唐克轩：为了8000万吃不起青蒿素药物的人
2021年6月30日，世界卫生组织正式宣布中国获得了国家消除疟疾认证，并称赞“从3000万病例到成功清零，这是一项了不起的成就。”
为了纪念这一公共卫生领域的里程碑时刻，我们拜访了在抗疟领域中做出过卓绝努力并仍在持续奋战的专家、学者、一线人员等，试图和他们一起还原这漫漫征程，并共同展望全球“无疟疾”的光明未来。
以下是系列稿件的第四篇，根据唐克轩的视频访谈和相关资料编辑而成。
2020年，一场突如其来的新冠疫情打破了世界的平衡，确诊、死亡……每一个数字都牵动我们的神经。截至今日，全球累计新冠确诊人数达到2.19亿。
这个触目惊心的数字，提醒着我们人类与传染病这场战争的残酷。
你可能不知道的是，与新冠病毒在全球肆虐同时，还有许多传染病在世界角落蔓延传播。
其中，有一种传染病仅在2020年在全球造成2.29亿感染，超过40万人死亡，三分之二（67%）都是五岁以下的孩子，也就是说，平均每2分钟就有一名孩子因此失去生命。[1]
与新冠病毒暂时还没有特效药不同，这个传染病早已有明确的方法可以预防和治愈——也就是说，这2.29亿患者本可以健康地生活，但出于种种原因，他们不得不滑入疾病的困境。
这种传染病的名字，叫作疟疾。
■ 全球疟疾流行状况。/World Malaria Report
蚊子带来的末日
夏日的非洲大陆，空气中弥漫着阵阵沼气，一个瘦弱的孩子在床上因为怕冷而剧烈地颤抖着。
最开始，人们以为这只是一场普通的感冒，但没多久，这个可怜的孩子又变得浑身滚烫，高热不已，仿佛置身火炉。随后，一场大汗袭来，让他浑身湿透，精疲力尽。原以为终于结束，但很快恶寒再次袭来，进入新的循环。仿佛有恶魔在暗中掐着时计，一次次施以相同的酷刑折磨。
人们把这种疾病取名为疟疾（malaria），源自中世纪意大利文中的 mala（不良）aria（空气）[2]。在疟疾的致病原理被发现之前，人们只能将疾病的恐惧归因于潮湿环境中的“瘴气”。
寒战、高热、大汗周期性发作，正是疟疾最典型的表现。如果不能在24小时内得到有效治疗，恶性疟可能发为严重疾病，最终死亡。[3]
沼泽地潮湿的环境，是蚊子繁殖最理想的温床。叮咬人类时，疟原虫孢子从蚊子唾液传播进入人类血液。[3]
随后，疟原虫随着血液循环进入肝脏，在肝细胞中成熟、繁殖产生疟原虫裂殖子。大量疟原虫裂殖子冲破肝细胞，感染红细胞，继续繁殖、破出、感染更多红细胞……疟疾病人出现周期性发热，正是裂殖子反复地释出和感染红细胞造成的 [4]。一层薄薄的蚊帐，成了人类与死神之间唯一的屏障。
绿色的希望
新中国成立初期，我国同样面临疟疾的挑战。
当时，全国有疟疾流行的县（市）多达1829个，约占当时县（市）数的70～80%，疟疾发病人数居各种传染病之首。在这段时期，国家和省级许多疾病控制专业机构成立，疟疾被定义为一种法定传染病 [5] ，研制疟疾药物也成为科研领域的重要任务。
上世纪70年代，屠呦呦团队通过对具有抗疟活性的中草药方搜寻整理发现，一种名为青蒿（或黄花蒿）的草药，在治疗疟疾方案中出现频率很高 [6] 。这是一种绿色的植物，茎上有许多分枝，叶子呈扁扁的裂片线形，秋季开黄花。
经过反复试验分离，屠呦呦团队获得了青蒿提取物，在海南疟区的临床试验结果显示，患者用药后从 40°C 高烧快速降至正常，治疗效果明显优于氯喹组。
■ 屠呦呦参加1972年3月8日协作会议上的发言稿片段，上面描述了她获得的乙醚中性提取物对鼠疟原虫和猴疟原虫均有良好的抑制作用（抑制率95～100%）[6]
验证了青蒿提取物具有抗疟活性后，屠呦呦研究组进一步分离出青蒿的活性成分：青蒿素。 [6]
1980年12月，时任 WHO 总干事哈夫丹・马勒致函中国卫生部称，氯喹抗性疟的蔓延己达到不可遏制的地步。在这种情况下，青蒿素成为最有希望破除疟疾魔咒的宝剑。
幸运的是，青蒿素及其衍生物成为所有药物中起效最快的抗恶性疟原虫疟疾药物 [7] 。它挽救了数百万人的生命，其发现被认为是中国对全球人类健康所作出的最重要的贡献之一。
目前，以青蒿素为基础的联合用药（Artemisinin-based combination therapies, ACTs）方法已经取代传统抗疟疾药，成为全球治疗疟疾，特别是恶性疟疾的首选。
2015年，屠呦呦因发现青蒿素获得诺贝尔生理学或医学奖 [8] 。
■ 屠呦呦获奖时的现场。/Getty Images
青蒿素带来了绿色的希望，但人类消除疟疾的征程并没有因此畅通无阻。从田野到药厂的路上，生产成本成为药物普及的重要障碍。
从田野到药厂：成本困境
"世界上只有一种病，穷病。"电影《我不是药神》里这句话，基本可以概括青蒿素类药物面临的可及性难题。
尽管青蒿素类药物已经面世数十年，迄今为止，黄花蒿仍然是青蒿素的唯一天然来源。 [9]
因为获取成本高、产量不稳定等原因，目前仍有8000万人吃不起以青蒿素为基础的“救命药”。
黄花蒿主要在中国、越南、非洲、马达加斯加和印度种植，主要来源依赖中国。中国是全球黄花蒿种植第一大国，产业规模庞大，但附加值不高。
究其原因，与青蒿素的提取效率有关。
黄花蒿中青蒿素的含量极低，只占干重的 0.1～0.8% [9]。这个性质本身就限制了青蒿素药物的价格进一步下降，惠及更多贫困人群。
另一方面，从开始种植黄花蒿到提取出青蒿素，整个周期大约需要 12～18 个月（如下图）。如果把这个时间扩大到从黄花蒿的品种选育、农户种植到企业收购，再到提取成为药物、销售，整个青蒿素上市周期需要足足跨越3个年头。[10]
■ 图：天然青蒿素的生产流程 [10]
假设今年市场对于青蒿素类药物需求量大，种植黄花蒿的农户听说消息，自然会大量扩大种植面积。由于种植面积量大，供给超过需求，药厂收的价格相应降低。农户听说后相应减少种植量，可能导致次年青蒿素供应量降低，药品价格再次上涨，形成反复。
由于青蒿素药物漫长的生产周期，使得黄花蒿种植环节对青蒿素市场供求的调节滞后，市场价格的波动非常剧烈，影响药物供应的稳定性。
下图统计了2002～2014年青蒿素的收购价格，可以看到，波动幅度可以高达600美元/千克（约合人民币3838元）。
■ 图：历年青蒿素价格的波动相当剧烈 [10]
目前，黄花叶平均成本为400美元/吨（约合人民币2559.24元），通过植物提取生产青蒿素的成本估计在170～350美元/千克之间。这一估计与青蒿素的市场基本价格一致，即280～315美元/千克。
要寻找“药神”，就要找到破解青蒿素制备过程中提取效率低、生产成本高的钥匙，采用替代方法，大规模、稳定地工业生产青蒿素。据一直致力于在全球抗击传染病的盖茨基金会测算，如果将青蒿素成本降到100美元/千克以下，就可以让此前8000万吃不起青蒿素类药物的疟疾患者持续、稳定地获得“救命药”。
寻找“药神”
想实现工业化生产青蒿素，我们需要先弄清楚青蒿素在黄花蒿中是怎么产生的。
下面这张图展示了青蒿素在黄花蒿内的合成过程 [11]：黄花蒿首先产生青蒿酸（AA），二氢青蒿酸（DHAA），最后由光化学反应得到青蒿素。
■ 青蒿素合成途径[11]
2006年，在盖茨基金会的支持下，加州大学伯克利分校的生化工程师通过基因工程改造酵母菌，实现青蒿酸的合成。 [12] 其后，将技术专利授权给制药公司赛诺菲，以商业规模工业化生产半合成青蒿素。 [13]
2014年，赛诺菲对外宣布要生产60吨半合成青蒿素，这个消息很快震动整个青蒿素药物市场。按照当时的推算，这一产能可以直接满足全球约三分之一的青蒿素需求，此举也被誉为“合成生物学的胜利”。但到了2015年，赛诺菲并没有如承诺的那样继续生产合成青蒿素，公司位于意大利加雷西奥的制造基地也面临出售。
赛诺菲之所以面临这样的困境，恰恰和前文提到的青蒿素市场价格波动有关。那几年恰好处于天然青蒿素供过于求的阶段，天然青蒿素的售卖价格暴跌到250美元/公斤，远低于赛诺菲合成青蒿素350～400美元/公斤的售价，而且这个定价还只能让赛诺菲“利润与亏损基本持平“。 [14] 失去了价格优势，赛诺菲的合成青蒿素自然缺少市场。
尽管赛诺菲的尝试并非一帆风顺，但从中提取青蒿酸的可行性已经得到验证。如果能青蒿酸，就能大大提高青蒿素的生产效率。
在此基础上，科学家们进一步产生猜想：在黄花蒿中，青蒿素是由酶催化产生的。我们是否能够找到某种酶，将其应用到青蒿酸或二氢青蒿酸，在工厂的发酵罐里“像黄花蒿一样”生产青蒿素呢？
目前，这个过程暂时没有低成本、高产率的合成策略，而找到这样的方法，正是当前青蒿素相关科学研究的一项重要领域。
在盖茨基金会的支持下，目前来自上海交通大学唐克轩教授团队突破性地发现了两种可以将青蒿酸或二氢青蒿酸转化为青蒿素的酶：AOP1和A. annua 01776S249530 (Peroxidase)。
发现了可用的酶，下一步就是让酶充分发挥作用。
为了实现这一点，来自深圳先进研究院Howard H Chou团队开展了 “由AA/DHAA生物合成青蒿素的路线及工艺设计” （Design & engineering of biosynthesis pathway from AA/DHAA to Artemisinin，本文简称 “合成青蒿素” ） 项目，这一项目在今年2月收到了盖茨基金会八十万美元的投资支持，为期两年。
首先，科学家们需要构建一种新的菌株：“AA/DHAA产生菌”，它们能够青蒿酸和二氢青蒿酸，这一步需要绕开赛诺菲现有的专利。
然后，在唐克轩教授团队发现的基础上，通过基因工程，让新AA/DHAA产生菌表达两种新酶，测试这种菌是否能够催化青蒿酸和二氢青蒿酸变成青蒿素。
如果以上步骤得以实现，就相当于连续实现了“从提取AA/DHAA”、“从AA/DHAA合成青蒿素”两个过程，大大提高青蒿素，实现青蒿素的低成本工业化生产。
半满的杯子
在儿童纷纷因为疟疾而死去的非洲医院，一个男人痛苦地对身边的护士感叹：“你已经习惯面对孩子的死亡，但我还没有习惯这种场景。”
但护士回答：“我不认为有人会习惯生病与死亡，尤其是那些你深爱并将其视作自己一部分的人。正因为问题如此严重，所以我们应该尽己所能地救助他人。” [15]
上面那个男人，正是《枪炮、细菌和钢铁》一书的作者贾雷德・戴蒙德，他曾经试图探寻世界上各个地区不平等的起源，而他给出的猜想是：“塑造着世界历史最强大的力量，我总结为地理、枪、细菌和钢铁。”
一种疾病，足以拥有改变世界的力量——我们正在深刻地体会这一点。
消除疟疾，人类到底走到了哪一步？
在《自然》子刊的一篇评论里，研究者使用了一个形容词：半满的杯子。 [16]
过去的十几年里，人类在研发治疗疟疾药物疗法组合上取得了大量进展，这就像我们手里握着一个漂亮的玻璃瓶。
未来十年，我们需要确保这些药物能够以低廉的成本、稳定的生产，尽可能地推动光覆盖到最需要的国家——这正是需要倒进玻璃杯里的水。
上亿患者陷入的疾病陷阱，正在等待改变。
参考文献：
[1] World Health Organization. World Malaria Report 2020.
[2] Paul Reiter. From Shakespeare to Defoe: Malaria in England in the Little Ice Age. Emerging Infectious Disease. Volume 6, Number 1 February 2000
[3] World Health Organization. Malaria
[4] Gregory H Bledsoe. Malaria primer for clinicians in the United States. South Med J. 2005 Dec;98(12):1197-204
[5] 丰俊，周水森. 从控制走向消除：我国疟疾防控的历史回顾. 中国寄生虫学与寄生虫病杂志2019年10月第37卷第5期
[6] Xin-zhuan Su, Louis H. Miller.The discovery of artemisinin and Nobel Prize in Physiology or Medicine.Sci China Life Sci. 2015 Nov; 58(11): 1175–1179.
[7] N J White. Assessment of the pharmacodynamic properties of antimalarial drugs in vivo. Antimicrob Agents Chemother. 1997 Jul; 41(7): 1413–1422.
[8] nobelprize.org - The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2015
[9]谭何新, 肖玲, 周正,等. 青蒿素生物合成分子机制及调控研究进展[J]. 中国中药杂志, 2017(1).
[10] William Davidson Institute. Global Forecasting for ACTs
[11]李姣, 霍晋彦, 于宗霞,等. 生物技术在青蒿素合成中的应用[J]. 植物生理学报, 2018, v.54；No.365(07):38-44.
[12]Ro, DK., Paradise, E., Ouellet, M. et al. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature 440, 940–943 (2006).
[13]Peplow, M. Malaria drug made in yeast causes market ferment. Nature 494, 160–161 (2013).
[14]Peplow, M. Synthetic biology’s first malaria drug meets market resistance. Nature 530, 389–390 (2016).
[15] National Geographic-Guns, Germs and Steel
[16] Wells, T., van Huijsduijnen, R. & Van Voorhis, W. Malaria medicines: a glass half full?. Nat Rev Drug Discov 14, 424–442 (2015).
刘昱
现任丁香园新媒体主编