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。
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天然水蛭素简介
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。
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天然水蛭素的发现
欧洲的JohnHaycraft博士在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)。水蛭素具有极强的抑制凝血作用和抗血栓形成作用,在临床治疗和预防各种血栓形成方面有着广阔的应用前景。
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天然水蛭素的结构
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，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，）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，），邻近催化位点的非极性结合位点AB（BrlinrandShen，；SonderandFenton，）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（Fentonetal.；HenriksenandMann，）。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。
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天然水蛭素的抗凝血机理
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、Ⅶ、Ⅻ和抗凝血酶蛋白C（Fenton）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点c（Magnusen）邻近催化位点的非极性结合位点AB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)，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个酸性氨基酸，能与带正电的凝血酶识别位点形成许多离子键。
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天然水蛭素的药理作用
天然水蛭素是一种从吸血类水蛭唾液腺及其分泌液中提取的天然活性物质，而重组水蛭素则是通过基因工程获得的人工产品。重组水蛭素的氨基酸序列和结构与天然水蛭素唯一不同的是其在63位酪氨酸残基未硫酸化，该特点使其对凝血酶的抑制作用明显降低，仅为天然水蛭素的1/10。重组水蛭素在药理活性、药代动力学方面与天然水蛭素非常相似。
由于多种原因，世界上对天然水蛭素的药理学和临床研究严重滞后，对重组水蛭素的研究也是在年后才陆续开始的，近十几年来的文献大多都是研究有关重组水蛭素的内容，故在本章节的药理学和临床研究的内容中收录了重组水蛭素文献资料，以佐证天然水蛭素的相关作用与应用。
体内外试验表明，水蛭素是迄今发现的作用最强的凝血酶特异性抑制剂，对各种血栓性疾病都有效。水蛭素的作用机制是它与凝血酶按1:1的比例非共价结合形成一种稳定的复合物，抑制了凝血酶的活性，从而阻止了纤维蛋白原凝固及凝血酶对血小板的作用，达到抗凝的目的，同时水蛭素的作用不依赖于抗凝血酶m，其抑制血栓形成的浓度远小于其引起[1]出血的浓度，无明显毒副作用。
水蛭素具有抗凝、抗血栓、抑制血小板聚集、降血脂、改善血液流变学、抗肿瘤等多种药理作用。
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天然水蛭素的抗凝作用
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。
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天然水蛭素的抗栓作用
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4.3AT-μ/ml，则完全抑制静脉血栓的形成；按AT-μ/kg/min给药60min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1h，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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天然水蛭素的应用
水蛭素是一类很有前途的抗凝化瘀药物，它可用于治疗各种血栓疾病，尤其是静脉血栓和弥漫性血管凝血的治疗；也可用于外科手术后预防动脉血栓的形成，预防溶解血栓后或血管再造后血栓的形成；改善体外血液循环和血液透析过程。在显微外科手术中常因为吻合处血管栓塞而导致失败，采用水蛭素可促进伤口愈合。研究还表明，水蛭素在肿瘤治疗中也能发挥作用。它能阻止肿瘤细胞的转移，已证明有疗效的肿瘤如纤维肉瘤，骨肉瘤，血管肉瘤，黑素瘤和白血病等。水蛭素还可配合化学治疗和放射治疗，由于促进肿瘤中的血流而增强疗效。
动物试验和临床研究表明，静脉或皮下注射水蛭素均无明显毒副作用，无论急性、亚急性的毒性试验，对血压、心率、血相、出血时间和血液化学成分均不受影响，呼吸系统也没有影响，无过敏反应，一般无特异抗体发现。半致死剂量LDmgAg，远大于治疗所用的剂量(1mgAg)。尤其值得指出的是，水蛭素可以口服，这给用药带来很大方便。水蛭素比较稳定，胰蛋白酶和糜蛋白酶并不破坏其活性，而且水蛭素的某些水解片段仍有抑制凝。
国内外学者通过动物模型和志愿者试验，对水蛭素(肽)的药理特性进行了大量的研究。俄罗斯科学家通过对57名患不同疾病（冠心病、风湿病、慢性肺病)的病人进行试验。确认水蛭素对防止血凝是有效的，Markwardt等的研究也显示了水蛭素对具有良好的抗血栓作用。水蛭肽在动物实验中也显示了良好的抗凝和抗栓作用。进入20世纪00年代后，人们将水蛭肽在接受心血管术的冠心病患者、不稳定性心绞痛患者、冠脉成型术中，进行了临床试验，均取得了较理想的效果。
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天然水蛭素的应用范围
①生物医药方面
天然水蛭素对各种血栓疾病如血栓和弥漫性血管凝血等有独特的防治效果，同时用于外科手术后预防动脉血栓的形成，预防溶解血栓后者或血管再造后血栓的形成；改善体外血液循环还有血液透析过程，并能促进伤口愈合等。在肿瘤治疗上也能发挥作用。
②保健方面
天然水蛭素除具有蛋白的营养作用外，还能改善人体微循环，消除自由基，延缓衰老，免疫，降血脂等，对人体具有不可替代调节作用，这些作用几乎涉及到人体的所有生理活动，例如：神经、消化、吸收、代谢、循环、生长、生殖和内分泌等。
③美容护肤方面
天然水蛭素能够直接自主迅速渗透到皮肤深层，降低血液粘度、加快血流速度、改善面部微循环，维持正常的新陈代谢，抑制或减少黑色素的形成，并有消炎和消肿的作用，对粉刺、痤疮及细腻皮肤、收缩毛孔、增白防晒具有独特的效果，且无刺激、无毒副作用。结合其它护肤品使用，除发挥天然水蛭素的功效外，还可以帮助其它护肤品中的营养成分更好地渗入到皮肤深层而被吸收。
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天然水蛭素的优点
与现在应用最广泛的抗凝血酶药物——肝素相比，天然水蛭素具有以下优点：
①水蛭素与水蛭肽抑制凝血酶的反应不需要抗凝血酶Ⅲ(AT—Ⅲ)作为辅助因子，使其抗凝作用与量效关系更吻合，而且可在缺乏抗凝血酶Ⅲ的病人(如弥漫性血管内凝血)中使用。
②肝素不能灭活结和于血栓上的凝血酶。而水蛭素与水蛭肽则对循环中的和结合于血栓上的凝血酶都可以抑制。
③肝素会被激活的血小板释放的血小板因子4(PTF4)或富含组氨基酸的糖蛋白等结合，水蛭素与水蛭肽则不受这些因素的影响。
④水蛭素与水蛭肽用于抗血栓治疗，出血副作用较小，且无过敏反应和免疫原性无毒反应。
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天然水蛭素对三高的调理
①水蛭素对高血压的调理
高血压高血压形成的原因主要是血管内膜附着的脂类、蛋白质类物质过剩，促使血管及细胞功能下降，血管壁弹性降低，从而导致高血压病症，水蛭素可分解多余糖分，激活细胞活性，修复受损细胞，加速对有害物质和坏死细胞的分解代谢，最终达到提升整体细胞活性，提高免疫力和自愈力，从而达到高血压的康复治愈。
②水蛭素对高血脂的调理
高血脂高血脂只要是甘油三酯的增加，血管腔内脂过多，血粘度浓出现的病症，如中风、脂肪肝、血栓，蛋白质的分解产物形成的尿酸附着于肾的表面，影响肾功能下降，尿酸附着在关节就容易形成痛风，水蛭素可分解油脂及尿酸结晶，修复肝肾细胞功能。
③水蛭素对高血糖的调理
高血糖高血糖形成的主要原因是胰腺功能缺失，胰岛素分泌不足与体内糖量代谢不平衡，导致血液浓稠度高，血液的流速减缓，血液富养化，栓塞末端血管，增加感染及酮体酸坏死坏疽，酮症中毒，伤口不易愈合，对心肾功能影响大。水蛭素可分解多余糖分，净化血液毒素，激活胰腺细胞活性，修复破损细胞，加速对有害物质及坏死细胞的分解代谢，最终达到提升整体细胞活性，提高身体的免疫力和自愈力。
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天然水蛭素的需求
在医药市场上，抗栓药物的需求与日俱增，但由于天然水蛭来源有限，各国医药界都将注意力集中在重组水蛭素的开发上。美国、法国、瑞士、德国、英国、日本十多医院都在临床应用或研究重组水蛭素类多肽抗栓药物治疗血栓疾病的范围和疗效。年底，德国首先上市重组水蛭素药物。年英国也获批准上市。中国具有心血管疾病药物和肿瘤药物的巨大市场，水蛭素又是传统中药，因此重组水蛭素开发前景十分看好。
国际上常用肝素作为抗凝药物，这类抗凝药物的使用已有60多年历史，需用量逐年增加。美国70年代每年就有万病人使用肝素，大部分是手术后预防血栓的形成。仅美国肝素的年用量就超过亿单位，约相当于6吨。研究表明，水蛭素在许多性能上都优于肝素，它用药量小，不引起出血，也不依赖于内源性辅助因子。
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天然水蛭素的相关研究
由于水蛭素具有重要开发价值，而水蛭的来源有限，故国内外医药界均着重研究通过基因工程获得重组水蛭素。年后，重组水蛭素已在大肠杆菌和酶母中分别表达成功，与天然水蛭素相比，重组水蛭素在第63位氨基酸（酪氨酸）上未硫酸酪化，活性略低，其余性质基本相同。在治疗的剂量下静脉注射无毒副反应。现国外一些大的生物技术公司对水蛭素己进入多方面的临床研究。有关水蛭素类多肽的专利，每年公布的数量至少在十多项以上，包括水蛭素类似的多肽，研究论文每年总在数十篇以上。年底重组水蛭素药物在德国正式上市，年英国批准上市，己注册的国家有美国、欧洲、澳大利亚、新西兰、南非等10多个国家。
水蛭素在使用过程中血清半衰期太短，难以发挥抗栓效果。将水蛭素与PEG（聚乙二醇）一起加工成为耦合体制剂后可大大延长水蛭素的血清半衰期从而提高其在体内的抗血栓生成效果----（聚乙二醇（PEG）修饰是常用的提高蛋白和多肽类药物血浆半衰期的方法）。
本文章由云南民族医药股份有限公司董事长整理
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