抗凝血蛋白药物的研究进展

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 文章编号:100021735(2003)0220187205

抗凝血蛋白药物的研究进展

李旭霞, 李庆伟

(辽宁师范大学生命科学学院,辽宁大连 116029)

摘 要:除了血液中的抗凝因子外,自然界中还存在大量具有抗凝活性的生物大分子,如水蛭素、蚯蚓纤溶酶等.基础

研究证实这些抗凝剂的作用一般是通过三方面得以实现:一是抑制凝血酶及凝血酶活化因子活性;二是水解血纤维蛋

白或纤溶酶原;三是抑制血小板凝聚.由于这些活性物质具有高效的抗凝、溶栓作用,它们极有可能发展成治疗血栓性

疾病的药物.

关键词:抗凝剂;凝血酶;血纤维蛋白;纤溶酶

中图分类号:R973.2 文献标识码:A

抗凝因子和纤维蛋白溶解系统可以通过抑制凝血因子活性或者水解纤维蛋白来控制凝血平衡,维持血液粘度并且

防止因凝血过度对机体造成危害.这两个系统功能障碍可以导致中风、心肌梗死以及外周动脉阻塞性等严重危害人体健

康的疾病.尽管有肝素、口服香豆素、链激酶和尿激酶等药物多年应用的历史,但是这些药物自身存在的毒副作用一直是

临床治疗中无法解决的问题.随着医药基础研究的不断推进,人们对参与凝血过程的多种酶、活性因子以及相关受体的

认识逐渐深入.近年来,开发研制疗效更好、毒副作用更低的抗凝血、溶栓和抗血小板药物的研究工作备受科研人员的关

注.迄今为止,除了血液中存在抗凝因子外,人们已经从多种生物组织、体液中提取到各种各样的抗凝血蛋白和溶栓酶,

如水蛭素、蚯蚓纤溶酶、蛇毒抗凝血纤溶酶等,其中部分已经开发成抗凝和溶栓类药物.虽然自然界中抗凝物质药效良好

并且毒副作用小,但是由于原料缺乏,大量开发势必影响环境资源的保护,因此利用现代先进生物技术获得具有高效抗

凝及溶栓作用、价格低廉的生物大分子成药已经成为目前该领域研究热点.笔者概括说明了凝血、抗凝和纤溶系统相互

间的关系,着重阐述了抗凝因子的类型、分子结构和作用机理,并且展望了今后抗凝、溶栓药物研究开发的前景.

1 凝血、抗凝与纤维蛋白溶解

1.1 凝血因子和凝血途径

凝血因子是直接参与凝血的物质,迄今为止发现的凝血因子共有14种,包括纤维蛋白原(因子Ⅰ)、凝血酶原(因子

Ⅱ)、组织凝血激素(因子Ⅲ)、Ca2+(因子Ⅳ)、前加速素(因子Ⅴ)、前转变素(因子Ⅶ)、抗血友病因子(因子Ⅷ)、血浆凝血

激酶(因子Ⅸ)、Stuart2Prower因子(因子Ⅹ)、血浆凝血激酶前质(因子Ⅺ)、接触因子(因子Ⅻ)、纤维蛋白稳定因子(因子

Ⅷ)、前激肽释放酶和高分子量激肽原.这些因子中除Ca2+外,其余均为蛋白质.因子Ⅱ,Ⅶ,Ⅸ,Ⅹ,Ⅺ,Ⅻ和前激肽释放

酶都是内切蛋白酶,在血液中以酶原形式存在,当外界刺激因素产生时,这些无活性的酶原被激活,从而引起凝血.

血液凝固的过程基本上是一系列蛋白质有限水解的过程,它分为三个阶段:因子Ⅹ激活成Ⅹa;因子Ⅱ(凝血酶原)激

活成Ⅱa(凝血酶);因子Ⅰ(纤维蛋白原)转变成为Ⅰa(纤维蛋白).因子Ⅹ激活可以通过两种激活途径共同完成:内源性

和外源性激活途径.完全依靠血浆内的凝血因子逐步使因子Ⅹ激活从而发生凝血的途径,称为内源性激活途径;而依靠

血管外组织释放因子Ⅲ来参与因子Ⅹ激活的途径,称为外源性激活途径.一般来说,通过外源性途径凝血比通过内源性

途径凝血速度更快[1].

1.2 抗凝系统的作用

凝血过程是一个级联放大的瀑布效应,加之本身的正反馈作用,可以把最初生成的酶活性增强至百倍.如此高的激

活速度会对机体构成危险,就是说,此过程一旦启动,全身血液就会凝固.此外,慢性异常血凝也会导致心肌梗死、脑血栓

等严重疾病.因此,机体内的凝血作用必须保持适度.事实上,血浆及血管内皮和其他组织中存在着许多抗凝物质,它们

通过抑制或灭活凝血因子的活性达到抵御血液凝固的目的.血浆中最重要的抗凝血物质是抗凝血酶Ⅲ和肝素,它们的作

收稿日期:2003201208基金项目:辽宁省科技攻关项目(002057)作者简介:李旭霞(19692),女,辽宁大连人,大连大学医学院讲师,辽宁师范大学在读硕士研究生.李庆伟(19552),男,辽宁大连人,辽宁师范大学教授,博士,博士生导师.第26卷第2期2003年6月 辽宁师范大学学报(自然科学版)JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.26 No.2June 2003

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net用约占血浆全部抗凝血酶活性的75%.抗凝血酶Ⅲ是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂,而凝血因子Ⅱa、Ⅶ、Ⅹa、Ⅸa、Ⅻa的活性

中心均含有丝氨酸残基,都属于丝氨酸蛋白酶.抗凝血酶Ⅲ分子上的精氨酸残基,可以与这些酶活性中心的丝氨酸残基

结合,“封闭”了这些酶的活性中心而使之失活.此外,血浆中还有其他抗凝血蛋白,如蛋白质C是通过灭活凝血因子Ⅴ和

Ⅷ、限制因子Ⅹa与血小板结合等机制起到抗凝血作用;蛋白S是通过激活蛋白质C进行抗凝[2].

1.3 纤维蛋白的溶解

血液中除了有抗凝系统之外还存在纤溶系统.所谓纤溶系统,是指能将血液凝固产生的纤维蛋白重新溶解的系统,

由纤溶酶原、纤溶酶和纤溶酶原激活剂组成.纤溶系统对于防止血栓形成和保持血流通畅具有重要意义.纤维蛋白溶解

过程分为两个阶段,即纤维蛋白酶原激活和纤维蛋白溶解.纤溶酶原激活剂主要有血管激活物、组织激活物和激肽释放

酶三类,它们的作用是水解纤溶酶原,使之成为纤溶酶.纤溶酶则是血浆中最活跃的蛋白酶,它具有水解多种蛋白质,如

凝血酶、因子Ⅴ、纤维蛋白原和纤维蛋白等,但其主要作用是水解纤维蛋白原和纤维蛋白,防止血管内出现血栓[3](见附

图).

附图 血液凝固、抗凝与纤溶

注:11实线为凝血途径;21虚线为抗凝血、纤溶途径

2 抗凝剂的种类、分子结构和作用方式

除了血浆中的抗凝血物质以外,自然界中还存在大量抗凝、溶栓效应的活性物质.尽管这些抗凝剂的来源、分子性质

和结构差别很大,但它们的抗凝血作用方式是一致的,这些方式表现为三个方面,即抑制凝血因子活性、溶解纤维蛋白以

及阻碍血小板的凝聚.

2.1 凝血酶及其相关凝血因子抑制剂

在凝血反应过程中凝血酶不仅将纤维蛋白原转化成纤维蛋白凝块,而且调节了血液凝固因子的活性,刺激血小板反

应.凝血酶直接影响了血管内皮细胞的止血功能,并调节了血细胞的非止血功能.因而,凝血酶抑制剂是调节血液凝固以

及调节各种复杂的凝血酶功能的有效工具[4,5].以凝血酶以及激活凝血酶原的凝血因子为底物的抑制剂,作用方式与抗

凝血酶Ⅲ类似,都是通过封闭凝血因子活性位点从而抑制该因子的活性.目前已发现的抑制凝血因子活性的抗凝蛋白有

水蛭素、壁虱抗凝肽.

2.1.1 水蛭素(hirudin,HV) 水蛭素是从吸血动物水蛭的唾液腺分泌液中获取的一种具有抗凝血作用的蛋白质,是目

前发现的、最有效的凝血酶抑制剂.天然水蛭素是由65或66个氨基酸组成的单链多肽,其N末端富含半胱氨酸,半胱氨

酸之间相互作用形成3个二硫键,使N2端结合紧密;C2末端含有多个酸性氨基酸.水蛭素的N末端能封阻凝血酶与纤维

蛋白原专一性作用的阴离子结合位点R,而C末端有6个酸性氨基酸,它们可以与带正电的凝血酶识别位点形成许多离

子键.N末端和C末端两个功能区域以协同的方式结合到凝血酶上,在凝血酶的活性部位形成一个帽子,阻止凝血酶与

底物的结合[6].

从发现水蛭素至今,共有3种异构体被纯化并命名:HV21,HV22,HV23.其中从口部提取的HV22具有高效活性,而从

头部提取的HV21活性是HV22的22%,从身体其他部位提取的HV23几乎没有抗凝活性.由于水蛭素的稳定性高,在极端

的pH和热条件下均能保持活性,加之抗凝作用强烈,因此水蛭素在临床医学上有着广泛的应用前景[7,8].

近期研究证实,水蛭唾液腺分泌蛋白中还有一些在结构上或者功能上与水蛭素有很大差别的抗凝蛋白,例如

Therostasin,这是一种从Theromyzontessulatum中新发现的与HV结构不同但作用相似的凝血酶抑制剂[9].赵荣乐等人从盐

源山蛭和蚌蛙蛭的头部也分离出了抗凝血蛋白,但其抗凝血机制和分子结构还有待进一步的生物化学和分子生物学研

究加以证实[10,11].

2.1.2 壁虱抗凝肽(tickanticoagulantpeptide,TAP) 壁虱抗凝肽是从非洲钝缘蜱属壁虱中分离的强效Xa因子抑制剂,其

分子大小、结构类似于高效的凝血酶抑制剂水蛭素.它是一个由60个氨基酸组成的单链酸性肽,含有6个半胱氨酸残

基,但是在TAP的N末端拥有与Xa因子相互作用的关键基团:Asn2Arg2leu.TAP是一种慢速但结合紧密的、有高效选择性

的Xa因子抑制剂,它通过与Xa因子的结合来阻止凝血激酶复合物的形成,从而抑制了凝血酶原的激活.对Xa因子潜在188 辽宁师范大学学报(自然科学版)第26卷

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net的和特异性的抑制作用表明TAP能有效地治疗和预防血管闭塞疾病,可能成为预防血栓形成的有效药物[12,13].

2.2 以纤溶酶或纤维蛋白作为底物的抗凝剂

天然抗凝血蛋白中种类最多的是以纤溶酶原和血纤维蛋白作为底物的抗凝剂.这类抗凝剂以蛋白酶为主,其分布广

泛,从细菌到哺乳动物中都有发现.

2.2.1 蚓激酶 蚓激酶即蚯蚓纤溶酶,是一组从蚯蚓体内分离出的具有抗凝血作用的蛋白酶.自80年代初日本Mihara

H等首次发现粉正蚓水提物中有直接溶解纤维蛋白以及激活纤溶酶原的活性物质以来,至今已经从不同种类蚯蚓体内

提纯出多种具有抗凝活性的蛋白组分[14].研究发现蚓激酶是一类复杂的蛋白酶,其复杂性表现在组分多样性、结构多样

性、酶学特性多样性几方面.同一种蚯蚓体内能分离出至少两种以上具有抗凝活性但是分子量和生化特征不相同的蛋白

酶.例如在粉正蚓、赤子胜爱蚓体内均分离出多种纤溶酶组分[15~17].这些蛋白酶不仅分子结构、分子量上不同,而且对底

物作用方式和作用位点也有很大差别.粉正蚓的纤溶酶中有的可以水解碱性氨基酸,有的可以水解酸性氨基酸;赤子胜

爱蚓纯化的组分中有的可以直接水解纤维蛋白,也有的以纤溶酶原作为水解底物.

尽管如此,复杂的蚓激酶仍然具有一些可寻的共性,这些共性表现在以下三个方面:11对凝血过程的影响上,所有的

蚓激酶都表现为仅对血液凝固后期阶段起作用,而对凝血因子Ⅴ,Ⅶ,Ⅷ,Ⅸ,Ⅻ无显著的影响;21分子结构上,蚓激酶在

分子量、氨基酸组成上有很大的差别,但是它们的N2末端氨基酸序列显示出蚓激酶与胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶具有一

定的相似性,加之其水解底物方式也与这两种酶相似,提示蚓激酶可能属于丝氨酸蛋白酶类[18,19].31稳定性,蚓激酶在