纳豆激酶的生理学功能研究

纳豆激酶的生理学功能研究

魏华¹　赵祥颖²　刘建军^1，2

（1.山东省轻工业学院　济南　250100； 2.山东省食品发酵工业研究设计院　济南　250013）

摘要：通过血栓形成和溶解的生理学背景，阐述了纳豆激酶发挥溶栓功能的生理学机理，对纳豆激酶溶栓功能的相关实验研究进行了综述，并对纳豆激酶的开发应用前景进行了展望。

关键词：纳豆激酶，血栓，溶栓功能

纳豆是日本一种传统的大豆发酵食品，纳豆激酶（nattokinase）是由纳豆芽孢杆菌分泌的具有溶解纤维蛋白活性的一种丝氨酸蛋白酶，它是由275个氨基酸组成的不含二硫键的单链多肽。1987年日本须见洋行博士从2纳豆中提取纯化到一种纤溶酶，命名为纳豆激酶。日本人的平均寿命居世界首位，研究发现，这种长寿现象与日本人普遍长期食用纳豆有密切的关系^[1]。在民间，纳豆一直用来预防和治疗心脑血管疾病。

心脑血管血栓栓塞性疾病是危害中老年人健康最严重而又常见的疾病。据估计，全世界有血栓性疾病患者约1500万人。我国由于人口众多，人口老龄化速度加快，据估计每年因患心脑血管疾病而死亡的人数在200万人以上，占人口死亡原因的第一位。因此近年来对血栓形成机制的研究和抗血栓药物的开发深受医药界的关注^[2，3]。

目前对纳豆激酶的研究主要集中在其纤溶作用上，是因为相比较其他溶血栓药品，纳豆激酶具有很多生产上和药效上的明显优势，再开发成各种食品添加剂，功能性食品和药品上前景广阔，目前正引起医药及食品研究领域的广泛关注。

1　血栓形成的生理学背景

血液中存在着相互拮抗的凝血系统和抗凝血系统（纤维蛋白溶解系统） 。在生理状态下，血液中的凝血因子不断地被激活，从而产生凝血酶，将纤维蛋白原转化成微量纤维蛋白，沉着于血管内膜上，但这些微量的纤维蛋白又不断地被激活了的纤维蛋白溶解系统所溶解，同时被激活的凝血因子也不断地被单核吞噬细胞系统所吞噬。上述凝血系统和纤维蛋白溶解系统的动态平衡，即保证了血液有潜在的可凝固性又始终保证了血液的流体状态。但随着人年龄的增长，体内纤溶系统功能逐渐降低，导致血液中凝血与抗凝血功能失去平衡从而出现凝血，导致血栓形成。有时在某些能促进凝血过程的因素作用下，凝血与溶血的动态平衡被打破，凝血过程被触发，血液便可在心血管腔内凝固，也会形成血栓。

纤维蛋白溶解系统是人体最重要的抗凝系统，由以下4种主要部分组成：纤溶酶原、纤溶酶原激活剂（如t-PA，u-PA） 、纤溶酶、纤溶酶抑制物（如PAI-1） 。凝血过程中形成的纤维蛋白结块，在t-PA的存在下，纤溶酶原激活转化为纤溶酶。纤溶酶将纤维蛋白凝结块从精氨酸-赖氨酸键上分解形成各种可溶片段，溶栓治疗是指用药物来活化纤维蛋白溶解系统。

2　纳豆激酶溶栓功能的生理学机理

目前所用的溶栓药物大都是纤溶酶原激活剂型，均需通过激活纤维蛋白溶酶原转变为纤维蛋白溶酶，再与纤维蛋白结合，发挥溶栓作用，而其自身不能直接作用于纤维蛋白。而纳豆激酶则是对纤维蛋白原尤其是交联形式的纤维蛋白本身更加敏感，可直接将其水解成小肽和氨基酸^[19]，从而发挥直接溶解血栓的作用。

另外，除了可以直接溶解血栓，纳豆激酶还具有优越的间接溶栓作用和抗凝血作用^[4]。在血液凝固系统和纤溶系统的平衡过程中，纤溶酶原激活剂与激活剂的抑制因子起着关键的调控作用。根据体内研究发现，纳豆激酶可激活和转化体内尿激酶原（pro-UK）成尿激酶，同时还可促进血管内皮细胞产生内源纤溶酶原激活剂（t-PA） ，t-PA再催化纤溶酶原转变成纤溶酶。Urono T^[5]等还研究发现纳豆激酶可以水解纤溶酶原激活剂抑制剂（pAI-1） ，进一步保证了t-PA发挥激活纤溶酶的功能。纳豆激酶发挥其纤溶功能和药效的机理可以归纳为四个方面:直接溶栓；刺激血管内皮细胞产生内源纤溶酶原激活剂；激活体内尿激酶原转变为尿激酶；降解和失活纤溶酶原激活剂的抑制剂。

3　纳豆激酶溶栓作用的研究

大量的纤维蛋白平板实验、动物血栓模型实验和临床实验的研究都证明了纳豆激酶具有很强的溶栓作用^[6]，下面分别从纳豆激酶的体外溶栓作用、体内溶栓作用、给药方式及安全性几个方面对其溶栓作用进行了探讨。

3.1　体外实验研究

在筛选产纳豆激酶菌种或者测定纳豆激酶纤溶活性的过程中，通常制作血纤维蛋白平板，通过观察蛋白溶解后的透明圈情况来确定所产酶的溶纤性质，酶活力都以相当于尿激酶的纤溶活力计。

另外也可以制作血纤维蛋白凝块^[12]，通过观察酶溶解凝块的速度确定所产酶的纤溶性质。段智变等^[13]研究纳豆激酶溶栓性质时，以正常山羊静脉血凝块为实验对象，发现作用10、22h后，纳豆激酶组的溶解率分别为78.23 %、98.16 % ，生理盐水对照组则分别为21.43%、23.91%。饶颖竹等^[14]研究纳豆激酶溶栓性质时，以新鲜鸡血凝块为实验对象，发现作用1.5h、4.5h后纳豆激酶的溶解率分别为32.3% （相当于400IU的尿激酶效果） 、47.5%，尿激酶对照组分别为32%、35%左右；生理盐水对照组为20%、25%左右。1.5h后尿激酶和生理盐水的血块溶解率基本上不再上升，但NK的血块溶解率仍继续上升。

通过以上研究结果可以证明纳豆激酶的强的体外溶栓活力，并且可以判断其具有作用迅速，作用时间长的特点。

3.2　体内实验研究

大量的动物实验都验证了纳豆激酶的体内溶栓高效性。

Mitsugu F等^[15]对大鼠静脉注射给药后，实验发现纳豆激酶不仅具有溶栓作用，而且溶栓作用很强，是血纤维蛋白溶酶（plasmin）纤溶能力的4倍以上。

杨艳燕等^[16]对小鼠十二指肠内给药后，3～5h即检测出纳豆激酶并产生纤溶效果。另外对狗人工造成外静脉血栓，实验组喂食4粒纳豆激酶胶囊（250 mg／粒） ，对照组喂食煮熟大豆，通过血管造影术观察血栓溶解情况。结果对照组18h后，仍无溶栓现象，而实验组5h后血栓即完全溶解，血液循环完全恢复。这表明口服纳豆激酶溶栓效果显著，明显缩短了优球蛋白的溶解时间（ELT） ，即纤维蛋白凝块溶解所需时间。

段智变等人^[13]对大耳兔制造颈动脉血栓模型，十二指肠注射给药，分纳豆激酶高、低剂量组，高剂量组（4500 IU/kg）给药1、1.5h后，凝血时间（CT） 、凝血酶原时间（PT） 、凝血酶时间（TT）和活化的部分凝血活酶时间（APTT）均显著延长，2h后优球蛋白溶解时间（ELT）和纤维蛋白原（Fig）含量显著降低，纤维蛋白降解产物（FDP）含量明显增高，血浆D-二聚体（D-dimer）呈阳性；低剂量组（2500 IU/ kg） CT、PT和APTT各指标及Fig含量无显著变化，但ELT明显缩短，FDP含量、TT值显著增高，且血浆D-dimer呈阳性。说明纳豆激酶溶栓效果显著，并且具有抗凝作用。

石有斐^[17]首次研究了纳豆激酶静脉给药后的体内药代动力学。以家兔为实验对象，采用灵敏的双抗体夹心酶联免疫吸附法检测给药后不同时间的血药浓度。结果显示纳豆激酶在家兔体内的药时曲线符合二室模型，纳豆激酶能显著地溶解体内血栓，明显缩短优球蛋白的溶解时间，并能激活静脉内皮细胞产生纤维蛋白的溶酶原激活剂（t-PA） 。

王俊菊等^[18]以内蒙古吉蓝太化工集团呼和浩特市制药厂的纳豆激酶产品，给正常的家兔、大鼠通过耳静脉注射纳豆激酶高低剂量组、生理盐水对照组、肝素组，再经过耳静脉采血检测反映凝血性质和纤溶性质的各个参数变化情况，进而探讨和研究纳豆激酶抗凝血作用。结果表明纳豆激酶能显著延长正常家兔的全血凝固时间、血浆复钙时间、凝血酶时间，大鼠的凝血活酶时间、凝血酶引起的纤维蛋白凝固时间、凝血酶原时间，表明纳豆激酶具有抗凝血作用，该结果为其抗凝血及抗血栓作用的进一步研究提供了基础。

经过实验研究分析，纳豆激酶的抗凝血作用是通过影响凝血过程的三个阶段实现的。

血液凝固过程涉及十分复杂的理化反应和酶促反应，有很多凝血因子参与，通过多种酶原被相继激活而得到加强和放大的一种连锁反应。可分为三个阶段：第一阶段为凝血酶原激活物形成，形成途径分为内源性和外源性。第二阶段为凝血酶形成。第三阶段为纤维蛋白形成。纤维蛋白可形成不溶性聚合体，包裹各种血细胞，血液便凝固为血块。

在凝血的第一阶段，NK能显著延长家兔凝血时间（CT）和血浆复钙时间（RT） ，表明其对内源性凝血途径有抑制作用;NK还能显著延长大鼠凝血酶原时间（PT） ，表明其对外源性凝血途径也有抑制作用。 NK能够抑制内源性和外源性凝血途径，从而抑制了凝血活酶的形成，NK显著延长大鼠部分凝血活酶时间（PTT）的结果更充分说明了这一点。此外，在凝血过程的第二阶段，NK能显著延长凝血酶引起的纤维蛋白凝固时间，在凝血过程的第三阶段，NK能显著延长凝血酶时间（TT） 。从而表明，NK对凝血过程的三个阶段都有影响，与肝素相比，作用缓和，不易引起出血。

通过以上大量实验研究，证明纳豆激酶在体内和体外均具有显著的溶栓效果，而且作用迅速、疗效时间长、且安全可靠，是一种具有开发潜力的食源性溶栓药物。

3.3　纳豆激酶给药方式实验研究

与其他溶栓及相比，纳豆激酶不仅可以静脉注射，还有很好的口服吸收的溶栓效果。

王萍等^[19]认为纳豆激酶在胃环境中极不稳定，而不会被胰酶降解，经过口服后是以完整蛋白分子经肠道吸收发挥溶栓作用的，因此纳豆激酶口服剂需要避免胃环境的首过效应，必须制成肠溶型制剂。至于纳豆激酶经吸收后，在血液中的浓度高低及其对血液中的细胞成分的影响，是今后开发纳豆激酶溶栓药物或食品过程中有待于研究的问题。

Fujita M等^[20]研究了纳豆激酶在小鼠肠道中的吸收过程，结果显示血液中的纤维蛋白出现降解现象，这说明该酶能够穿过肠壁进入血液。

3.4　纳豆激酶安全性的实验研究

Kumada等^[21]给健康人口服纳豆激酶后，观察发现血中优球蛋白溶解时间（ELT）大大降低；优球蛋白的纤溶活性（EFA）提高，在第4天达到最高值，并维持到第8天；纤维蛋白降解产物（FDP）在第1天即迅速达到最高值。另外，Sumi H等^[22]给健康人口服纳豆激酶，同样观察发现它可以明显缩短优球蛋白溶解时间、增加血栓溶解面积和血栓分解产物。

日本生物科学实验室^[23]对小鼠进行大剂量喂服纳豆激酶的毒性研究，未发现畸变现象。而且日本上千年来食用纳豆的历史也说明了纳豆激酶的安全性。

纳豆激酶是目前发现的近200种具有口服溶纤作用的物质中最具潜力的溶纤蛋白酶^[13]，100g湿纳豆中含有的纳豆激酶活性相当于16万单位的尿激酶。

4　纳豆激酶的开发意义

大量实验研究工作都证明了纳豆激酶体内外溶栓效果的高效安全性及作用的优势。目前临床注射的抗血栓药物如尿激酶、链激酶等，是作为纤溶酶原的激活剂来发挥溶栓作用，因此副作用大，且在人体内的半衰期过短，只有3～20min，要使其达到应有的疗效，必须大剂量长期用药，容易产生全身性出血的倾向^[24]；而纳豆激酶直接作用于纤维蛋白来发挥纤溶作用，所以服用后副作用小，不易引起出血倾向^[3，5，6]，并且在体内的半衰期则长达8h，能温和持续的提高血液的纤溶活性。国内外在治疗血栓病方面正趋向于低效高价、易吸收、体内半衰期长以及可以口服的药物或保健品方向发展。而纳豆激酶源于传统发酵食品，由细菌发酵生产，生产工艺简单，安全性高，无副作用，作用迅速且持续时间长，完全符合治疗血栓病的药品和食品基料的要求。

综上所述，对纳豆激酶纤溶功能的研究开发，不仅有非常优厚的经济和市场背景支持，而且具有很多高效安全等药效上及生产上的优势。纳豆激酶不仅在将其开发为实用的新型溶栓剂和功能性食品上开发前景广阔，而且更加因为其在抗凝血的功能，在预防血栓方面开发成为功能性食品和药物前景也很广阔。

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