水蛭素的研究进展

程晓梅,张 萌,王继红,吕 莉,宁淑香*

(1.辽宁师范大学生命科学学院，辽宁 大连 116033；2.大连医科大学药学院，辽宁 大连 116044)

水蛭属环节动物门，具有吸食哺乳动物血液的生物习性，分布在中国的大部分地区。古人很早就发现水蛭可用于入药疏瘀。在中医学上水蛭可以通过将其虫体进行干燥、炮制等步骤后入药，用于破血、梳通脉络、除瘀等方面，临床上可减轻中风、偏瘫、血瘀等病症的痛苦[1]。随着科技的发展，科学家于20世纪60年代首次对水蛭唾液腺中的活性物质——水蛭素实现了区别于传统意义上的提纯[2-3]，这一成果加速了对水蛭素的研究进程。近年来，有许多科研团队发现水蛭素不仅在抗凝血、抑制血栓形成方面具有显著的作用，而且还可以起到较为明显的抑制肿瘤转移的效果。因此水蛭素这种活性物质的发现不仅会开辟出多种抗凝血、抗血栓药物的研发新途径，而且还为身患脑血栓、恶性肿瘤等多种疾病的广大患者群众带来了新的希望和福音。本文将近些年来水蛭素的结构、药理功效及其临床应用的研究情况作一概述。

1 水蛭素的结构与功能

目前科学家已从水蛭体内成功分离出两大类活性物质：一类是可以直接作用于凝血系统，比如水蛭素(hirudin)、菲牛蛭素(bufrudin)等是较为常见的凝血酶抑制剂；另一类是包括抗栓肽(decorsin)等在内的其他蛋白酶类抑制剂和其他活性物质。

源自北美水蛭(Macrobdella decora)的抗栓肽是由39个氨基酸组成的一段抗栓小肽,具有抑制血小板聚集的功效。抗栓肽靠近C-端的RGD模体序列拥有竞争性地抑制作用，阻碍纤维蛋白原和血小板表面上的受体GPⅡb/Ⅲa特异性结合，因此可实现阻断血栓形成的目的。抗栓肽中有3对保守的二硫键(6-15、17-27、22-28)特殊空间结构域，在与受体结合和维持蛋白质空间结构方面具有重要作用。对抗栓肽进行核磁共振检测，结果表明去整合素抗栓肽与水蛭素具有一定的相似性[4]。Ornatin则是另一种来源于饰盾蛭(Placobdella ornata)的去整合素。研究发现，高浓度的Ornatin通过抑制纤维蛋白与整合素αⅡbβ3的结合而进一步抑制血小板聚集。

天然水蛭素是目前研究中最为彻底的一种抗凝活性物质，其分子量为7 kDa，由65～66个氨基酸残基组成的无糖基化单链多肽，其中含有的3对二硫键决定了其3级结构的稳定性。同时也由于其肽链中存在的一个特殊序列(pro-lys-pro)，普通的蛋白酶根本无法对其进行正常的水解作用。此外该序列还参与了诱导分子与凝血酶分子结合的过程。

水蛭素的性质较为稳定，在高温、酸性或碱性的环境下都不会发生明显变化，是目前已经发现的最强的凝血酶特异性抑制剂。尽管天然水蛭素有很好的抗凝、抗血栓作用,对多种血栓疾病也都有很好的预防效果，但是水蛭素产量低，价格昂贵,限制了它在临床上的运用,而重组水蛭素的出现改变了这种状况。重组水蛭素有明显抗血栓形成作用，机制可能与影响外源性凝血系统、促进纤溶功能有关,临床上用于抗血栓、抗肿瘤、抗痛风、抗炎、抗肺与肝肾的纤维化,治疗心血管系统疾病、肾脏疾病、精液不化、肺与支气管疾病、脑出血、急性心肌梗死以及提高淤血皮瓣的成活率等，具有明确的临床应用价值。研究人员通过分子重组将RGD序列融合在水蛭素C端后，产物不但可以对凝血酶的激活进行有效地抑制，而且能够减弱血小板的聚集，降低增生性玻璃体视网膜病变。

2 水蛭素的药理功效

2.1 抑制凝血、抗血栓功能

当今社会心脑血管疾病的发病逐年增加,其中高血压严重威胁着人类的身体健康。研究表明，高血压能够改变血管壁的结构,从而损伤血管壁的内膜，进而破坏血管内皮的功能,最终导致血管的动脉粥样硬化。除此之外，血液的高凝状态同样也是导致血管动脉粥样硬化的重要原因。凝血酶原在发生水解产生凝血酶之后，这时水蛭素可以直接与凝血酶结合，在凝血酶相应的活性部位形成一个帽子结构，这个过程可以阻断凝血因子Ⅰ与凝血酶的特异性结合，凝血过程从而得以被抑制[5]，该机制表明水蛭素能够直接对凝血过程进行抑制。实验表明，当水蛭素与游离的凝血酶相互结合时，能快速且有效地防止血栓的形成与延伸，进而改善高血压患者的血管功能[6]，从而达到了抗血栓的作用[7]。

苏斌等[8]在多次研究水蛭素分别对高凝小鼠和正常小鼠的血液流变学、凝血系统的差异影响后，得出了水蛭素可以显著改善血液流变学的情况，具有一定的抗凝血作用的结论。丁月珠等[9]在研究蚂蟥组织水提液的成分后，发现其能够在较短的时间内降解纤维蛋白原，来实现改变血液流变性、溶栓等的预期作用。因此，水蛭素可用于预防和治疗脑卒中、脑血栓等疾病。

2.2 抑制癌细胞的增殖和转移

在治疗肿瘤疾病常用的药物中，水蛭素的历史源远流长。研究发现，水蛭素可以通过影响肿瘤细胞的黏附穿膜能力途径进而抑制凝血酶的作用和血小板的聚集，从而达到对肿瘤细胞生长和增殖的抑制作用。研究显示，水蛭素可通过相应信号通路调高鼻咽癌细胞(CNE2细胞)中Bax信号分子和p21 mRNA分子的表达量,促进癌细胞的死亡，从而达到抑制CNE2细胞增殖的目的[10]。水蛭素也能够通过下调减弱人喉表皮样癌细胞中蛋白酶激活受体-1蛋白分子的表达，促使与人喉表皮样癌细胞密切相关的血管内皮生长因子及基质金属蛋白-2(MMP-2)分子的功能紊乱,进而可以实现相应地抑制人喉表皮样癌细胞的侵袭和转移的抗肿瘤作用[11]，为肿瘤患者的临床治疗提供了新的前景与方向[12]。

2.3 抑制炎症因子表达，抗纤维化作用

血管平滑肌细胞可在炎症因子的作用下逐步向内膜下迁移、增殖，将氧化脂质吞噬后形成泡沫细胞，进而加速了动脉粥样硬化的进程。水蛭素通过抑制炎症因子的表达及炎症相关的信号通路(如降低NF-κB、MMP-2、MMP-9的表达[13])来提高动脉粥样硬化治疗[14]的安全性。研究发现，水蛭素可以促使肺细胞中PAI-1[15]基因及其表达蛋白的水平降低，进而减少细胞外基质的沉积量，快速降低了纤维细胞的增殖率,从而达到抗纤维化的作用。

2.4 其他药理作用

在临床医学上，IgA和IgG共沉积是免疫球蛋白A肾病的独有特征。水蛭素可以降低IgAN模型中蛋白尿、尿素氮和肌酐的水平来调控改善相关凋亡蛋白的表达，从而减缓肾脏病的加重,对肾脏起到一定的保护作用。

痛风的临床表现为关节疼痛,关节部位出现严重的水肿、红肿和炎症。水蛭活血化瘀效果显著,在吸吮疼痛部位时，分泌的抗凝活性水蛭素将致病物质稀释或分解[16]，可有效缓解痛风炎症反应。因此中医常用水蛭治疗痛风性关节炎[17]。

随着对水蛭素研究的进一步深入,有学者发现水蛭素能直接与凝血酶结合，竞争性抑制了其与蛋白酶激活受体的结合,使其下游分子的表达和活化水平下调,实现了通过抑制细胞凋亡来提高皮瓣成活率的新途径[18-19]。如通过皮下注射天然水蛭素就可以提高皮瓣的存活率。

水蛭素是水蛭提取物中最具代表性的活性成分，是迄今为止发现的最强天然抗凝血酶活性物质。水蛭素通过与凝血酶的竞争性结合抑制血栓的形成、肿瘤细胞的增殖和转移,以及缓解肾病病情、中风等多种临床疾病。水蛭素相关药物涂层支架和重组水蛭素药物的研发也在高速推进中[20]，将来可用于解决冠心病、脑血栓等心血管疾病的防治问题。