水蛭素功能研究進(jìn)展

解舉民，段 卓,周小曼,袁 超,蘇振宏

(湖北理工學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，湖北 黃石 435003)

水蛭素是從水蛭及其唾液腺中提取出的一種有效生物活性物質(zhì)，古代就有人發(fā)現(xiàn)水蛭可以作為一種藥材，東漢時(shí)期《神龍本草經(jīng)》中有記載“水蛭主逐惡血、瘀血，月閉、破血瘕積累……”?！吨腥A人民共和國藥典》中記載“破血通經(jīng)，逐瘀消癥。用于血瘀經(jīng)閉，癥瘕痞塊，中風(fēng)偏癱，跌撲損傷，有破血、逐瘀、通經(jīng)的療效”?！侗静菪戮帯费云洹吧旗罘e淤堅(jiān)瘕”。水蛭素是迄今為止發(fā)現(xiàn)的一種最強(qiáng)的凝血酶天然抑制劑，具有極強(qiáng)的抗凝血和抗血栓形成的作用，近代研究發(fā)現(xiàn)其具有良好的抗腫瘤、抗痛風(fēng)、抗炎等效果。水蛭素具有臨床治療和預(yù)防各種心腦血管、腫瘤與痛風(fēng)等多種疾病的功能。

1 水蛭素

水蛭素的使用可以追溯到古埃及，1884年英國Haycraft首次發(fā)現(xiàn)水蛭咽部具有抗凝血功能的物質(zhì)；1904年英國科學(xué)家Jacoby從水蛭唾液中成功分離出這種具有抗凝血功能的活性成分，并將之命名為“水蛭素”；1957年Markwardt分離出了較純的水蛭素；1986年通過基因工程技術(shù)首次大量合成水蛭素[1]。水蛭素作為水蛭提取物中的主要活性化合物，具有抗凝血和抗血栓的特性，為疾病治療、臨床研究以及藥物合成提供了分子靶標(biāo)和廣闊的應(yīng)用前景[2]。利用基因工程生產(chǎn)的水蛭素經(jīng)蛋白質(zhì)分離純化后，可以作為藥物使用，是一種有效的凝血酶抑制劑[3]。

水蛭素是由65～66個(gè)氨基酸殘基組成的小分子蛋白質(zhì)(多肽)，相對分子質(zhì)量為7 000 Da，其中含有的3對二硫鍵，決定了其3級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。天然水蛭素分子的N端擁有5個(gè)氨基酸疏水基團(tuán)，C端為親水基團(tuán)富含酸性氨基酸殘基。水蛭素性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫、過酸或過堿的條件(pH=1.47～12.9)都不會(huì)影響其活性[4]。

2 水蛭素在心腦血管疾病中的功能

2.1 抗凝血

在心腦血管疾病中，高血壓嚴(yán)重威脅人類健康。高血壓可以導(dǎo)致血管壁結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，損傷內(nèi)膜，破壞血管內(nèi)皮的功能，引起動(dòng)脈粥樣硬化，而血液的高凝狀態(tài)和血管內(nèi)皮的損傷都對動(dòng)脈粥樣硬化起重要作用。水蛭素可以作用于凝血酶，阻止凝血酶對纖維蛋白原的作用，從而阻止凝血塊的形成，有效降低高血壓患者的高凝狀態(tài)；水蛭素還能有效保護(hù)血管內(nèi)皮功能，從而改善高血壓病患者的血管功能[5]。動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生過程涉及多種細(xì)胞和細(xì)胞因子的參與，是一類慢性炎癥反應(yīng)性疾病，其中參與動(dòng)脈粥樣硬化的細(xì)胞主要包括內(nèi)皮細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞。水蛭素可以逆轉(zhuǎn)血管內(nèi)皮功能障礙，對血管內(nèi)皮具有保護(hù)作用。水蛭素通過調(diào)節(jié)血脂減少脂質(zhì)浸潤，從而抑制平滑肌細(xì)胞的增殖、表型轉(zhuǎn)化和遷移等[6]。近年來，隨著基因工程的發(fā)展，重組水蛭素作為一種蛋白質(zhì)類藥物應(yīng)用于臨床治療疾病，水蛭素可以與凝血酶活性中心緊密結(jié)合而滅活凝血酶。實(shí)驗(yàn)證明水蛭素能將凝血酶激活纖溶抑制物(TAFI)活化，從而促進(jìn)纖溶，比肝素等其他抗凝劑的抗凝效果更強(qiáng)[7]。水蛭素是繼肝素后研發(fā)出來的一種新型靜脈抗凝劑，其作用機(jī)制是抑制凝血酶的活性及凝血活化因子Ⅴ的活化[8]。

水蛭素作用于凝血酶分2個(gè)過程，首先是水蛭素C末端的酸性氨基酸殘基與凝血酶的堿性部位結(jié)合，改變凝血酶的構(gòu)象，從而阻止凝血酶與底物的結(jié)合。其次，這種構(gòu)象的改變更加促進(jìn)了凝血酶活性中心與水蛭素N末端的結(jié)合。因水蛭素與凝血酶的結(jié)合速度比凝血酶與纖維蛋白原的結(jié)合速度要快，所以抑制了纖維蛋白的形成。除此之外，水蛭素還能中和與纖維蛋白結(jié)合的凝血酶，從而實(shí)現(xiàn)抗凝血的功能。水蛭素又可以通過抑制凝血酶誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞的增殖，抑制血管內(nèi)膜的增厚[9]。

在動(dòng)脈粥硬化形成過程中，血小板的聚集同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。水蛭素可以通過抑制凝血酶誘導(dǎo)的血小板激活，抑制血小板的聚集，進(jìn)而抑制凝血系統(tǒng)。急性心肌梗死疾病治療的關(guān)鍵是恢復(fù)冠狀動(dòng)脈的供血，重組水蛭素作為一種抗凝和抗血小板藥物在治療急性心肌梗死疾病中具有廣泛的應(yīng)用前景[10]。

與肝素相比，水蛭素的抗凝效果更好，使用更安全。據(jù)報(bào)道，肝素在臨床上常出現(xiàn)不良反應(yīng)，如肝素引起的血小板減少癥。而水蛭素?zé)o明顯的毒性和抗原性，只有在使用劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗凝所需的劑量時(shí)才會(huì)發(fā)生明顯的出血[11]。比伐盧定是合成的20肽水蛭素衍生物，2000年被美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)應(yīng)用于預(yù)防血管成型介入治療不穩(wěn)定性心絞痛前后的缺血性并發(fā)癥。另外通過融合靶向序列構(gòu)建低出血水蛭素有望獲得更好的抗凝抗栓藥物[12]。

2.2 抗肺與肝腎的纖維化

水蛭素不僅能抑制凝血酶，還能通過抑制凝血酶引起的TAFI活化，從而促進(jìn)纖溶[7]。水蛭素通過降低PAI-1基因和蛋白表達(dá)水平減少肺間質(zhì)內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM) 的沉積，抑制纖維化，從治療大鼠肺間質(zhì)纖維化中發(fā)現(xiàn)，其治療作用有明顯的劑量依賴性且聯(lián)合激素使用的治療效果更佳，為臨床拓寬了對特發(fā)性肺間質(zhì)纖維化(IPF) 的治療方法[13]。

水蛭素可以緩解腎間質(zhì)纖維化的作用[14]，還可以抗肝纖維化，其作用機(jī)制可能是肝纖維化中轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)對肝內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的合成和沉積調(diào)節(jié)起重要作用。而Smad4又在TGF-β信號傳導(dǎo)中起關(guān)鍵作用，水蛭素可以下調(diào)Smad4 mRNA的表達(dá)，從而抑制肝內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的增生，發(fā)揮抗肝纖維化的作用[15]。也可能是通過下調(diào)肝臟結(jié)締組織生長因子CTGF mRNA 的表達(dá)抑制細(xì)胞外基質(zhì)的增生。CTGF是一種重要的促組織纖維化蛋白，CTGF的下調(diào)可有效抑制肝纖維化[16]。

2.3 抗血栓

血栓性疾病嚴(yán)重危害人類的健康，會(huì)引發(fā)人體內(nèi)部各個(gè)臟器的缺血梗死。血栓的形成與血凝系統(tǒng)、血小板、纖溶系統(tǒng)密切相關(guān)?；罨糠帜っ笗r(shí)間(APTT)、凝血酶原時(shí)間(PT)是反應(yīng)凝血功能比較重要的參考指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，在對小鼠尾靜脈血栓造模后，發(fā)現(xiàn)腹腔注射重組水蛭素能明顯延長血漿PT，對APTT無影響，提示重組水蛭素是通過外源性凝血系統(tǒng)改善血液的高凝狀態(tài)[17]。

水蛭素在多種血栓性疾病的預(yù)防和治療上具有非常好的效果，例如臨床醫(yī)學(xué)中研究出來的藥物比伐盧定，它是合成的20肽水蛭素衍生物，是凝血酶的抑制劑，通過抑制凝血酶的活性從而抑制血栓的形成，但這種藥物的作用時(shí)間比較短，目前只用于心臟介入治療患者的肝素代用品[18]。

2.4 降血脂

水蛭素也可以調(diào)節(jié)脂代謝。研究發(fā)現(xiàn)水蛭素可明顯降低肝臟指數(shù)、脂肪指數(shù)和MAD水平，增加SOD活性，下調(diào)MCP-1的表達(dá)。對高脂血癥老鼠模型，水蛭素可明顯降低大鼠的體重，調(diào)節(jié)機(jī)體代謝紊亂，有效地抑制脂質(zhì)在組織中的富集[19]。利用重組水蛭素藥物治療動(dòng)脈粥樣硬化小鼠模型，同樣發(fā)現(xiàn)水蛭素可以抑制小鼠脂質(zhì)斑塊形成，其斑塊面積明顯下降[20]。水蛭素可降低血清總膽固醇(TC)、血清甲狀腺球蛋白(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平,升高血清高密度脂蛋白(HDL-C)水平，使肝臟脂蛋白酯酶(LPL)和肝酯酶(HL)的活性升高，有效地調(diào)節(jié)脂代謝紊亂[21]。

中醫(yī)認(rèn)為，將水蛭與其他中藥組方配伍應(yīng)用于臨床，有祛瘀治瘀之效，在心腦血管等疾病的治療中發(fā)揮重要作用[22]，如脈血康膠囊作為中藥單方抑制劑，其主要成分為水蛭素，是臨床廣泛應(yīng)用的一種抗凝藥物，對冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、腦梗死、下肢深靜脈血栓形成等病變具有良好的治療效果[23]。有關(guān)水蛭素的復(fù)方制劑也有不少文獻(xiàn)報(bào)道，如與阿司匹林藥物聯(lián)用可以更有效地調(diào)節(jié)患者的凝血功能[11]。

3 水蛭素在其他疾病中的功能

3.1 抗腫瘤

水蛭素是治療腫瘤疾病常用的一類藥物，有著悠久的藥物使用歷史。多項(xiàng)研究證實(shí)水蛭素對腫瘤細(xì)胞生長有抑制和破壞的作用。水蛭素可通過增高人鼻咽癌CNE2細(xì)胞中Bax和p21 mRNA的表達(dá)，抑制CNE2細(xì)胞的增殖[24]；水蛭素通過抑制喉癌細(xì)胞中PAR-1的表達(dá)，干擾VEGF及MMP-2的功能，進(jìn)而抑制喉癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，起到抗腫瘤的作用[25]；水蛭素可通過調(diào)控VEGF抑制肝癌Hep G2細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移及侵襲，為臨床腫瘤治療提供參考[26]。

通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法對含有水蛭抗腫瘤經(jīng)方的組方規(guī)律、核心配伍中草藥等得出水蛭中主要藥效成分水蛭素的靶點(diǎn)，參與補(bǔ)體和凝血級聯(lián)反應(yīng)，血小板活化通路。腫瘤發(fā)生與淤血相關(guān)，腫瘤患者普遍存在凝血異常，故推測水蛭素是通過抗凝血、抗血栓途徑參與腫瘤的治療[27]。

3.2 抗痛風(fēng)

水蛭是中醫(yī)里活血化瘀的良藥，用其活體治療痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎效果良好[28]。利用水蛭吸吮痛風(fēng)患者的疼痛部位，可有效緩解痛風(fēng)性炎癥反應(yīng)。其機(jī)制是水蛭在吸吮的同時(shí)會(huì)分泌具有抗凝生物學(xué)活性的水蛭素，水蛭素可以稀釋致病物質(zhì)的濃度，也可以將致病物質(zhì)分解[29]。

痛風(fēng)的臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛，水蛭素可顯著降低次黃嘌呤引起的高尿酸血癥。利用次黃嘌呤構(gòu)建小鼠高尿酸血癥模型中發(fā)現(xiàn)水蛭素可以抑制慢性高尿酸血癥小鼠腎臟GLUT9的表達(dá)，揭示水蛭素有顯著的抗尿酸血癥的作用[30]。

3.3 抗炎

水蛭素提取液中含有抗炎酶，水蛭素可以在斷指再植模型大鼠中減少炎癥因子的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡，提高皮瓣的成活率[31]。水蛭素可作用于凝血酶，抑制炎性細(xì)胞的增殖，也可通過降低NF-кB，MMP-2，MMP-9的表達(dá)，抑制炎癥的發(fā)生[32]。

利用脂多糖(LPS)誘導(dǎo)人冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(HCASMC)炎性活化細(xì)胞模型，在用紫杉醇水蛭素支架涂層復(fù)合物干預(yù)后炎性活化TLR4-MyD88通路的關(guān)鍵蛋白表達(dá)受到抑制，顯著抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[33]。并且，該復(fù)合物還能抑制炎性活化過程中NF-кB p56的激活，進(jìn)而顯著抑制下游炎癥因子TNF-α，IL-6和IL-1β的表達(dá)[34]， 水蛭素具有良好的抗炎功能。

3.4 提高淤血皮瓣的成活率

隨著研究的深入，水蛭素多種生物學(xué)功能被揭示，發(fā)現(xiàn)還可以減少皮瓣術(shù)后的淤血，通過皮下注射天然水蛭素對皮瓣存活有很好的療效。水蛭素通過與凝血酶結(jié)合從而抑制了凝血酶與PARs的結(jié)合，下調(diào)Bax的表達(dá)，以及caspase3 的活化水平，抑制細(xì)胞凋亡從而提高皮瓣的成活率[31,35]。

3.5 有效治療腎臟疾病

近年來，腎臟疾病的發(fā)病率逐漸升高，古代醫(yī)學(xué)認(rèn)為慢性腎病屬于血瘀癥范疇。以氣虛為主，血瘀為標(biāo)。水蛭素可有效降低慢性腎病尿蛋白定量、血漿黏度、纖維蛋白原、膽固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白的指標(biāo)。水蛭素還通過抗凝、抑制炎癥作用，延緩腎臟病的進(jìn)展，對糖尿病腎病和高血壓腎病的腎臟都有一定的保護(hù)作用[36]。 將重組水蛭素/脂質(zhì)體復(fù)合物注入腎病大鼠模型，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物增加了腎組織中水蛭素的積累量，減輕了大鼠的腎損傷[37]。

免疫球蛋白A腎病(IgAN)以IgA和IgG共沉積為特征。水蛭素可以降低IgAN模型中蛋白尿、血清肌酐和尿素氮的水平，改善IgAN模型中凋亡相關(guān)蛋白(Caspase3，Caspase9)的表達(dá)，通過抑制纖維化和炎癥反應(yīng)來改善IgAN[38]，從而有利于腎臟疾病治療。

4 討論與展望

水蛭素作為目前所發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的天然抗凝血酶活性物質(zhì)，在心腦血管疾病，如動(dòng)脈粥樣硬化、血栓等疾病中有很好的治療效果。在治療腫瘤、炎癥、痛風(fēng)、腎病等臨床疾病上也不斷得到應(yīng)用和發(fā)展。目前利用基因工程制備的重組水蛭素藥物已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床上多種疾病的治療，例如來匹盧定、地西盧丁重組藥物以及水蛭素類似物比伐盧定。但重組水蛭素藥物在臨床上仍存在一定的缺陷，半衰期短、有一定的出血危險(xiǎn)且病人可能會(huì)產(chǎn)生抗水蛭素的抗體，若再次使用會(huì)產(chǎn)生過敏性反應(yīng)，故對開發(fā)新的水蛭素衍生物和重組水蛭素對臨床用藥有重要意義[39-40]。對水蛭素的研究還存在很多亟待解決的問題，其臨床藥理學(xué)、工作分子機(jī)制等仍需要研究。