诺贝尔医学奖、屠呦呦和“523任务”

    青蒿一握

    1969年，屠呦呦和中医研究院中药研究所几位同事一同参与到“523任务”中。那一年，屠呦呦39岁，职称是助理研究员。

    屠呦呦出生于浙江省宁波市，是家中五个孩子中惟一的女孩。父亲摘引《诗经》“呦呦鹿鸣，食野之蒿”，为她取名呦呦，意为鹿鸣之声。谁能想到，诗句中的“野之蒿”，竟真的与屠呦呦结下了一生的不解之缘。

    今年9月，屠呦呦因青蒿素获得拉斯克奖，家乡的报纸找到她小时候的同学，据他们回忆，读书时的屠呦呦“长得蛮清秀，戴眼镜，梳麻花辫”；读中学时，她“成绩也在中上游，并不拔尖”，但有个特点，只要她喜欢的事情，就会努力去做，“非常勤奋”。

    1951年，屠呦呦考入北京医学院药学系生药学专业，毕业后被分配到中医研究院的中药研究所工作。由于屠呦呦的专业属于西医，中药所送她到中医学习班，用两年半的时间系统地学习中医药。

    具有中西医背景，而且勤奋，屠呦呦很快崭露头角。她被任命为中药研究所“523任务”研究组组长，带领4名小组成员寻找抗疟药物的线索。

    屠呦呦首先系统地整理历代医籍。她还四处走访老中医，就连单位的群众来信也仔细地翻阅了一遍。由此，她专门整理出了一本《抗疟单验方集》，包含640多种草药，其中就有后来提炼出青蒿素的青蒿。不过，在第一轮的药物筛选和实验中，青蒿提取物对疟疾的抑制率只有68%，并没有成为屠呦呦重点关注的对象。

    那时，她的注意力都集中在了胡椒上。这种在中国极为常见的植物，对疟原虫的抑制率达到了84%。这是一个很让人兴奋的数据，但此后的深入研究却事与愿违。屠呦呦发现，胡椒只能抑制疟原虫的裂变繁殖，灭杀效果却非常不理想。

    放弃了胡椒，她把目光又转向了效果并不突出、却在中医药典籍治疟药方中屡屡被提及的青蒿。

    早在公元前2世纪，中国先秦医方书《五十二病方》已经对植物青蒿有所记载；公元340年，东晋的葛洪在其撰写的中医方剂《肘后备急方》一书中，首次描述了青蒿的抗疟功能；李时珍的《本草纲目》则说它能“治疟疾寒热”。

    但是，当屠呦呦利用现代医学方法检验青蒿提取物的抗疟能力时，结果却并不理想，最初，青蒿提取物对疟原虫的抑制率为68%，但效果极不稳定，有一次实验，它的抑制率只有12%。

    为什么在实验室里青蒿的提取物不能很有效地抑制疟疾？为什么同样的提取物却得出千差万别的结果？屠呦呦一时找不到答案，她重新翻出古代医学典籍，一本一本仔细翻查。直到1971年下半年的一天，东晋葛洪《肘后备急方·治寒热诸疟方》中的几句话触发了屠呦呦的灵感：“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之。”

    绞汁使用的办法，和中药常用的煎熬法不同。这是不是为了避免青蒿的有效成分在高温下被破坏？福至心灵的一个闪念，推开了紧锁青蒿素奥秘的大门。

    此后的情节被众多的讲述者概括为，屠呦呦用沸点只有53℃的乙醚，成功提取了青蒿素。其实，提取青蒿素实验的真实过程是繁复冗杂的。

    在2009年出版的专著《青蒿及青蒿素类药物》中，屠呦呦提到了当时的一系列实验。这本专业性极强的书籍中记载的实验过程，穿插着大量的化学分子式、专业术语和数据，在记者这样的外行人看来如同“天书”。只有几句高度概括的纲领性描述能够大致明白，读起来亦颇为艰涩：

    “青蒿成株叶制成水煎浸膏，95%乙醇浸膏，挥发油无效。乙醇冷浸，控制温度低于60℃，鼠疟效价提高，温度过高则无效。乙醚回流或冷浸所得提取物，鼠疟效价显著增高且稳定。”

    她还特别提示：分离得到的青蒿素单体，虽经加水煮沸半小时，其抗疟药效稳定不变，“可知只是在粗提取时，当生药中某些物质共存时，温度升高才会破坏青蒿素的抗疟作用”。

    在实验数据的一份效果对比图表中，利用水浸得到的提取物，对疟原虫的抑制率最低只有6%；乙醇浸膏得到的挥发油毫无效果；乙醇冷浸得到的提取物则可达到95%的抑制率；乙醚提取物的抑制率则是100%！

    那是一种黑色、膏状的青蒿抗疟物质粗提物，离最终的青蒿素晶体尚有一段距离，但确定无疑的是，打开最后宝藏的钥匙找到了。

    青黄之争

    1972年3月8日，“523任务”办公室召集所有参与单位，在南京召开了全国抗疟疾药物研究会。屠呦呦在会上汇报了青蒿乙醚提取物的研究成果，举座振奋。

    屠呦呦报告的题目带有鲜明的时代印记：《毛泽东思想指导发掘抗疟疾中草药工作》。同样时代特征鲜明的是，这篇在青蒿抗疟研究上取得关键性突破的报告，并没有以个人署名的论文形式发表，而是迅速而自主地变成了集体的财富。

    那时，中国的科研工作普遍采用“大科学计划、大协作”模式，个体的成果和贡献，都由集体共享，协作攻关，凝聚成集体的成就。

    那个时代最显著的科研成果“两弹一星”是如此，青蒿素的研究亦是如此；屠呦呦是如此，参与“523任务”的其他科研人员亦是如此。每一步抗疟疾药物研究的成果，都像接力棒一样在“523”科研团队中传递着，继续着先行者的成功，规避着先行者的失败。

    即便是在1972年的全国抗疟疾药物研究会上，将自己研究成果和盘托出的也不是只有屠呦呦一人。

    方辉是那次会议的组织者之一。他告诉记者，在此之前，国内其他的科研机构已筛选了4万多种抗疟疾的化合物和中草药，并确定了在中医典籍中出现次数多、抗疟效果比较明显的10种中草药重点研究。

    青蒿就是重点研究对象之一。不过，更被寄予厚望的，是效果更明显的常山和鹰爪。

    常山又名玉叶金花，是一种落叶小灌木，其根入药。科研人员从常山中分离出常山乙碱，确定为遏制疟原虫的有效物质，抑制率最高能达到80%以上。但常山的副作用同样大，服用后会造成剧烈的呕吐。苦于这种副作用一直找不到去除之法，对常山的研究未能完全成功。

    鹰爪是一种攀缘灌木，也是根部入药，对疟原虫的抑制率与常山相当。但是这种植物资源稀少，植物中的有效含量又低，很难大量提取，又被迫放弃了。

    在1972年的全国研讨会上，常山、鹰爪的研究仍被重点关照，还有科研单位汇报了仙鹤草、陵水暗罗等十余种中草药，对疟原虫的抑制率也达到了80%到90%。只是，青蒿乙醚提取物的效果最为突出，从而激发了众多科研单位对青蒿的研究热情。

    1972年到1973年，青蒿素研究捷报频传。

    屠呦呦公开了自己的发现后不久，中医研究所“523”项目小组从青蒿乙醚提取物中，获得了定名为“青蒿素Ⅱ”的白色的针状结晶。不过，这种结晶在临床前的动物毒性实验中表现出了心脏毒性。

    是否执行原方针，尽快拿到现场进行临床试用观察？屠呦呦选择了富有当时特色的解决方式，“由屠呦呦带头共3人，经领导审批，住进中医学院附属东直门医院……”他们亲口试服了“青蒿素Ⅱ”。

    试服的结果显示，“青蒿素Ⅱ”没有毒性，但后来在临床上的表现却不那么令人满意：“效果不好，又出现了较明显心脏毒副作用”。（后查明是片剂崩解度问题，即有效物质从片剂架构中溶解出来的速度问题，改用青蒿素Ⅱ原粉胶囊，证实有效。）

    而几乎就在同时，山东省寄生虫病研究所借鉴屠呦呦的研究成果和实验方法，用乙醚从当地的黄花蒿中提取出有效单体。这种物质的临床试验没有毒性，且对疟原虫具有强效的杀灭功能，被命名为“黄花蒿素”。

    云南省药物研究所则在会后专程赴京，到中药研究所取经。回到云南后，该所研究员罗泽渊利用石油醚、乙醚、醋酸乙醚、甲醇4种有机溶剂进行了提取实验。她的提取对象是黄花蒿大头变型，简称“大头黄花蒿”。

    云南省药物研究所把他们获得的有效单体命名为“黄蒿素”。就在这种晶体被提取出来时，负责“523任务”临床试验的李国桥小组恰好在云南疫区开展调查研究。原本调查任务已经收尾，准备撤离。但一听说有了“黄蒿素”，李国桥当即决定，不走了，马上开展临床试验。

    “黄蒿素”的临床试验结果出人意料地好，药效几乎“立竿见影”：恶性疟疾病人服药6小时后，疟原虫开始减少，16小时后，90%疟原虫被杀灭，20小时杀灭率在95%以上。

    三家科研单位制出了三个抗疟晶体，中草药抗疟疾研究向前迈进了一大步的同时，却也为此后旷日持久的争论埋下伏笔。

    “青蒿素Ⅱ”、“黄花蒿素”、“黄蒿素”，虽然在1974年已经认定为相同物质，但行业内至今仍有不同看法。争论的焦点就在不同的名字上，牵扯的矛盾错综复杂。

    在植物学范畴里，青蒿和黄花蒿是同属菊科的两种植物，此后定名的青蒿素其实存在于黄花蒿中，青蒿中反倒没有。而在中医药领域，青蒿和黄花蒿却被统称为青蒿。

    中药研究所提取“青蒿素Ⅱ”晶体并将其命名为青蒿素时间最早，但云南省药物研究所改进了提取方法，采用“溶剂汽油法”大幅提高了提取效率，并且确定了优质黄花蒿产地，“523任务”后续进行的动物药理毒性试验和临床试验研究，用的其实都是“黄蒿素”。

    青蒿素命名的“青黄之争”，成了一场纠缠不清的“文字官司”。直到1978年，“523”项目科研成果鉴定会上，按中药用药习惯，将中药青蒿抗疟成分定名为青蒿素。

    但争议并未止歇，以至于2000年版的《中国药典》中还在为此做着修正：将中药青蒿原植物只保留黄花蒿一种。

    且不管它究竟是该叫什么名字吧，在确定了那种针状晶体对疟疾神奇的治疗效果后，科研人员们马上开始分析，它究竟是一种什么物质？

    新型倍半萜内酯

    从中草药的提取物中找到具有抗疟疾效果的物质，是利用中西医相结合的科研方法，可以说是对青蒿素抗疟疾做到了“知其然”。真正要“知其所以然”，则要确定出其化学结构，青蒿素才能被确认为抗击疟疾的新药。完成这一步的，是有机化学方面的专家。

    1973年青蒿素临床试验取得喜人结果之后，“523”项目办公室马上确定了青蒿素为抗疟疾研究的攻关方向，一方面安排青蒿素简易制剂研究，尽快拿出抗疟疾成药，另一方面则加快青蒿素化学结构测定和改造的研究。

    方辉说，通过临床试验的结果看，青蒿素晶体对疟疾的治疗效果可以说是神奇的。但也不能说“尽善尽美”，它的缺点是复燃率高，疟疾的病情容易反复。测定青蒿素化学结构并加以改造的目的，也包括了解决这个问题。

    1973年3月，中药研究所工作人员带着青蒿素找到中国科学院上海有机化学研究所研究员周维善时，他刚从“五七”干校回来。

    周维善后来当选中国科学院院士，是新中国最早一批从事有机化学研究的专家。但在“文化大革命”中，类似这样从事基础科学研究的顶级专家，很多却被戴上“反动学术权威”的帽子加以批判。周维善也未能幸免。

    为此，周维善对测定青蒿素化学结构的任务曾颇感犹豫，一是因为以往的种种际遇让他心存忌惮，二是仅凭经验就能判断，青蒿素是一个结构复杂的化合物，破解其奥秘绝非易事。

    但最终，周维善接下了这道难题。他也的确是最合适的人选——周维善也毕业于医学院，后来转向有机化学，在医用化学和有机化学两方面均有极高造诣。

    做这项工作一个人不够，周维善又找来了上海有机化学研究所甾体组的吴照华和吴毓林做助手。

    要了解化合物的结构，首先要测它的分子式和分子量，确定其类型。

    其中，测定分子量需要高分辨率质谱仪，这在当时的中国属于高精端仪器，即便是科研能力在国内有机化学领域数一数二的上海研究所也不具备。周维善等专家打听到北京有一台，只能拿着青蒿素晶体样本到北京，请该单位做出了质谱。分析结果显示，这种晶体是一种有15个碳原子、22个氢原子和5个氧原子组成的化合物，在有机化学中属于倍半萜类化合物。

    下一步就是将各个结构单元拼凑起来，也就是说，要凭借大脑将42个原子的结构想象出来。问题是，42个原子理论上有成千上万种可能的结构，究竟哪一种是正确的结构呢？这需要靠化学家的经验、直觉和想象。

    在质谱分析中，周维善发现了一个奇怪的化学结构“碎片”，其特征明显说明，分子中存在两个氧原子连在一起的情况。这在半萜类化合物极为少见。这两个氧原子又是怎么结合到一起的呢？作为有机化学顶级专家的周维善也解释不通。

    给出答案的却是抗疟中草药的“过气明星”——鹰爪。

    1975年，中科院上海药物研究所研究员李英，参加了在成都召开的“523任务”中医中药研讨会。会上，一位专家汇报说，在鹰爪素的化学结构中也发现了两个氧原子连在一起的结构片段，并首次宣布这是一个过氧基团，抗疟疾有效成分的一个关键结构。

    这是青蒿素研究过程中的又一个“成功接力棒”，其传递的过程颇有戏剧性——李英参与了“523任务”，她的丈夫是中科院上海有机化学研究所的吴毓林，周维善测定青蒿素化学结构的科研助手，此刻正对着那两个氧原子犯愁呢。

    李英带回的成果，“一句话点醒梦中人”。

    周维善小组设计了一系列复杂的氧化和还原反应，最终测定出青蒿素的结构。这是一个罕见的含有过氧基团的倍半萜内酯结构，而且，这个药物的分子中不含氮，突破了60多年来西方学者对“抗疟化学结构不含氮(原子)就无效”的医学观念。青蒿素的结构被写进有机化学合成的教科书中，奠定了今后所有青蒿素及其衍生药物合成的基础。

    1978年11月，全国“523”领导小组召开青蒿素治疗疟疾科研成果鉴定会，宣告了青蒿素的诞生。

    但这次成果鉴定会现在看来更具仪式意味。这项凝聚几百位科研工作者十余年心血的科研成果，在两年前就已经公诸于世。那缘于一场意外的“科研赛跑”。