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蜗牛“糖密码”破解抗凝百年困局:
CCG如何精准瓦解凝血加速器iFXase,实现“只抗栓、不出血”的安全革命(专业版之后附科普版)
来自陆生蜗牛 C. cicatricosa的生物活性分子鉴定出一种化合物,该化合物能够预防病理性血栓形成,同时保留正常的止血和伤口愈合功能。
一、研究背景与领域概览:抗凝治疗的世纪之困与解偶联新希望
血栓性疾病,包括静脉血栓栓塞症、心肌梗死和缺血性脑卒中,共同构成了全球范围内最主要的疾病负担与死亡原因。据《Circulation》发布的权威心脏病与卒中统计报告,静脉血栓栓塞症是仅次于心肌梗死和脑卒中的第三大常见血管性疾病,在米国等西方国家,其年发病率估计为每10万人中100至200例,是导致重大疾病负担和死亡的重要原因。放眼全球,心血管疾病导致的死亡约占所有非传染性疾病死亡人数的50%,其中血栓形成是绝大多数心血管事件的最终病理通路。因此,安全有效的抗凝治疗成为现代医学的基石之一。
然而,抗凝治疗的发展史是一部不断在“疗效”与“安全”之间寻求平衡的史诗。以维生素K拮抗剂华法林为代表的传统口服抗凝药,虽疗效确切,但存在治疗窗狭窄、药代动力学不可预测、受食物和药物相互作用影响显著等固有缺陷,需要频繁的实验室监测与剂量调整,给患者和医疗系统带来了沉重负担。过去二十年中,直接口服抗凝药的问世是抗凝领域的革命性进步。这类药物通过直接、特异性地抑制凝血瀑布中的单一蛋白酶,即凝血酶或凝血因子Xa,实现了药效学的可预测性,从而摆脱了常规凝血监测的桎梏。一项项里程碑式的大型III期临床试验相继证实,在非瓣膜性房颤患者的卒中预防以及静脉血栓栓塞症的治疗与二级预防中,直接口服抗凝药在疗效上不劣于甚或优于华法林,同时显著降低了颅内出血等最致命性出血并发症的风险。
然而,看似完美的解决方案背后,一个根本性矛盾并未被根除,只是被缓解。这个矛盾在于,无论华法林还是直接口服抗凝药,其作用靶点——凝血因子Xa和凝血酶——均位于凝血级联反应的“共同通路”上。这条通路不仅是病理状态下纤维蛋白血栓得以大量生成和扩展的最终执行者,更是生理状态下,当血管发生破损时,机体快速形成坚固的纤维蛋白-血小板止血栓、封堵破口以防止失血的关键环节。因此,对共同通路的任何有效抑制,都不可避免地伴随着固有的、剂量依赖性的出血风险。临床实践中,直接口服抗凝药相关的消化道出血、临床相关的非大出血事件等发生率依然不容忽视,而对于高龄、肾功能不全、低体重或需要联合抗血小板治疗等高出血风险人群,临床医师的处方决策依然面临严峻挑战。这一现实催生了一个核心科学命题:能否在凝血瀑布中找到一个新的干预靶点,其在病理性血栓形成中扮演关键角色,而在生理性止血中相对“冗余”?换言之,能否“解偶联”血栓形成与止血过程,从而获得一种继承直接口服抗凝药优点但出血风险更低的新一代抗凝药物?
对这一问题的回答,将研究者们的目光引向了凝血启动的上游——内源性凝血途径,也即接触激活途径。基于经典的瀑布模型和现代细胞为基础的凝血模型,凝血过程被视为一个由低水平启动、经级联放大、最终爆发的过程。当血管内皮完整性破坏,暴露于血流的组织因子会与外源性途径的凝血因子VIIa结合,形成组织因子-FVIIa复合物,即外源性X酶复合物,从而启动微量凝血酶(凝血因子IIa)的生成。这微量的凝血酶如同“火花”,在活化血小板的同时,也反馈激活关键的放大辅因子凝血因子VIII与V,从而在活化的血小板表面高效组装内源性X酶复合物(iFXase)和凝血酶原酶复合物(FVa-FXa),使凝血酶的生成量呈指数级放大,最终催化纤维蛋白原转化为不可溶的纤维蛋白多聚体,形成牢固的血栓。而在另一种病理情境下,例如当血液淤滞、血管内皮激活或血流中出现了带负电的异物表面、细胞外核酸、微颗粒或炎症因子时,血浆中的接触系统(因子XII、前激肽释放酶、高分子量激肽原)可被直接激活。活化的因子XIIa继而激活因子XI,启动内源性途径,经过级联反应同样最终汇集到iFXase和凝血酶原酶这个共同节点。
大量遗传流行病学和动物模型实验的证据汇聚成一股强大的指向:与外源性途径和共同途径截然不同,内源性途径因子,特别是因子XII、因子XI和因子IX,在病理性血栓形成中的贡献远大于其在生理性止血中的作用。1 先天缺乏因子XII的患者不仅不会异常出血,反而可能获得某种血栓保护。2 重度缺乏因子XI的血友病C患者,其出血表型也远较血友病A(FVIII缺乏)或B(FIX缺乏)轻微,多为创伤或手术相关的迟发性出血,自发性出血罕见。3 与之形成鲜明对照的是,外源性途径因子VII的缺乏可导致严重出血,而共同通路因子X、V、II的严重缺乏则常与生命不相容。因此,将iFXase(FIXa-FVIIIa复合物)这一内源性途径中最后也是限速的酶复合物,确立为潜在的“安全抗栓”靶标,具备了坚实的循证医学基础。
正是在此宏阔的学术背景与迫切的临床需求交汇点上,来自中国科学院昆明植物研究所 Mingyi Wu 研究员团队的这项研究,于2026年3月18日(当地时间)在线发表在《ACS Central Science》上,以前所未有的化学结构和精巧的作用机制,为我们带来了全新的启示与极具潜力的候选分子——蜗牛源半乳糖化糖胺聚糖CCG。该研究发现近日引发外媒关注。
《ACS Central Science》. 2026年3月18日; 12(4): 446–456.
一种蜗牛源半乳糖化糖胺聚糖通过破坏FIXa–FVIIIa复合物生成抑制血栓形成而不影响止血
Lisha Lin †, Debing Pu †, Nanyu Xiong †,‡, Dong Meng †,∥, Zhongtang Li ⊥, Xi Gong †,‡, Ya Li †, Jiangyan Chen †, Jiang Li †, Lian Yang †, Chuang Xiao g, Chan Zhang #, Xudong Dong #, Mingyi Wu †,‡,§,*
作者信息
†中国科学院昆明植物研究所,植物化学与天然药物国家重点实验室,昆明 650201,中国‡沈阳药科大学中药学院,沈阳 117004,中国§中国科学院大学,北京 100049,中国∥大理大学药学院,大理 671003,中国⊥北京大学药学院,天然药物及仿生药物国家重点实验室,北京 100191,中国#云南省第一人民医院,昆明理工大学附属医院,昆明 650032,中国g昆明医科大学药学院暨云南省天然药物药理学重点实验室,昆明 650500,中国
Lisha Lin为第一作者;*Mingyi Wu为通讯作者。
“我们比较了来自三种蜗牛的糖胺聚糖的抗凝活性,”Lisha Lin 博士说。他们最初研究了来自 C. cicatricosa、Achatina fulica和 Helix lucorum的多糖——均为结构相似的硫酸化糖胺聚糖。“然而,我们发现只有来自[C. cicatricosa]的CCG展现出抗凝活性,而其他蜗牛多糖则没有。”
二、研究核心内容与结果发现:系统归纳与深化
该研究是一篇从天然产物化学、分析化学到体内药效学、药理学及结构生物学机制验证的完整且严谨的学术作品。其核心发现和论证过程可以凝练为“结构新、活性奇、机制绝、应用广”四个层面。
1. CCG的发现与独特化学结构:一种前所未见的“糖密码”
研究者从分布于特定生境的陆生蜗牛 Camaena cicatricose的腹足软体组织中,通过蛋白酶水解、季铵盐沉淀、离子交换色谱等一系列经典的糖胺聚糖纯化手段,提取、分离出一种结构均一的多糖,并将其命名为CCG。最终的纯化收率为1.06%。高效凝胶渗透色谱呈现出一个对称的单峰,紫外光谱在260-280纳米处无吸收,排除了蛋白质和核酸的污染,证明其为高纯度的单一组分多糖。其重均分子量(Mw)被测定为32.6 kDa,属于中等分子量的糖胺聚糖。
随后的化学组成与光谱分析揭示,CCG拥有一个极其复杂的、此前未被报道过的一级结构,其核心骨架虽是肝素样的葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸-葡糖胺交替连接,但其精细结构特征与传统肝素判若云泥。其一,单糖组成上,除了构成主链的葡萄糖醛酸、N-乙酰葡糖胺和艾杜糖醛酸外,通过完全酸水解后的1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮柱前衍生高效液相色谱分析,明确鉴定出半乳糖的存在。经温和酸水解动力学实验,半乳糖被优先释放,而主链骨架得以保留,这无可辩驳地证明了半乳糖是以侧链的形式,通过糖苷键挂载在主链上的。进一步的甲基化分析-气相色谱-质谱联用技术鉴定出末端半乳糖、1,4-连接的GlcNAc、1,4-连接的GlcA/IdoA,以及关键的1,3,4-连接的GlcNAc。这最后一种连接方式正是分支点的特征,确证了半乳糖侧链通过α-(1→3)糖苷键连接在GlcNAc残基的C-3位上。其二,其硫酸化模式极为独特。通过电导滴定法测定其硫酸基与羧基的摩尔比为1:1.29,元素分析显示其总硫含量约为13.5%,远低于典型肝素的约25%。二维核磁共振波谱(DEPT、HSQC)的精细分析发现,与肝素中葡糖胺的C-6位普遍被磺酸基占据不同,CCG中该位置的信号极弱,表明其C-6位基本未被硫酸化。与之相对,其IdoA的H-3信号较肝素中显著移向低场,表明IdoA的C-3位是关键的硫酸化位点之一。综合运用¹H, ¹³C, DEPT, HSQC, COSY, HMBC, ROESY等一系列一维和二维核磁共振技术,特别是通过HMBC和ROESY谱图上的关键远程碳-氢相关和空间氢-氢相关信号,研究团队最终成功解析并归属了CCG的五糖重复单元中8种可能的单糖残基信号,并推导出其主要的连接序列。
最终确定的CCG主要重复单元结构为:{→4)-β-D-GlcA-(1→4)-[α-D-Gal-(1→3)]-α-D-GlcNAc-(1→4)-α-L-IdoA(R1)-(1→4)-α-D-GlcN(R2)-(1→}n其中,R1 代表 2-O-磺酸基-3-O-磺酸基 或 2-O-磺酸基;R2 代表 2-O-磺酸基、2-O-磺酸基-3-O-磺酸基 或 2-N-乙酰基。这种带有特定半乳糖侧链、独特的艾杜糖醛酸C-3位硫酸化以及葡糖胺C-6位非硫酸化等结构特征的序列,在已知的糖胺聚糖家族中是绝无仅有的,构成了一种全新的“糖密码”。
表格1. CCG与经典抗凝药的理化及结构特征系统性对比
对比维度与特征参数
蜗牛半乳糖化糖胺聚糖 (CCG)
普通肝素 (UFH) 及依诺肝素 (低分子肝素) 的特征及对比意义来源、分子量与构型
陆生蜗牛 C. cicatricose腹足;重均分子量32.6 kDa,呈单一对称色谱峰。
UFH来自猪/牛肠黏膜,均重
~15 kDa;依诺肝素经化学解聚,均重~4.5 kDa。CCG较高的均一性为其机制研究提供了优势,且其物种来源与进化路径完全不同。主链核心与侧链特征
主链为[-GlcA/IdoA-GlcN-]n的二糖重复单元。决定性结构差异在于,大量GlcNAc残基的C-3位通过α-(1→3)糖苷键连接独特的D-半乳糖侧链。
主链同为[-GlcA/IdoA-GlcN-]n。主链上无任何中性糖侧链修饰。半乳糖侧链是赋予CCG独特空间构象与表面电荷分布,从而决定其选择性iFXase抑制活性的关键化学元件。硫酸化模式与含量
总体硫酸化程度低(~13.5%)。关键特征:IdoA的C-3位是主要硫酸化位点;GlcN的C-6位几乎完全未被硫酸化;GlcN的N-位为乙酰基或磺酸基。
总体硫酸化程度高(~25%)。关键特征:GlcN的N-位与C-6位高度硫酸化;IdoA的C-2位为主要硫酸化位点,C-3位无硫酸化。CCG“节俭”的硫酸化模式使其天然缺失了高亲和力结合AT所必需的核心五糖序列。
2. 选择性抗凝与低出血风险的药效学特征:体内外证据的完美契合
CCG的药理学行为与此前任何多糖类抗凝剂迥然不同,其特征可归纳为“内源性途径的高度选择性抑制”。在体外采用人血浆进行的标准凝血筛选中,CCG剂量依赖性地延长了反映内源性途径功能的活化部分凝血活酶时间,其使APTT值翻倍的有效浓度(EC₂.₀×)为95.7微克/毫升。然而,即便在极高浓度下,反映外源性途径的凝血酶原时间和反映共同途径纤维蛋白原转化为纤维蛋白的凝血酶时间均未见显著延长。这一甄别实验清楚地将CCG的作用边界划在了内源性途径。在人全血的动态凝血与血栓弹力图分析中,50微克/毫升的CCG即可显著延长凝血反应时间R值,并降低代表血凝块聚合速率的α角和代表血凝块最大强度的MA值,从功能上直观展现了其抗凝与抗栓潜力。
这些体外发现完美地转化到了体内。在大鼠下腔静脉结扎诱导的深静脉血栓形成这一经典的静脉血栓模型中,CCG于结扎前单次皮下注射给药,即表现出强大且剂量依赖性的血栓抑制作用。与溶媒对照组大鼠深静脉内形成长达平均8.2毫米、湿重25.3毫克、干重18.0毫克的固体血栓相比,5毫克/千克的CCG可将血栓干重显著减少约34%至11.8毫克;10毫克/千克的CCG可实现约70%的抑制率(血栓干重5.5毫克);而20毫克/千克的高剂量CCG几乎实现了对血栓形成的完全阻断,残留的血栓干重仅为0.3毫克,近乎无形。与之形成鲜明对比的是,虽然等效抗栓剂量下的普通肝素(1.25毫克/千克)和依诺肝素(0.8毫克/千克)也能有效抑制血栓形成,但其抗栓效应伴随着凝血功能的全面抑制,即不仅APTT延长,其PT和TT也显著延长。更重要的是,研究人员将各组大鼠的APTT延长值与血栓重量进行线性回归分析,发现了一个极具价值的强正相关关系(R² > 0.98)。这无可辩驳地证明,CCG在体内的抗栓效果正是由其对内源性途径的抑制所驱动,而APTT可作为其药效动力学的精准替代指标。
本研究中最为关键的发现来自对出血风险的安全性评估。研究者设计了一个严苛的模型:采用经体表面积换算、相当于大鼠5倍抗栓有效剂量的超高剂量,即70毫克/千克的CCG,与等效高倍剂量的肝素类(普通肝素8.75毫克/千克;依诺肝素5.6毫克/千克;商品化肝素钠8.75毫克/千克)直接比较,在标准的小鼠断尾出血模型中测定出血量。结果报告显示,在相同的5倍等效抗栓高剂量下,肝素处理组(普通肝素、依诺肝素和肝素钠)均导致出血量呈现3至5倍的显著增加(P < 0.001),而接受了超大剂量CCG的小鼠,其出血量与生理盐水对照组相比,无统计学差异(P > 0.05)。这一结果以最清晰、最直接的方式证实,CCG在远超有效抗栓剂量的宽大范围内,不损害基本的止血功能,从而在哺乳动物活体中成功地实现了“抗栓”与“止血”的“解偶联”。
此外,该疗效与安全性优势被进一步拓展至更复杂的临床相关模型。在大鼠动-静脉旁路分流血栓模型中,血流经外部硅胶管从动脉流向静脉,管内放置的丝线上形成的“混合血栓”更接近动脉高剪切力环境下的血栓病理。CCG(10毫克/千克)依然能显著抑制丝线上血栓的形成(血栓干重从11.5毫克降至8.6毫克,抑制率约25%),效果与5毫克/千克的肝素或依诺肝素相当。在另一个模拟脓毒症相关免疫血栓形成的模型中,即通过腹腔注射内毒素脂多糖预处理,再行下腔静脉结扎6小时的“二次打击”小鼠模型,脂多糖使对照组小鼠的血栓发生率从37.5%急剧上升到66.7%,并显著增大了血栓的尺寸。在此模型中,CCG 10毫克/千克的治疗不仅使血栓发生率锐减至9.1%,其形成的血栓尺寸也显著小于模型组,其保护效果甚至优于1毫克/千克的普通肝素。尤为重要的是,脂多糖处理使小鼠血浆中的炎症因子白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α水平急剧升高,但CCG治疗对此并没有显著影响。这明确地揭示,CCG在感染相关血栓形成中的保护作用,主要是通过其精准的抗凝机制来实现的,而非依赖于广谱的抗炎效应,其作用机制高度专一。
表格2. CCG的体内外抗凝、抗栓药效学与出血风险特征的多维总结
药效学参数与动物模型
CCG处理组的量化结果与特征
肝素类对照组(UFH、依诺肝素等)的量化结果及对比结论体外血浆凝血实验(人血浆)
选择性、剂量依赖性地延长APTT,APTT加倍浓度EC₂.₀×为95.7 μg/mL;而对PT与TT均无明显影响。
UFH等剂量依赖性地同时显著延长APTT、PT和TT,无途径选择性。确证CCG是内源性途径的高度选择性抑制剂,不干扰外源及共同通路。大鼠深静脉血栓(DVT)模型强效且剂量依赖性的抗栓活性
:20 mg/kg剂量下实现近乎完全的血栓抑制(血栓干重0.3 mg)。其抗栓活性与血浆APTT延长值呈高度正线性相关 (R²>0.98)。
UFH、依诺肝素抗栓活性强,但其APTT、PT、TT均延长。CCG的抗栓疗效与内源性途径抑制间有直接因果与量化关系,APTT可作为其药效监测的理想替代指标。小鼠断尾出血模型(安全性核心评估)
在5倍于等效抗栓剂量的超高剂量(70 mg/kg)下,小鼠断尾出血量与生理盐水对照组相比,无统计学差异 (P>0.05)。
在5倍等效抗栓的超高剂量下,所有肝素处理组(UFH、依诺肝素等)均导致出血量增加3-5倍,与对照组存在极显著差异 (P<0.001)。CCG在活体动物中成功实现了“抗栓”与“止血”的解偶联,展示了宽大治疗安全窗。内毒素增强DVT模型(复合/免疫血栓模型)10 mg/kg CCG
极显著地将升高的血栓发生率从66.7%降至9.1%,并减小血栓尺寸。对LPS激发的IL-6、TNF-α升高无显著抑制。1 mg/kg UFH
可有效抑制血栓形成,但效果弱于10 mg/kg CCG组。CCG对感染/炎症相关血栓同样有效,且保护作用源于其精准的抗凝效应,而非泛化的抗炎活性。
3. 新颖的AT非依赖性、iFXase选择性抑制机制:分子层面的精确打击
解开CCG独特药理学特征背后机制的过程,是一项科学逻辑的严密演绎。CCG不含肝素核心五糖结构的发现直接引导出一个假设:它可能不通过AT发挥作用。这一假设在严格的酶学实验中得到完美证实。在纯化体系中加入生理浓度的AT,CCG对凝血因子Xa和凝血酶的半数抑制浓度(IC₅₀)均大于5000纳克/毫升,证明其基本无活性。而对于内源性途径的限速酶复合物iFXase(由纯化的FIXa、FVIIIa、磷脂和钙离子重构),CCG展现出了极强的、直接抑制活性,其IC₅₀值仅为25.8纳克/毫升,且这一抑制完全不需要AT的参与。这种靶点选择性是惊人的。对比之下,普通肝素和依诺肝素在AT存在下,对FXa和FIIa的IC₅₀值均低于100纳克/毫升,表现出无差别的强力抑制;即便是主要依赖AT抑制FXa、对FIIa作用较弱的肝素,其对iFXase的直接抑制活性也远弱于CCG。
随后的研究像剥洋葱一样,层层深入至蛋白-蛋白互作层面,以揭示CCG如何抑制iFXase。首先,生化实验显示,CCG对FIXa单独作用于小分子生色底物的活性无任何影响,排除了抑制FIXa活性中心的可能性。其次,对FVIIIa辅因子本身稳定性的检测发现,CCG仅轻微加速了不稳定的FVIIIa的失活速率(一阶衰变常数从0.123 min⁻¹至0.134 min⁻¹),这远不足以解释其强大的iFXase抑制效应。那么,问题必然出在FIXa与FVIIIa的组装上。研究者通过固定FVIIIa浓度、梯度增加FIXa浓度的方式测定iFXase活性,并拟合出结合的表观亲和力常数(KD(app)),直观地证明了这一设想。在无CCG时,FIXa与FVIIIa高效组装,KD(app)为14.6 nM;而加入CCG后,二者的结合被显著削弱,其KD(app)值陡增至55.4 nM。这说明CCG的作用模式并非“灭活”任何一个组件,而是作为一个高分子“干扰剂”,破坏了两者之间精准的蛋白-蛋白识别界面,导致高效复合体无法形成。
生物膜干涉技术更直接地确定了CCG发挥作用的分子“锚点”。将生物素化的CCG固化于探针表面,可以检测到其与FIXa的快速结合与缓慢解离信号,拟合出一个极高的亲和力常数,KD值低至4.6 × 10⁻⁸ M。而在相同条件下,未检测到CCG与FVIIIa或AT的任何结合信号。与此形成对照,肝素不仅能与AT结合(KD=8.8×10⁻⁸ M),也能与FIXa结合(KD=1.8×10⁻⁸ M),从而解释了肝素为何能在AT的介导下,同时对多种凝血因子产生抑制作用,其作用模式是“多点开花”,而CCG则是“精确制导”。
最后,研究者借助分子模拟对接技术,为这一机制画上了原子层面的句号。他们以FIXa与RNA适配体抑制剂DTRI-177的共晶结构(PDB ID: 8EPK)为模板,将解析出的CCG五糖单元模型对接到FIXa的催化结构域上。结果显示,五糖单元完美地嵌入到催化域背面一个由Lys126、Lys132、Lys230和Arg233等碱性氨基酸构成的沟槽状“外部位点”中,计算机打分函数给出了极低且理想的结合能(-8.42)。模型中,CCG分子上的羧基和磺酸基团与这些精氨酸/赖氨酸的侧链胍基/氨基形成了致密的氢键网络和盐桥。这一结合位点,恰好位于FIXa与FVIIIa相互作用界面的附近或别构相关区域,其被占据后可有效通过空间位阻或诱导别构效应,阻碍FVIIIa的结合。
此外,对药源性安全隐患的前瞻性评估表明,与曾在2008年造成临床惨重后果的过硫酸化软骨素硫酸盐等带负电多糖污染物不同,CCG在高达48微克/毫升的宽泛浓度范围内,均未表现出对血浆接触系统的激活作用(即不诱导FXIIa激肽释放酶的产生),也不诱导人血小板聚集。这些数据与其作用机制的纯净性高度一致,展现了其作为一个安全候选药物的优秀潜质。
表格3. CCG的精准作用机制——对iFXase(FIXa-FVIIIa)复合物的选择性破坏
机制探索的层次与实验方法
CCG处理下的关键发现与定量数据
肝素/依诺肝素对照组的关键发现及揭示的深层逻辑对凝血因子的AT-依赖性抑制谱 (纯化体系+AT)高度选择性
:对iFXase活性有强效抑制 (IC₅₀=25.8 ng/mL),不依赖AT。而对FXa, FIIa, FIXa, FXIa, FXIIa单酶活性几乎无抑制 (IC₅₀均>5000 ng/mL)。
UFH等非选择性广泛抑制,依赖AT强力抑制FXa, FIIa, FIXa等多因子。揭示了CCG能规避对共同通路(止血核心)干扰的根本机制,是真正意义上的“单靶点”抗凝剂。对iFXase复合物的抑制模式(蛋白互作分析)
与FIXa高亲和力结合(KD=4.6×10⁻⁸ M);不与FVIIIa、AT结合。通过将FIXa-FVIIIa的表观亲和力常数从14.6 nM 削弱至55.4 nM,从而破坏复合体组装。
肝素与FIXa和AT均有结合。CCG是一种“促解离”或“组装干扰剂”,能在保留FIXa基础酶活的前提下精确阻断其病理性放大功能。分子对接与模拟(结构生物学分析)
基于FIXa与RNA适配体DTRI-177的共晶结构(8EPK),CCG五糖单元以极佳结合能 (-8.42)结合于FIXa催化域的碱性“外部位点”,与Lys126, Lys132, Lys230, Arg233等形成稳定互作,位于FIXa-FVIIIa作用界面附近。
经典肝素五糖则与AT结合并变构激活后者。CCG的原子水平机制为其后续基于结构的理性优化和化学修饰指明了精确坐标。脱靶效应与潜在风险评估高安全性
:在高达48 μg/mL浓度下不激活接触系统(无促炎激肽风险),不诱导人血小板聚集。
临床浓度的肝素有轻度激活作用;OSCS污染物曾因强烈激活接触系统导致临床严重副作用。CCG作为“干净”候选药物,其接触系统安全性或与C-6位低硫酸化有关。
原文图7. CCG在血栓性疾病中的作用机制与活性示意图
该图以凝血级联瀑布为背景,系统阐释了CCG的独特作用模式。在血管损伤或炎症等病理条件下,内源性凝血途径被激活,经FXIIa–FXIa–FIXa级联传递,最终在活化血小板表面组装形成由FIXa与FVIIIa构成的iFXase酶复合物。作为内源性途径的限速酶,iFXase负责高效激活FX为FXa,继而驱动凝血酶爆发和纤维蛋白血栓形成。该图的核心信息在于揭示CCG选择性结合于FIXa催化结构域的碱性外部位点,通过空间位阻或别构效应干扰FVIIIa与FIXa的识别与组装,从而阻断iFXase复合物的形成,从源头抑制血栓扩增。与此同时,由组织因子(TF)启动的外源性止血通路以及不依赖iFXase的基础凝血功能得以完整保留,从而在分子层面实现了“解偶联”抗栓效能与出血风险的安全机制。
三、研究结果的深度多维解析与未来评述
Lisha Lin等人的这项研究,不仅是发现了一枚新的活性天然产物,更是提供了一套新颖、完整且逻辑自洽的抗凝解决方案,其价值需要在更广阔的科学与临床背景下审视。
1. 凝血生物学机制维度:部分抑制与完全缺失的悖论及其生物学合理性
CCG靶向iFXase却表现出低出血风险,这一现象初看似乎与血友病的出血表型相悖。对此深入剖析,便能窥见其精妙。重度血友病A(FVIII缺乏)或血友病B(FIX缺乏),均为X染色体连锁隐性遗传病,其致病机制是相应的凝血因子活性通常低于正常水平的1%,即近乎完全的功能缺失。这使得由微量组织因子-FVIIa复合物启动的、依赖微环境内FIX激活并进一步组装iFXase进行扩增的凝血过程被彻底阻断,无法产生足量的凝血酶来稳固止血栓,导致关节、肌肉等深部组织的自发性及创伤后难治性出血。
而CCG的作用模式截然不同。它并不消除FIXa的分子存在及其基础催化能力,而是通过变构/位阻效应,削弱其与辅因子FVIIIa的高效组装效率。这一“部分功能抑制”的状态,可能恰好将iFXase的整体活性压低于形成闭塞性病理性大血栓所需的“阀值”之下,但同时,由TF-FVIIa途径直接产生的那一小部分初始凝血酶,以及残余的、未被完全阻断的FIXa-FVIIIa复合体活性,足以在血管破损局部形成一个虽然可能不大、但结构足以封堵破损的初步止血栓。也就是说,止血仅需要一个“最小有效剂量”的凝血酶爆发的“火苗”,而血栓形成则需要一个被iFXase持续、强力放大出的“烈焰”。CCG所做的,是抑制了“烈焰”的生成,但保留了“火苗”。这种“量变引起质变”的干预策略,使得其在产生抗栓效益的同时,止血功能得以保全,这与重度血友病“全或无”的病理状态有着本质不同。这一解释也与FXI抑制剂领域观察到的现象一致:FXI抑制能抗栓且基本不出血,而FXI完全缺乏(血友病C)则主要表现为创伤后出血,自发流血罕见。CCG靶向的FIX位于FXI下游,其理论上更接近凝血爆发的核心,但其独特的抑制模式(促解离 vs 酶灭活)可能是其安全性更优的根本原因。
2. 从天然产物到先导药物:与同类抑制剂的横向比较及CCG的独特定位
CCG并非首个被发现能选择性抑制iFXase的天然产物。来自海参的岩藻糖基化糖胺聚糖及其解聚衍生物,是目前该领域在转化研究方面推进最快的天然产物之一,已有低分子量衍生物dHG-5进入临床试验阶段。同CCG一样,海参岩藻糖基化糖胺聚糖类抑制剂也以一种AT非依赖的方式,通过结合FIXa的外部位点来发挥作用。然而,两者在化学结构上却代表了iFXase抑制剂的两大独立化学型。岩藻糖基化糖胺聚糖的核心结构是硫酸软骨素样的主链,带有独特的岩藻糖侧链,其特殊的硫酸化模式是其活性的关键。而CCG是首个被发现具有肝素样主链、但带有半乳糖侧链且以IdoA C-3位硫酸化为特征的iFXase抑制剂。这种结构上的巨大差异提示我们,FIXa催化结构域上的那个碱性“外部位点”可能是一个具有高度结构可塑性的“药效口袋”,能够通过不同的分子表面拓扑和电荷分布来接纳不同的负电性多糖配体。
这种结构的多样性为药物发现带来了诸多好处。其一,CCG提供了一种全新的化学骨架,其药代动力学特性、组织分布、潜在的脱靶效应和免疫原性可能与岩藻糖基化糖胺聚糖类分子完全不同,为临床医师提供了更多样化的选择。其二,将CCG与岩藻糖基化糖胺聚糖进行深入的构效关系比较研究,将极大地促进我们对iFXase“糖密码”的解读,有助于未来通过理性设计,合成出活性更强、选择性更高、结构更均一的杂合或模拟分子。其三,本研究团队还做了一个非常关键的内对照:他们比较了来自 A. fulica和 H. lucorum的另外两种蜗牛糖胺聚糖,它们的结构也具有负电性和一定硫酸化,但唯独CCG具备半乳糖支链和独特的硫酸化特征,也唯独CCG展现出抗凝与抗栓活性。这一内部比较,无懈可击地证明了CCG活性所依赖的结构特异性,排除了非特异性负电荷效应的干扰,极大地提升了其作为药物靶点进行开发的科学价值。
3. 临床转化路线图:潜在的应用场景与必须跨越的鸿沟
CCG的临床前数据为它描绘了极具吸引力的转化蓝图。其宽大的治疗窗使其可能成为存在出血高风险患者群体的理想抗凝选择。例如,用于接受大关节置换手术后的静脉血栓栓塞症预防,该场景要求强效抗栓的同时必须将术后出血风险降至最低。再如,对于高龄、肾功能减退、低体重或伴有胃肠道肿瘤的房颤患者,长期使用华法林或直接口服抗凝药常因出血风险而投鼠忌器,CCG提供的安全性余量或可改变这类患者的治疗决策。其在动-静脉分流和内毒素血症模型中的有效性,甚至暗示了在心肺转流、血液透析等体外循环装置中,以及在重症感染导致的弥散性血管内凝血倾向患者中潜在的预防价值。
然而,要将这些蓝图变为现实,必须正视从先导化合物到临床药物之间存在的巨大鸿沟。首先,天然来源的多糖是微观不均一的。尽管CCG具备相对均一的分子量,但其硫酸化模式在各个糖链之间仍可能存在细微差异。这就需要进行极为苛刻的质量控制,或者发展出可控的体外化学酶法合成或半合成策略,以获得结构绝对确定的、符合人用药品注册技术要求国际协调会(ICH)标准的原料药。其次,作为一种大分子的生物药物,其免疫原性风险必须被仔细评估。尽管动物实验中未报告急性过敏反应,但长期给药后产生抗药抗体从而影响疗效或导致免疫复合物疾病的风险是真实存在的,需要在大动物模型上进行长期毒理学研究来排查。再次,药代动力学特性需要详细阐明。CCG的分子量决定了它将以注射给药,其血浆蛋白结合率、器官分布特征、代谢途径(是否被内皮网状系统摄取或被肝素酶等降解)以及最终的清除半衰期,都将决定其未来的给药频率和临床应用场景。最后,也是最具挑战性的一点,是如何在临床试验中证明其相对于现有标准治疗的优势。这将是一项需要纳入大量高风险患者、并以临床相关的出血事件(包括大出血和临床相关非大出血的复合终点)为主要终点的、昂贵且漫长的优效性临床试验。CCG必须在保持不劣于直接口服抗凝药的抗栓疗效的同时,显著降低出血事件的发生率,才能真正确立其临床地位。
4. 总结论与展望
Lisha Lin, Debing Pu, Nanyu Xiong 及 Mingyi Wu 研究员等中国团队的这项研究,是天然产物化学与现代凝血生物学完美结合的典范。他们不仅发现了一个带有独特半乳糖侧链的全新结构糖胺聚糖CCG,更重要的是,以严密的科学逻辑,层层递进地揭示了其“靶向FIXa、破坏iFXase复合体组装”这一优雅、精准且安全的抗凝机制。在抗凝治疗近百年苦苦追寻“解偶联”新策略的大背景下,这项研究提供了从全新化学空间中找到的前所未有的自然解决方案。CCG已然成为靶向iFXase这一新兴抗栓靶点家族中一名极具分量的新成员,其价值不仅在于提供了潜在的候选药物分子,更在于它为我们打开了理解凝血调控另一扇精妙的窗户。尽管前路漫漫,挑战重重,但这项基石性发现所闪耀的科学光芒,无疑将照亮并激励着基础研究者与药物开发者在这个充满希望的方向上继续披荆斩棘,为最终惠及无数受血栓与出血双重风险所困的患者而不懈努力。
科普版
从蜗牛黏液中寻找“完美”抗凝药:一种只防血栓、不增出血风险的天然分子
来自陆生蜗牛 C. cicatricosa的生物活性分子鉴定出一种化合物,该化合物能够预防病理性血栓形成,同时保留正常的止血和伤口愈合功能。
引言:抗凝治疗的百年难题
在我们的身体里,血液凝固是一把双刃剑。当血管受伤时,它能迅速形成血凝块(血栓)堵住破口,防止失血过多,这是维持生命的“生理性止血”。然而,当血液在不该凝固的时候凝固,比如在深部静脉、心房或动脉中形成异常血栓,就会引发心肌梗死、脑卒中或肺栓塞等致命性疾病。
为了预防和治疗这些血栓性疾病,全球数以百万计的人需要长期服用抗凝药,如华法林、肝素以及新一代的利伐沙班、达比加群等。这些药物通过抑制血液中关键的“凝血因子”来防止血栓形成,但它们有一个共同的、让医生和患者都头疼的副作用:出血风险增加。因为它们抑制的凝血因子,既是病理性血栓所依赖的,也是生理性止血所必需的。这就好比为了阻止纵火犯,把整个消防队都关了起来。
因此,科学界一直在寻找一种能够“解偶联”血栓与止血的“理想抗凝药”——它只阻止有害的血管内血栓,而不干扰正常的伤口止血。2026年,一项发表在《ACS Central Science》上的研究带来了激动人心的新希望:中国科学家从一种不起眼的陆生蜗牛身上,发现了一种天然分子,它在动物实验中实现了这种精准的“只抗栓、不增出血”的效果。该研究发现近日引发外媒关注。
一、一个意外的发现:蜗牛“密码”
故事的主角是一种名为 Camaena cicatricose的陆生蜗牛。中国科学院昆明植物研究所的 Mingyi Wu 研究员团队,在系统筛选软体动物中的生物活性分子时,从这种蜗牛体内提取出一种以前从未见过的糖类分子,并将其命名为CCG。
在显微镜下,CCG是一条由许多糖单元串成的长链,化学上属于“糖胺聚糖”。它的骨架和我们熟知的抗凝药“肝素”有几分相似,但仔细一看,却完全不同。首先,CCG的主链上“挂”着许多独特的半乳糖侧链,就像一根藤蔓上长出了许多小果子。其次,它身上的“硫酸基团”(一种带负电的化学装饰)的分布模式非常独特,总体上比肝素“清淡”得多,硫酸含量约为13.5%,远低于肝素的约25%。尤其是在某些关键位置几乎完全没有修饰。正是这种前所未见的“糖密码”,赋予了CCG神奇的生物学功能。
二、令人惊喜的药效:精准抗栓,安全止血
研究人员在体外实验中发现,CCG能够显著延长人血浆的“活化部分凝血活酶时间”(APTT,一项反映内源性凝血通路功能的指标),但对“凝血酶原时间”(PT)和“凝血酶时间”(TT)几乎没有影响。通俗地讲,它只关了凝血系统中“内源性”那条容易异常激活的通路,而完全保留了“外源性”和“共同”这两条对止血至关重要的通路。
这一选择性在动物模型中得到了完美验证。在大鼠深静脉血栓模型中,CCG展现出了强大的剂量依赖性抗栓效果:5毫克/千克的剂量就能抑制约三分之一的血栓形成,10毫克/千克时抑制率达到约70%,而20毫克/千克的高剂量几乎让血栓完全消失。与此同时,在另一项模拟感染相关血栓的实验(内毒素增强的深静脉血栓模型)中,CCG同样能显著减少血栓的发生和大小,10毫克/千克剂量将血栓发生率从66.7%大幅降低至9.1%。
最关键的突破来自安全性测试。在经典的“小鼠断尾出血模型”中,研究者给小鼠注射了相当于有效抗栓剂量5倍的CCG(70毫克/千克),然后剪断尾巴尖端测量出血量。结果令人震惊:注射了超大剂量CCG的小鼠,其出血量与注射生理盐水的对照组完全相当,没有任何统计学差异。而注射了同样高倍数抗栓剂量的肝素、依诺肝素的小鼠,出血量则飙升至3到5倍。这清晰而直接地证明,CCG拥有一个非常宽广的“安全窗”。
为了更清晰地展示这一核心优势,我们可以将CCG与经典抗凝药肝素在几个关键实验中的表现进行对比。
表格1. CCG与肝素类药物的药效与安全性对比
对比项目
CCG的表现及其意义
肝素/依诺肝素的表现及其意义作用方式
只延长APTT,不影响PT和TT。这意味着它只作用于“内源性”凝血通路,为精准打击留下空间。
同时延长APTT、PT和TT。这意味着它无差别地抑制所有凝血通路,无法区分“有害”与“有益”的血栓形成。抗深静脉血栓效果
高剂量(20 mg/kg)几乎完全抑制血栓形成,抗栓效果同样强大,但凝血功能未受全面抑制。
等效剂量下同样有效,但伴随着APTT、PT、TT的全面延长,表明整个凝血系统被广泛抑制。超大剂量下出血风险
注射5倍抗栓剂量(70 mg/kg)后,出血量与正常小鼠无差别。成功“解偶联”了抗栓与出血,拥有宽大的安全范围。
注射5倍抗栓剂量后,出血量增加3到5倍。表明其抗栓与出血风险紧密相连,安全窗窄。对炎症相关血栓的作用
显著降低血栓发生率(从66.7%降至9.1%)和大小,但不影响炎症因子水平。说明它通过纯抗凝机制发挥作用,效果专一且可预测。
也有效,但效果弱于CCG(1 mg/kg肝素的保护作用不及10 mg/kg CCG),且同样存在出血风险增加的问题。
三、揭秘背后的“精确制导”机制
CCG是如何做到这种精准打击的?答案在于它独特的“攻击”目标。
我们的凝血过程像一个逐级放大的瀑布。其中,“内源性凝血通路”是血栓在病理状态下不断扩增的关键环路,而这条环路中一个名为“内源性十酶复合物”(iFXase)的酶复合物,是由凝血因子IXa(FIXa)和凝血因子VIIIa(FVIIIa)这两个蛋白组装而成的“加速器”,被公认为控制血栓形成的“限速阀”。
研究团队通过一系列精密的生化实验揭开谜底:CCG就像一个“智能干扰弹”,它不直接抑制任何凝血酶的活性中心,也不依赖人体自身的抗凝蛋白——抗凝血酶(AT,肝素正是通过它起效)。相反,CCG会高亲和力地紧紧“抓住”FIXa蛋白表面一个特定的“外部位点”。一旦CCG与FIXa结合,就像一个楔子卡进了齿轮,阻碍了FIXa与其搭档FVIIIa的顺利组装,使得高效的iFXase复合物无法形成,从而掐断了病理性血栓被急剧放大的导火索。而FIXa本身的基础功能,以及外源性止血通路,依然完好。
这好比一个繁忙的消防站。肝素的做法是降低全城的水压,虽然能灭火,但也让日常用水变得困难。而CCG的做法,是精准定位并拆除那条连接在非法纵火点上的增压泵,但不影响居民和合法消防队的正常供水系统。
原文图7. CCG在血栓性疾病中的作用机制与活性示意图
该图以凝血级联瀑布为背景,系统阐释了CCG的独特作用模式。在血管损伤或炎症等病理条件下,内源性凝血途径被激活,经FXIIa–FXIa–FIXa级联传递,最终在活化血小板表面组装形成由FIXa与FVIIIa构成的iFXase酶复合物。作为内源性途径的限速酶,iFXase负责高效激活FX为FXa,继而驱动凝血酶爆发和纤维蛋白血栓形成。该图的核心信息在于揭示CCG选择性结合于FIXa催化结构域的碱性外部位点,通过空间位阻或别构效应干扰FVIIIa与FIXa的识别与组装,从而阻断iFXase复合物的形成,从源头抑制血栓扩增。与此同时,由组织因子(TF)启动的外源性止血通路以及不依赖iFXase的基础凝血功能得以完整保留,从而在分子层面实现了“解偶联”抗栓效能与出血风险的安全机制。
表格2. CCG与肝素作用机制的差异
对比维度
蜗牛源分子CCG
肝素攻击目标
只针对iFXase复合物(FIXa-FVIIIa组装体)这一个点
通过AT,同时攻击多个凝血因子(多点开花)结合对象
只与FIXa高亲和力结合,不与抗凝血酶AT结合
同时与AT和FIXa结合干扰方式
破坏FIXa与FVIIIa的组装,但不“杀死”FIXa
增强AT对多种凝血因子的灭活作用潜在副作用
不激活引起炎症和低血压的接触系统,不诱导血小板聚集
有一定程度的接触系统激活效应;类似污染物曾引发严重临床事故
四、从蜗牛到未来药房:光明前景与现实挑战
这项研究的价值不言而喻。CCG这种天然分子,为开发新一代“只防血栓、不增出血”的抗凝药提供了一个前所未有的理想模板。想象一下,对于那些需要长期抗凝但又极易出血的老年房颤患者、肾功能不全者,或经历过骨科大手术的病人,CCG可能提供前所未有的安全性。
不仅如此,CCG的出现还为科学家们打开了一扇新的窗户。它与之前从海参中发现的另一类抗凝分子(岩藻糖基化糖胺聚糖及其衍生物,如已进入临床试验的dHG-5)虽然都能靶向iFXase,但化学结构截然不同。这暗示着,iFXase上那个关键“药效口袋”可能具有很高的可塑性,可以被不同结构的分子钥匙开启,这将激励更多结构多样的新药研发。
然而,要将这一蜗牛身上的发现转化为药品,还有很长的路要走。首先是生产问题,天然提取的分子难免存在微小的结构差异,需要发展先进的生物合成技术来获得绝对均一的药用品。其次是安全性,作为一种大分子,长期注射后是否会引起免疫反应,还需在大动物和人身上进行严格的长期试验。最后是终极考验——大规模临床试验,它必须在数千名患者中证明,自己在抗栓效果不亚于现有最佳药物的同时,能显著降低出血事件,才能真正改变临床实践。
五、结语
从热带雨林中的一只蜗牛,到充满希望的下一代抗凝药候选分子,Lisha Lin, Debing Pu, Nanyu Xiong 及 Mingyi Wu 研究员等科学家的这项发现,是自然界馈赠与人类智慧完美结合的又一典范。它再次告诉我们,那些看似不起眼的生物,体内可能蕴藏着解决人类重大医学难题的密码。尽管前路漫漫,但这项扎实的研究,已然为全球数以亿计在血栓与出血风险间艰难平衡的患者,点亮了一盏充满希望的前行之灯。
雲飛、游雲、德富、国富、玉成、聖石、丽强、
禹杰、传奇、Lyu (武汉协和).
Wuhan Union Hospital