肝素敏感性个体差异的研究进展与展望

　　摘要：肝素是一种广泛应用于临床的抗凝血药物，尤其在血栓栓塞性疾病、心血管手术、体外循环、血液透析等治疗中是必不可少的。然而，肝素因其药理学特性在个体间的应用有很大差异，但是尚无准确的个体化治疗方案。肝素敏感性个体差异会导致抗凝不足或抗凝过量等不良反应发生，如何精确有效地抗凝是我们期望解决的问题。本文对肝素的作用机制、临床应用、敏感性监测方法及敏感性相关因素进行综述，并对个体化用药进行展望。

　　关键词：肝素;敏感性;个体化用药;

　　Abstract：Heparin is an anticoagulant drug widely used in clinic, especially in thromboembolic diseases, cardiovascular surgery, cardiopulmonary bypass, hemodialysis and other applications.However, due to its pharmacological properties, the application of heparin varies greatly among individuals, and there is no accurate individualized treatment plan.Individual differences in heparin sensitivity may lead to adverse reactions such as anticoagulant insufficiency or anticoagulant overdose.Therefore, how to accurately and effectively anticoagulant is a problem to solve.There are many factors related to the difference of heparin sensitivity, and monitoring heparin sensitivity is helpful for the reasonable implementation of individualized anticoagulation.This article summarizes the mechanism, clinical application, sensitivity monitoring and sensitivity related factors of heparin, and the individualized medication is proposed.

　　Keyword：Heparin; Sensitivity; Individualized medication;

　　肝素自20世纪被发现以来被广泛应用到临床中，其最主要的作用是抗凝血。临床上肝素的应用效果存在个体差异，而这种差异可能造成术后出血等不良并发症[1]。肝素敏感性个体差异机制还没有得到确切的解释。研究报道心脏手术患者术后出血与肝素敏感性有关[2],而年龄、抗凝血酶活性等因素均可影响个体肝素敏感性[3]。因此，鉴定肝素敏感性并合理实施个体化用药对临床治疗及患者预后至关重要。通过监测肝素抗凝作用来识别肝素敏感性可以降低术后出血或血栓形成等并发症的发生率。本文对肝素的作用机制、敏感性监测及敏感性差异相关因素进行综述，为临床优化肝素个体化用药方案提供参考。

　　1 肝素的作用机制

　　肝素是由糖醛酸和葡糖胺的二糖重复单元通过1,4-糖苷键连接构成的线性硫酸化多糖，属于糖胺聚糖家族。它可以与多种蛋白酶、蛋白酶抑制剂、趋化因子、细胞因子、生长因子结合，在众多重要的生理过程中发挥多种作用[4]。肝素是动物体内产生的一种天然抗凝物质，在体内体外均可发挥作用。正常的机体具有完整的凝血系统和抗凝血系统，二者保持动态平衡，从而保证机体的止血和血液流畅。肝素抗凝的主要机制是通过与抗凝血酶Ⅲ相互作用，增强其对凝血因子Ⅱ和凝血因子Ⅹ的灭活能力[5]。肝素与抗凝血酶Ⅲ中的赖氨酸结合后引起抗凝血酶Ⅲ构架改变，使抗凝血酶Ⅲ中精氨酸残基更易与凝血因子Ⅱ的丝氨酸残基结合，二者结合后，肝素即与抗凝血酶Ⅲ解离，并再次与其他抗凝血酶Ⅲ结合而被反复利用。抗凝血酶Ⅲ与凝血因子Ⅱ的结合物则被单核-巨噬细胞系统所消除。

　　2 肝素的临床应用及敏感性监测

　　2.1 临床应用

　　①肝素主要用于血栓栓塞性疾病，防止血栓形成与扩大。②心血管手术、心导管、体外循环、血液透析等操作时用于体内抗凝。③输血、血库保存鲜血时预防血液凝固。④用于治疗各种原因引起的弥散性血管内凝血。⑤小剂量时用于防治高脂血症及动脉粥样硬化。肝素尤其常规应用于外科心脏手术体外循环前的肝素化，体外循环前肝素的应用是必不可少的。 随着临床医学的进展，肝素的应用范围日益扩大。临床上肝素的应用是按照国际化标准或按患者的体质量来制定用量，但是尚无准确的个体化治疗方案。既往研究报道，有患者在颈动脉内膜切除术后出现左侧偏瘫伴失语，大脑中动脉梗死，颈总动脉完全闭塞等不良并发症的发生，术前该患者被确定为肝素敏感性降低，测得肝素水平远低于目标水平[6]。个体对标准剂量的肝素敏感性不一致，低于或高于目标水平时可能会带来抗凝不足或抗凝过量，因此监测其敏感性和合理实施个体化抗凝是临床重点关注的问题。

　　2.2 肝素敏感性监测

　　2.2.1 激活全血凝固时间(ACT)

　　ACT常用于监测肝素抗凝效果，参考范围70～130 s, 体外循环时一般要求ACT>400～480 s。ACT检测仪可用于心脏手术血液体外循环、旁路移植手术、 体外膜氧合、血滤、血管造型术患者的溶栓以及肝素治疗时ACT值的测定。使用肝素后一定时间内进行ACT值测定，评估机体对肝素的敏感性，从而达到及时调整肝素用量，改善患者预后的目的。Ma等[2]根据首次给予肝素后的ACT,对患者肝素敏感性进行分组。ACT具有操作方便、监测结果准确及较高的成本效益等优势，作为凝血功能检测指标，在患者凝血功能的个性化监测，特别是指导肝素使用方面，具有很大的临床价值。虽然ACT对肝素敏感，但它还是存在一些局限性，比如不同ACT检测仪的检测结果存在差异，而且ACT受血液稀释的影响，在体外循环的血液稀释条件下，检测结果会出现一些偏差[7]。因此ACT抗凝指导作为全球性评估，应更进一步完善。

　　2.2.2 活化部分凝血活酶时间(APTT)

　　APTT正常参考值为23～37 s, 通常用于反映内源性凝血途径，也可用于肝素抗凝治疗的监测和出血性疾病的初筛诊断[8]。因为APTT对肝素敏感性较高，目前广泛应用于普通肝素的抗凝治疗监测中。血浆肝素水平在一定范围与APTT的对数值呈良好的线性关系，因此可作为监测个体对肝素敏感性的临床依据。但也有研究报道了使用APTT监测肝素抗凝的局限性，血浆纤维蛋白原水平的影响可能会影响APTT结果并导致了婴儿抗凝不足或成人抗凝过强[9]。虽然对很多实验室来说APTT是首选指标，但患者的个体差异、APTT检测试剂、肝素成分及用量等均可影响检测结果[10]。

　　2.2.3 抗Ⅹa因子活性检测

　　有研究表明，比起APTT监测肝素敏感性，抗Ⅹa因子活性更具优越性[11,12,13]。通过检测患者凝血因子Ⅹa活性抑制率，间接反映血浆肝素水平，用于监测肝素治疗。抗Ⅹa因子活性逐渐被推荐作为APTT替代监测方法，可准确地反映机体给予肝素后的抗凝效果，较其他指标更有优越性，因此监测不同个体对肝素敏感性差异有很大的帮助。APTT受整个内源性凝血途径的影响，而抗Ⅹa因子只受血浆肝素水平的影响[13]。由于肝素敏感性个体差异，标准剂量的肝素治疗对不同人群的效果可能会不一致，尤其是对于肝素敏感或者肝素抵抗患者，抗Ⅹa因子检测优于APTT,通过检测抗Ⅹa因子活性可以真实地体现患者体内的抗凝效果。

　　2.2.4 其他

　　临床上还有硫酸鱼精蛋白中和法、血浆肝素水平检测、内源性凝血酶电位测定、抗凝血酶活性检测等方法监测肝素抗凝作用，从而识别患者对肝素的敏感性。准确监测肝素抗凝，及时调整肝素实施剂量以达到预防血栓又避免出血的风险，对合理实施个体化用药至关重要。

　　3 肝素敏感性差异相关因素

　　3.1 抗凝血酶生成能力及活性不同

　　抗凝血酶是一种血浆糖蛋白，由432个氨基酸残基组成，包含3个二硫键和4种可能的糖基化位点，在凝血机制中起着重要的调节作用。抗凝血酶结合丝氨酸蛋白酶因子Ⅱ并作用于凝血因子Xa抑制血液凝血过程。其中，抗凝血酶Ⅲ属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族，是生理条件下的主要抗凝物质[14]。肝素可以显着增强抗凝血酶Ⅲ的活性，加速抗凝血酶Ⅲ与凝血酶结合形成不可逆复合物，从而发挥抗凝机制。肝素在其糖胺聚糖链中包含一个独特的五糖序列，由带负电荷的硫酸盐基团组成，这可能是肝素抗凝血酶结合域有着高度亲和力的原因。

　　抗凝血酶由肝脏合成，机体能生成的抗凝血酶水平是存在差异的，按标准剂量给予肝素后能增强的抗凝血酶活性也会存在个体差异，因为肝素的抗凝作用是抗凝血酶途径间接介导的，这就可能会造成个体对肝素敏感性的不同。Croles等[15]发现较低的抗凝血酶水平增加了动脉血栓事件的风险，这种风险尤其是在女性人群中比较显着，且抗凝血酶水平在女性绝经前和绝经后也不同，可以推断抗凝血酶水平不仅在性别上存在差异，个体不同阶段也会存在差异。还有研究报道，肝素敏感性个体差异与抗凝血酶Ⅲ活性相关，抗凝血酶Ⅲ的mRNA表达水平随着肝素的敏感性增高而增高[2],这表明抗凝血酶生成能力及活性是影响肝素敏感性的因素之一。临床上抗凝血酶水平可以用凝血法、免疫化学法、酰胺溶解法等方法测定。

　　抗凝血酶水平差异可能是先天性的，也可能是获得性的。先天性抗凝血酶缺乏症是可以通过SERPINC1基因(编码丝氨酸蛋白酶抑制因子肽酶抑制因子)的突变或缺乏来解释的[16],SERPINC1基因突变影响抗凝血酶与肝素的结合能力，从而导致肝素敏感性下降[17]。获得性抗凝血酶缺乏可能与某些疾病造成抗凝血酶的合成减少、丢失增加或者消耗过多有关(如肝脏疾病)。

　　3.2 凝血酶生成能力及活性不同

　　凝血酶由A链和B链经二硫键连接组成，含308个氨基酸残基，分子量为36 000。A链含49个氨基酸残基，又称轻链，其功能不明。B链含259个氨基酸残基，又称重链，是酶活性所在的部位，由肝脏合成，存在于血浆当中。它是肝素作用通路的关键步骤，与抗凝血酶Ⅲ形成不可逆复合物从而被抑制活性。肝素通过作用于抗凝血酶Ⅲ最终抑制凝血活酶的活力，从而抑制凝血酶原变成凝血酶。个体生成凝血酶的能力是存在差异的，因此肝素作用于机体凝血酶产生的抗凝效果也会存在差异，这就导致标准剂量的肝素给予后不同个体表现出来的敏感程度不同。早在1989年Schmidt等[18]报道新生儿肝素敏感性的增加是因为凝血酶活性减弱，更容易被肝素抑制所致。可以得知凝血酶水平也是影响肝素敏感性的重要因素之一。低凝血酶生成或低凝血酶水平下形成的凝块由粗纤维组成，易发生纤维蛋白溶解，而在高凝血酶生成或高凝血酶水平下形成的凝块由细纤维组成，对纤维蛋白溶解有相对的抗性。低凝血酶水平可能更容易被肝素抑制，所以对其表现出来的敏感性也更高。临床上有多种凝血酶检测方法，凝血酶生成曲线或者凝血酶生成分析是一种实时监测凝血酶生成的试验，能够全面地反映凝血酶生成状况[19]。对机体凝血状况进行全面评估，监测凝血酶生成时间的变化规律，有助于肝素敏感性监测和对患者的个体化治疗。

　　3.3 凝血因子Ⅹ水平不同

　　凝血因子Ⅹ是在肝细胞合成，与凝血因子Ⅴa结合形成凝血酶复合物并激活凝血酶原，凝血因子Ⅹa还可激活凝血因子Ⅶ、Ⅷ和Ⅴ。它主要被抗凝血酶和组织因子途径抑制物抑制。凝血因子Ⅹ是维生素K依赖性凝血因子，它是内源性凝血系统和外源性凝血系统的共同途径，在凝血过程的共同途径中发挥作用，凝血因子Ⅹa缺乏时引起凝血酶原时间延长和出血[20]。它被催化激活后，使凝血酶原激活成凝血酶，最终纤维蛋白原被激活形成纤维蛋白，完成止血过程。肝素与血液中的抗凝血酶结合之后，可灭活凝血酶和凝血因子Ⅹa等多种活化的凝血因子。与凝血因子Ⅹ活性低的个体相比，凝血因子Ⅹ活性高的个体可能不容易被肝素所抑制，导致对肝素敏感性降低。有研究报道肝素敏感性个体差异与血浆凝血因子Ⅹ活性有关，凝血因子Ⅹ mRNA表达量与肝素敏感性呈负相关[2]。凝血因子Ⅹ活性越低，对肝素敏感性越高。凝血因子Ⅹ缺乏包括先天性和后天获得性[21,22,23]。先天性凝血因子Ⅹ缺乏症为常染色体隐形遗传，遗传分析p.Ser362Asn或p.Tyr384Ter杂合突变可导致严重的先天性凝血因子Ⅹ缺陷和出血；获得性凝血因子Ⅹ缺乏症可存在于严重肝病或维生素K缺乏等。

　　3.4 肝素在体内的清除和肝素酶水平不同

　　肝素敏感性跟其在体内代谢水平有关。肝素在体内的清除是靠肝脏和肾脏代谢，凝血酶与抗凝血酶Ⅲ抑制复合物也易被肝脏受体清除，肝功能损伤或肾功能损伤则降低对肝素的清除能力，肝素在体内蓄积，表现出对肝素高敏的状态。体内抗凝系统不仅包括体液抗凝还包括细胞抗凝，细胞抗凝指的是单核-巨噬细胞系统对凝血因子、组织因子的吞噬清除作用。细胞抗凝一定程度上能协助肝素体液抗凝，单核-巨噬细胞系统对凝血因子的清除率高，则会减弱凝血因子活性，增高肝素敏感性，而凝血因子的减少也会放大肝素的抗凝作用，使人体对肝素表现出较高的敏感性。

　　肝素酶是一类作用于肝素或乙酰肝素分子的多糖裂解酶，可以通过特异性地切断肝素和硫酸肝素的α-(1,4)糖苷键来产生具有生物活性的低聚糖[24,25,26]。人肝素酶基因定位于4q21.3, 含14个外显子及13个内含子，该基因cDNA包含1个1 629 bp的开放阅读框， 编码543个氨基酸组成的分子量为61 200的多肽链。肝素酶在胎盘组织、血小板、免疫细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、脐带的静脉血管内皮细胞、脾脏等均表现其活性。荧光肝素可以作为一种有效的方法测定肝素酶水平[27]。肝素和肝素酶在体内的平衡对维持机体正常生理功能有着重要的意义。肝素通过与抗凝血酶Ⅲ结合，发挥抗凝血作用，而肝素酶能裂解其结合位点，抵抗肝素作用，消除肝素的抗凝血活性。肝素酶活性水平可能会造成肝素敏感性在不同个体间的差异，肝素酶活性过强，肝素被水解的更多，肝素敏感性和抗凝血活性就减弱。

　　3.5 年龄

　　随着年龄的增长，凝血系统内的作用因子在数量上和质量上存在着显着的差异，演变随着年龄变化发育不断健全。大多数凝血试验的结果高度依赖于年龄，可能是因为随着年龄增长机体各器官功能逐渐成熟，肝脏合成凝血因子和抗凝血酶的能力会提高[28]。有研究表明与成人相比，新生儿对标准剂量肝素表现出既敏感又耐药，这与抗凝血酶Ⅲ/凝血酶比值紧密相关[29]。肝素剂量充足情况下，新生儿血浆比成人血浆对肝素更加敏感，产生相对较少的凝血酶；当肝素剂量不够时，抗凝血酶Ⅲ/凝血酶比值失调，表现出对肝素的耐药性也比成人高。老年人群在血管内皮、抗凝血系统、纤溶系统、血小板、血流改变等多方面均发生有利于血栓形成的改变。老年人群机体功能衰退，容易出现血管内皮损伤，血小板聚集性加强，这些变化都有可能影响肝素在机体的作用，从而造成对肝素敏感性减弱。机体各年龄阶段由于凝血和抗凝血系统的发育不完善或者衰退等原因，肝素用药剂量需要对应调整。年龄因素能显着影响肝素敏感性，所以临床用药上应充分考虑和评估患者实际情况，合理实施个体化用药。

　　3.6 肝素抗凝血酶结合位点

　　肝素中的抗凝血酶结合位点是碳水化合物-蛋白质结合位点之一，肝素链含有与抗凝血酶Ⅲ高亲和力的特殊五糖序列[5],该序列是肝素发挥抗凝血活性的关键位点。缺乏该序列的肝素对抗凝血酶Ⅲ的亲和性低约1 000倍，并且激活能力也很弱。抗凝血酶Ⅲ有2个主要的肝素结合区。Ⅰ区位于氨基酸28～53位点，包括抗凝血酶Ⅲ 28、29、53位点上的赖氨酸，均能与肝素结合。Ⅱ区位于氨基酸107～156位点，包括抗凝血酶Ⅲ 107、114、125、126、139位点上的赖氨酸和129、145位点上的精氨酸。Ⅰ、Ⅱ区是呈直线排列的正电荷氨基酸，使抗凝血酶Ⅲ能够与肝素的硫酸基团以电子键形成暂时性复合物，使肝素能成为凝血酶的快速抗凝剂。血浆中存在少量Asn135非糖基化的抗凝血酶Ⅲ库，这一氨基酸位于肝素结合区并且与肝素亲和力较强。抗凝血酶Ⅲ激活构象的变化涉及到肝素结合部位结构的改变，结合位点的功能缺陷可导致抗凝血酶Ⅲ的功能缺失。遗传性抗凝血酶Ⅲ缺陷不仅包括如前所述由于生成能力不足导致抗凝血酶水平减少和活性降低(Ⅰ型),还包括抗凝血酶Ⅲ结构的异常(Ⅱ型),最终表现为抗凝血酶Ⅲ活性减弱导致对肝素的敏感性减弱。Ⅱ型抗凝血酶Ⅲ缺陷包括Ⅱa型(又称ⅡRS型，反应位点变异),是在抗凝血酶Ⅲ与凝血酶的作用位点发生变异；Ⅱb型(又称ⅡHBS型，肝素结合位点变异),是在抗凝血酶Ⅲ与肝素的结合位点发生变异；Ⅱc型(又称ⅡPE型，多重变异),为抗凝血酶存在着多部位分子变异，呈多态性遗传缺陷。抗凝血酶对凝血酶蛋白的抑制功能、肝素辅助因子功能的丧失均与肝素结合位点的突变有关，这削弱了它对肝素的亲和力，导致对肝素的敏感性降低[30]。肝素结合位点变异的个体易发生血栓形成。在肝素结合位点缺陷的杂合子中，抗凝血因子Ⅹa活性显着降低，建议以抗凝血因子Ⅹa抗凝血酶作为一线检测指标，可用于诊断Ⅱ型肝素结合位点抗凝血酶缺乏症。

　　3.7 其他

　　肝素敏感性个体差异是遗传多态性和复杂多样的临床环境相互作用的共同结果[31,32]。大量输血、血液稀释、低温、血小板异常等因素均可能会影响肝素敏感性[2]。血液pH值降低会使凝血因子的酶活性增高，肝素的抗凝活性减弱，敏感性下降，所以血液的理化性质对肝素敏感性也有一定的影响。个体肝素反应不同在一定程度上还可能是由于肝素与血浆蛋白、巨噬细胞、血小板和内皮细胞的结合导致其生物利用度的个体差异造成的[33]。术前肝素化治疗、体外循环时间、手术类型、血小板因子4水平、肝素输注速率等都会影响肝素治疗效果。有研究报道不同民族之间肝素敏感性也存在着差异[34],但是具体原因还未阐明。也有研究报道非抗凝血酶介导的肝素敏感性还可能与副蛋白血症和高纤维蛋白原血症有关[35]。除此之外，肝素敏感性与患者的体质量、基础代谢率、肝肾功能、营养状况、白蛋白、抗菌药物等药物相互作用都有密切关系。导致个体肝素敏感性差异的因素有很多，不管是遗传因素还是环境因素，肝素敏感性的差异造成肝素临床用药上的不同。期望通过鉴别其敏感性，更深入地研究造成肝素敏感性差异的机制，根据不同个体肝素敏感性的差异实现精准的个体化抗凝方案。

　　4 总结与展望

　　肝素作为一种抗凝剂在临床上已应用几十年，随着药理学和临床医学发展，临床上对肝素的应用不断扩大，它主要是两种多糖交替连接而成的多聚体，体内外均有抗凝作用。它主要用于防治血栓形成，心血管手术、心导管、体外循环、血液透析等离不开肝素的应用。临床肝素用量按照国际标准或体质量来制定，但是因个体对肝素的敏感性不同，易造成肝素抗凝不足或抗凝过量等不良现象。在使用肝素的过程中，做到敏感性监测非常重要，可以根据凝血功能的具体情况，及时发现个体对肝素敏感性的差异，有效调整肝素用量。临床上尚未有一个准确的肝素个体化用药方案。规范化、合理化、个体化的抗凝治疗至关重要。

　　药物在体内的代谢往往受多基因调控，基于基因多态性调整用药剂量能够提高药物治疗的有效性、安全性、成本效益和临床治疗效果。受基因多态性调控代谢速率的药物，需要根据某个基因或结合某几个基因的基因型调整用药剂量。基因分型是利用生物学检测方法测定个体基因的技术，包括聚合酶链反应、DNA片段分析、寡核苷酸探针、基因测序、核酸杂交、基因芯片技术等。机体基因组的多态性是导致肝素反应多态性的重要因素，确定肝素的作用靶点，研究从表型到基因型的药物反应个体多样性，从基因水平研究证明和阐述肝素疗效以及作用模式和不良反应作用是实现个体化用药的重要手段。肝素相关基因如抗凝血酶Ⅲ基因、凝血酶基因、凝血因子Ⅹ基因的突变会引起体内酶的数量和活性的改变，从而改变肝素在体内的代谢和转运，导致不同个体对同一药物的代谢速率有明显差异。根据个体基因多态性调整合适的用药剂量是精准用药的一种重要策略，根据基因分型结果施行给药方案，是目前个体化提高疗效和降低药物不良反应的新进展。

　　肝素通过与抗凝血酶Ⅲ相互作用，增强其对凝血酶和凝血因子Ⅹ的灭活能力。患者凝血酶和凝血因子Ⅹ血浆水平越高，所需达到抗凝效果的肝素剂量就越高。肝肾功能不全患者应酌情减量。个体血浆凝血因子水平不同，先天性或后天获得性凝血因子的缺乏等因素均可造成机体对肝素敏感性的差异，从而导致肝素用药剂量的不同，所以肝素个体化用药需注意监测血浆凝血因子浓度。

　　肝素个体化用药需“因人而异”“量体裁衣”,在充分考虑每个患者的遗传因素、性别、年龄、体质量、生理病理特征以及合并用药等综合情况的基础上制定。因此，在肝素的临床使用过程中，医师应当充分结合药物的抗凝特点，对不同的个体制定科学合理的个体化药物治疗方案，从而实现健康利益最大化，药源性损害最小化，全面评估，结合患者的实际情况确定个体化用药方案，从而改善患者的预后和转归。

　　利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

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