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水蛭素和凝血酶不得不說的故事

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2019-06-27 14:37:20【大中小】

上期回顧

上一期我們了血栓的形成，本期我們將著重了解下菲牛蛭的一些知識。

什么是水蛭素？？

水蛭素(hirudin)是水蛭（Leech）及其唾液腺中已提取出多種活性成分中活性最顯著并且研究得最多的一種成分，它是由65—66個氨基酸組成的小分子蛋白質(zhì)（多肽）。水蛭素對凝血酶有極強(qiáng)的抑制作用，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)最強(qiáng)的凝血酶天然特異抑制劑。

水蛭素.gif

圖1：水蛭素分子結(jié)構(gòu)

水蛭素并非是一種純凈物，而是一個具有同源結(jié)構(gòu)的多肽化合物家族。這一家族中至少有3種分子，分別被命名為水蛭素-1、水蛭素-2、水蛭素-3，縮寫為HV1、HV2 、HV3。水蛭素可以與凝血酶(thrombin) 按1 ：1的比例以非共價的形式緊密結(jié)合成可逆復(fù)合物。從而阻止凝血酶催化的止血反應(yīng)及凝血酶誘導(dǎo)的血小板激活反應(yīng)，達(dá)到抗凝血的目的。

歐洲的John Haycraft博士在1884年發(fā)現(xiàn)歐洲醫(yī)用水蛭會分泌出某種阻止血液凝結(jié)的物質(zhì)以利于水蛭吸食血液消化。在20世紀(jì)初人們發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)是一種蛋白質(zhì),并命名為水蛭素(Chirudin)。

水蛭素的含量直接決定水蛭好壞，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)菲牛蛭的水蛭素含量高于其他水蛭產(chǎn)品。

水蛭素和凝血酶相互作用

天然水蛭素是由65或66個氨基酸殘基組成的單鏈多肽，分子量約為7000，能在極端的pH和熱條件下穩(wěn)定存在。水蛭素的形狀類似蝌蚪，蝌蚪頭部是多肽的N端，富含半胱氨酸(cys)，半胱氨酸間相互作用形成3個二硫鍵(Cys6-Cys14，Cys16-Cys28，Cys22-Cys39)使N末端結(jié)構(gòu)緊密;蝌蚪尾部是含有多個酸性氨基酸和一個被磺酸化的酪氨酸(Tyr63)的多肽C末端。凝血酶(thrombin)是血液凝固和止血過程中的中心酶，它不但能剪切纖維蛋白原，將纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白;還能激活其它的凝固血液的酶類，如凝血因子Ⅴ、Ⅷ、ⅩⅢ和抗凝血酶蛋白C(Fenton，1981)等。凝血酶與大分子底物的相互作用取決于三個不同的區(qū)域:催化反應(yīng)位點的初級結(jié)合位C(Magnusen，1971)，鄰近催化位點的非極性結(jié)合位點AB(Brlinr and Shen，1977;Sonder and Fenton，1984)和負(fù)責(zé)凝血酶與纖維蛋白原專一性作用的陰離子結(jié)合位點(識別位點)R(Fenton et al.1989;Henriksen and Mann，1988)。水蛭素的N端能封阻凝血酶的活性位點，其疏水結(jié)構(gòu)域與凝血酶的非極性結(jié)合位點(AB)互補(bǔ);該非極性結(jié)合位點靠近凝血酶的催化中心。水蛭素C末端有6個酸性氨酸，能與帶正電的凝血酶識別位點形成許多離子鍵。N端、C端兩個功能域以協(xié)同的方式結(jié)合到凝血酶上，在凝血酶的活性部位形成一個帽子，阻止底物的結(jié)合。

為了更好地了解水蛭素結(jié)構(gòu)對性能的影響，人們對于水蛭素的N端、C端和各位點做了大量研究，得出許多結(jié)論，為水蛭肽的設(shè)計打了堅實的理論基礎(chǔ)。各種研究表明水蛭素C末端的10個氨基酸是必需的最小結(jié)構(gòu)，C末端的最佳大小至少是12個氨基酸(Hir54-65)，在這一序列中每個氨基酸都非常重要。幾個疏水殘基和酸性殘基對于維持水蛭素C末端的功能非常重要。

水蛭素和凝血酶不得不說的故事!

水蛭素是迄今最強(qiáng)的凝血酶抑制劑,它與凝血酶結(jié)合形成一種非共價復(fù)合物,該復(fù)合物解離常數(shù)為10-12數(shù)量級,且反應(yīng)速度極快。水蛭素與凝血酶的親和力極強(qiáng),1μg即可中和5μg凝血酶,相應(yīng)于摩爾數(shù)比1¨1,即中和一個國際單位(NIH單位)凝血酶的水蛭素量為一個抗凝單位(IAT-u)的水蛭素。

抗凝作用

水蛭素不僅能阻止纖維蛋白原的凝固,亦可阻止凝血酶催化的進(jìn)一步血瘀反應(yīng),如對凝血因子Ⅴ、Ⅷ的活化及凝血誘導(dǎo)的血小板反應(yīng)等的抑制。血液凝固的被推遲或完全被阻止取決于水蛭素的濃度。水蛭素可抑制凝血酶誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞的增殖和凝血酶對內(nèi)皮細(xì)胞的刺激,亦可抑制凝血酶同血小板的結(jié)合及血小板受凝血酶刺激的釋放,并可使兩者解離。

抗栓作用

水蛭素能中和游離的和與纖維蛋白結(jié)合的凝血酶,抑制血小板沉淀。由凝血酶誘發(fā)的血液凝固是誘導(dǎo)血管血栓形成的重要因素,故水蛭素對各種血栓病均有效,尤其是對靜脈血栓和彌漫性血管內(nèi)凝血(DIC)。大鼠實驗結(jié)果表明,水蛭素的抗凝抗栓效果取決于其血藥濃度,靜脈血栓和DIC所需有效血藥濃度最低,治療靜脈血栓所需濃度是肝素的1/20,而治療DIC僅為1/50。給大鼠按40AT-μ/kg靜滴,血藥濃度達(dá)4.3 AT-μ/ml,則完全抑制靜脈血栓的形成;按200 AT-μ/kg/min給藥60 min可完全抑制動脈血栓形成,后者劑量高出前者5倍。它完全抑制動脈血栓的濃度下,只引起出血時間延長50%~60%,而肝素則有引起出血的嚴(yán)重副作用。當(dāng)抗凝血酶-Ⅲ(AT-Ⅲ)的血漿濃度低于正常值70%~80%則有形成血栓的危險,在DIC發(fā)病過程中,AT-Ⅲ要減少,可影響肝素的療效,而水蛭素與輔因子無關(guān),在抗栓治療中不增加AT-Ⅲ的消耗是其顯著的優(yōu)點。水蛭素靜注給藥符合二房室模型方程。水蛭素分布于細(xì)胞外的空間,未經(jīng)代謝不與機(jī)體結(jié)合,以活性形成通過腎小球過濾排出。消除半衰期約1 h,靜脈或皮下注射純水蛭素,沒有明顯的副作用。個功能域以協(xié)同的方式結(jié)合到凝血酶上，在凝血酶的活性部位形成一個帽子,阻止底物的結(jié)合。