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从水蛭到抗栓肽蛋白质工程——
发展我国中药生物工程的一点思考
陈劲春 ,王于杰 ,李　军
(北京化工大学化学工程学院 生物化工系 ,北京　 100029)
摘　要: 目前已利用 DNA重组技术克隆水蛭素编码基因 ,并通过工程菌发酵生产 ,仍有若干实验室通过蛋白质工
程对它进行改造 ,由此实例引发对发展我国中药生物工程的一点思考。
关键词: 水蛭 ;水蛭素 ;抗栓肽 ;蛋白质工程
中图分类号: R287. 74; Q819　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253 2670( 2001) 02 0178 02
Protein engineering of antithrombolic hirulog from leech
Thought in development of bioengineering of TCM in China
CHEN Jin-chun, WANG Yu-jie , L I Jun
　　 ( Depa rtm ent o f Biolog ical and Chemica l Engineering , Co lleg e of Chemica l Engineering , Beijing Univ e rsity of Chemical
Enginee ring , Beijing 100029, China)
Key words: leech; hi rudin; hi rulog; pro tein engineering
　　水蛭是一种生长在沼泽、湖泊及水田里的软体动物 ,属
蚂蝗科 ,拉丁学名为 Hirude nipponica Whitman,入药者乃
是日本医蛭、宽体金线蛭及茶色蛭总称。 目前重组水蛭素已
在瑞士、日本获准上市 ,我国也在审批之中。为了使它成为更
强的抗栓药 ,仍有一些实验室正在应用蛋白质工程对其进行
改造。 我们回顾这一抗栓药物的研究简史 ,或许对发展我国
生物技术有所借鉴和裨益。
1　水蛭素抗血栓分子药理
1884 年 Haycra ft首先发现新鲜医用水蛭 Hirude
medicinalis提取物含抗凝血物质 ,但直至 1955年 Mark-
w ardt等从医用水蛭中才分离出水蛭素 ( hirudin, HV ) ,共有
7种异构体。1984年 Dodt首先测出其一级结构 ,确认 HV是
一条含 65个左右氨基酸的多肽 [1]。 根据提取的体位不同 ,
HV有几种形式: 1)从口部提取的具有高活性的 HV-2,其 N
·178· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 2期
收稿日期: 2000-06-12;修回日期: 2000-07-10作者简介:陈劲春 ( 1947-) ,男 ,教授 ,理学博士 ,从事基因工程方面教学与科研工作。
Tel: ( 010) 64445601　　 E-mai l: hong km@ ihw . com. cn
末端是 Ile,全长 65个氨基酸 ; 2)从头部提取的 HV-1,其活
性仅为口部的 22% , N 端是 Va lVal,与 HV-2差 9个氨基
酸 ; 3)从身体其他部位提取的 HV-3,其活性近乎于零。
HV通过和凝血酶直接结合而发挥抗凝血作用 [2]。凝血
酶是血液凝固、止血过程和血栓形成的中心酶之一。 它专一
性地水解纤维蛋白原上的 Agr-Gly键 ,使之转变成纤维蛋
白 ;纤维蛋白相互作用会进一步形成血栓。凝血酶由 A, B两
条链构成 ,有几个结构域: ( 1)活性部位位于 B链 Ser-195;
( 2)位于活性部位附近的底物结合槽 ; ( 3)由碱性氨基酸组成
的纤维蛋白原识别部位 ,又称阴离子结合外部位 ( anion-
binding exosite, ABE)。
HV的 2个结构域通过不同的机制分别和凝血酶相互
作用 ,抑制其活性。其 C端长链通过和凝血酶的纤维蛋白原
识别部位结合 ,拮抗凝血酶对纤维蛋白原的识别。 凝血酶 B
链中的 7个 Lys残基参与此影响 ,彼此间通过离子作用和疏
水作用相互作用 ,而 HV的 N 末端核心结构域通过和凝血
酶的活性部位结合而抑制它的催化活性。 实验还表明 , HV
同凝血酶活性部位和结合部位的结合具有协同性 [3～ 5 ]。
临床实验结果也表明 , HV的抗栓作用不需要其它因子
的作用 ;又不会引起出血等副作用。其效果超过小分子肝素。
因此被认为是 2010年前最强的可逆性凝血酶直接抑制剂。
全球约有 20亿美元市场销售量 [6]。
2　水蛭肽蛋白质工程
由于天然 HV的药用价值及来源稀少 ,欧美日等国的科
研人员相继采用 DNA重组技术研制抗栓药 HV。 1986年
Har rey等通过构建相关 cDNA文库、应用一个 48 bp控针克
隆了其编码基因 ,以 ptg927为载体 ,λPL为启动子 ,在宿主
大肠杆菌中表达有活性的水蛭素。此后 , Fo r tkamp小组等对
水蛭素的表达及结构改造都做了许多工作。 值得指出的是 ,
Ma ragano re等人工合成了对凝血酶有专一性抑制作用的水
蛭肽 ( hirulog ) ,活性比 HV高 2倍。 国内也有几个研究小组
采用化学合成基因定点突变改造水蛭肽 [7, 8]。 显然对 HV的
结构改造有可能产生更好的抗栓药。
另一方面 ,天然 HV Tyr-63连接 -SO3 H基团 ,而迄今为
止 ,重组 HV Tyr-63缺少磺基。这个变化对其稳定性甚至活
性有一定影响 ,因此进一步改造重组 HV仍有必要。
3　应用 DNA重组技术挖掘传统中医药宝库
从水蛭到重组抗栓肽蛋白质工程 ,可以说明将现代一些
科研手段、实验技术和直观思维方式等引入传统中医药研究
中 ,无疑会带来一些好处。
3. 1　从分子水平阐明了中草药药效的物质基础 ,这对于中
草药走出国门 ,尤其被“西洋人”接受大有益处。
3. 2　对于一些来源稀少的药用多肽 ,采用 DN A重组技术 ,
既可以满足社会需求 ,又可以做到价廉物美。
3. 3　有利于保护自然资源。羚羊角单味 (有效成分可能是角
蛋白 )可退高热 ,麝香中一个小肽抗炎能力是氢化可的松的
36倍 ,但羚羊、麝都属于保护动物。若采用 DN A重组技术生
产其中的药用蛋白则可以保护这些野生动物。
3. 4　使传统中医药研究进入新时代。 传统中医药学是华夏
民族优秀文化的重要组成部分 ,历史悠久 ,博大精深。尽管中
医药讲究整体、注重平衡 ,复方成分复杂 ,但它的精髓很可能
是 21世纪医药研究的热点之一。对此 ,我们理应给予更多的
关注。 尤其是那些有明确疗效的多肽或蛋白的创新研究 ,应
当得到社会或政府的有力支持。
近年来 ,我国不少省市把发展医药产业作为经济增长点
并取得了一定成效。有理由相信应用 DN A重组技术挖掘传
统中医药宝库 ,未来 5～ 10年内会有若干个国家一类新药问
世 ,显然这是我国发展生物技术产业的重要课题之一。
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　　 (上接第 170页 )
药学研究未见报道。本文对兰州肉苁蓉的药材性状 ,
显微特征进行了描述 ,并绘制了横切面简图 ,列出了
肉苁蓉属 5种植物的性状检索表。
5. 2　本研究表明:兰州肉苁蓉与肉苁蓉有相同的成
分 ,但又有一定差异 ;兰州肉苁蓉是否可替代肉苁
蓉 ,有待于进一步研究。
致谢:甘肃省药品检验所朱俊如副主任药师给
予帮助。
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·179·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 2期