黄花蒿是一种带有特殊香味的草本植物。对于许多人而言,它或许只是乡间小道旁的一抹绿意,是城镇荒地中不起眼的存在,或是湖边随风摇曳的野草。常出现在农家人的自酿酒中,调料中,或是家畜的食槽中。
黄花蒿示意图(受访者供图)
但在2015年屠呦呦荣膺诺贝尔生理学或医学奖之后,黄花蒿从默默无闻的路边杂草一跃成为科学界和公众关注的焦点。
黄花蒿从野草到“疟疾神药”的转变,也提示着药用植物还有无穷的潜力以待开发。以青蒿素为起点,上海交通大学王玉亮教授向我们讲述他与药用植物打交道的20年。
王玉良教授人物简介(受访者供图)
“全链条”了解药用植物开发
参军,是许多男孩子年幼时便存在的梦想,王玉亮也不例外。高考后,他凭借优异的成绩考上了第二军医大学,也就是现在中国人民解放军海军军医大学,学习药学专业。
部队的生活节奏简单,甚至有些单调。但这样规律的生活,却让王玉亮能够最大程度投入科研中。在本科阶段,他对药学有了基础的认知,同时也有了“药学人”的共同愿望:研发出一款对人类健康有益的新药。现在的王玉亮回想起这个梦想,觉得当时的自己有些“初生牛犊不怕虎”,但这的确是他从事药学研究以来一直坚持的梦想。
在研究生阶段,他选择了与中医药更接近的生药学方向。生药是源于天然的、未经加工或只经简单加工的植物、动物和矿物类药材的总称。从定义来看,和中药有些相似,但又结合了化学药的研究方式。在学习期间,他发现药用植物有着巨大的潜力尚未开发,这也潜移默化的影响了他未来的研究方向。
本科毕业后,王玉亮来到新疆伊犁某部队进行工作。部队离国界线仅80公里,和哈萨克斯坦遥遥相望。新疆艰苦的环境和丰富而独特的药用植物资源,即磨练了他的意志,也增强了他对传统中医药的兴趣。在这里,工作中的研究内容主要围绕部队需要来做,如烧伤、战伤等,这段经历也让他对药物研发有了新的认识:“了解实际需求,研发才能落地。”
在2006年,王玉亮为了深入药用植物研究,结束了十年军旅生活,来到上海交通大学攻读博士,主要研究药用植物的有效成分是如何在人体内发挥作用的。这一研究方向正好拼齐了天然药物开发的最后一个知识板块,用王玉亮自己的话来说:“比起在一个领域深究,我更想了解药物研发上下游完整的链条。”这也奠定他进入产业化的道路。
药用植物开发,加深上中下游联系
如今已入库(药用植物数据库)的药用植物共有10000余种。然而,绝大多数药用植物都未能广泛的应用于临床上,其主要原因是因为未能形成市场化的产品。
王玉亮解释道:“这是因为和化学药相比,药用植物产品更强调上中下游之间的合作与联动。”
药用植物的上游涉及与农业相关的种植、采摘,但植物的生长方式、地区、甚至是生长时间都可能影响其药用价值。和化学药相比,其品质的稳定性更难得到保证。另外,药用植物缺乏准确的合格标准,以及行业准则,很难实现统一管理,导致产品供应参差不齐。
其中游则是中药饮片、配方颗粒、药食同源产品、中成药等加工厂,在行业中也被称为“二产”。在这一环节,药用植物可能会被加工成功能食品、药品。然而,药品审批难度高,生产门槛高,功能食品也限制于国内监管政策,产业化难度大。因此,目前药用植物应用主要是初加工切片,作为中药饮片使用。这也限制了药用植物的发展。
下游环节则是流通领域的功能食品、中成药等产品的医药电商、医疗机构和药店等。但从当前国家提出的健康中国战略来看,药用植物在大健康领域的巨大潜力尚待挖掘。
原料品质与供应量难以保证,加工厂能力参差不齐,国家监管政策不明,下游销售渠道薄弱,种种难点构成了药用植物发展的困境。
青蒿琥酯的新机遇:从治疗疟疾到脂肪性肝病
王玉亮以黄花蒿的开发为例,讲述了他的经验。
首先,需要保证黄花蒿的品质。从育种开始王玉亮团队便对黄花蒿进行严格的把控,包括通过基因编辑、合成生物学等现代生物学技术手段,提高黄花蒿中主要活性成分青蒿素的含量,减少黄花蒿中无效成分的通路竞争,提高药用植物品质。另外,团队还通过建立标准化的种植基地、先进的提取工艺和严格的质量控制体系,确保黄花蒿原料的质量和稳定性。
在研发阶段,团队并没有盲目的开发其新功效,而是从是市场端入手,寻找具备一定市场空间的赛道。团队调研发现,代谢障碍相关性脂肪性肝病(后简称脂肪性肝病)的患者基数庞大,但在临床上尚未出现治疗药物。在过去几十年间,许多药企都在尝试开发相关药物,但无一例外全都折戟沉沙。
在本草纲目中,曾记载了黄花蒿具备清热解毒、清肝利胆的功效。团队深挖其功效发现,黄花蒿之所以能够清肝利胆,主要是因为其既能降低血脂,同时一致体内炎症反应,减少肝脏纤维化,与脂肪性肝病的发病机制不谋而合。基于充分的市场调研与基础研究,团队最终选择了脂肪性肝病作为青蒿素药物研究方向。
《本草纲目》记载(受访者供图)
在研发过程中,团队和青蒿琥酯(青蒿素衍生物)的原研厂,桂林南药进行了合作。历时多年,为原本治疗疟疾的青蒿琥酯找到了新的适应症。而老药新用加速了青蒿琥酯药物审批速度,目前团队已经完成了临床前研究,正在申报 2a期临床试验。
临床试验受理(受访者供图)
在2021年,中国通过了WHO的无疟疾国家认证,国内青蒿素类药物基本没有需求。但新的适应症的开发不仅帮助青蒿琥酯在中国市场复苏带来契机,同时用自己的创新药解决我国几亿脂肪肝患者的临床需求,节约巨大的社会医疗成本。
除了青蒿琥酯新适应症的研发以外,团队还基于青蒿素保湿、抗菌、抗氧化等功能,推动黄花蒿及其提取物在日化、化妆品、动保等多个领域的应用和发展。
王玉亮表示:“黄花蒿的开发不是特例。只要读懂技术研究、技术端到市场端之间的联系,许多药用植物都有可能焕发新生。”
AI、合成生物学助力药用植物开发
目前,王玉亮团队已经开发了多款药用植物,在药物、兽药等领域应用。研发过程中,最核心的部分则是应用端的开发。如果没有合适的应用场景,那么开发过程犹如大海捞针。
随着AI技术的发展,前沿药学已经形成了“AI+”模式,药用植物开发也需要AI的加持。通过AI可以加速药用植物中有效成分合成途径的解析,实现药用植物品质提升和应用方向开发,辅助科研人员进行开发。
合成生物学应用于药用植物开发示意图(受访者供图)
除了AI以外,未来合成生物学也将成为药用植物开发中的重要技术。通过合成生物学,科研人员能够解析药用植物中的活性成分的合成通路,实现活性成分的高效合成和标准化生产,推动药用植物原料端产业的现代化发展。
王玉亮相信,未来在多种创新技术的共同作用下,药用植物将迎来新的机遇。推动药用植物资源的有效利用和中药产业的现代化发展,为人类健康做出更大的贡献。