微生物代谢产物在溶栓药物中的应用

微生物代谢产物在溶栓药物中的应用【关键词】微生物代谢产物;,,溶栓药物;,,激酶;,,,纤溶活性随着根底生命科学的开展和各种新的生物技术的应用，由微生物产生的具有除抗感染、抗肿瘤作用以外的其他活性物质的报道日益增多，如酶制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和氧化剂等，在微生物药物研究之中溶栓药物是近年来的又一大亮点。当前血栓症［如急性心肌堵塞(AI)、静脉血栓塞等］已成为严重危害人类安康及生命的心血管疾病，据世界卫生组织调查显示，全世界血塞性疾病患者不少于1500万人［1］，又以老年人占大多数。心脑血管疾病已跃居人类死因的首位，开展高效特异性溶栓药物是防治心脑血管疾病的重要手段，因此溶栓药物的研究开发也相当活泼。由于微生物生长速度快，生长条件易于控制，产物提取工艺也较简单，因此微生物作为溶栓药物(纤溶活性物质)的重要来源，已越来越受到重视。1微生物在药物研究中的重要地位微生物药物是指具有抗微生物作用及其它生理活性的微生物次级代谢产物及其衍生物。1929年英国细菌学家A.Fleing发现了第1个有实用意义的抗生素-青霉素，在宏大的医疗效益促进下，各国的微生物学家就掀起了一个广泛寻找土壤中拮抗性微生物的热潮。如1944年，美国微生物学家S.aksan从近104株土壤放线菌中，找到了疗效显著的链霉素［2］，而日本科学家梅译滨夫除了发现卡那霉素等多个具有临床应用价值的抗生素外，还提出了酶抑制剂的概念，创始了从微生物次级代谢产物中寻找其它生理活性物质的新时代。所谓微生物次级代谢产物，是指在微生物生命活动过程中产生的极其微量的、对微生物本身的生命活动没有明显作用，而对其它生物体往往具有不同的生理活性作用的一类物质。近20年来不断发现和开发成功的非抗菌性的特异性酶抑制剂、免疫调节剂和受体拮抗剂等生理活性物质已经成为当今微生物药物研究与开发的主体。1980～1999年微生物代谢活性生理物质的大致分布如表1［3］。作为微生物药物，其作用对象已不是简单的微生物感染或肿瘤细胞，已经迅速向其它生理活性物质拓宽。表11980~1999年新微生物代谢产物活性统计〔略〕2微生物与溶栓药物的开展溶栓酶［4］可来源于人体〔如尿激酶(UK)、组织纤溶酶原激活剂(t-PA)等〕、动物〔如腹蛇抗栓酶、蚓激酶等〕、微生物等，其中微生物是溶栓药物的重要来源。从作用机理来讲微生物来源的溶栓药物可分成两类：一类是纤溶酶原激活剂，如链激酶(SK)、葡激酶(SaK)，其作用原理是先将纤溶酶原激活为纤溶酶，而具有丝氨酸蛋白酶活性的纤溶酶那么能降解构成血栓骨架的纤维蛋白，从而引起溶栓作用；另一类是纤溶酶类物质，其作用不通过激活纤溶酶原，而是直接降解血块中的纤维蛋白溶解血栓，如来源于芽孢枯草杆菌的纳豆激酶(NK)，以及分别来源于芽孢杆菌、粪链球菌、链酶菌等的纤溶活性物质。目前溶栓药物的开展不仅从自然界中的微生物挑选，更为重要的是通过改造的微生物-基因工程菌，进步了溶栓药物的应用专一性。在国内外，利用微生物寻找溶栓药物仍然是最正确手段，因此微生物在溶栓药物的开展过程中起了宏大的促进作用。3微生物代谢产物在溶栓药物制备中的研究3.1链激酶(streptkinase，SK)［5~9］链激酶来源于β-溶血链球菌(Streptush-lytius)是最早用于临床的溶栓剂，发现于1949年，直到1958年才开场作为药物，主要用于治疗心肌堵塞，分子量为47～50.2KD。SK进入血液循环后，必须与纤溶酶原(PLG)以1∶1比例结合成PLG-SK复合物，复合物中纤溶酶原活化位点通过三维构造的改变暴露在分子外表，这样才能激活纤溶酶原成为有活性的纤溶酶。纤溶酶的作用有两个：其一是迅速降解纤维蛋白原成小分子产物，这些降解产物不能参与血纤维网的形成过程，从而阻碍血栓形成；另一方面纤溶酶可以直接降解纤维蛋白，引起血栓溶解。SK经应用于临床说明，优点是有效、价廉，冠状动脉开通率为58%，缺点是具有抗原性。由于天然产生的SK抗体广为存在，在应用SK治疗的过程中，严重的免疫反响时有发生，从而导致出血综合症，另外SK半衰期短影响了药效的发挥。为了保证SK应用的平安性和有效性，现正有研究者利用杂交瘤技术制备抗SK单克隆抗体(Ab)，通过竞争性结合实验，分为6个主要的补体组，它们分别与SK分子不同区域结合，研究其分子构造与免疫原性之间的关系，且已经应用于临床，产生了一定的效果。3.2葡激酶(Staphylkinase，SaK)［7，10，11］葡激酶(Staphylkinase，SaK)是由金黄色葡萄球菌分泌的一种胞外蛋白质，是由四种纤溶酶原激活因子构成的蛋白质家族，四个成员分别是STAN、STA--I、STA-N-Ⅱ、STAR-，它们的分子量均为16.5KD。葡激酶的作用机制与SK有相似之处，也是一“间接型〞纤溶酶原激活物。它必须先形成无活性的复合物PLG-SaK，继之在机体产生的少量纤溶酶启动下，纤溶酶原活性部位暴露，由单链变为双链的纤溶酶，形成活性Pli-SaK复合物，后者进一步激活纤溶酶原分子，使之转变为纤溶酶并进一步溶解血栓。体内实验证明SaK有极强的纤维蛋白特异性，这一点与SK完全不同。动物血栓模型显示，SaK溶解富含血小板的动脉血栓并使血管维持再通状态的疗效显著优于SK，STAR-能使更多的栓塞血管畅通，而且所用时间也较短。一期临床试验已经证明，STAR-对纤维蛋白原、纤溶酶原、a2抗纤溶酶没有系统的副作用。当药用剂量到达30g时，SaK与t-PA有相似的溶栓效果，作用时间可持续30in，而且在这一剂量下，无纤维蛋白原的大量降解现象，这是其它无纤维蛋白专一性的激活剂无法到达的效果。虽然迄今为止未见有SaK引起过敏反响的报道，但SaK来源于细菌，有着潜在的免疫原性，最近科研工作者已尝试用蛋白质工程的手段来降低其免疫原性，并获得了一定的成果。3.3纳豆激酶(Nattkinase,NK)［12，13］纳豆激酶是目前研究比拟多的新一代溶栓药物，是纳豆在发酵过程中由纳豆枯草杆菌(BaillusSubtilis)产生的一种丝氨酸蛋白酶。研究说明，纳豆激酶具有纤溶活性，可治疗和预防血栓病，它还可激活体内的纤溶酶原，从而增加内源性纤溶酶的量与作用。众多研究说明纳豆激酶是一个单链多肽酶，由275个氨基酸组成，中间无二硫键。分子量为27.3KD，其pH值为8.6±0.3，其活性中心催化部位由Asp32，His64，Ser221组成，底物结合部位由Ser125，Leu126，Glu127组成。动物血栓模型显示，等摩尔的NK、纤溶酶、弹性蛋白酶的血管再通率分别为〔62.0+5.3%〕，〔15.8+0.7%〕，10%，无论体外或体内实验，NK的纤活性都为纤溶酶的4倍以上，此外NK还可以激活静脉内皮的细胞产生t-PA，利于溶栓作用的更好发挥。NK对交联纤维蛋白有很强的水解活性，但对纤维蛋白原却并不敏感。实验证明，NK的纤维蛋白原水解活性远低于纤溶酶和弹性蛋白酶，甚至尿激酶，而与t-PA一样，这提示NK在发挥纤溶作用的同时，不水解血浆蛋白原，不易引起出血倾向。基于纳豆激酶是来源于一种食源性的溶栓药物，无任何毒副作用，还具有药效时间长、无免疫原性的特点，因此有很大的开发价值。转贴于论文联盟.ll.3.4链霉菌产生的新型纤溶酶［14,15］由中国医学科学院和中国协和医科大学等单位报道，从链霉菌Y405中得到一种新型具有纤溶活性的蛋白酶-S1，其分子量为30KD，pH值8.5，这种酶在4℃～37℃和pH4.0～9.0时具有较好的稳定性。通过对该蛋白酶在体内和体外生理作用的研究说明，它直接降解血栓中的纤维蛋白，而不是纤溶酶原激活剂。实验结果显示，S1在体内对大鼠静脉血栓有显著的溶解作用，其效果与同剂量的尿激酶相当。S1使大鼠血浆中纤溶酶和纤溶酶原程度进步，而对内源t-PA和a2纤溶酶抑制剂无显著影响。此外S1还引起系统中纤维蛋白原程度下降，说明S1还可降解纤维蛋白原，这与体外的试管凝块实验结果是一致的，说明它对血栓中纤维蛋白的特异性不强，在溶栓的同时有可能造成系统纤溶。S1的底物特异性及纤溶降解产物有待进一步的深化研究。需要指出的是链霉菌是多数抗生素消费的重要菌种，能同时分泌多种蛋白酶，而且为非致病菌，比起链球菌、金黄色葡萄球菌等致病菌有较大的优越性，因此对该种菌产生的活性物质研究有重要的实际意义，利用链霉菌产生的新型纤溶酶来制备溶栓药物可能是一种新的尝试。3.5海洋假单胞菌产生的纤溶酶［16］由青岛海洋大学刘晨光等报道的又一来自微生物界有待开发的溶栓药物，不过该菌株来源于海洋。与陆栖微生物相比，海洋微生物具有其独特的生理特性，如：耐盐、耐高压、嗜低温等，所以海洋微生物是获取新生物活性物质的又一重要来源。经研究发现这种纤溶酶的分子量是21KD，等电点是7.4～7.5，最合适作用pH是8.0，最合适作用温度是50℃。该酶具有降解苯甲酰L精氨酸乙酯盐酸盐(BAEE)的活性，酶的动力学分析说明：K=0.87l/L，Vax=1.80×10-3l・L-1・s-1。对于该酶，还需进一步研究其构造、催化特征以及毒理药效作用等，为该酶进一步开发为新药和发酵工业消费提供科学根据。4结论与展望近几年来，从微生物代谢产物与溶栓药物的开展来看，有的已经应用于临床，而有的还在实验研究阶段。目前已用于临床或正在研究的溶栓药物的大致比拟结果如表2。从给药途径、平安性和来源看，纳豆激酶是最为理想的溶栓药物。表2几种常见溶栓药物的比拟〔略〕近年来在微生物别离、鉴定、培养等方面技术的进展，将可能对更多种属的微生物及其代谢产物进展挑选研究。对于已研究较多的链霉菌属，假如利用新的分子靶点与挑选模型，仍可能发现新的活性物质。同时由于微生物种类繁多，本文所列举的远远没有覆盖当前的研究范围，如根霉菌、大肠杆菌等常见的微生物也可以产生纤溶酶。而基因组和蛋白质组等方面研究的进展，将提供与治疗疾病相关的新分子靶点，针对新靶点可挑选与发现新型、有效的微生物药物。由此可见微生物代谢产物，在整个药物的开展过程中扮演着重要的角色，伴随新的微生物不断发现，将会有更多新的溶栓药物不断涌现。参考文献：［1］石英.血栓与血栓疾病的治疗进展［J］.新疆医学,1998，19(4)：231.［2］周德庆.微生物学教程，第2版［］.北京:高等教育出版社,2001.［3］TrkeuhiS.etal.lningftheenyinstrllturalgenefrstreptyesauvelarandprdutinfrebinatenyininEsherihiali.［J］.Jantibit,1997，50〔1〕：21.［4］王骏,王敏,王以光.链霉菌产生的新型纤溶酶的纯化和性质的研究［J］.生物工程学报,1999，15(2)：147.［5］Gulga,bdeS,RungeK.Huber.Fibrinlysis＆Prtelysis1998,12(Suppl2)：39.［6］ReedGL,LinLF,PharhaiserenB,etal.Biheistry,1995,34(32)：10266.［7］Lebrazi,JAbdeluahed,irshabi,etal.Fibrinlysis,1995,9(2)：113.［8］Tedrs,Nrgren,KrnvallG.irbPath,1995,18(1)：53.［9］lbekGP,LaaranGJ,LkDJA,etal.EurHeartJ,1995,16(SupplD)：33［10］张艳,李卫平.重组葡激酶溶栓作用的研究［J］.中国药理学通报,2000，16〔2〕：187.［11］应蓓文.血栓溶解药研究进展［J］.国外医学,1999，22〔1〕：19.［12］凌均建,罗立新,杨汝德.纳豆激酶的分子生物学研究进展［J］.广东药学院学报,1999，15〔4〕：300.［13］王正刚,丁贵平.纳豆激酶的研究进展［J］.中国生化药物杂志,1998，19〔6〕：401.［14］Staendkerl，SillardR，BenshK，etal.Invivdegratinfhu