肝素發現于 1916 年，自 1935 年以來一直作為有效的抗凝血藥物應用于臨床。肝素在臨床廣泛用于防治血栓栓塞性疾病、彌漫性血管內凝血\\( DIC\\) 的早期治療及體外抗凝。而研究顯示，肝素除具有抗凝作用外還具有多種生物活性，包括促進胰蛋白脂酶及肝脂酶釋放、抑制補體活化、抑制血管生成和腫瘤生長，以及抗病毒活性。其中，肝素對炎癥過程的影響正日益受到關注。臨床研究顯示，給支氣管哮喘、潰瘍性結腸炎、皮膚燒傷患者使用肝素能明顯減輕其炎癥反應; 同樣，早期使用肝素干預治療能改善脂多糖\\( LPS\\) 導致的膿毒癥休克鼠的急性肺損傷，下調炎癥介質，提高膿毒癥患者生存率。然而肝素并沒有作為一種抗炎藥物廣泛用于臨床，可能與其出血風險高以及抗炎機制不明有關。作者將從肝素的結構和功能出發，著重討論肝素對炎癥的影響及其可能的作用機制。

1 肝素的結構

肝素是一類由糖醛酸和 D-葡糖胺二糖重復單位以 1-4 鍵連接形成的線性多糖。二糖單位的 N-硫酸基、O-硫酸基、N-乙?；榷喾N可變取代形成了多種復雜的序列。肝素由結締組織型肥大細胞表達，以肝素蛋白聚糖的形式被生物合成\\( Mr 750 ～1 000 kDa\\) 肝素蛋白聚糖由一個獨特的核心蛋白\\( 絲甘蛋白\\) 和與其共價連接的多種肝素多糖鏈\\( Mr 60 ～100 kDa\\) 組成。肝素結構片段主要為 IdoA2SGIcNS6S，如圖 1所示?！?】

2 肝素的抗炎作用及其機制

2． 1 肝素結合蛋白

目前已被證實的肝素結合蛋白超過 100 種，并且其數量仍在不斷增長。這些蛋白可調節機體各項病理生理過程，包括參與凝血和纖溶溶解、構成細胞外基質、參與脂質代謝以及調節免疫應答。研究發現，肝素同樣可以結合急性時相反應蛋白和補體蛋白，這為肝素抗炎特性提供了一定的理論依據。

大量研究資料證實，感染、創傷、休克等可激活單核-巨噬細胞，導致各種炎癥介質的大量產生。肝素能夠結合炎性細胞釋放的特定酶和炎癥介質如彈性蛋白酶、組織蛋白酶 G、嗜酸粒細胞過氧化物酶、嗜酸粒細胞陽離子蛋白、主要堿性蛋白、細胞因子和趨化因子，從而防止其與相應受體結合，加速炎癥反應，引起白細胞活化、血管滲透性增加及組織損傷。有研究發現，肝素霧化吸入可降低慢性阻塞性肺疾病大鼠血清中白細胞介素-8\\( IL-8\\) 及白細胞介素-6\\( IL-6\\) 水平，使炎癥細胞減少，對大鼠氣道炎癥具有抑制作用。Hochart等也發現，LPS 刺激后的人類單核細胞會產生大量的細胞因子，而當用肝素預處理后，腫瘤壞死因子 α\\( TNF-α\\) 、IL-8、IL-6 和白細胞介素-1β\\( IL-1β\\) 這些細胞因子水平明顯下降。Handel 等發現，肝素和趨化因子結合后，抑制趨化因子所參與或引發的炎性細胞黏附、滾動、趨化、游走及局部浸潤。肝素與堿性成纖維生長因子\\( bFGF\\)、轉化生長因子-β\\( TGF-β\\)相互作用，抑制其導致的平滑肌細胞增生及纖維組織修復，從而延緩胃腸道腫瘤、冠狀動脈粥樣硬化、肝硬化等疾病的進展。

但是迄今為止，肝素結合域的結構仍未知，且缺乏有效的檢測手段。然而一旦將其抗炎結構提取出來進行加工處理，將有很廣闊的臨床應用前景。

2． 2 肝素和肥大細胞

肝素能抑制免疫刺激或非免疫刺激誘導的肥大細胞的活化?，F普遍認為其機制是: 阻斷內質網膜上的1，4，5-三磷酸肌醇的受體，阻止內源性鈣離子的釋放，從而抑制肥大細胞脫顆粒及組胺的釋放。通過這一機制，肝素同樣可能阻止其他類型細胞脫顆粒。例如，肝素與嗜中性粒細胞結合能夠抑制其脫顆粒，抑制超氧化物陰離子產生及溶酶體的活化，抑制嗜中性粒細胞激活血小板的能力。

2． 3 肝素和選擇素介導的細胞黏附

在炎癥反應過程中，大量活化的白細胞黏附于血管內皮細胞，增加內皮細胞通透性，進而引起白細胞游走出血管，釋放大量蛋白酶和超氧離子，破壞組織細胞膜和細胞器的通透性與完整性，使溶酶體膜破裂，損傷組織細胞，最終引起組織器官結構損傷和功能障礙。

大量研究證據表明，肝素能抑制白細胞黏附于血管內皮。Lever 等發現: 在小鼠腹膜炎模型中，當給予肝素后，腹腔灌洗液中細胞總數和白細胞計數均明顯低于對照組; 同樣，將 LPS 激活的外周血單核細胞與人類臍靜脈內皮細胞共培養后發現，細胞間黏附分子-1\\( ICAM-1\\) 、血管細胞黏附分子-1\\( VCAM-1\\) 和 E選擇素等內皮細胞黏附分子表達上調，而肝素能明顯抑制上述現象。

選擇素是血管黏附分子大家族中的一大類成員，根據表達部位可分為 3 類: E-選擇素表達于活化的內皮細胞表面; L-選擇素表達于白細胞表面; P-選擇素則表達于活化的血小板和內皮細胞表面。在感染及其他炎性反應過程中，選擇素通過與相應配體結合介導白細胞與血管壁接觸，并使白細胞在血管壁上緩慢滾動，最終導致白細胞在炎性反應區域集中。選擇素中的凝集素樣結構決定其配體是糖類，包括 SLex 和其異構體SLea。而肝素和相關的葡萄糖胺多糖能與這些凝集素樣分子結合，干擾自然配體的作用，從而抑制嗜中性粒細胞與活化的內皮細胞結合。

β2 整合素\\( CD11 / CD18 復合物\\) 是整合素家族分子成員之一，表達于嗜中性粒細胞表面，在介導白細胞與內皮細胞的緊密黏附中發揮重要作用。整合素家族分子是由 α、β 兩個亞單位通過非共價連接而組成的異源二聚體。血小板活化因子、C5a 和 IL-8 等炎癥介質刺激能使 CD11/CD18 復合物從一個“低親和力構象”狀態轉變為“高親和力構象”狀態，從而其在細胞膜表面表達增加。β2 整合素的配體是 ICAM-1，它在內皮細胞上持續表達，在受到 TNF-α、IL-1、TNF-γ 和內毒素等炎癥介質的刺激后表達上調，從而與活化的β2 整合素結合，介導白細胞移行。Diamond 等發現，肝素能與 Mac-1\\( CD11b/CD18\\) 相互作用，調節白細胞的黏附; 進一步研究表明，肝素可與纖維蛋白原、凝血因子 X 和 iC3 競爭性結合 Mac-1; 低分子肝素同樣能抑制纖維蛋白原與 Mac-1 的結合。大量研究資料揭示肝素與 Mac-1 的結合在抗凝、抑制炎癥反應及細胞增生過程中發揮重要作用。

2． 4 肝素和核因子-κB\\( NF-κB\\)

NF-κB 是一種重要的核內轉錄因子，在細胞炎性反應、免疫反應以及細胞凋亡等過程中起著舉足輕重的作用。研究發現，活性形式的 NF-κB 只存在于核抽提物中，胞質中的 NF-κB 與一種抑制蛋白 inhibitoryκB\\( IκB\\) 結合，以無活性狀態穩定地存在于胞質中。許多免疫刺激因子如細胞因子、生長因子、絲裂原、脂多糖和某些病毒蛋白等作用于細胞后，NF-κB 活化，迅速發生核易位，與特異性 κB 序列結合而啟動靶基因轉錄。迄今為止，已證實的 NF-κB 靶基因包括促炎癥細胞因子如 TNF-α、IL-6 等，細胞黏附分子如 VCAM-1、ICAM-1、P-選擇素等，趨化因子如單核細胞趨化因子、IL-8 等，生長因子如血小板源性生長因子、巨噬細胞集落刺激因子、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子等。

這些因子對細胞的活化、增殖、浸潤、趨化和分泌功能起著直接的調控作用。

Zhao 等發現，肝素能抑制細胞內信號轉導蛋白 P38 絲裂原活化蛋白激酶\\( P38 MAKP\\) 的磷酸化表達及 NF-κB 的活化，下調 TNF-α、IL-6、IL-1β 等炎癥介質的水平，從而減輕 LPS 誘導膿毒癥大鼠急性肺損傷。同樣，離體實驗也表明，肝素通過抑制 NF-κB 的活化，減輕 LPS 刺激后人肺血管內皮細胞炎癥反應，下調E-選擇素、ICAM-1 等水平。推測肝素可能通過結合帶正電的 NF-κB 核定位信號序列，阻止核易位，從而抑制其活化引起的各種促炎基因的高度轉錄，減少炎癥介質生成，減輕機體的組織損傷和器官功能紊亂。

2． 5 肝素和細胞凋亡

細胞凋亡是細胞在一定條件下接受刺激信號并受基因調控的一種自主性、程序性死亡過程。凋亡途徑包括線粒體途徑、死亡受體途徑和內質網應激途徑等。

這幾種途徑都可以激活細胞凋亡蛋白酶家族成員，最終導致細胞降解死亡。

腫瘤壞死因子受體\\( TNFRs\\) 是具有代表性的最大死亡受體家族，主要包括 TNFRⅠ\\( p55，CD120a\\) 、TNFRⅡ\\( p75，CD120b\\) 等。其共同特點是: 具有富含2 ～ 5 個半胱氨酸的細胞外重復序列和細胞內死亡區域\\( DD\\) ，DD 是轉導細胞凋亡信號所必須的，其對應物稱為死亡配體。配體 TNF-α 與 TNFRs 結合后，TNFRⅠ三聚體化，并激活 TNFRⅠ在質膜表面局部招募 Fas 相關死亡結構域蛋白\\( FADD\\) 、TNFRⅠ相關死亡域結合蛋白\\( TRADD\\) ，進而招募、水解活化半胱天冬蛋白酶-8，誘導細胞凋亡。半胱天冬蛋白酶在凋亡過程中起著必不可少的作用，細胞凋亡的過程實際上是半胱天冬蛋白酶不可逆有限水解底物的級聯放大反應過程。Pettigrew 等將 TNF-α 轉基因大鼠和正常大鼠做成腦缺血再灌注損傷模型，發現 TNF-α 轉基因大鼠表達大量 TNF-α，明顯加重了腦損傷。而 TNF-α敲除可顯著降低小鼠急性心肌梗死死亡率，其機制與減少炎癥細胞浸潤、炎性細胞因子表達有關，也和抑制TNFRⅠ介導的細胞凋亡信號傳導有關。然而有研究表明，在小鼠心肌缺血模型中，肝素可以降低 TNF-α基因的表達與上調。再者上文也提到肝素能抑制P-選擇素和整合素介導的嗜中性粒細胞的募集，而活化的嗜中性粒細胞是 TNF-α 的主要來源。由此得出，肝素可能通過降低 TNF-α 水平，從而抑制 TNFRⅠ介導的細胞凋亡信號傳導。

細胞凋亡的另一種途徑為線粒體途徑。任何引起線粒體膜電位改變和影響氧化磷酸化過程的因素均將導致線粒體膜通透性增加，細胞色素 C 從線粒體釋放，釋放到胞漿的細胞色素 C 在脫氧腺苷三磷酸\\( dATP\\) 存在的條件下能與凋亡相關因子 1\\( Apaf-1\\)結合，使其形成多聚體，并促使半胱天冬蛋白酶-9 與其結合形成凋亡小體，半胱天冬蛋白酶-9 被激活，進而激活其他半胱天冬蛋白酶，如半胱天冬蛋白酶-3等，從而誘導細胞凋亡。細胞色素 C 為一堿性蛋白，其前體從胞漿透過跨膜轉運進入線粒體，并與線粒體膜間隙的血紅素結合為成熟的細胞色素 C 并帶上正電。而 Apaf-1 分子結構中存在帶負電的色氨酸-天冬氨酸重復序列，因此當帶正電的細胞色素 C 與 Apaf-1負電區結合，即能激半胱天冬蛋白酶-9。作為一個強大的聚陰離子，肝素能與 Apaf-1 競爭性結合帶正電的細胞色素 C，從而抑制細胞凋亡。有研究顯示，在肝素存在情況下，細胞色素 C 與抗壞血酸的反應效率下降 200 倍，說明在氧化還原反應中，肝素可以大大降低細胞色素 C 的活性。

3 無抗凝活性肝素抗炎研究的現狀與展望

肝素可用于治療炎癥，但很強的抗凝血活性從根本上限制了其抗炎癥的臨床應用前景。為此，研制出了多種化學修飾肝素衍生物，如高碘酸鹽氧化、N-位脫硫酸根、N-位脫硫酸根再乙?；?、N-位非替代肝素類似物的修飾、2-O 和 6-O 位脫硫酸根等。這些修飾肝素具有相對較低的抗凝血活性，并保留了一定的抗炎癥功能。

最近研究表明，肝素的抗炎活性不依賴其抗凝血活性。Collino 等研究發現，在大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，N-位及 O-位脫硫酸肝素的應用能明顯抑制缺血再灌注損傷導致的肥大細胞脫顆粒，抑制脂質過氧化物聚集及氧自由基的釋放，抑制鈣離子超載，下調炎癥介質水平。另有報道指出肝素鏈上葡萄糖胺6-O-位的硫酸是肝素具有抗炎活性的關鍵基團。因此，通過采用不同的化學修飾方法，尋找最佳無抗凝活性肝素，是當前肝素抗炎癥研究的重點; 另外，針對炎癥反應過程中的不同靶分子，尋找肝素鏈上與之特異性結合的寡糖片段的結構信息，也將是研究重點之一。

肝素作為抗凝劑應用于臨床已將近 80 年，其副作用已經很清楚，如內出血、血小板減少癥及骨質增生。

因此，無抗凝活性肝素將是安全的、潛在的抗炎藥物。4 總 結大量研究資料證實，肝素具有很好的抗炎特性，然而肝素并沒有作為一種抗炎藥物廣泛用于臨床，可能與其出血風險高有關。但是隨著無抗凝活性的肝素、肝素衍生物以及肝素類似物的發現，這一顧慮將不復存在。目前的研究必須重點關注無抗凝活性肝素在各種急慢性炎癥性疾病中的作用。而之前大部分的臨床研究證據均不充分，并且或多或少都存在統計學方面的不足，因此設計出一系列嚴謹的隨機臨床試驗至關重要。炎癥反應、動脈粥樣硬化形成、血栓形成以及細胞增殖之間存在相互聯系，而肝素的多效性決定了其作為一個綜合性藥物應用于臨床的前景。