水蛭素，英文名为Hirudin，它是从水蛭唾液中提取得到的一种含有65个氨基酸残基和3对二硫键的多肽，分子质量为7千道尔顿，水蛭素对凝血酶的抑制作用有着高度特异与高效性，可直接抑制凝血酶，阻碍凝血酶的蛋白水解功能，故有抗凝血作用。与肝素相比，水蛭素用量少，不会引起出血，不依赖于内源性辅助因子。
图1 水蛭素的性状图
背景介绍
水蛭素作为一种源自医用水蛭唾液腺的生物活性物质，其发现与研究历程跨越了逾一个世纪。水蛭，这一高度特化的环节动物，在传统中医药中始载于《神农本草经》，俗称蚂蝗，其味咸、苦，性平，被《中华人民共和国药典》记载具有破血、逐瘀、通经之功效，历代多用于治疗瘤症、痞块、血瘀、闭经及跌打损伤等症。直至1884年，Haycraft首次在欧洲医用水蛭的唾液腺中发现了水蛭素这一抗凝血活性成分，此后Shionoya于1927年率先将其作为抗血栓有效药物进行研究，而Markwardt在1955年进一步确认其为蛋白质物质，并正式命名为水蛭素。水蛭素本质为由65或66个氨基酸残基组成的单链多肽，相对分子质量约为7000道尔顿，其分子结构具有显著特征：N末端含三对二硫键，使肽链绕叠成密集的环肽结构，这不仅稳定了水蛭素的整体构象，而且其N末端区域正是活性中心所在，能特异性识别凝血酶上的碱性氨基酸富集位点并与之结合；与此同时，水蛭素的C末端富含酸性氨基酸残基，末端9个残基中多达6个为酸性氨基酸，这赋予了水蛭素与凝血酶高效识别与结合的能力。此外，水蛭素肽链中部还存在一个由Pro-Lys-Pro组成的特殊序列，该序列不易被一般蛋白酶降解，对于水蛭素而言，这一结构在两方面发挥关键作用：一方面维系了水蛭素分子整体的稳定性，另一方面则引导水蛭素分子以正确空间取向与凝血酶分子结合，从而确保其抗凝活性得以精准发挥。综上所述，水蛭素不仅承载着传统药用的历史背景，更因其独特的结构特征和明确的抗凝机制，成为现代抗血栓药物研究中的重要分子。[1]
结构特性
水蛭素是由65或66个氨基酸残基组成的单链多肽，其分子量约为7000道尔顿，并且能够在极端的pH条件和高温环境下保持结构的稳定性。从空间构象来看，水蛭素呈现出类似蝌蚪的形态，其中蝌蚪的头部对应于多肽的N端区域，该区域富含半胱氨酸残基，这些半胱氨酸通过相互之间的作用形成了三个二硫键（分别位于Cys6-Cys14、Cys16-Cys28以及Cys22-Cys39），从而使得水蛭素的N末端结构变得十分紧密；而蝌蚪的尾部则对应其C末端，该区域含有多个酸性氨基酸以及一个被磺酸化的酪氨酸（Tyr63）。在生理功能方面，凝血酶作为血液凝固与止血过程中的核心酶，不仅能够剪切纤维蛋白原将其转化为纤维蛋白，同时还能激活其他参与凝血级联反应的酶类，例如凝血因子Ⅴ、Ⅷ、ⅩⅢ以及抗凝血酶蛋白C等；凝血酶与大分子底物之间的相互作用主要依赖于三个不同的功能区域，即催化反应位点的初级结合位点C、靠近催化位点的非极性结合位点AB，以及负责凝血酶与纤维蛋白原特异性结合的阴离子结合位点R。就水蛭素的作用机制而言，水蛭素的N端能够有效地封阻凝血酶的活性位点，同时其疏水结构域与凝血酶的非极性结合位点（AB）形成互补配对，而该非极性结合位点恰好邻近凝血酶的催化中心；此外，水蛭素的C末端含有六个酸性氨基酸，这些氨基酸能够与带正电荷的凝血酶识别位点之间形成大量的离子键。最终，水蛭素凭借其N端和C端两个功能域的协同作用，以特定的方式结合到凝血酶分子上，并在凝血酶的活性部位上方形成一个类似帽子的结构，从而有效地阻止底物分子与凝血酶的结合。
生物活性
在内源性和外源性凝血过程中，一系列酶促级联放大反应促使凝血酶原被活化为凝血酶，而凝血酶作为一种丝氨酸蛋白酶，在血栓形成过程中发挥着至关重要的作用，具体涉及血凝级联反应、纤维蛋白沉积以及血小板活化等多个关键环节。针对凝血酶的抑制策略，抗凝抑制剂主要分为间接凝血酶抑制剂和直接抗凝血酶抑制剂两大类，其中间接抑制剂通过催化凝血酶的天然抑制物（如抗凝血酶III或肝素辅因子II）来发挥抗凝作用；与之不同，水蛭素是一种特异性的直接凝血酶抑制剂，其突出特点在于能够与凝血酶直接结合，且抗凝作用的发挥完全不依赖于抗凝血酶III或肝素辅因子II。在作用机制上，水蛭素通过同时作用于凝血酶的非活性底物识别位点和酶活性中心这两个位点，以1:1的化学计量比与凝血酶结合，形成不可逆的复合物，从而使凝血酶彻底失去催化活性。值得强调的是，水蛭素的抗凝作用不仅具有高度的专一性，其抗凝活性也明显强于临床常用的肝素；此外，水蛭素还能够抑制血浆中游离的凝血酶，从而在抗凝治疗中展现出独特的优势。[1]
生物应用
水蛭素作为一类前景广阔的抗凝化瘀药物，在多种血栓性疾病的治疗中展现出重要的应用价值，尤其适用于静脉血栓和弥漫性血管凝血的临床处理；同时，水蛭素在外科手术后可用于预防动脉血栓的形成，并且在溶栓治疗后或血管重建术后，水蛭素亦能有效预防血栓的再形成。此外，水蛭素还可用于改善体外血液循环和血液透析过程中的凝血相关问题。在显微外科手术中，吻合口血管栓塞常导致手术失败，而水蛭素的应用则有助于促进伤口愈合，降低栓塞风险。研究进一步表明，水蛭素在肿瘤治疗领域同样具有潜在作用，水蛭素能够阻止肿瘤细胞的转移，已证实对纤维肉瘤、骨肉瘤、血管肉瘤、黑素瘤及白血病等恶性肿瘤具有一定的疗效。此外，水蛭素还可作为化学治疗和放射治疗的辅助药物，水蛭素通过改善肿瘤内部的血流灌注，从而增强放化疗的治疗效果。[1]
参考文献
[1] 陈华友,黄静,蒋芝君,等.抗凝良药水蛭素的研究进展[J].生物学通报, 2003, 38(3):3.