治病救人与保护动植物，如何在二者之间达成平衡？

作为中国古代的一个颇具吸引力的神话故事，“神农尝百草”的故事不仅因神农为治病救人而冒生命危险“尝百草”的奉献精神而为世人称赞，它也是远古时期的人类发现、利用植物来源药物的过程的真实写照。在科技发达的今天，尽管我们所使用的药物已有很大一部分是来自于现代化的药物分子库，但从动植物中发现的各种复杂天然来源药物，依旧在医学中扮演着重要的角色。

然而，在我们探索这些来源于动植物的天然药物的作用之余，也有一个问题在等待着我们解答：我们怎样才能在有效利用天然药物治病救人的同时，对提供天然药物的动植物进行保护，以避免它们因人类活动而濒危呢？事实上，在人类最近几次利用动植物来源天然药物治疗顽疾的历程中，科学家们已经给出了答案。

保护濒危植物的行动——紫杉醇的故事

很多人都对来源于红豆杉中的紫杉醇非常熟悉——作为一种有效的抗癌药物，紫杉醇对包括肺癌、卵巢癌、乳腺癌在内的多种致命癌症有着很好的疗效。因此自1993年紫杉醇大规模应用于临床以来，它便成为了非常重要的抗癌药物，不仅为广大癌症患者们带来了新的希望，也让研发生产紫杉醇的药企获得了丰厚的回报。

然而，在紫杉醇上市之后，一个问题也开始浮出水面：在当时，人们只能通过剥取几种红豆杉的树皮，对树皮中的化学物质进行提纯和分离来生产紫杉醇，而剥皮操作本身即对红豆杉的生长有极大影响，这几种红豆杉在全球范围内的数量也并不是很多。而随着时间的流逝，全球范围内对紫杉醇的需求量稳步上升，能够提取紫杉醇的红豆杉也终于陷入了濒危状态。保护环境还是治病救人，在此时此刻成为了一个棘手的难题。

对于绝大多数来源于自然界的药物，最有效也最经济的生产手段，自然是通过有机合成手段来人工批量合成药物。然而对于紫杉醇及同类的紫杉烷类药物而言，这一手段曾经并不切实际——紫杉烷类药物的核心为一个紫杉烯环，该环的人工合成难度太过巨大，以至于当时根本无法商业化合成。

紫杉醇（左）和紫杉烯（右）的结构式，具有如此复杂结构的化合物，在很长一段时间内都是无法通过有机合成手段来获得的

不过，正所谓“皇天不负苦心人”，在无数科学家的研究过后，人们终于找到了可以不必合成紫杉烯环的紫杉醇合成方法——通过采集几种无濒危风险红豆杉的枝叶（这种行为不会对红豆杉的生长造成影响）获得含有紫杉烯环的化合物10-去乙酰基巴卡亭III，再对这一化合物进行简单的修饰工作，即可得到紫杉醇及类似药物。这一过程不仅不会对红豆杉的生长发育造成影响，还可以在不明显提高成本的前提下保护红豆杉，可谓一举两得。而在随后的研究工作中，又有科研人员成功发现了多条利用简单化合物全合成紫杉醇的路线，尽管这些路线最终未能得以商业化应用，但是仍然为后续的相关工作提供了重要基础。

治病救人面前，科学家如何保护濒危动植物？

曾经导致大量红豆杉植被受到破坏、数种红豆杉陷入濒危境地的紫杉醇提取工业，如今则是自然资源保护与利用的旗帜，这还要归功于科学技术的进展。在有机合成得到极大发展的今天，很多对人类有重要价值的天然复杂有机化合物都可以通过全合成或半合成的途径来获得，而相比起大量采集天然动植物对环境的破坏，有机合成过程的环境风险完全是可控的。通常情况下，针对天然复杂有机化合物的合成研究需要经历如下几个环节：

物质分析与结构测定：由于天然复杂有机化合物通常有着极其复杂的结构（例如大环、多环、萜烯核心），因此在决定合成之前，通常需要对其具体结构、原子间成键形式等进行分析测定，此类分析测定通常仅需要极少量化合物样品即可完成，而样品通常来源于动植物。
逆向设计合成路线：对于绝大多数有机合成反应而言，“逆向合成”的路径永远是首要选择。该路径从完整的有机化合物出发，逐步思考将其拆分为各种简单物质的途径，在最终得到多种简单物质之后，只需将拆分途径逆向进行，即可利用简单化合物合成原有的复杂有机物。
考虑复杂部分的合成：很多复杂有机化合物的合成路径中，最困难的地方无疑便是其中某些复杂核心基团（例如大环、萜烯、多环类化合物）的合成，有些时候此类核心基团可以通过有机合成方法做到全合成，但在某些情况下（例如紫杉醇的合成中），科学家们可能需要借助自然界存在的、产量丰富的有机化合物来为合成路线中引入复杂部分。
反应的流程优化：在很多情况下，尽管科学家们已经设计出了针对该化合物的有机全合成（或半合成）路线，但这样的路线可能会因为过于复杂（例如总反应超过20步）或是过于危险（例如需要用到极度不稳定的易爆炸化合物，或是对合成人员有很大毒性的化合物）而难以成功商用。在这种情况下，简化（优化）部分反应步骤，或是改用另一种途径完成反应，可以使合成方案更具实际意义，商业化的可能性更大。

天然来源药物合成——没有最好，只有更好

紫杉醇合成所经历的故事，一时间使相当一部分天然药物研究者的心为之振奋。在此之后，人类同样通过研究发现了诸多在临床上有着巨大价值的天然来源药物，而针对它们的合成工作，也在突破重重困难之后，成为了一段佳话。

在2015年，美国食品药品监督管理局（FDA）接连批准了两种治疗软组织肉瘤的新药：曲贝替定（trabectedin）和艾立布林（eribulin），一时间引起了医学界的广泛关注。软组织肉瘤是一种起源于人体软组织的肿瘤，由于这种肿瘤的生物学特性和其他肿瘤有着明显差异，加之其具有非常强的侵袭性，因此针对它的治疗（尤其是某些难以治疗的类型的治疗）已经有很长一段时间没有突破进展了。不过，这两种试验性新药在临床试验阶段都展现出了极佳的疗效，因此FDA在临床试验结束后很快就批准了两种新药上市。

有趣的是，这两种药物均属于天然来源的复杂药物——曲贝替定来自于古老的海洋生物海鞘，其结构中含有一个非常复杂的多环；而艾立布林则是某种软海绵所分泌的物质，结构包含有一个高度复杂的大环。尽管软海绵和海鞘并不是什么濒危动物，人工养殖也完全可行，但科学家们最终还是将生产药物的希望寄托在有机合成之上，因为在养殖的软海绵和海鞘之中提取这两种药物的难度很大，产量又低的离谱。

幸运的是，它们的合成工作进展比较顺利，科学家们在几年的研究过后便拿出了商业化完全可行的合成路线。正是基于这些科学家的工作，曲贝替定和艾立布林的临床试验得以很快推进，这两种药物也分别于2007年和2010年在全球范围内得到初次批准。当然，光鲜的背后无疑是科学家们的汗水，这两个药物的有机全合成反应因为太过复杂，而被媒体称为“世界上最复杂的有机合成路线”——曲贝替定的商业化有机全合成反应共有18步，而艾立布林的商业化有机全合成反应即使在多次精简之后，仍有多达62步！