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)。

水蛭含有丰富的水蛭素,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。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。

水蛭素发展历史

水蛭属于高度特化的环节动物,始载于《神农本草经》,俗称蚂蝗,是我国传统的中药,味咸、苦,性平。《中华人民共和国药典》载具有破血、逐瘀、通经之疗效,主要用于治疗瘤症、痞块、血瘀、闭经和跌打损伤。

1884年,Haycraft首次在欧洲医用水蛭的唾液腺里发现了一种生物活性物质水蛭素;1927年,Shionoya最先把它作为抗血栓的有效药物来进行研究;1955Markwardt指出其为蛋白物质,并命名为水蛭素。天然水蛭素是从医用水蛭中提取的一种抗凝血蛋白质,是由65个或66个氨基酸残基组成的单链多肽,相对分子质量为7000Dalton。

水蛭素的N末端有3对二硫键,使N末端肽链绕叠成密集的环肽结构,对蛋白结构起稳定作用。其N末端含活性中心,能识别底物即凝血酶碱性氨基酸富集位点,并与之结合。
C末端富含酸性氨基酸残基,最后9个氨基酸中有6个为酸性氨基酸。

水蛭素肽链中部有一个由Pro-Lys-Pro组成的特殊序列,不被一般蛋白酶降解,这一结构有2个方面的作用:①维持水蛭素分子的稳定性;②引导水蛭素分子以正确的方向与凝血酶分子结合。

//水蛭素分子式

水蛭素特性
动物试验与临床研究表明,水蛭素能高效抗凝血、抗血栓形成,以及阻止凝血酶催化的凝血因子活化和血小板反应等进一步血瘀现象。

此外,它还能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。与肝素相比,它不仅用量少,不会引起出血,也不依赖于内源性辅助因子;而肝素则有引起出血的危险,在弥漫性血管内凝血的发病过程中抗凝血酶III往往减少,这将限制肝素的疗效,采用水蛭会有较好的效果。

//水蛭素成品(常见类型)

医药行业应用
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LD50>50mgAg,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血酶的作用,这就可以解释为何口服中药水蛭提取液仍然有疗效的原理。其年产值达数千万元。

含水蛭的新药也在不断研究和推出。利用基因工程生产重组水蛭类多肽药物,以取代水蛭素或作为抗凝化瘀药的添加成分,则还需要进一步的临床研究。毋庸置疑,重组水蛭素类多肽药物的开发将会带来巨大的社会效益和经济效益。

// 水蛭素制成的营养功能性食品

化妆品行业的应用
以微小颗粒形式或通过特殊传递系统(脂质体、包裹脂质体、微球),将天然水蛭素添加到霜剂、凝胶、精华精或乳液中,可对衰老皮肤发挥重要的分子生物学效应。天然水蛭素的作用为:

在皮肤局部组织上,清理组织血液微循环所存在的毒素和代谢物,提高微循环血管的通过能力和弹性,改善组织局部血液功能代谢;

在表皮水平上:影响角化细胞的活性和生长,激活角化细胞迁移和上皮化,刺激表皮细胞分化和新生,强烈促进表皮修复和愈合,抑制疤痕形成;

在真皮水平上:刺激成纤维细胞活性,增强细胞外基质的结构,提供皮肤养分,促进皮肤伤口愈合和功能再生;

在皮肤整体水平上:增强对环境侵害、紫外线照射、污染物、刺激物、致敏剂、和炎性物质的抵抗力,巩固、增强皮肤张力,增加皮肤弹性,促进疤痕组织减退,减少瘢痕形成,延缓皮肤衰老。其主要机制有:

促进表皮和真皮层细胞(特别是成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞)增殖、分裂、分化,新生细胞增多,使皮肤增厚,逐渐恢复皮肤正常结构和生理功能;

促进胶原纤维、网状纤维、弹性纤维的形成,调节胶原蛋白和黏多糖的生成,维持皮肤组织中水分含量和电解质代谢平衡,改善干枯皮肤的缺水状态,滋润皮肤组织;通过对血管内皮细胞的作用,促进皮肤组织不断形成新的毛细血管。

由于天然水蛭素存在剂量一效应关系,只要能够发挥出其美容护肤或创面修复功效,不可能也没有必要一味在护肤品中的成功应用,突破了传统护肤品界限,显示出巨大的潜力,是美容学领域的一次革命。

// 添加水蛭素制作的护肤品

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1986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 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。

发展前景
心血管系统疾病和肿瘤是主要危害人类健康的两大类病害,防治这两大类疾病的药物是新药研制的重点。水蛭在破血、逐瘀、通经、消症等方面的疗效已为我国数千年中医实践所证明,天然水蛭素在抗凝消栓以及配合肿瘤化疗和放疗上的作用也为国外临床所证明。随着临床试验的扩大,它将可以用于更多的疾病的防治,发展前景十分广阔。 https://t.cn/R2WxuEq

《这个村庄中的居民,人均5栋别墅,禁旅行团进入只放行高端自由行》

虽然我国的GDP生产总值很高,可是我国人均GDP收入水平却很低。那是因为我国人口基数比较大,我们在计算人均GDP总值时,需要用全国GDP总值除基数较为庞大的人口,因此就会导致我国出现人均GDP很低的现象。2009年,我国人均GDP总值高达10261.68美元,相比于其他发达国家的人均GDP,10000多美元的人均GDP不算很高。


而卢森堡已经连续十年拿下人均GDP生产值的头把交椅,卢森堡人均GDP生产总值是我国人均GDP生产总值的10倍,达到了11.2万美元。


虽然我国人均GDP生产总值和卢森堡相比,还有很长的路要走,但我始终相信中国的经济发展速度特别快,有朝一日我国人均GDP生产总值会超过卢森堡。虽然卢森堡的经济水平比较高,但最富有的村落却不是卢森堡的村落。


而欧洲最富有的村落是荷兰的申代克村。这里的每一个村民人均收入高达20万美元,村落并不大,整个村里只有300多名居民。300多人包括老人、妇女和孩子,由此可见,该村落已然成为了世界上最富有的小乡村。


该村落经过坎坷的发展之路之后,迎来了新的生机与希望。该村落最主要的发财之路和发展方向就是外国人在该村落租别墅。大部分外国人都想居住在比较稳定的荷兰,但是他们携带的金钱不足以支撑他们租到市内优秀的房子。因此,申代克村村民发现了这个商机,他们在村落的周围建各种别墅,借机迎接外来租客。


无独有偶,政府为了大力发展该村落的经济,于是就建设了1500栋别墅,而该村落只有300多人,平均下来,每一个人能得到五栋别墅。然而,他们并不会主动居住在这些条件比较完善的别墅里,他们将这些别墅招待外国游客或者自由穿梭世界的游客。随着生活水平和旅游业的发展,人们越来越重视生活质量,越来越多的游客来到申代克村。游客的出现带来许多生机和商机,因此该村落的人均年收入高达20万美元。


不过这个村落有一条不成文的规定:拒绝接纳旅行团,只放行高端自由行。因为旅行团的人数众多,该村落无法保证每一个人都能享受到极致的旅游感受。高端自由行就很容易理解了,人少钱多,大家都喜欢。现如今,这个村落依旧会吸引很多游客,毕竟申代克村的消费水平比其他旅游村略低。


虽然我国很少有游客得知荷兰这个神秘的村落,但是该村落在欧美游客眼中却是一个旅游天堂。许多欧美地区的富豪和欧美地区的艺术家会长期生活在村落中的别墅中,有些游客是为了享受独一无二的荷兰风光,艺术家是为了寻找创作灵感。无论出于什么目的来到申代克村,游客都能感受到风景秀丽的荷兰风光啊。


这个村庄中的居民,人均5栋别墅,禁旅行团进入只放行高端自由行。对此,你怎么看?



虽然我国的GDP生产总值很高,可是我国人均GDP收入水平却很低。2009年,我国人均GDP总值高达10261.68美元,相比于其他发达国家的人均GDP,10000多美元的人均GDP不算很高。https://t.cn/A6bIEzl8

#2020年诺贝尔奖# 【高彩霞:CRISPR技术获奖“绝对不意外”;张锋没有名列其中确实有些遗憾】
北京时间10月7日下午5时45分许,2020年诺贝尔化学奖揭晓。德国马普学会病原体研究所主任Emmanuelle Charpentier和美国加州大学伯克利分校教授、霍华德·休斯医学研究所的Jennifer A. Doudna获奖,以表彰她们“开发出一种基因组编辑方法”。

作为开展CRISPR植物基因组编辑技术前沿研究的一名科学家,中科院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞时常在国际会议上与两位获奖者碰面、交流。得知获奖消息,她第一时间就给两人写Email祝贺。

“CRISPR技术获得诺奖绝对不意外。”在接受《中国科学报》记者采访时,高彩霞表示,“自诞生之日起,大家都期待着它能获奖,这是众望所归的事情,是早晚的事情。”

《中国科学报》:相对于大多数诺奖奖项来说,CRISPR-Cas9(基因剪刀)是一项比较新的技术,这项技术获得诺奖您觉得意外吗?

高彩霞:绝对不意外,自它诞生之日起,大家都期待着它能获奖,这是众望所归的事情,是早晚的事情,而且我感觉它很快就会发生。

首先,这项技术2012年被证明在体外有剪切活性之后,2013年很快就被全世界科学家应用在人类、动物以及植物细胞等不同物种当中。其次,经过这几年的发展,这项基因编辑工具已经变得更加高效,全世界几乎所有分子中心和实验室都离不开这个工具。就像没有PCR(聚合酶链式反应)一样,我想象不出不久的将来哪个分子生物学实验室没有CRISPR,还能高效地工作。

《中国科学报》:有人认为本届诺奖颁发给 Charpentier和 Doudna对华人科学家张锋有失公平,因为在此前广受关注的关于CRISPR-Cas9专利之争中,张锋最终获胜。您对此有何看法?

高彩霞:张锋的专利在美国占领先机,但在欧洲,Doudna率先获得了相关专利。这种差异可能也和专利制度有关。

张锋没有名列其中确实有些遗憾,不过也不意外。我一直认为可能会是三位科学家获得这一奖项——Charpentier、Doudna加张锋。2012年6月,Doudna在《科学》上首次公布了CRISPR基因编辑技术在试管中精确切割DNA的可行性。2013年元月份,张锋就公布了它在动物与人类细胞中的应用。这是非常重要的一步,因为先前有相关系统在原核细胞工作的非常完美,但在真核细胞中不工作。但也有一些人会认为,如果加入张锋,也应该加立陶宛的Virginijus Siksnys,那么,就会变成4个人。

另外一种组合也可以是Charpentier、Doudna加上玛丽亚·贾辛(Maria Jasin),她首先证明DNA双链断裂可以增加基因编辑效率,去年她获得了邵逸夫生命科学与医学奖。

但无论如何,Charpentier、Doudna都肯定是其中的两位。

《中国科学报》:请您谈谈“基因剪刀”技术的意义。

高彩霞:它最大的意义在于对 DNA序列进行非常精准的编辑,用打靶来作比喻,通过它可以“指哪儿打哪儿”。以前的基因组编辑或者基因组工程的广适性不强、技术有一定的难度,很少有实验室能掌握这项技术。有了CRISPR,“旧日王谢堂前燕终于飞入了寻常百姓家了”。和以前的技术相比,它简单、易学、廉价,大大地降低了入门门槛,更重要的是它的打靶效率也更高,可以同时对多个靶点进行靶向的编辑和修饰。

这项技术的意义太重大了,它涉及到我们生活的方方面面,包括农业、医疗、工业、环境等各个领域。试想一下,有多少农产品完全可以通过它在最短的时间内、最精准地培育出来。在疾病治疗上,它有望实现对多种肿瘤等重大疾病的治疗。

《中国科学报》:这是诺奖颁发百余年来,女性科学家第6次获得诺贝尔化学奖,使得7位女性科学家获得这一奖项。您怎么看待女性在科学界的发展与贡献?

高彩霞:也许在中国没有那么明显,但很多其他国家的男性和女性科学家,尤其到了PI(首席研究员)或者教授这个位置,比例非常不协调。

这个奖项的颁发不是因为性别,但她们俩的工作的确也向全世界证明:女科学家可以和男科学家一样优秀。包括昨天的诺贝尔物理学奖获得者也有一位女科学家。

《中国科学报》:您跟Charpentier、Doudna两位科学家有一些交流吗?您对她们有什么样的印象?

高彩霞:开会经常碰到,看到获奖消息后,第一时间我就准备给她们写电子邮件祝贺。得知她们获奖,我非常兴奋,因为我们都在使用这个工具,或者是在进一步改善这个工具。一个朋友坐在办公室里跟我说话,我竟然没听到他说了什么。

Doudna很高很苗条,做事干练,特别专业,每次做完报告交流的时候,她都会给你很高的评价。她很容易与人交流,包括我们开会也会经常邀请她。我们之间经常发邮件。

相比Doudna,我跟Charpentier联系较少,她话不是很多,但是你能感觉到她是一位非常好的科学家,她会开会之余和大家讨论。德国马普学会聘请她担任病原体科学研究所所长,也是对她工作的肯定。

《中国科学报》:请您谈谈国内在CRISPR方面的研究现状。

高彩霞:诺奖肯定是奖励最原创的,两位科学家都不在中国,至少说明一点,我们确实在原创上没有拿到最先的发言权。但在CRISPR的优化以及应用上,中国还是走在前面。在植物基因组编辑领域,超过一半的专利及文章来自中国。在动物及医学方面,很多工作也走在世界最前沿,如昆明理工大学季维智老师开展的猕猴相关研究。

国外可能更重视CRISPR技术在疾病治疗等方面的应用,中国是一个农业大国,国家也投了很多钱在农业上,基因组编辑有利于保障粮食安全,我国在这方面已经出现了一大批优秀科学家。

《中国科学报》:目前,CRISPR基因编辑技术还存在一些有争议的地方,比如脱靶效应带来的影响,或是不按照要求应用带来的伦理纷争等,这些问题应该怎样面对?

高彩霞:关于伦理问题,贺建奎的CRISPR编辑婴儿给大家敲响了警钟。其实,在此之前我国已经有非常严格的相关伦理指南,但这项研究没有遵照相关要求。

CRISPR技术本身从出现到完善肯定需要经历一定的过程。工具箱里的工具永远是越全越好,这样某一个特定的工具才能做特定的事情。在临床上对这个工具本身的特异性要求就非常高:第一,能不能把 CRISPR精确地递送到细胞里去,这是一个瓶颈;第二,它的核酸酶效率是不是足够高;第三,它会不会有脱靶现象,这是大家最关注的一件事情,不能说把A疾病治疗好了,再出来B疾病,所以特别严格。科学家们正在努力把这个工具变得更好,所以还没有走得那么快。相信这些技术问题都会得到解决。

而对于某些工作,比如在农业生产上的使用,它已经能够达到我们的预想或是目标。对农作物、植物来说,如果有脱靶也没关系,因为我们用的植物材料都是后代,完全可以把脱靶突变通过后代遗传分离出去。植物研究相对不涉及伦理问题,对CRISPR工具的脱靶要求没有那么高。所以,希望国家能尽快在基因编辑植物的监管方面出台基于科学的法规,促进我们国家在产业化方面向前迈进。

《中国科学报》:同样是基因层面的操作,CRISPR编辑的作物和转基因作物有何不同?

高彩霞:转基因作物必须把外源基因整合到植物基因组里,是外源基因在发生功能。比如,整合进来外源性的抗虫基因。其实转基因是安育种是安全的,但大众需要一段时间来接受它。

CRISPR技术可以不需要添加任何外源性的东西,只需要把原来的序列修改好。如果这个序列有点多,你可以把它剪掉;如果组成DNA的四个字母ATCG有一个错了,你可以像一个橡皮擦一样,用CRISPR把它擦掉,然后用铅笔把A变成G,而铅笔是不留在细胞里的。

《中国科学报》:您如何看待CRISPR技术未来的发展?

高彩霞:它太有用了,无论是对卫生医疗健康,还是对农作物改良。以植物为例,和传统育种技术相比,它的优势非常明显。例如高低产作物杂交时,高产的作物可能不抗病,而低产的则抗病,如果想把抗病的性状转到高产,就需要杂交。杂交之后,还需要6~8代的回交,才能让作物高产、抗病。而且其前提是杂交的亲本种要有抗病的基因,而且整个过程非常漫长。

所以,科学家又设法通过辐射、化学诱变等各种方法盲目地创造各种各样的突变体,找到想要的那个突变体无异于大海捞针。通过基因组编辑不需要成千上万的突变体,而是定向地产生想要的突变体,大大节省了时间和工作量。而且突变体材料早就出现在了田间地头,为什么基因组编辑不能用呢?把这个原理讲明白了,就没不能用的。所以,在农业方面,CRISPR技术等推广应用前景是非常可期的。https://t.cn/A6bfaOyE


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