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抗瘧疾中藥──青蒿研究新知

民國100年3月號

抗瘧疾中藥──青蒿研究新知

青蒿為菊科 (Compositae) 植物黃花蒿 (Artemisia annua L.) 的乾燥地上部分,性寒,味苦、辛,歸肝、膽經,主治暑邪發熱、陰虛發熱、夜熱早涼、骨蒸勞熱、瘧疾寒熱、濕熱黃疸 [1],富含倍半萜類 (sesquiterpenes) 成分,主要為青蒿素 (artemisinin) ;黃酮類 (flavonoids) 化合物,例如:中國薊醇 (cirsilineol) ;香豆素類化合物,例如:東茛菪素 (scopoletin);多種衍生物,例如:雙氫青蒿素  (dihydroartemisinin) 、青蒿琥酯 (artesunate)、蒿甲醚 (artemether) 及蒿乙醚 (aneether) 等 [2];此外尚含紫花牡荊素 (casticin) [3]、二氫青蒿酸 (dihydroartemisinic acid) [4]、青蒿酸 (artemisinic acid) [4] 以及揮發油 (violate oil) [5] 等成分。

青蒿以其抗瘧疾功效而著名,青蒿素混合療法 (artemisinin combination therapy,ACT) 是目前公認最有效治療瘧疾並降低傳播率的方法 [6],世界衛生組織 (World Health Organization,WHO) 甚至建議ACT可作為惡性瘧原蟲 (Plasmodium falciparum) 第一線的治療藥物 [7]。青蒿素對利什曼原蟲 (Leishmania) [8]、血吸蟲 (Schistosoma) [9]、弓漿蟲 (Toxoplasma) [10]、錐蟲 (Trypanosoma) [11]、病毒 [12, 13] 等微生物有抵抗作用,並且能抑制人類乳癌、白血病、大腸癌、小細胞肺癌等癌細胞生長 [14],尤其是對於具有抗藥性的癌細胞也有抑制作用 [15, 16];而青蒿琥酯、雙氫青蒿素同樣也具有抗微生物 [17-21]、抗癌等作用 [22-24]。

青蒿素在臨床使用上雖無明顯不良副作用 [25],但長期使用可能仍有安全疑慮 [26],因此科學家對青蒿的研究仍持續進行中,茲將近期研究摘述如下以供參考:

1. 生物合成:

青蒿素的主要來源為黃花蒿,但含量極低,僅有乾燥黃花蒿重量的0.01%~0.8%,導致青蒿素價格昂貴並對於青蒿素混合療法所需供不應求,而化學合成法目前尚不可行,因此Liu等人建立了黃花蒿之農桿菌仲介轉殖系統 (Agrobacterium-mediated transformation system) ,將與青蒿素合成相關之基因轉殖至植物,以基因轉殖植物代謝工程而成功獲得較高產量的青蒿素 [27]。

青蒿素主要是在黃花蒿植物的腺毛 (glandular trichome) 進行合成,受制於嚴格的發育及調控網絡,例如植物激素。Maes等人分別研究了2種黃花蒿,觀察腺體發育、主要代謝物及轉錄形態,以及3種植物激素──asmonate、gibberellin與cytokinin的化學結構與分子形態。此外,並分析不同發育階段jasmonate引導的生長葉子的cDNA-擴增片段長度多樣性 (amplified fragment length polymorphism,AFLP),以研究基因轉錄體 (transcriptome) 的特徵。雖然cytokinin與gibberellin對腺體的形成皆有正面影響,但不會刺激青蒿素的合成,只有jasmonate能同時促進腺體的形成並活化合成基因的表現,有效增加倍半萜類的成分。基因轉錄體──表皮毛特異性脂肪醯基輔酶A還原酶 (trichome-specific fatty acyl-coenzyme A reductase,TFAR) 及TFAR1,兩者的表現均與表皮毛發育及倍半萜類合成有關;TFAR1與黃花蒿植物的葉及花的腺毛擴張時,表皮蠟 (cuticular wax) 的形成有關。 分析植物激素調控轉錄的情形,能作為分辨植物表皮毛代謝與發育調控的重要線索 [28]。

2. 抗發炎作用:

研究證實倍半萜內酯 (sesquiterpene lactones) 能抑制核因子-κB (nuclear factor-kappaB,NF-κB) 減少血管傷口面積與斑塊形成,延遲粥狀動脈硬化 (atherosclerosis) 的發生。抗瘧疾青蒿素 (anti-malarial artemisinin,Art) 屬於倍半萜內酯類化合物,Wang 等人研究了Art對phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) 誘導THP-1人類單核球分泌的細胞激素影響。實驗結果發現青蒿素能劑量相關性地抑制腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor,TNF)-α、介白素 (interleukin,IL) -1β與IL-6等發炎前細胞激素的mRNA水平與分泌,而NF-κB抑制劑Bay 11-7082能抑制這些發炎前細胞激素的表現,顯示NF-κB訊息路徑與這些細胞激素的釋放有關。此外,在1-6 h所有時間點,青蒿素均能抑制IKKα/β磷酸化、IκBα磷酸化與降解,以及NF-κB p65次單元的核轉位 (nuclear translocation)。由上述結果可知青蒿素對PMA誘導的THP-1人類單核球具有抗發炎作用,推測青蒿素可能有預防發炎導致的粥狀動脈硬化的潛力 [29]。

單核球/巨噬細胞過度表現細胞外基質金屬蛋白酶誘導物 (extracellular matrix metalloproteinase inducer,EMMPRIN) 與基質金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases,MMPs) ,為粥狀動脈硬化斑塊形成及斷裂的關鍵因素,因此Wang等人探究了青蒿素是否能藉由調控蛋白激酶 (protein kinase,PK) Cδ/c-Jun N-terminal kinase (JNK) /p38/細胞外訊息調控激酶 (extracellular signal-regulated kinase,ERK) 訊息路徑,而降低PMA所誘導巨噬細胞的EMMPRIN與MMP-9的表現。先給予THP-1人類單核球20-80 μg/mL青蒿素培養4小時,或1-10 μmol/L的PKCδ抑制劑rottlerin培養1小時,之後再以100 nmol/L的PMA刺激48小時;收集細胞分析EMMPRIN與MMP-9受誘導的情況,以rottlerin偵測、分析PKCδ/JNK/p38/ERK上游訊息路徑活化的狀況。

結果20-80 μg/mL青蒿素能劑量相關性地顯著抑制受PMA誘導的巨噬細胞轉錄及轉譯EMMPRIN與MMP-9,並阻止PKCδ/JNK/p38/ERK MAPK 磷酸化,而1-10 μmol/L的rottlerin亦能顯著抑制JNK/p38/ERK磷酸化並降低EMMPRIN、MMP-9之mRNA與蛋白質的表現。由上結果顯示青蒿素能藉由阻斷PKCδ/ERK/p38訊息路徑,而能抑制PMA誘導的巨噬細胞之EMMPRIN與MMP-9的表現與活性 [30]。

3. 藥物劑型與藥物動力學:

青蒿素是主要的抗瘧疾藥物,但它的療效受限於較低的生物利用率,因此Isacchi等人研究了傳統以及聚乙二醇 (polyethylene glycol,PEGylated) 承載青蒿素的脂質體 (liposomes) 對其生物藥理活性的影響。高效液相層析儀-二極體陣列偵測器/電噴霧離子化質譜儀 (high-performance liquid chromatography-diode array detection/electrospray ionization mass spectrometry,HPLC-DAD/ESI-MS) 檢測藥物封裝、包覆效果,動態光散射 (dynamic light scattering) 分析立體結構,穿透式電子顯微鏡 (trasmission electron microscopy) 觀察形態。

結果發現,2種脂質體配方包覆效果超過70%,平均直徑約130–140 nm,配方的聚合分佈指數 (polydispersity index) 範圍為0.2至0.3,適合腹腔注射給藥。健康小鼠腹腔注射游離青蒿素、2種脂質體配方後,觀察游離青蒿素、2種脂質體的藥物動力學參數。結果發現,小鼠血漿中游離青蒿素迅速消失,給藥後1小時就難以偵測到;而2種脂質體配方在血液中循環的時間較游離青蒿素長,傳統脂質體配方在給藥後3小時、PEGylated脂質體配方在給藥後24小時仍可偵測到。2種脂質體配方的24小時曲線下面積 (AUC0–24h) 增加約為游離青蒿素的6倍,PEGylated脂質體配方更促使青蒿素的半衰期延長超過5倍。脂質體搭載青蒿素,能增加體內循環時間,是耐受性好、有治療效果的載體,對於治療癌症或寄生蟲疾病未來可能是可行的治療方式之一 [31]。

4. 抗寄生蟲作用:

扭旋血線蟲/捻轉血茅線蟲 (Haemonchus contortus) 是一種吸血的、寄生於反芻動物胃部的寄生蟲,常造成全球畜牧業者巨大的損失。由於此種寄生蟲對一般驅蟲藥有抗藥性,必須尋找替代藥,因此研究證實具有驅除胃腸寄生線蟲功效的青蒿素及其衍生物對於驅除一些線蟲,如:牛羊肝吸蟲 (Fasciola hepatica) 以及血吸蟲也有效。

故Squires等人研究了青蒿素以及黃花蒿的水萃取物、酒精萃取物及精油,中亞苦蒿 (Artemisia absinthium) 的酒精萃取物,以非離子界面活性劑Labrosol®作溶劑,觀察對扭旋血線蟲/捻轉血茅線蟲感染沙鼠的影響。沙鼠感染600隻第三期扭旋血線蟲/捻轉血茅線蟲幼蟲後,接下來分為實驗1、2、3進行:實驗1,沙鼠口服400 mg/kg BW的青蒿素1次或連續5日每日服用200 mg/kg BW青蒿素;實驗2,沙鼠連續5日每日服用600 mg/kg BW黃花蒿的水萃取物或酒精萃取物;實驗3,沙鼠連續5日每日服用1000 mg/kg BW黃花蒿或中亞苦蒿酒精萃取物,或300 mg/kg黃花蒿精油,結果青蒿素、各種萃取物、精油並無顯著治療效果,而非離子界面活性劑Labrosol®是有效、無毒性的,能傳輸親水性及親脂性萃取物 [32]。

以伯氏瘧原蟲 (Plasmodium berghei ANKA,PbA) 感染小鼠,造成腦瘧疾鼠模型 (the murine model of cerebral malaria,ECM) 廣泛地應用於研究人類瘧疾的病理學與鑑定治療標靶,然而此模型有許多限制,尤其是晚期ECM的小鼠常無法存活下去,難以評估複雜的瘧疾治療方法。因此Clemmer等人每日一次於ECM腹腔分別注射青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯與奎寧 (quinine) 或合併4種藥物與mefloquine混合使用,以嚴格、客觀的方法觀察ECM神經功能、體溫過低 (hypothermia) 程度、6種運動行為測試,以評估上述藥物對PbA感染ECM引起中度寄生蟲血症 (parasitemia) 的療效。

結果25 mg/kg蒿甲醚於24小時內迅速殺蟲,首次給藥就能顯著減少腦中白血球堆積,5天療程內完全不復發;蒿甲醚與青蒿琥酯對晚期ECM小鼠的存活率也有提升,各有46%與43%的存活率,而使用奎寧的存活率僅有12.5%。綜合以上所述,蒿甲醚與青蒿琥酯能有效提升晚期ECM小鼠的存活率,降低腦部發炎情形,也同時為以ECM研究CM輔助療法提供了嚴格的臨床評估與救治方法的架構 [33]。

Mefloquine (MQ) 可能會導致心電圖 (electrocardiogram,ECG) 改變,為Torsades de Pointe (TdP) 心室性心律不整 (ventricular tachyarrhythmia) 的危險因子。Krudsood等人為了確認mefloquine (MQ) 是否會導致ECG的改變,受惡性瘧原蟲感染的成人超過3日口服固定劑量 (n = 25) 的青蒿琥酯 (AS) 與MQ的組合或分開的錠劑 (n = 25) ,檢測其第0、3、7日的12導程心電圖上Fridericia corrected QT (QTcF) 的區間。以HPLC檢測MQ的濃度 ([MQ]) ,目標總劑量為12 mg/kg的AS與24–25 mg/kg的MQ。

結果所有ECG的區間在藥物之間非常相似,並組合在一起分析,QTcF 平均值為389 ms (第0日) 、407 ms (第3日) 與399 ms (第7日) (Ps < 0.003 vs. 第0日),而相對應的心搏速率為83、67與73 次/分 (Ps≤0.0003 vs. 第0日),[MQ]s為0、3095、1721 ng/ml,而有一男性病患服用分開的錠劑,第0、3、7日的QTcF分別為406 ms、504 ms、433 ms。於第0日至第7日個別測定[MQ]、體溫與心搏速率,以觀察對QTc與JTcF的模式的顯著影響。選擇模式變異因子,MQ AUC0-∞並非顯著變化的因子,而心搏速率為唯一有顯著變化的因子 (P = 0.001) ,能用於解釋QTcF與JTcF區間改變的原因。由以上實驗結果得知,受惡性瘧原蟲感染的病患,因驅蟲藥的作用滅蟲而使心搏速率減緩,所以QTcF區間延長 [34]。

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作者 : 衛生福利部國家中醫藥研究所 圖書館編輯
審查者 : 衛生福利部國家中醫藥研究所 楊禮明 副研究員
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