血栓溶解是用溶栓药将血栓溶解的过程。
作用机理
尿激酶(uK)可从人尿中提纯或由培养的人胚胎肾细胞分泌而得。它是由两条分子量分别为20kDa、30kDa的多肽链,通过二硫键相连组成的一种
丝氨酸蛋白酶。uK有s1(31kDa)和s2(32kDa)两种分子形式,s1是s2的蛋白降解产物。
uK直接作用于pg上arg561-Val562肽键,肽键断裂后,产生由二硫键相连的双链活性分子pm,从而水解构成血栓的不溶性fn,起到溶栓作用。uK无抗原性,为其优点。
链激酶(sK)是由β
溶血性链球菌分泌的蛋白酶。它是分子量为47kDa的单链蛋白,氨基末端为
异亮氨酸(ile),羧基末端为赖氨酸(lys)。sK在血液中与pg以等摩尔比结合,形成sK·pg复合物。复合物中pg的活性位点通过分子转位暴露在外,从而将pg激活为pm,最后发生纤溶反应,降解血栓。
可从类
马链球菌中分离sK基因,转入
大肠杆菌表达,以获得有溶血栓活性的sK。现已可用基因工程技术大规模制备sK制剂。
进入血循环中的uK和sK均可立即激活纤溶系统,因此在药物未到达血栓部位之前,就激活pg成pm,引起血中纤维蛋白原(fg)水平明显下降。同时,由于pA的快速抑制物pAI1,2(pAinhibitor1,2)和α2抗纤溶酶(α2aP)的作用,迅速与之结合,并中和pA活性,使得药物半衰期很短,在血浆内消除较快,因此,临床治疗剂量也很大。
茴香酰纤溶酶原-链激酶活化复合物(aPSAC)
aPSAC是将pg与sK用苯甲酰类
化学试剂(如aPAN)以1:1等分子共价结合形成的pg-SK偶联复合物。复合物中pg上的活性中心(即轻链的ser740位)被可逆地酰基化,以减缓pm的形成,以及免受α2aP的中和与防止过度激活血栓周围以外的pg,降低出血倾向。
由于复合物中pg上与fn有特异亲和性的赖氨酸结合位点(lBS)仍暴露在外,故sK-Pg复合物可富集于血栓部位。连接在fn上的aPSAC以一定速率脱酰化,从而形成pm,溶解fn,消除血栓。
同时,sK与pg的偶联,掩蔽了sK的抗原位点,从而降低其免疫原性。而且,aPSAC的半衰期也较sK长。另外,在血栓位点的脱酰化作用加强了复合物的fn特异性,防止复合物自我消化作用。动物血栓模型证明,aPSAC比未经酰化修饰的pg·sK复合物具有更显著的溶血栓效果。
组织型pA(t-PA)及其突变体
t-PA是分子量为70kDa的单链糖蛋白,来源于人体。在pm或
胰蛋白酶作用下,t-PA的arg275-Ile276肽键断裂,形成由二硫键相连的双链。t-PA的羧基端为轻链(32kDa),属丝氨酸蛋白酶样结构域(p),是催化活性中心。氨基端则为重要链(36kDa),由f、eGF、k1、和k2四个结构域组成。
单链及双链t-PA具有相同的激活pg特性。当出现
血栓时,t-PA就能迅速激活pg为pm溶解血栓,其机理是:t-PA通过k2及f能特异性地连接至fn上,连接t-PA的fn/血栓增加了对pg的亲和性,形成t-PA·pg·fn环状三元复合物[3]。被激活的pm迅速降角血栓fn。
另外,研究表明t-PA在血液中与pAI-1形成复合物后被中和、降解,在肝脏代谢。因此,其在体内被很快消除,半衰期仅为4~8分钟。为此,研究者利用基因工程技术改变t-PA,来改善
药物动力学或功能性质。
国外已得到多种重组t-PA(rt-PA)突变体。缺失f、e和k1,仅存k2和p结构域,即只保留特异性结合位点及催化活性中心,得到的bM06.022是一个非糖基化突变体,在体内半衰期延长4~5倍。替代或缺失一个或几个f、e结构域中的氨基酸也起到良好效果,如用ser替代e区cys84,其半衰期可由原来的6分钟延长至20分钟。又如,asn、glu(ala)4分别替代thr103、asn117、lys296-His-Ary-Arg得到的rt-PA-TNK在血液中被消除的时间延长8倍,对fn特异性增强。抗pAI-1能力增强200倍。
单链尿激酶型pA(scu-PA)及嵌合体
scu-PA又称
尿激酶原(pro-UK),它是双链uK的酶原前体,是一种低uK活性的糖蛋白。在pm的激活下易发生肽键lys158-Ile159裂解,生成有活性的双链形式。
当血浆中不存在fn时,scu-PA由于受到α2aP的竞争性抑制作用,比较稳定,不会激活pg;但是,一旦产生血栓,因scu-PA对连接于fn上的pg亲和力高于游离pg,从而诱导特异性血栓溶解。并且,fn的降解片段(e-2)能选择性地促进scu-PA对pg的激活,这种促进作用是通过增强pg与已部分降解的fn的偶联来实现的。
scu-PA最先从尿中得到,应用重组dNA技术来获得人源scu-PA。它是一种低分子量衍生物,缺少氨基末端的143个残基(rscu-PA32K)。与uK相比,具有相同的纤溶效果,但不破坏fg。兔颈
静脉血栓模型证实了scu-PA与系统纤溶的量效关系。
有人构建了重组嵌合pA,即利用rt-PA重链的不同区域与scu-PA的蛋白酶活性结构域组成各种嵌合体。动物血栓模型显示k1、k2Pu(rt-PA的k1·k2与scu-PA的pu区结合)减缓了其在血浆内的代谢速度,相关抗原的半衰期从9分钟延长至70分钟,但仍保持相同的纤溶性,并且血液中α2aP和fg水平不变。
葡激酶
葡激酶(saK)是由
金黄色葡萄球菌分泌的一种蛋白,具有纤溶活性,但天然saK有高度毒性及严重出血现象。
saK是一条由136个氨基酸组成的单链多肽。它由两个大小相等的折叠结构域组成,分子量为15kDa,沉降系数为1.71S。现已发现成熟saK及突变体saK-△10缺失前10个氨基酸有相同的纤溶活性。并且,26位
甲硫氨酸(met)为saK的活性中心。最近又发现氨基端的氨基酸片段对于pg的激活极为重要。
saK本身并不起酶的作用,而是与pg以1:1的等分子比可逆结合。然后,以saK·pg复合物的形式激活其他游离pg。不同于sK·pg复合物,saK·pg复合物中pg上的
丝氨酸蛋白酶活性位点暴露在外,使得自身转换为saK·pg→saK·pm是整个纤溶过程的限速步骤。saK·pm起到
自身催化作用,可以加速反应进行。而血液中的α2aP能迅速与复合物中的pm结合,从而起到抑制血栓以外的纤溶作用。当出现血栓时,则saK·pg(pm)复合物中pg(pm)上的lBS能迅速与构成血栓的fn结合,这阻碍了α2aP与复合物的结合。大量激活血栓周围游离pg为pm,最终溶解血栓。体外实验证明若50%血栓被溶解时,血液中pg水平仅下降5%。因此,saK具有fn特异性,在激发纤溶过程中不影响fg水平。
此外,作为小分子蛋白,它穿透血栓的能力较强。在血液中的稳定性好,作用时间较长。是从噬菌体saKφc及saK42D中克隆saK基因,并用重组技术在
大肠杆菌中进行表达,实现大规模生产。
saK有明显的抗原性。最近有人用ala替代saK抗原决定簇上的2~3个荷电氨基酸,得到saK突变体(saKSTAR·m38),以降低其免疫原性。
存在问题
上述药物均通过将pg转变为有活性的pm,来实现降解血栓/Fn功能。临床主要用于aMI的治疗。
第一代药物sK和uK进入体内立即激活pg,形成的pm使血栓溶解的同时也使机体凝血因子失活和过度消耗,导致严重出血倾向。另外,这种治疗由于过量消耗血液中pg,所以又易发生再栓塞。并且,两者的半衰期短,需反复给药,需注射大剂量方能在血栓处达到有效浓度,这又加剧其副作用的产生,故临床应用受到限制。
临床发现uK对陈旧的血栓无效,而且适用范围小,不适用于肝病、高血压或出血性溃疡患者。sK也有类似问题,仅能将新近产生的大血栓化解为小血栓,并有感冒样症状及严重变态反应等副作用。
aPSAC虽然改善了sK的稳定性问题,可明显降低给药量。但是,临床显示aPSAC并不增加与fn/血栓的亲和性,没有明显提高再通率和减少再栓塞率,仍会造成全身性纤溶现象,导致全身出血倾向;同时,依旧存在致敏性和抗原性问题。
80~90年代采用
分子生物学技术得到的新型pA(rt-PA、scu-PA)对上述情况有所改善。但因其半衰期极短、临床用量大、价格昂贵而使应用受到限制。bM06.022在aMI患者的治疗中,发现它有明显的血栓亲和性,无出血并发症。嵌合体k-1K2Pn也仅有小规模的临床前试验,发现两次推注10mgK1K2Pn能特异性地将冠状动脉血栓溶解。
另外,体外血栓溶解实验发现,rt-PA的溶血栓速度远比sK快;但在高浓度rt-PA时,因其严重消耗pg,而导致纤溶系统pg水平显著下降。而saK在相同速率的血栓溶解过程中,却并不影响血液中pg、fg及α2aP水平。并且,在aMI治疗中,同样剂量的saK比rt-PA显示更高的对fn特异亲和性,对动脉血栓溶解、限制局部出血及
神经损伤方面更有效。对aMI患者推注saK,90分钟后冠状动脉再通率达83%。
临床试验表明,saK在溶血栓速率和对fg的保护方面均优于rt-PA。但是,它有显著的免疫原性,不能重复使用。临床发现,对aMI患者注射saK两周后,有73%的病人体内产生特异性抗saK抗体,这种抗体能中和saK活性。虽然用定点诱变方法得到的saKsTAR·m38改善了抗原性,但其纤溶活性相应受影响。另一方面,应用saK约30分钟后才能起溶血栓作用,不利于病人急救。
血栓溶解药的研究和开发应用明显提高了aMI等血栓患者的治愈率,降低了其死亡率。但第一代药物较弱的fn专一性导致了系统性纤溶及出血并发症;第二代药物(如rt-Pa)虽加强了fn专一性,可是大量临床试验显示其与第一代药物无显著区别,出血现象仍有发生。
总之,各种药物尽管各有其优点,但仍存在不同的问题。主要问题包括:再次灌注的抗性、血管的再次栓塞率、出血并发症、临床副作用、给药量大及价格昂贵等。
研究方向
针对血栓溶解应用中出现的上述问题,各国学者主要着手于以下几方面研究:
(1)研究开发对fn特异亲和性强的pA,主要是用基因工程技术,把对fn特异性亲性强的基因片段与能高效激活pg的基因片段重组成r-PA,及构建偶联pA的抗fn单克隆抗体或磁性化合物。也有学者正在研究将临床效果较好的pA与人体
血浆蛋白偶联,组成类似aPSAC的复合物,达到增强对fn特异亲和性及降低抗原性、致敏性的目的。
(2)通过筛选或诱发某些pA(如r-PA、scu-PA,saK)的突变体,获得能抗pA抑制物(pAI1,2)的pA,以达到降低治疗用量,提高激活纤溶能力的效果。
(3)积极开发各种生物来源(如
蛇毒、
水蛭、蚯吲、吸血蝙蝠等)的血栓溶解物质。
(4)在临床上把pA与其他药物联用,以提高pA的抗栓、溶栓效率,如与血小板糖蛋白Ⅲb/Ⅲa受体阻抑剂、抗凝血酶制剂及抑制α2aP、pAI1,2的药物(抗体)等合用。