法(ACT)已成为世界卫生组织推荐的一线抗疟方案,对此我深感鼓舞和欣慰。为此,我也衷心感谢为青蒿素发现和应用作出诸多贡献的中国同事们和国际友人们。长久以来,中医药服务于中国和亚洲人民,毫无疑问,对传统医药的继续探索,会给这个世界带来更多的良药。我呼吁大力加强国际合作,推动对中医以及其他传统医学的研究,使之最大程度地造福人类。

发现青蒿素的抗疟疗效
疟疾威胁人类健康长达数千年。20世纪50年代,由于疟原虫抗药性的出现,疟疾重新开始肆虐,消灭疟疾的国际努力遭受重挫。1967年,中国政府启动“523”项目来抗击疟疾。1969年,中医研究院任命我领导抗疟药研究工作。我带领由植物化学和药理学专业研究者组成的团队,开始从中草药中寻找并提取可能具有抗疟疗效的成分。

在第一阶段,我收集了2000 个方药,挑选出可能具有抗疟作用的640 个,从其中的200 个方药中提取了380 余种提取物,在小白鼠身上测试抗疟效果,然而进展甚微。

研究的转折点出现在青蒿上,其提取物显示有一定的抗疟效果,然而,实验结果很难重复,而且似乎与文献记录相悖。

为了寻求答案,我们查阅了大量的文献。最早提到青蒿治疗疟疾的记录,出现在东晋葛洪所著的《肘后备急方》中,书中有这样的话:

又方,青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之。

这句话让我深受启发:我们使用通常的加热提取方式,也许恰恰破坏了青蒿的活性成分。因此考虑改为低温提取,以保存其抗疟有效成分。改变提取方式后,抗疟效果果然大幅度提升!

我们随后将青蒿提取物分为酸性和中性两大部分。在1971 年10 月4 日,我们成功得到了安全性高的中性提取物,并获得对感染疟疾的小白鼠和猴子百分之百的抗疟药效!我们终于找到了发现青蒿素抗疟疗效的突破口!

从分子到药物
在20 世纪70 年代的历史环境下,新药的临床试验很难开展。为了战胜疟疾,我和我的同事勇敢地做志愿者,第一批尝试青蒿提取物,以确认其对人体的安全性。随后,我们赴海南对疟疾病人进行临床治疗,结果振奋人心:病人症状迅速消失!

受临床疗效的鼓舞,我们转向分离提纯,得到了抗疟的有效成分,于1972 年11 月8 日,终于找到了这个熔点在156~157 ℃的无色晶体——C15H22O5。后来我们将其命名为“青蒿素”。

青蒿素的发现,是我们研究进展的第一步。我们随即转向第二步:将这个天然分子变为药物。

在这个过程中,我们发现生长在北方的青蒿的青蒿素含量比较低,药物生产需要青蒿素含量高的青蒿,“523”项目的大团队成员在四川找到了含量高的青蒿。

1973 年秋,我们在海南疟疾疫区试用青蒿素胶囊,取得了明确的疗效。这样,我们终于打开了开发新抗疟药物的大门。

影响世界
在中国科学院生物物理研究所等单位的协作下,我们确定了青蒿素分子的立体结构,1977年在《科学通报》发表,并迅速被《化学文摘》收录。1979年,国家科学技术委员会授予我们“国家发明奖”,表彰青蒿素的发现。

1981 年,联合国开发计划署、世界银行以及世界卫生组织赞助的疟疾化疗科学工作组第四次会议在北京召开。在这个会议上,我国关于青蒿素及其抗疟性的几个报告引起热烈反响。作为这个会议的第一个发言人,我作了题为《青蒿素的化学研究》的报告,随后这一报告在1982 年公开发表。青蒿素的发现及其疗效开始引起世界关注。1986 年,青蒿素成为我国新药审批办法实施以来的第一个一类新药。

发展与超越
青蒿素与以往的抗疟药物相比,在化学结构和作用特点上有明显的差异。我们在研究评价的时候发现,比之青蒿素,双氢青蒿素[4]的疗效提高近十倍。更重要的是,用双氢青蒿素治疗的病人复发率很低。在分子中引入羟基,也给发展新的青蒿素衍生物创造了更多的机会。

我们团队后来将双氢青蒿素发展成新的药物。在过去十年,我们也尝试用青蒿素和双氢青蒿素治疗其他的疾病。《青蒿及青蒿素类药物》一书于2009 年出版,这本书记录了青蒿素发现的历史及我们在研究程中所学到的知识。
2002 年,世界卫生组织推荐采用青蒿素作为一线药物治疗疟疾。如今,青蒿素联合疗法在全世界广泛应用,这一疗法极大地减轻了疟疾的症状,拯救了许多人的生命,特别是非洲孩子们的生命。

中医药学的贡献

青蒿素是中医药学给予人类的一份珍贵礼物。和植物化学的其他发现在药物开发中的应用相比,从青蒿提取物到青蒿素的研发历程相当快速,然而,这绝不是中医药智慧的唯一果实。中国的基础和临床研究还发现,具有悠久应用历史的中药砒霜[5],用于治疗白血病颇具疗效,已经成为治疗白血病的重要选择。对治疗失忆有效的石杉碱甲[6],也是从中草药“千层塔”中提取的,是我国用于治疗老年性精神障碍的一种临床用药。

然而,单一药物治疗某一特定疾病的现象在中医实践中非常少见,复方用药才是中医几千年来的主要用药形式。通常,中医师按中医理论和方法诊断病人症候,对症开出由多种中药按君臣佐使[7]组成的处方,并随着病情的发展和症候的变化,随时调整处方的药味和剂量,以达到良好的疗效。这样的辨证施治疗法和有效方药的积累对中华民族的繁衍昌盛作出了积极贡献。我们从中药青蒿研发出抗疟药物青蒿素,仅是发掘中医药宝库的努力之一。

心血管疾病的治疗也受益于中医药学。中医的一个治则是活血化瘀,这一治则也适用于冠心病的术后维护。中药提取的芍药苷[8]等被用于防止经皮冠状动脉介入治疗后的血管再狭窄,临床显示再狭窄率大幅降低。还有许多其他证据支持中医活血化瘀的临床疗效。

和心脑血管疾病相关的一个新领域也正在发展,即所谓的生物力药理学,旨在将中药的药效和血流的生物力学影响相结合,用于防病治病。实验研究表明,保健运动可提高血流剪应力,再联合使用某些活血中药,可以减少动脉粥样硬化的形成。

这里所举中医药对人类健康的贡献,不过沧海一粟。我的梦想是:在同威胁人类健康与生命的疾病的斗争中,中医药学进一步发挥威力,为维护世界人民的健康与福祉作出新贡献!



  1. [青蒿] 菊科植物黄花蒿,茎、叶可入药。 ↩︎

  2. [奎宁] 俗称“金鸡纳霜”,一种生物碱, 可做抗疟疾药物。 ↩︎

  3. [金鸡纳树] 常绿灌木或小乔木,原产南美洲,树皮和根皮是提取奎宁的重要原料。 ↩︎

  4. [双氢青蒿素] 青蒿素的一种衍生物,是在青蒿素结构中引进羟(qiǎng)基的产物,比青蒿素多两个氢原子。它本身具有强于青蒿素的抗疟活性,是合成青蒿素类药物的基础。 ↩︎

  5. [砒霜] 即三氧化二砷,常为白色粉末,有剧毒。 ↩︎

  6. [石杉碱甲] 一种生物碱,从蕨类植物蛇足石杉(又名“千层塔”)中提取。 ↩︎

  7. [君臣佐使] 中药方剂组成配伍的比拟词。 ↩︎

  8. [芍药苷] 一种糖苷类化合物,从芍药科植物芍药、牡丹等的根中提取,具有扩张血管、抑制血栓形成、镇痛镇静等药理作用。 ↩︎

Last edited by @suen 2024-08-22T09:10:37Z

一名物理学家的教育历程[1]

加来道雄

童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解,并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。

记得那时我的父母亲不时带我去旧金山游览著名的日本茶园。我蹲在那里的一个小池边,为慢慢畅游于睡莲之间的五彩斑斓的鲤鱼所陶醉。这是我最快乐的童年记忆之一。

在那静静的时刻,我充满了无限的遐想。我常常给自己提出一些只有小孩儿才问的傻乎乎的问题,比如水池中的鲤鱼怎样观察它们周围的世界。我想,它们的世界一定奇妙无比!

鲤鱼们的一生就在这浅浅的水池中度过。它们相信它们的“宇宙”就由阴暗的池水和睡莲构成。它们大部分时间在池底漫游,因此它们只模糊地意识到在水面之上存在有另一个外部世界。我的世界的本质超过了它们的理解能力。我喜欢坐在距离鲤鱼仅仅几厘米的地方,然而,我们之间却如距深渊。鲤鱼和我生活在两个截然不同的宇宙之中,从不进入对方的世界,我们之间被水面这一薄薄的“栅栏”分隔开来。

我曾想:在水底的鱼群中可能有一些鲤鱼“科学家”。我想这些鲤鱼“科学家”会对那些提出在水池之外还存在有另外一个平行世界的鱼冷嘲热讽。它们认为,唯一真实存在的事物就是鱼儿们看得见摸得着的。水池就是一切。水池之外看不见的世界没有科学意义。

有一次,我遇到了一场暴雨。我注意到成千上万的小雨滴轰击池水的表面。池水表面变得混乱,水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。在躲避风雨之时,我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中。在它们看来,睡莲似乎是自己在运动,没有任何东西冲刷它们。因为就像我们看不见我们周围的空气和空间一样,鲤鱼们也看不见它们赖以生存的水,它们为睡莲自己能够运动而困惑不解。

我想,鲤鱼“科学家”们将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为“力”——来掩盖自己的无知。由于不能理解在看不见的水面上存在的水波,它们将得出这样一个结论:睡莲之所以能够不被触摸而运动,是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。它们可能给这种错觉起一个高深莫测的名称(如“超距作用[2]”,或“没有任何接触下睡莲即会运动的能力”)。
我曾想,如果从池水中抓出一个鲤鱼“科学家”,事情将会怎么样呢?放回池水之前,它可能随着我的察看而狂乱挣扎。那么别的鲤鱼又将怎样看待这件事呢?对于它们而言,这确实是一件可怖的事情。它们第一次意识到有一位鲤鱼“科学家”从它们的宇宙中消失了。就那么简简单单,没有留下任何踪迹。不管在它们的宇宙中怎么寻找,就是没有这条丢失的鲤鱼的踪影。然而,就那么几秒钟,当我把它放回池水之后,这位鲤鱼“科学家”便突然冒了出来。对于别的鲤鱼而言,这真是一个奇迹。
待神志镇定之后,这位鲤鱼“科学家”就会讲述一个真正令它们惊诧不已的传奇故事。它说:“突然之间,不知怎的我就被拉出了咱们的宇宙(池水),投进了一个冥冥世界,那里有令人目眩的强光和我从未见过的奇形怪状的物体。最奇怪的是那个抓住我的生物竟然一点儿也不像鱼。更使我震惊的是,无论如何也看不到它的鳍,但是没有鳍它还是能够运动。我感觉到熟悉的自然规律不再适用于这个冥冥世界。随后,我发现自己突然又被扔回了咱们的世界。”(当然,这个到宇宙之外一游的故事对于鲤鱼是怪诞的,大多数鱼都认为这完全是胡说八道。)
我常想,我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼。我们的一生就在我们自己的“池子”里度过,以为我们宇宙只包含那些看得见摸得着的事物。就像鲤鱼一样,我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。我们自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间[3],而这些都超出了我们的理解力。如果我们的科学家发明像力这样一些概念,那仅仅是因为他们不能用眼检验出充满于我们周围空间的无法看见的各种振动。一些科学家鄙视更高维数世界的说法,是因为他们不能在实验室里便利地验证它。
image
我们宇宙或许是无数个平行宇宙中的一个。每一个宇宙通过无穷多的蛀洞(连通两个时空域的“隧道”)跟其他宇宙相连。在这些蛀洞之中旅行是可能的,但可能性又微乎其微。

此后,我一直对存在高维世界的可能极感兴趣。像许多孩子一样,我贪婪地阅读这样一类历险故事,其中讲述的是时间旅行者进入别的多维空间,探索我们看不见的平行宇宙,在那里能很容易地使通常的物理定律不再起作用。我长大后想知道,在百慕大三角神秘消失的船只是不是进入了一个空间漏洞。我对阿西莫夫的《基地》系列惊叹不已,书中超空间旅行的发现推动了一个银河帝国的兴起。

童年时的第二件事也给我留下深刻的印象。我八岁时曾听过一个故事,此后它一直留在我的脑海里。记得我的老师在班里讲了一个已故伟大科学家的故事。他们极其崇敬地讲到他,称他是整个人类历史上最伟大的科学家。他们说很少有人能够理解他的思想,但是他的发现却改变了整个世界和我们周围的一切。我不理解他们想告诉我们的许多东西,但是最使我对此人感兴趣的是他未能完成自己的伟大发现就撒手人寰。他们说他多年潜心于这个理论,他死之后,他尚未完成的论文仍然摆放在自己的办公桌上。

我被这个故事迷住了。对于一个孩子来说,这是很神秘的。他未完成的工作是什么?他桌上论文的内容是什么?什么问题可能会如此难以解决而又非常重要,值得如此伟大的科学家把他的有生之年花费在这种研究之中?由于好奇,我就决定学习我能学到的关于爱因斯坦的一切,包括他的未完成的理论。我记得,我花了好多时间静静阅读我能够找到的关于这个伟人和他的理论的每一本书。这种记忆到现在仍然温暖如春。我读完我们当地图书馆的书之后,就开始在全市搜寻图书馆和书店,急切地查找有关线索。不久我就知道这个故事比任何的神秘谋杀故事都更加激动人心,也比我曾想象的任何事情都重要。我决定要对这一秘密刨根究底,纵然为此而必须成为一名理论物理学家也在所不辞。

不久,我就知道爱因斯坦桌上未完成的论文写的是他试图构造的所谓的统一场论[4]。这个理论能解释所有的自然规律,从细小的原子到浩 *瀚的星系。然而,作为一个孩子,我却不能理解,畅游在茶园池水中的鲤鱼和爱因斯坦桌上未完成的论文可能存在着某种联系。对于更高的维数可能是解决统一场论的关键这一点,我不理解。

后来,在高中阶段,我看完了许多地方图书馆中这方面的书,并且常常造访斯坦福大学的物理学图书馆。在那里,我发现爱因斯坦的工作使想象一种称为反物质[5]的新型物质成为可能。这种物质的作用形式与普通物质一样,但与普通物质接触之后它们将会湮没[6],并且猛然释放出能量。我也知道科学家已经建造了一些大型仪器,或者说是“原子对撞机”,这种仪器可以在实验室里产生微量的这种奇异物质,即反物质。

年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸[7]不前,而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。没有考虑所要遭遇的困难,我就开始着手建立我自己的原子对撞机。我一直研究科学文献,最后我确信能够建造一台所谓的电子感应加速器,这种加速器能把电子加速到数百万电子伏特(100 万电子伏特是指电子在 100 万伏特的电场中被加速后所获得的能量)。

首先,我购买了少量的钠-22,它是一种能够自然地放射正电子(电子的反物质)的放射性物质。然后我建造了一个云室[8],在云室中可以看到亚原子粒子[9]留下的踪迹。这样我就能够拍下好几百张由反物质留在云室中的精美照片。紧接着,我找遍周边地区大量的电子仓库,装配必需的硬件设备,包括好几百磅[10]重的废品处理钢,在我的车间建造一个230 万电子伏特的电子感应加速器,这个加速器完全有能力产生一束反电子。为了产生电子感应加速器所必需的巨大磁场,我努力说服父母亲让他们帮助我在我读高中的那个学校的足球场中缠绕 22 英里[11]长的铜线。我们把整整一个圣诞假日花费在这条 50 码[12]长的线路上,缠绕和安装笨重的线圈,这种线圈将使高能电子的运动路径发生弯曲。

当最后建成时,这个300 磅重、6 千瓦的电子感应加速器耗掉了我屋子中所能提供的每一点儿能量。当我接通它后,通常会烧断每一根保险丝,让屋子变得漆黑一团。在屋子周期性陷入黑暗的同时,妈妈常常在摇头。(我想,妈妈对于她有一个不在棒球场或篮球场玩耍,反而在汽车间建造一架巨大的电子仪器的儿子困惑不解。)使我感到欣慰的是,仪器成功产生了比地磁场强两万多倍的磁场,而这正是加速一束电子所必需的。

从梦想到发现,科学的道路是艰苦而漫长的。同时,科学又有着独特的魅力,充满无穷的乐趣。

这两篇文章分别记述了作者在科学探索过程中的重要经历。屠呦呦带领团队经过多年的不懈努力,终于找到利用青蒿素治疗疟疾的方法,拯救了成千上万患者的生命。阅读《青蒿素:人类征服疾病的一小步》,要理清文中展示的科学发现的过程,关注那些对科学发现有重要启示的节点,还要注意体会科学工作者的责任感和奉献精神。

《一名物理学家的教育历程》写的是加来道雄童年时的奇思妙想和青少年时期的积极探索,这些活动并非“正式”的研究工作,却能让我们领会想象和兴趣对于科学探索与发现的重要意义。

阅读时还应当关注两位科学家是如何让公众了解他们的工作,深入浅出地介绍科学研究的原理与探索过程的。此外,对两篇文章中提到的一些科学话题,如中医药学的贡献、“高维世界”的理论意义等,有兴趣的同学可自主探究,深入思考。


  1. 选自《超越时空》(上海科技教育出版社 2009 年版)。刘玉玺、曹志良译。有改动。加来道雄,日裔美国理论物理学家。 ↩︎

  2. 超距作用:相隔一定距离的物体之间所存在的一种直接、瞬时的相互作用,这种相互作用的传递不需要任何介质,也不需要任何时间。 ↩︎

  3. 多维空间:一般认为我们所处的宇宙是三维空间,加上时间,即四维空间。现在理论物理学界有人认为,我们宇宙的空间超过四维,如十维空间、十一维空间等。 ↩︎

  4. 统一场论:从场的观念出发,试图把自然界中电磁、引力、弱、强等各种相互作用统一起来的理论。爱因斯坦在他后半生把大量精力投入到这一理论的研究中,在他的影响下,统一场论成为20世纪物理学的重要研究方向。 ↩︎

  5. 反物质:由粒子组成的称为物质,由反粒子组成的称为反物质。 ↩︎

  6. 湮没:这里指当基本粒子和它的反粒子相遇时,二者一起消失、转化的现象。 ↩︎

  7. 畏葸(xǐ):畏惧。 ↩︎

  8. 云室:原子核物理或基本粒子研究中观测微观粒子径迹的仪器。 ↩︎

  9. 亚原子粒子:原子层次下的质子、中子等粒子。 ↩︎

  10. 磅:英美制质量或重量单位。1 磅约合0.45 千克。 ↩︎

  11. 英里:英美制长度单位。1 英里约合1.61 千米。 ↩︎

  12. 码:英美制长度单位。1 码约合0.91 米。 ↩︎