百岁肝素不老的传奇上篇

本文作者

崔慧斐

（O）-

e-mail:cuihuifei

女，教授，硕士生导师，主要从事生化药学研究。

山东大学药学院生化与生物技术药物研究所，国家糖工程技术研究中心，国家药品监督管理局糖药物质量研究与评价重点实验室。

百岁肝素：不老的传奇（上篇）

我是肝素，面世已逾百年。或许我没有胰岛素那样为大家所熟知，但是，作为抗凝血和抗血栓药物，我可是救命药哦！我常常在以下情况救人于危难：

1.对心梗、脑梗大家应该都不陌生，它们是致死性的重疾，属于血栓性疾病。全球范围内1/4的死亡与此疾病有关。我就常常战斗在这里帮人们与死神搏斗！

2.尿毒症患者没有条件换肾时，延续生命需要血液透析，透析时需将血液引出体外进行净化。可是血液在体外是会凝固的啊！怎么才能防止血液凝固？这时我就大显身手了！

3.对肺功能严重损伤的危重症新冠患者，救治中有一个方法是使用ECMO(体外膜肺氧合治疗）。这时，患者的血液需要引出体外，利用ECMO替代肺部功能。通常情况下，这个治疗需要持续十余天以上。血液在ECMO设备中流动而不凝固，这又是我的功劳！

4.住院时，病人有时需要好多天静脉给药，现在大多会用留置针以避免患者多次遭受扎针之痛。在结束当日静脉点滴时，护士会小心的用一段液体对留置针进行封管，以保持留置针的畅通。你应该能够猜到这些液体中的有效成分是什么了吧？对啦，又是我，肝素！

说起来我肝素也算是一种颇具传奇色彩的生化药物啦！从我开始应用于临床，到现在已经有80多年了！就所拯救的患者数量，我肝素绝不亚于著名的青霉素！我是WHO认定的基本药物，被欧美等国家认定是战略品种！

不像胰岛素等多肽和蛋白质药物如今可以用基因工程技术手段进行生产制备，我至今主要还是从动物组织——猪肠黏膜中提取，为啥？因为我的结构和组成太复杂啦！正因为需要提前制备，多年来我国雄踞世界肝素产量冠军（我国有全球最多的猪肠黏膜资源）！我是人体中就存在的生物大分子，而且是负电荷密度最高的分子！

好奇我长啥样？请看图1。颜值很是在线吧？我属于糖类，但是，我没有甜味！对了，我与透明质酸、硫酸软骨素等以往还被称为酸性黏多糖。尽管我被发现和持续研究了百余年，也成就了我临床一线抗凝药物的霸主地位，但我的精细结构、生理作用等都还未搞清楚呢！够神秘吧？我还有抗凝以外的很多其他活性，比如，抗肿瘤、抗炎、抗病毒作用等，妥妥的宝藏分子！虽已过百年华诞，但我仍深受科学家和企业家的钟爱，期待我给世界再带来新的惊喜。可以说我是既老又飒！是不是很有兴趣认识我，了解我？我的故事可是悠远而曲折，有意外、惊喜，也有纷争，够传奇而且传奇仍在继续。

图1肝素分子

PART01

1.肝素的发现：充满意外、惊喜和争议

关键人物：

JayMclean(~)：美国巴尔的摩的外科医生，大多文献称其为肝素的发现者，当时他是约翰霍普金斯大学大二医学生。

WilliamHenryHowell(~)——著名生理学家，约翰霍普金斯大学生理学教授，在凝血的生理学研究领域成就卓著。

JayMclean

WilliamHenryHowell

Mclean童年时不幸失去了父亲，家境贫寒，他靠打零工挣钱读大学。在他大二时，他参加了约翰霍普金斯大学Howell教授课题组开展“脑磷脂促凝血特性”方面的研究。当时，Howell教授已经是凝血生理学方面的权威，他认为人血液中应该存在着天然抗凝物质，甚至为其命名为抗凝血酶。Mclean参加的研究需要他从犬脑组织中提取脑磷脂，并研究其促进凝血的性质。Mclean提前完成了该项研究后，他尝试用同样的方式从犬心脏和肝脏中提取类似的物质开展促凝血方面的研究。但Mclean发现，犬肝脏提取物的作用恰恰相反，对猫有明显的抗凝血作用！当时，抗凝血酶被假定为能保持血液流动的成分，但这是第一次在实验中观察到抗凝现象。但对此重要发现，Mclean在其年6月发表的有关脑磷脂促凝血研究论文中仅草草写了五行字。之后，他便离开Howell教授实验室，前往费城继续脑磷脂促凝血的研究。这可能就是在很长的一段时期Mclean在肝素的研究被学界所遗忘的原因。

Mclean的发现促使Howell教授寻找天然抗凝剂，在当时还没有真正发现抗凝剂的存在。Howell教授带领他另一个医学生进一步研究了Mclean的肝磷脂提取物，并描述了其利用乙醚萃取技术进行纯化的方法。Howell教授在年把这个乙醚提取物命名为“抗凝血酶原”，并在年创造了“肝素”一词，以表示该提取物起源于肝脏。

随后，Howell教授与其学生进一步工作中改进了肝素提取方法。年，提出了水萃取方案，并由巴尔的摩的Hynson等公司开始商业生产。年他进一步改进了肝素提取方法，并且确定了肝素为水溶性的糖类化合物，同时，Howell教授也更正说这个化合物不同于他年和Mclean年的提取物。

当时，巴尔的摩的Hynson等公司未对Howell教授水提取肝素的工艺进行改进，其所生产的肝素纯度较低，约为15%。年梅奥诊所（MayoClinic）的EdwardMason用该肝素进行试验，发现使用后有严重的不良反应，包括头痛、发烧、恶心等。Howell教授因此认为肝素的这些毒副作用可能会阻止其广泛应用，肝素的商业生产或将停止。Howell教授于年退休，再没有进一步开展肝素研究。

直到20世纪40年代，学术界一直认为Howell教授是肝素的发现者。尽管他在其最初几篇文章承认Mclean在肝素发现中的作用，但在随后的出版物中没有再提及Mclean。Mclean对此不能接受。在20世纪40年代，特别是在Howell教授去世后，Mclean持续通过讲座和包括给多伦多从事肝素商业化纯化技术研究的CharlesBest教授写信等方式，声称其为肝素发现者。对此，有不少学者很不认同，甚至十分反感，称“Mclean对肝素发现的贡献纯属民间传说（McLean￠scontributionwaspartof‘Americanmedicalfolk-lore’）”。有学者认为，肝素研发中最关键的人是CharlesBest，是他将学术界的顶级专家与生化药生产的领导者组织起来，协作推动了肝素的纯化、规模化制备和后续的临床应用。但Mclean多年的呼吁最终还是有了结果：在其去世两年后，即年，他被追认为“肝素的发现者”，约翰霍普金斯大学悬挂有的一块牌匾（图2），上书“Mclean与Howell教授合作发现肝素”。Mclean的一篇关于“肝素发现的故事”遗作也于年刊出。

实际上，现在看来，就肝素的极性和水溶性质而言，McLean在年，也包括Howell教授在年之前用乙醚提取得到的所谓“抗凝剂”都不是肝素，而是沾有肝素的脂质。真正的肝素是Howell教授年建立的水提取方法得到的产物（当然还属于肝素粗品）。Howell教授在年确定了肝素为水溶性的糖类化合物，同时，他也更正说这不同于他年和Mclean年的提取物，但仍沿用了年他所提出的肝素这一名称。也就是说，肝素的真正获得是在年，是由Howell教授从犬肝中用水提取获得的。当然，这是在McLean意外发现犬肝脏脂溶性提取物有抗凝活性的启示下进行的。

图2悬挂于约翰霍普金斯大学纪念Mclean发现肝素的牌匾

PART02

2.肝素走向临床：得益于学者、企业家和临床专家的通力协作（s~s）

在肝素作为一种药物的开发中，学术界、医学界以及工业界从一开始就在紧密合作。这是因为临床对肝素的需求量大，制备时需要加工处理的动物组织材料（肝、肺、肠黏膜）量巨大，当时采用自溶消化方式，用时很长、臭味很大，很难在高校等学术机构完成。

前面提到Howell教授在年与巴尔的摩的Hynson、Westcott和Dunning公司合作制备肝素，当时肝素的纯度约15%，只能在体外研究中使用，因为它在体内有很强的毒性。在年Howell教授退休后，世界的肝素研究转到了加拿大多伦多CharlesBest所在的实验室。Best是著名的生理学家和物理学家，以胰岛素的研究工作闻名于世。年~年他组织了由当地生物化学家、生理学家和临床医师团队进行肝素研究，主要目的是提高肝素的纯度以降低其应用中的毒副作用，同时扩大制备的规模，并研究肝素预防血栓形成的作用，以使肝素最终可用于研究和临床。Best当时为多伦多大学卫生学院生理卫生系主任，同时还兼任Connaught公司的副主任。Connaught那时还是全球最重要的胰岛素生产公司。Best有两个非常重要的合作者——ArthurCharles和Scott。他们当时已积累了丰富的胰岛素提取和纯化经验，这对其进行肝素的规模化制备有重要的意义。

年Best将制备肝素的原料改为牛肝，并发表文章介绍了其制备过程。为了提高收率，他们将牛肝放置进行组织自溶，该过程较长，散发出浓重的臭味，不得不将肝素生产现场迁移至郊外的农场中。之后，Best等又尝试肝外组织作为提取肝素用原料，使用了肌肉、肺、肠和血液等。结果发现，牛肌肉和肺中肝素含量较高，而血液中肝素含量最低，几乎分离不到肝素。Howell教授在年曾预言，肝素是保持血液流畅的活性成分，血液中的肝素含量可能不高，但血液中的肝素活性会很高，这一理论被Best的研究证实是错误的。Best指出，虽然从化学上讲他制备的肝素也不纯，但不含有毒杂质。但是，Best制备的肝素批次间活性差异很大，这招致不少研究人员的不满，也影响了肝素临床研究进展。

CharlesBest

值得指出的是，在当时有多家生产胰岛素的公司后来也从事肝素的生产。除了上述Connaught公司（该公司生产肝素的现场见图3），还有瑞典斯德哥尔摩的VitrumAB公司以及荷兰OrganonBV公司。这不足为奇，这些公司都是早先生产胰岛素，随后将其加工处理大批屠宰场原料的设施和丰富经验用于肝素的生产。

与此同时，Best还与著名的外科专家Murray合作探讨肝素的应用。Murray成功开展了肝素预防静脉血栓形成的动物实验。年4月16日Murray首次将肝素的生理盐水溶液注射入人肱动脉，发现血液凝固时间延长，未见毒副作用。Murray当时就预言，肝素为诸如器官移植、开胸手术等挽救生命的手术，也包括人工肾的应用等打开了大门!

年，Connaught公司还首次生产制备了猪源肝素。年Moloney和Taylor开发了更高效的肝素制备方法，革除了Connaught公司肝素生产中耗时的组织自溶过程，而采用酶解和蛋白质变性方法去除蛋白质，并申请了专利，这大大降低了肝素生产成本，使得Connaught公司的肝素生产不再具有优势，于年Connaught公司停止了肝素生产。

图3.年Connaught公司肝素生产现场

与加拿大多伦多Best课题组开展肝素研究的同时期，欧洲也在开展肝素的生产制备和临床研究。瑞典的胸外科医生ClarenceCrafoord督促ErikJorpes（瑞典生理学家，瑞典卡洛琳研究所）生产肝素。于是，年Jorpes造访了Best实验室，点燃了其终生研究肝素的热情。Jorpes也开展了肝素纯化的研究，最终在年制备了足够开展人体试验的肝素，并与临床医生合作成功进行了肝素静脉注射的临床试验。年，瑞典VitrumAB公司开始了肝素的商业化生产，可以为临床研究提供充足的肝素。随后十年间，陆续开展了多项大规模临床研究，并逐渐将肝素用于预防和治疗血栓。遗憾的是，这些成功的肝素临床试验当时并未引起主流医学刊物的