水蛭素和凝血酶不得不说的故事
上一期我们了血栓的形成，本期我们将着重了解下菲牛蛭的一些知识。
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种活性成分中活性最显著并且研究得最多的一种成分，它是由65—66个氨基酸组成的小分子蛋白质（多肽）。水蛭素对凝血酶有极强的抑制作用，是迄今为止所发现最强的凝血酶天然特异抑制剂。
图1：水蛭素分子结构
水蛭素并非是一种纯净物，而是一个具有同源结构的多肽化合物家族。这一家族中至少有3种分子，分别被命名为水蛭素-1、水蛭素-2、水蛭素-3，缩写为HV1、HV2 、HV3。水蛭素可以与凝血酶(thrombin) 按1 ：1的比例以非共价的形式紧密结合成可逆复合物。从而阻止凝血酶催化的止血反应及凝血酶诱导的血小板激活反应，达到抗凝血的目的。
欧洲的John Haycraft博士在1884年发现欧洲医用水蛭会分泌出某种阻止血液凝结的物质以利于水蛭吸食血液消化。在20世纪初人们发现这种物质是一种蛋白质,并命名为水蛭素(Chirudin)。
水蛭素的含量直接决定水蛭好坏，经过研究发现菲牛蛭的水蛭素含量高于其他水蛭产品。
水蛭素和凝血酶相互作用
天然水蛭素是由65或66个氨基酸残基组成的单链多肽，分子量约为7000，能在极端的pH和热条件下稳定存在。水蛭素的形状类似蝌蚪，蝌蚪头部是多肽的N端，富含半胱氨酸(cys)，半胱氨酸间相互作用形成3个二硫键(Cys6-Cys14，Cys16-Cys28，Cys22-Cys39)使N末端结构紧密;蝌蚪尾部是含有多个酸性氨基酸和一个被磺酸化的酪氨酸(Tyr63)的多肽C末端。凝血酶(thrombin)是血液凝固和止血过程中的中心酶，它不但能剪切纤维蛋白原，将纤维蛋白原转化为纤维蛋白;还能激活其它的凝固血液的酶类，如凝血因子Ⅴ、Ⅷ、ⅩⅢ和抗凝血酶蛋白C(Fenton，1981)等。凝血酶与大分子底物的相互作用取决于三个不同的区域:催化反应位点的初级结合位C(Magnusen，1971)，邻近催化位点的非极性结合位点AB(Brlinr and Shen，1977;Sonder and Fenton，1984)和负责凝血酶与纤维蛋白原专一性作用的阴离子结合位点(识别位点)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点，其疏水结构域与凝血酶的非极性结合位点(AB)互补;该非极性结合位点靠近凝血酶的催化中心。水蛭素C末端有6个酸性氨酸，能与带正电的凝血酶识别位点形成许多离子键。N端、C端两个功能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，阻止底物的结合。
为了更好地了解水蛭素结构对性能的影响，人们对于水蛭素的N端、C端和各位点做了大量研究，得出许多结论，为水蛭肽的设计打了坚实的理论基础。各种研究表明水蛭素C末端的10个氨基酸是必需的最小结构，C末端的最佳大小至少是12个氨基酸(Hir54-65)，在这一序列中每个氨基酸都非常重要。几个疏水残基和酸性残基对于维持水蛭素C末端的功能非常重要。
水蛭素和凝血酶不得不说的故事!
水蛭素是迄今最强的凝血酶抑制剂,它与凝血酶结合形成一种非共价复合物,该复合物解离常数为10-12数量级,且反应速度极快。水蛭素与凝血酶的亲和力极强,1μg即可中和5μg凝血酶,相应于摩尔数比1¨1,即中和一个国际单位(NIH单位)凝血酶的水蛭素量为一个抗凝单位(IAT-u)的水蛭素。
抗凝作用
水蛭素不仅能阻止纤维蛋白原的凝固,亦可阻止凝血酶催化的进一步血瘀反应,如对凝血因子Ⅴ、Ⅷ的活化及凝血诱导的血小板反应等的抑制。血液凝固的被推迟或完全被阻止取决于水蛭素的浓度。水蛭素可抑制凝血酶诱导的成纤维细胞的增殖和凝血酶对内皮细胞的刺激,亦可抑制凝血酶同血小板的结合及血小板受凝血酶刺激的释放,并可使两者解离。
抗栓作用
水蛭素能中和游离的和与纤维蛋白结合的凝血酶,抑制血小板沉淀。由凝血酶诱发的血液凝固是诱导血管血栓形成的重要因素,故水蛭素对各种血栓病均有效,尤其是对静脉血栓和弥漫性血管内凝血(DIC)。大鼠实验结果表明,水蛭素的抗凝抗栓效果取决于其血药浓度,静脉血栓和DIC所需有效血药浓度最低,治疗静脉血栓所需浓度是肝素的1/20,而治疗DIC仅为1/50。给大鼠按40AT-μ/kg静滴,血药浓度达4.3 AT-μ/ml,则完全抑制静脉血栓的形成;按200 AT-μ/kg/min给药60 min可完全抑制动脉血栓形成,后者剂量高出前者5倍。它完全抑制动脉血栓的浓度下,只引起出血时间延长50%~60%,而肝素则有引起出血的严重副作用。当抗凝血酶-Ⅲ(AT-Ⅲ)的血浆浓度低于正常值70%~80%则有形成血栓的危险,在DIC发病过程中,AT-Ⅲ要减少,可影响肝素的疗效,而水蛭素与辅因子无关,在抗栓治疗中不增加AT-Ⅲ的消耗是其显著的优点。水蛭素静注给药符合二房室模型方程。水蛭素分布于细胞外的空间,未经代谢不与机体结合,以活性形成通过肾小球过滤排出。消除半衰期约1 h,静脉或皮下注射纯水蛭素,没有明显的副作用。个功能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,阻止底物的结合。
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