氨甲环酸非止血功效的研究进展

王景文,王琪,王晓东

(上海优斐斯生物科技有限公司,上海 201403)

氨甲环酸,又称传明酸、凝血酸,化学名称为反-4-氨甲基环己烷甲酸,分子式为C8H15NO2。氨甲环酸是一种合成氨基酸,常温下为无臭白色结晶粉末,易溶于水,不溶于乙醇、乙醚、丙酮。氨甲环酸及其片剂、胶囊、注射液,作为止血药,被收录在《中华人民共和国药典》中[1]。

氨甲环酸通过其抗纤溶作用发挥止血功效。纤溶酶原是存在于血浆中的糖蛋白,而纤溶酶是纤溶酶原水解形成的一种蛋白,也是分解纤维蛋白的关键酶,该酶还在细胞外基质降解、伤口愈合、组织重塑、病原体入侵和癌症迁移等多种生理和病理过程中发挥着重要作用。纤溶酶原通过其Kringle结构域上的赖氨酸结合位点的介导作用形成紧凑的封闭构象,以防止被激活或非特异性地结合,但赖氨酸及其类似物会对这种介导作用造成干扰,使纤溶酶原转换成开放构象,暴露出激活回路,从而被组织型或尿激酶型纤溶酶原激活剂激活而水解产生纤溶酶。作为纤溶酶底物的纤维蛋白,暴露着赖氨酸残基,可以与纤溶酶原上的赖氨酸结合位点结合,来促进纤溶酶原的激活[2-3]。而氨甲环酸具有与赖氨酸类似的空间构型,可以竞争性地与纤溶酶原上的赖氨酸结合位点结合,来减少纤溶酶原与纤维蛋白的结合,从而抑制纤维蛋白降解来稳定血凝块,最终达到止血的目的,被广泛应用在心脏、骨科、产科、创伤科等手术中,来减少术中出血量和输血量,降低患者的发病率和死亡率[4]。但氨甲环酸的功效不止局限于止血作用,查阅并研读近5年来与氨甲环酸非止血功效的相关文献,并对相关功效和作用机制进行综述,并对其创新应用进行了讨论与展望,以期为氨甲环酸的临床应用的拓宽和创新提供参考。

1 氨甲环酸的非止血功效

1.1 保护线粒体

紫外线辐射导致细胞内产生各种活性氧,过多的活性氧会使细胞损伤累积,导致线粒体功能丧失。此外线粒体的氧化磷酸化作用,使得线粒体成为细胞中自由基最多的生产者,线粒体DNA易受到活性氧的作用而发生突变或遭受损伤。线粒体受损的特征是其标志物(PGC1α、Tom20、COX IV)的表达水平降低。

Eltania等[5]通过给暴露在紫外线下的小鼠皮肤涂抹3%～5%氨甲环酸乳膏,发现氨甲环酸可以提高小鼠皮肤中线粒体标志物的表达水平,这表明氨甲环酸可以减少紫外线诱导的线粒体损伤。Prudovsky等[6]研究了氨甲环酸对人脐静脉内皮细胞的保护作用,发现氨甲环酸可以增强线粒体的呼吸能力,并抑制线粒体自噬和线粒体DNA的释放,保护内皮细胞单层免受损伤,从而预防全身性内皮病变。此外,氨甲环酸可以使线粒体的长度增加,增加细胞中腺嘌呤核苷三磷酸的生成量。

1.2 抗菌

常见的抑菌机理有:破坏菌体的细胞膜或细胞壁,使内容物泄露;作用于菌体细胞内部的蛋白质、DNA等物质,阻碍其表达和合成;抑制菌体细胞内的能量酶系统,阻碍其代谢过程。氨甲环酸的抑菌机理与以上有所不同。

Wang等[7]基于金黄色葡萄球菌感染小鼠假膝关节模型的研究,发现氨甲环酸在体外和体内均能有效抑制细菌生物膜的形成,10～50 mg·mL-1氨甲环酸溶液的抑制率为80%～90%,该抑菌作用是通过氨甲环酸降低生物膜中的蛋白质、多糖成分,和增强感染区中性粒细胞的浸润来实现的。Slokar等[8]报道了氨甲环酸也可以通过改变细菌的滞后期持续时间、指数生长速率和种群密度来抑制表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌等细菌的生长。Benjumea等[9]通过体外模型来评估了氨甲环酸对细菌生长的影响,结果表明仅当细菌处于浮游形式时,10 mg·mL-1的氨甲环酸溶液显著抑制了金黄色葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌的生长。由此可见,氨甲环酸在预防感染中发挥着重要作用。

1.3 抗病毒

抑制病毒编码离子通道活性的药用分子可以作为潜在的抗病毒药物,Lahiri等[10]通过阳性基因筛选和酸碱性依赖性测定交叉测定,发现氨甲环酸对登革热病毒DP1有抗病毒活性,可以作为未来的抗病毒治疗药物。

纤溶酶原/纤溶酶系统在病毒致病性中发挥着诸多作用,其中纤溶酶原不受控制的激活可导致全身纤维蛋白溶解和内出血,这也是严重急性呼吸综合征冠状病毒-2患者常见的死亡原因之一,Kaur等[11]报道了抑制纤溶酶可以作为治疗严重急性呼吸综合征冠状病毒-2的新策略,包括氨甲环酸在内的几种药物已被重新利用,目前处于治疗新型冠状病毒感染的临床试验阶段。

1.4 抗癌

Hiramoto等[12]使用7,12-二甲基苯并蒽和连续UVA照射诱导的小鼠非黑色素瘤皮肤癌模型,研究了口服氨甲环酸对非黑色素瘤皮肤癌的影响,结果表明氨甲环酸可以通过调节纤溶酶/巨噬细胞/白细胞介素-6/转录激活因子3/细胞周期蛋白D信号通路来改善非黑色素皮肤癌,这种改善作用可能是通过抑制白细胞介素-6诱导的血管内皮生长因子表达来介导的,说明氨甲环酸可以预防或治疗因长期紫外线照射引起的皮肤癌。

Law等[13]报道了氨甲环酸通过抑制癌细胞对精氨酸和赖氨酸的吸收来降低黑色素瘤、乳腺癌、前列腺瘤、神经母细胞瘤等多种癌细胞系的活力。此外,氨甲环酸也可以抑制蛋白质合成并减少组蛋白乙酰化,降低致癌转录因子STAT3和激酶S6K1的活化磷酸化,降低MYC癌蛋白的表达。以上表明,氨甲环酸是很有潜力的新型抗癌药物。

1.5 延缓衰老

Hiramoto等[14]研究了口服氨甲环酸对小鼠皮肤自然老化的影响,证实氨甲环酸可以延缓皮肤的自然衰老,机制为氨甲环酸通过其抗纤溶酶作用来抑制金属基质蛋白酶的活化,减少细胞外基质的降解,增加I型胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白的表达。雌性小鼠的皮肤的抗衰效果优于雄性小鼠,原因是氨甲环酸可以显著提高雌性小鼠17β-雌二醇的水平,激活转化生长因子-β/表皮细胞/透明质酸合成酶3/透明质酸的通路,诱导透明质酸合成,增强皮肤保水能力,减少皮肤皱纹。

Hiramoto等[15]也研究了口服氨甲环酸对自然衰老小鼠寿命的影响,发现氨甲环酸给药组小鼠的寿命显著延长,且在对照组和溶剂组小鼠的皮肤上观察到斑疹、肿瘤和损伤,氨甲环酸给药组小鼠中则没有观察到相关症状。具体作用机制为氨甲环酸抑制纤溶酶合成,减少激肽产生,降低血液中活性氧、白细胞介素-6、金属基质蛋白酶-9、肿瘤坏死因子-α的水平,抑制炎症反应和衰老疾病的发生,从而显著延长小鼠寿命。Endo 等[16]则报道了氨甲环酸通过抑制UVA照射的成纤维细胞中前列腺素的合成,来减少对胶原蛋白和纤维蛋白-1的破坏,氨甲环酸还可以抑制成纤维细胞中自由基的形成,发挥类似抗氧化剂的作用,氨甲环酸具有抗光老化的潜力。

1.6 治疗痤疮

痤疮是毛囊皮脂腺单位发生的一种慢性炎症性皮肤病,多由皮脂腺过渡分泌、毛囊皮脂腺导管角化异常、痤疮丙酸杆菌增殖或炎症免疫反应等因素引起。

Charoenwattanayothin等[17]报道在轻度至中度痤疮患者面部涂抹10%的氨甲环酸精华液,第4周可以观察到炎症性痤疮症状明显减轻,丘疹和脓疱减少,红肿区域消退更快,这得益于氨甲环酸的抗炎作用。

1.7 治疗玫瑰痤疮

与痤疮不同,玫瑰痤疮是一种以免疫系统异常、血管高反应性为特征的慢性面部炎症疾病。

Bageorgou等[18]报道的仅用氨甲环酸溶液敷料湿敷和微针联合氨甲环酸溶液敷料湿敷两种治疗方案,都使玫瑰痤疮患者的症状得到了有效改善,其中仅用氨甲环酸溶液敷料湿敷较为温和,没有不良反应。Li等[19]采用抗菌肽LL37诱导小鼠模型和人永生化表皮细胞模型研究得出,氨甲环酸通过降低Toll样受体2、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α、趋化因子CCL10的表达发挥抗炎作用,通过下调血管内皮生长因子表达水平抑制血管生成,从而改善玫瑰痤疮的症状。

1.8 治疗黄褐斑

黄褐斑是一种常见的获得性皮肤疾病,通常对称性地发于面部,特征是病变部位色素沉着和真皮毛细血管增加,女性患病率较高。其发病机制复杂,病因包括紫外线、激素、家族遗传等,其病程慢、复发率较高,治疗仍然具有挑战性。氢醌一直以来被认为是治疗黄褐斑的黄金标准药物,效果毋庸置疑,但局部会有不良反应。

Janney等[20]比较了外涂5%氨甲环酸溶液与3%氢醌霜治疗黄褐斑的疗效,结果两者的治疗效果相同,且患者对氨甲环酸溶液的满意度较高;相对于氢醌霜,氨甲环酸配制工艺容易,稳定性好。

角质形成细胞在受到紫外线损伤后释放的血管内皮生长因子,被认为是黄褐斑中黑色素细胞活性增加的因素之一,可能成为黄褐斑等色素沉着性疾病治疗的新靶点。

Zhu等[21]研究了氨甲环酸对人脐静脉内皮细胞和表皮黑色素细胞中血管内皮生长因子受体的影响,结果表明血管内皮生长因子受体信号通路参与黑色素生成和血管形成,氨甲环酸可以通过抑制该受体激活,并抑制黑色素细胞中黑色素生成蛋白的表达来降低酪氨酸酶活性,从而来减少黑色素和血管的生成。

口服氨甲环酸是一种治疗黄褐斑的方法,Pomerantz等[22]对黄褐斑患者的面部病变区域和正常区域进行了动态光学相干断层扫描,发现病变区域的血流量和血管直径都比正常区域的大,口服氨甲环酸可以减小皮肤的血流量和血管直径,且在病变性黄褐斑皮肤上的减少更为显著,这说明氨甲环酸对血管生成和血管结构有调节作用,揭示了黄褐斑和皮肤血管之间的关系。Ebrahim等[23]报道了皮内注射和微针注射氨甲环酸也可以安全有效地治疗黄褐斑,且微针治疗的满意度较高。

1.9 治疗银屑病

银屑病是一种慢性的自身免疫性炎症性皮肤疾病,常伴有皮肤病变和角质细胞增生异常。

Hseu等[24]通过对咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型和白细胞介素-17诱导的人工生化表皮细胞模型的研究发现,氨甲环酸乳膏可以减少银屑病小鼠背部皮肤的红斑、厚度和脱屑,抑制耳表皮炎症、角化过度和增生,减小耳壁厚度。在白细胞介素-17诱导的人永生化表皮细胞中,氨甲环酸抑制Nod样受体3的激活,抑制白细胞介素-1β的表达,抑制核因子E2相关因子2介导的角蛋白17的生成,这四种物质都是银屑病的生物标志物。以上证实氨甲环酸在体内和体外都可以减轻银屑病的炎症,表明氨甲环酸是一种很有潜力的银屑病治疗药物。

1.10 治疗炎症后色素沉着

炎症后色素沉着是一种获得性色素异常的皮肤科疾病,通常由创伤、机械损伤、光电项目、手术、化学换肤、烧烫伤、皮肤炎症等因素引起,位于表皮的角质形成细胞受到以上因素的刺激,相应的信号通路被激活,分泌出各种炎症因子,促使黑色素细胞合成分泌的黑色素增加,造成色素沉着。

20%杜鹃花酸乳膏在治疗色素沉着方面,比4%氢醌制剂有效,Sobhan等[25]分别使用20%的杜鹃花酸乳膏和5%的氨甲环酸溶液治疗痤疮导致的色素沉着,结果表明,两者均可以有效治疗炎症后色素沉着,且氨甲环酸比杜鹃花酸更安全。其中杜鹃花酸可能通过抑制线粒体酶和DNA合成对黑色素细胞产生毒性作用。氨甲环酸则通过阻断纤溶酶原的赖氨酸结合位点来抑制纤溶酶原向纤溶酶的转化。这种抑制作用使游离花生四烯酸和前列腺素的产生减少[26],黑色素细胞中酪氨酸酶活性降低,从而使黑色素合成减少。

1.11 美白

黑色素细胞产生的黑色素,参与皮肤颜色的形成,并保护皮肤组织免受紫外线损伤。美白是指减轻或减缓正常皮肤的色素沉着,达到皮肤美白增白效果。杜鹃花醇是一种皮肤美白成分,导致日本的某些消费者群体患上了白癜风,因为杜鹃花醇可以诱导黑色素细胞死亡[27]。

Bjerke等[28]提出了一个参考标准,通过评估与化学性白癜风相关的化合物的物理和化学特性,并采用结构-活性关系解析和预测代谢工具来确定化合物是否有增加诱发化学性白癜风的风险。通过筛选试验得知,其中有3种化合物不能形成醌,并且在体外没有黑色素细胞毒性,分别为羟基肉桂酸,氨甲环酸、烟酰胺,当这3种成分以相关浓度的护肤品局部应用于人体皮肤时,被认为不会引起化学性白癜风。欧洲化妆品安全报告也没有指出使用含有氨甲环酸的化妆品会有任何健康风险。

Batory等[29]提及氨甲环酸在皮肤护理品中理想浓度是2%-5%,此时可以有效减少色素沉着,浓度高出这个范围可能会引起刺激,且效果不会增强,酸性的氨甲环酸制剂比碱性的制剂更有效。通过研究发现,5%氨甲环酸的制剂(pH值2.38)可以显著减少黑色素生成,并对维持适当的皮肤水合水平、表皮脂质和经皮水分散失有着显著影响,这是因为氨甲环酸可通过破坏纤溶酶原结构来阻止纤溶酶原与角质形成细胞赖氨酸结合位点的结合来减少色素沉着。另外氨甲环酸分子中含有氨基和羧基,可以通过与水形成氢键来达到保湿的作用。

2 讨论与展望

凝血酸由于其分子结构和抗纤溶作用衍生出诸多功效,例如止血、保护线粒体、抗菌、抗病毒、抗癌、延缓衰老,治疗痤疮、玫瑰痤疮、黄褐斑、银屑病、炎症后色素沉着,美白、保湿、抗炎等功效,另外氨甲环酸还具有预防肌肤粗糙、加快表皮更新、修复皮肤屏障的功效。

氨甲环酸在诸多功效中应用最广泛的是止血,常用的给药方式是口服和注射,但长期口服和注射氨甲环酸会有导致血栓形成、视力缺陷、肝肾功能损害等多种不良反应的风险,需要按医嘱严格控制剂量和给药次数。

氨甲环酸在治疗皮肤疾病和提升皮肤白度上应用也比较多,给药方式通常有口服、注射、外用3种,其中外用方式减少了口服药物全身成的副作用和注射侵入性的疼痛,比较安全有效,是治疗皮肤疾病最有利的给药途径。

外用制剂以溶液、乳霜为主,但氨甲环酸的亲水性和氢键作用较强,较难通过皮肤角质层屏障,需要通过提高其经皮渗透性来增强功效,最常用的方式是增加制剂中氨甲环酸的浓度,但同时提高了刺激风险。其次是研究不同的给药系统或剂型,通过优化制剂来提高经皮渗透,例如脂质体、微针、微珠等[30],具有实现表皮靶向的潜力,使局部治疗更有效,但由于氨甲环酸的亲水性,以及脂质体本身的不稳定和易被制剂的其他成分破坏,使得其在脂质体的包封仍然是一个很大的挑战。

可溶性微针是比较有潜力的促渗方法之一,其由聚乙烯吡咯烷酮或透明质酸钠等水溶性高分子制成,具有足够的机械强度穿透角质层,直接作用于表皮基底层,该技术是一种微创经皮给药方法,为氨甲环酸等水溶性药物的经皮给药提供了便利性。与传统的固体微针相比,可溶性微针可以直接装载药物,实现患者的自行无痛给药。Xing等[31]以聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮为基体材料,制备了含有氨甲环酸的可溶性微针,该可溶性微针具有良好的透皮性、溶解性和稳定性,与固体微针相比,可溶性微针显著促进了氨甲环酸的透皮累计释放量,又经药代动力学研究显示,可溶性微针的生物利用度至少是口服给药的1.3倍。氨甲环酸可溶性微针明显减少了黑色素在黄褐斑豚鼠皮肤中的沉积,且效果显著。

众多研究者也通过对氨甲环酸的氨基或羧基进行了化学修饰,制备氨甲环酸衍生物来提高其经皮渗透,同时强化氨甲环酸的功效或者赋予衍生物以新的功效。鲸蜡醇氨甲环酸酯盐酸盐是日本医药部外品的美白功效成分,进入皮肤后被酯酶水解转化成氨甲环酸,同样可以抑制角质形成细胞分泌前列腺素E2来防止黑色素细胞被激活产生黑色素[32]。da Silva Souza等[33]通过测试了另一种氨甲环酸的衍生物,鲸蜡醇氨甲环酸酯甲磺酸盐的安全性和美白功效,结果显示,与氨甲环酸相比,鲸蜡醇氨甲环酸酯甲磺酸盐除了可以减少色素沉着之外,其缓解皮肤红肿的功效更强,功效作用时间更长(长达8周)。鲸蜡醇氨甲环酸酯甲磺酸盐具有更高水平的皮肤靶向性。Xing等[34]合成的5-冰片氧基-3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮的氨甲环酸衍生物,其止血性能优于氨甲环酸,且具有潜在的抗菌、抗炎、镇痛作用。王晓东等[35]发明了一种脂肪酰凝血酸盐,可代替传统表面活性剂,发挥乳化、清洁或分散的作用,因其还具有舒缓、美白或修护的功效,它的应用不仅避免传统表面活性剂残留引起的皮肤刺激,而且会改善肌肤问题。

综上所述,氨甲环酸在不同病理模型、临床病例上的尝试,功效机理的探究,使得氨甲环酸的应用范围得到的拓展;新剂型和衍生物的制备可以降低传统使用方式上的风险,并使功效得到了靶向发挥。以上研究为氨甲环酸的治疗更多的疾病等相关实际应用提供了参考,机理探究、靶向治疗依旧是今后的研究方向。