Heparinase

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Einführungen

Heparinasen sind eine Klasse von Polysaccharid-spaltenden Enzymen, die auf Heparin oder Acetylheparin-Moleküle wirken. Heparinasen umfassen sowohl mikrobiell produzierte Enzyme, die Heparin oder Acetylheparansulfat durch Spaltung abbauen, als auch endogene (heparanase-ähnliche) Enzyme, die in Tieren produziert werden und Acetylheparansulfat durch Hydrolyse abbauen.

Quelle

Heparanase wurde hauptsächlich aus einigen Bakterien isoliert, die Heparin als Kohlenstoffquelle nutzen, und wurde ursprünglich aus Flavobacterium heparinum gewonnen. Darüber hinaus wurde Heparinase in vielen Mikroorganismen wie Corynebacterium sp. gefunden. Allerdings ist Flavobacterium heparinum nach wie vor die einzige Quelle für kommerzielle Heparinase. Drei Heparinasen wurden aus Heparinibacterium heparinum isoliert und gereinigt: Heparinase I, II und III, die unterschiedliche enzymatische Eigenschaften aufweisen. Unter den drei Heparinasen, die aus Flavobacterium heparinum gereinigt wurden, wurde nur die Struktur von Heparinase II aufgeklärt, und sie hat die geringste Substratspezifität; Heparinase I ist am besten geeignet für die Herstellung von niedermolekularem Heparin.

Eigenschaften

Heparanase schneidet selektiv die α(1-4) glykosidische Bindung zwischen Glucosamin und Glyoxylat in sulfatierte Heparin-Glykane, und drei verschiedene Heparanasen (Enzym I, Enzym II und Enzym III) haben sehr unterschiedliche Spezifitäten. Heparanase I bricht die Verbindung zwischen Heparin und Acetylheparansulfat (relative Aktivität etwa 3:1) in Glucosamin und o-Aidulosulfat, und das Produkt ist hauptsächlich Disaccharid. Dieses Enzym schneidet auch die Antithrombin-III-bindende Pentasaccharidstelle im Heparinmolekül.

Aktivität

Heparanase schneidet selektiv die α(1-4) glykosidische Bindung zwischen Glucosamin und Glucuronid in sulfatierte Heparan-Glykane, und drei verschiedene Heparanasen (Enzym I, Enzym II und Enzym III) haben sehr unterschiedliche Spezifitäten. Heparanase III schneidet Heparansulfat an der 1-4-Verknüpfungsstelle zwischen Hexosamin und Glucuronid und produziert hauptsächlich Disaccharide. Dieses Enzym wirkt nicht auf Heparin und niedermolekulares Heparin.

Anwendungen

Heparinase hat viele wichtige pharmazeutische Anwendungen, die Hauptverwendungen sind wie folgt.

(1) Herstellung von niedermolekularem und ultraniedermolekularem Heparin

Niedermolekulare und ultraniedermolekulare Heparine haben antikoagulative Eigenschaften und spezielle Effekte bei der Hemmung der vaskulären Proliferation, der Verhinderung von Tumormetastasen, der Behandlung von Krebs und der Antiallergie. Die Herstellung von niedermolekularem Heparin durch Heparinase ist eine ideale industrielle Produktionsmethode, da sie mild, umweltfreundlich ist und nicht auf die Sulfatgruppe wirkt.

(2) Eliminierung von Heparin aus zirkulierendem Blut in vitro

Einige kritisch kranke Patienten, wie z.B. uremische Patienten, benötigen während der Operation eine extrakorporale Zirkulation des Blutes, während der Heparin hinzugefügt wird, um Blutgerinnung zu verhindern. Um zu verhindern, dass Heparin im Blut verbleibt und die Blutgerinnung beeinflusst, wird klinisch Fisetin hinzugefügt, um Heparin zu neutralisieren. Klinische Studien haben gezeigt, dass Fisetin die Thrombozyten stark schädigt und die Stabilität des arteriellen Blutdrucks beeinträchtigt, während Heparinase keine solchen Nebenwirkungen hat und daher ein ideales alternatives Material ist. Es sollte beachtet werden, dass Heparinase auch die extrazelluläre Matrix abbaut, sodass die Heparinase, die zur Entfernung von Heparin aus dem Blut verwendet wird, ebenfalls immobilisiert werden muss, und es ist erforderlich, dass die Heparinase nicht immunogen ist.

(3) Bestimmung der genauen Struktur von Heparin

Das zu analysierende Heparin wird zunächst durch gereinigte Heparinase aus Heparin Flavobacterium abgebaut, um das Tetrasaccharidprodukt zu erhalten, und dann erfolgt eine tiefere Zersetzung durch gereinigte Acetylheparinase, ebenfalls aus Heparin Flavobacterium, und die Struktur des entsprechenden Heparins kann durch Analyse des Endprodukts abgeleitet werden.