水蛭素，英文名為Hirudin，它是從水蛭唾液中提取得到的一種含有65個氨基酸殘基和3對二硫鍵的多肽，分子質(zhì)量為7千道爾頓，水蛭素對凝血酶的抑制作用有著高度特異與高效性，可直接抑制凝血酶，阻礙凝血酶的蛋白水解功能，故有抗凝血作用。與肝素相比，水蛭素用量少，不會引起出血，不依賴于內(nèi)源性輔助因子。

圖1 水蛭素的性狀圖

背景介紹

水蛭素作為一種源自醫(yī)用水蛭唾液腺的生物活性物質(zhì)，其發(fā)現(xiàn)與研究歷程跨越了逾一個世紀(jì)。水蛭，這一高度特化的環(huán)節(jié)動物，在傳統(tǒng)中醫(yī)藥中始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，俗稱螞蝗，其味咸、苦，性平，被《中華人民共和國藥典》記載具有破血、逐瘀、通經(jīng)之功效，歷代多用于治療瘤癥、痞塊、血瘀、閉經(jīng)及跌打損傷等癥。直至1884年，Haycraft首次在歐洲醫(yī)用水蛭的唾液腺中發(fā)現(xiàn)了水蛭素這一抗凝血活性成分，此后Shionoya于1927年率先將其作為抗血栓有效藥物進(jìn)行研究，而Markwardt在1955年進(jìn)一步確認(rèn)其為蛋白質(zhì)物質(zhì)，并正式命名為水蛭素。水蛭素本質(zhì)為由65或66個氨基酸殘基組成的單鏈多肽，相對分子質(zhì)量約為7000道爾頓，其分子結(jié)構(gòu)具有顯著特征：N末端含三對二硫鍵，使肽鏈繞疊成密集的環(huán)肽結(jié)構(gòu)，這不僅穩(wěn)定了水蛭素的整體構(gòu)象，而且其N末端區(qū)域正是活性中心所在，能特異性識別凝血酶上的堿性氨基酸富集位點(diǎn)并與之結(jié)合；與此同時(shí)，水蛭素的C末端富含酸性氨基酸殘基，末端9個殘基中多達(dá)6個為酸性氨基酸，這賦予了水蛭素與凝血酶高效識別與結(jié)合的能力。此外，水蛭素肽鏈中部還存在一個由Pro-Lys-Pro組成的特殊序列，該序列不易被一般蛋白酶降解，對于水蛭素而言，這一結(jié)構(gòu)在兩方面發(fā)揮關(guān)鍵作用：一方面維系了水蛭素分子整體的穩(wěn)定性，另一方面則引導(dǎo)水蛭素分子以正確空間取向與凝血酶分子結(jié)合，從而確保其抗凝活性得以精準(zhǔn)發(fā)揮。綜上所述，水蛭素不僅承載著傳統(tǒng)藥用的歷史背景，更因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和明確的抗凝機(jī)制，成為現(xiàn)代抗血栓藥物研究中的重要分子。[1]

結(jié)構(gòu)特性

水蛭素是由65或66個氨基酸殘基組成的單鏈多肽，其分子量約為7000道爾頓，并且能夠在極端的pH條件和高溫環(huán)境下保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從空間構(gòu)象來看，水蛭素呈現(xiàn)出類似蝌蚪的形態(tài)，其中蝌蚪的頭部對應(yīng)于多肽的N端區(qū)域，該區(qū)域富含半胱氨酸殘基，這些半胱氨酸通過相互之間的作用形成了三個二硫鍵（分別位于Cys6-Cys14、Cys16-Cys28以及Cys22-Cys39），從而使得水蛭素的N末端結(jié)構(gòu)變得十分緊密；而蝌蚪的尾部則對應(yīng)其C末端，該區(qū)域含有多個酸性氨基酸以及一個被磺酸化的酪氨酸（Tyr63）。在生理功能方面，凝血酶作為血液凝固與止血過程中的核心酶，不僅能夠剪切纖維蛋白原將其轉(zhuǎn)化為纖維蛋白，同時(shí)還能激活其他參與凝血級聯(lián)反應(yīng)的酶類，例如凝血因子Ⅴ、Ⅷ、ⅩⅢ以及抗凝血酶蛋白C等；凝血酶與大分子底物之間的相互作用主要依賴于三個不同的功能區(qū)域，即催化反應(yīng)位點(diǎn)的初級結(jié)合位點(diǎn)C、靠近催化位點(diǎn)的非極性結(jié)合位點(diǎn)AB，以及負(fù)責(zé)凝血酶與纖維蛋白原特異性結(jié)合的陰離子結(jié)合位點(diǎn)R。就水蛭素的作用機(jī)制而言，水蛭素的N端能夠有效地封阻凝血酶的活性位點(diǎn)，同時(shí)其疏水結(jié)構(gòu)域與凝血酶的非極性結(jié)合位點(diǎn)（AB）形成互補(bǔ)配對，而該非極性結(jié)合位點(diǎn)恰好鄰近凝血酶的催化中心；此外，水蛭素的C末端含有六個酸性氨基酸，這些氨基酸能夠與帶正電荷的凝血酶識別位點(diǎn)之間形成大量的離子鍵。最終，水蛭素憑借其N端和C端兩個功能域的協(xié)同作用，以特定的方式結(jié)合到凝血酶分子上，并在凝血酶的活性部位上方形成一個類似帽子的結(jié)構(gòu)，從而有效地阻止底物分子與凝血酶的結(jié)合。

生物活性

在內(nèi)源性和外源性凝血過程中，一系列酶促級聯(lián)放大反應(yīng)促使凝血酶原被活化為凝血酶，而凝血酶作為一種絲氨酸蛋白酶，在血栓形成過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，具體涉及血凝級聯(lián)反應(yīng)、纖維蛋白沉積以及血小板活化等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對凝血酶的抑制策略，抗凝抑制劑主要分為間接凝血酶抑制劑和直接抗凝血酶抑制劑兩大類，其中間接抑制劑通過催化凝血酶的天然抑制物（如抗凝血酶III或肝素輔因子II）來發(fā)揮抗凝作用；與之不同，水蛭素是一種特異性的直接凝血酶抑制劑，其突出特點(diǎn)在于能夠與凝血酶直接結(jié)合，且抗凝作用的發(fā)揮完全不依賴于抗凝血酶III或肝素輔因子II。在作用機(jī)制上，水蛭素通過同時(shí)作用于凝血酶的非活性底物識別位點(diǎn)和酶活性中心這兩個位點(diǎn)，以1:1的化學(xué)計(jì)量比與凝血酶結(jié)合，形成不可逆的復(fù)合物，從而使凝血酶徹底失去催化活性。值得強(qiáng)調(diào)的是，水蛭素的抗凝作用不僅具有高度的專一性，其抗凝活性也明顯強(qiáng)于臨床常用的肝素；此外，水蛭素還能夠抑制血漿中游離的凝血酶，從而在抗凝治療中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。[1]

生物應(yīng)用

水蛭素作為一類前景廣闊的抗凝化瘀藥物，在多種血栓性疾病的治療中展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值，尤其適用于靜脈血栓和彌漫性血管凝血的臨床處理；同時(shí)，水蛭素在外科手術(shù)后可用于預(yù)防動脈血栓的形成，并且在溶栓治療后或血管重建術(shù)后，水蛭素亦能有效預(yù)防血栓的再形成。此外，水蛭素還可用于改善體外血液循環(huán)和血液透析過程中的凝血相關(guān)問題。在顯微外科手術(shù)中，吻合口血管栓塞常導(dǎo)致手術(shù)失敗，而水蛭素的應(yīng)用則有助于促進(jìn)傷口愈合，降低栓塞風(fēng)險(xiǎn)。研究進(jìn)一步表明，水蛭素在腫瘤治療領(lǐng)域同樣具有潛在作用，水蛭素能夠阻止腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，已證實(shí)對纖維肉瘤、骨肉瘤、血管肉瘤、黑素瘤及白血病等惡性腫瘤具有一定的療效。此外，水蛭素還可作為化學(xué)治療和放射治療的輔助藥物，水蛭素通過改善腫瘤內(nèi)部的血流灌注，從而增強(qiáng)放化療的治療效果。[1]

參考文獻(xiàn)

[1] 陳華友,黃靜,蔣芝君,等.抗凝良藥水蛭素的研究進(jìn)展[J].生物學(xué)通報(bào), 2003, 38(3):3.