抗凝藥物被用于預防和治療血栓性疾病。近日，Nature官網回顧了抗凝藥物發展歷史，總結了14個里程碑，包括肝素和華法林的發現、低分子肝素的合成以及新型口服抗凝藥和解毒劑的出現等。出血和凝血之間的平衡仍然推動著新藥研究和最佳劑量方案的探索。
里程碑1：肝素的發現和提純
肝素是第一個被發現和分離出來用于醫療的抗凝藥，是目前仍在用于臨床的最古老的藥物之一。事實上，肝素仍然在WHO基本藥物標準清單中，是一種安全有效的藥物。
肝素是一種體內肥大細胞和嗜堿性粒細胞產生的天然黏多糖。這種物質在百年前被發現。1916年，Jay McLean還是美國約翰霍普金斯醫學院的二年級醫學生，師從于生理學家William Henry Howell。他們最初研究腦磷脂，當時認為是一種促凝血物質，可以中和抗凝血酶，從而使凝血酶原激活，導致凝血。這項工作之后，McLean從狗的肝臟中提取了脂溶性化合物，這種物質在體外似乎具有抗凝作用。后來，McLean在賓夕法尼亞大學繼續他的腦磷脂研究，而Howell實驗室繼續開展抗凝藥的研究工作。
透射電鏡：活化的肥大細胞釋放含肝素和組胺的顆粒
圖片來源：Science Photo Library / Alamy Stock Photo
1918年，Howell等人分離出另一種脂溶性抗凝藥，命名為heparin（肝素）。1922年，Howell提出了水提取方案，并于1926年對方案進行了完善，得到了水溶性多糖抗凝藥，他也命名為“肝素”，盡管與之前分離出的化合物不同。商業生產的水溶性肝素含有雜質，會引起頭痛、發熱、惡心等不良反應，限制了藥物的使用。
1929年，Charles Best（與Frederick Banting共同發現了胰島素）和研究生Arthur Charles決定進一步提純肝素，以減少或消除不良反應，并證明其在預防血栓形成方面的作用。1937年4月16日，肝素的純化形式首次用于人體，可延長凝血時間且沒有毒副作用。
1935年，瑞典生理學家發表了他對肝素結構的研究，并允許一家瑞典公司生產靜脈注射用肝素。1949年，Peter Moloney和Edith Taylor獲得了低成本、高收率生產肝素的專利，使這種藥物得以被廣泛使用。
里程碑2：華法林——從滅鼠藥到醫用抗凝藥
華法林的發現溯源于20世紀20年代加拿大和美國北部草原。當時人們發現，很多以前健康的牛開始死于不明原因的內出血。當地獸醫Frank W. Schofield和Lee M. Roderick調查后得出結論，發霉的甜三葉草是引起出血的原因，通過喂食時撤除發霉的干草或輸入新鮮血液可以逆轉這種疾病。這種疾病最初被命名為“甜三葉草病”，Roderick則將這種獲得性凝血障礙命名為“血漿凝血酶原缺陷”。
1940年，Karl Link等人從發霉的干草中分離出了具有抗凝作用的雙香豆素。1945年，Link考慮使用香豆素衍生物作為滅鼠藥。雙香豆素的作用太慢，Link等人從150中香豆素變異結構中找到了42號，后來被命名為“華法林”，并于1948年作為滅鼠藥上市。
1951年，一名美國士兵服下華法林鼠藥試圖自殺。這位老兄被送到醫院，意外地經過維生素K治療后就完全康復了。自此，人們發現維生素K可以對抗華法林的“毒性”作用。經過研究，1954年華法林被用于某些需要抗凝治療的患者。華法林的主要優點是口服生物利用度高，水溶性強，其作用可被維生素K逆轉。早期服用華法林的患者就包括美國總統艾森豪威爾（Dwight D. Eisenhower），他在1955年因心肌梗死接受華法林治療。
盡管應用廣泛，華法林的作用機制直到1978年才被揭示，John W. Suttie等人證實，華法林通過抑制環氧化物還原酶來破壞維生素K的代謝。
里程碑3：肝素和VKA——成功的組合
肝素和香豆素衍生物華法林在20世紀50年代被廣泛用于治療血栓形成。20世紀50年代后期，一些臨床研究表明，這些抗凝藥可能對肺栓塞的治療有效。1947年，Allen等人報道，329名肺栓塞患者接受肝素和雙香豆素治療后只有1例死亡。1959年，Bauer報道，627例靜脈血栓患者接受肝素治療后，僅有5例死于肺栓塞。
1960年，Barritt和Jordan在《柳葉刀》發表了第一個評估這些抗凝藥治療肺栓塞的隨機臨床試驗結果。急性肺栓塞且無抗凝禁忌證的患者被隨機分配到肝素+香豆素衍生物醋硝香豆素抗凝組和不抗凝組。主要終點是肺栓塞死亡，次要終點是非致死性復發和其他原因導致的死亡。1958年4月，研究者對35例患者進行了中期分析：不抗凝組（n=19）中有5人死于肺栓塞，抗凝組（n=16）中無死亡病例（P = 0.036）；此外，抗凝組中未發生復發，不抗凝組中有5次非致命復發。由于中期分析時復合終點改善非常顯著，研究者決定把所有新招募的患者都分到抗凝組，這些患者中無人死于肺栓塞，只有1例非致命性復發。
這項開創性研究對該領域產生了深遠的影響，首次證實了使用肝素和維生素K拮抗劑（VKA）進行抗凝治療能夠顯著降低肺栓塞死亡和復發風險，具有里程碑意義。這種治療策略在今天仍然是靜脈血栓栓塞（VTE）治療的金標準。
里程碑4：VTE預防，小劑量肝素顯身手
肺栓塞是胸腹腔等外科手術的常見并發癥，可在栓塞事件發生后30分鐘內導致患者死亡，留給醫生的診斷和治療機會非常有限，因此預防很重要。20世紀70年代，臨床醫生進行了一系列試驗來評估小劑量肝素預防術后VTE的效果。
70年代中期，共有27個臨床試驗發表，其中最大的一項是發表在《柳葉刀》的國際多中心隨機試驗。4,121名接受各種擇期大手術的患者隨機分為兩組，治療組（n=2076）給予小劑量肝素，對照組（n=2045）不使用肝素。治療組80例死亡，對照組100例死亡，分別有66%和72%的病例進行了尸體解剖，發現死于急性大面積肺栓塞者分別有2例和16例（P<0.005）。部分患者（治療組625例，對照組667例）進行了125I-纖維蛋白原檢測，以檢測深靜脈血栓（DVT）；治療組DVT發生率明顯低于對照組（7.7% vs 24.6%; P < 0.005）；30例在尸檢時發現DVT，治療組6例，對照組24例（P<0.005）。
1978年，Vijay V. Kakkar發表了對不同臨床試驗的總結，支持上述試驗結果。共涉及4000例患者，小劑量肝素治療患者的靜脈血栓形成的平均發生率為7%，而對照組為25%。Kakkar總結道，小劑量肝素預防術后致命性肺栓塞非常有效，未發生嚴重出血。標準給藥方案是術前2小時給予肝素5,000單位，然后每8–12 h給藥一次，用藥7天。
里程碑5：大劑量肝素用于二級預防
到20世紀70年代末，有兩種抗凝藥物可用于血栓性疾病，即口服的VKA和靜脈注射的肝素。標準治療是長期口服抗凝藥來預防靜脈血栓栓塞復發。然而使用口服抗凝藥物進行二級預防的策略是基于回顧性研究而沒有隨機化。而且，VKA與出血并發癥高風險相關。這些問題促使Russell Hull等人采用隨機方法評估口服抗凝藥用于復發性VTE的二級預防，并將這種治療與小劑量皮下肝素進行了比較。
圖片來源：S. Fenwick/Macmillan Publishers Limited
1979年發表的一項研究中，Hull等納入68名深靜脈血栓患者，首先接受靜脈注射肝素，然后隨機分為兩組進行二級預防，一組給予小劑量肝素皮下注射（每12小時5000單位），另一組給予華法林并根據凝血酶原時間（PT）調整劑量。研究顯示，華法林對預防復發性VTE更有效：華法林組33例患者中無新發VTE，而小劑量肝素組35例患者中有9例（P=0.001）。然而，華法林與小劑量肝素相比出血風險更高（7例vs. 0例，P<0.005）。值得注意的是，新發VTE只出現在基線時有近端靜脈血栓形成的患者。
鑒于上述結果，Hull等啟動了一項新的隨機臨床試驗，來評估大劑量肝素皮下注射的有效性和安全性。106例急性近端靜脈血栓形成患者先靜脈注射肝素治療，然后隨機分配到調整劑量的皮下注射肝素或華法林治療組。研究開始時調整皮下注射肝素的劑量，然后固定，每12小時平均劑量為10,000單位。數據顯示，肝素和華法林的有效性相當（復發性VTE發生率3.8％ vs. 1.9％），而前者更安全（出血并發癥1.8％ vs. 17.0％）。
該試驗表明，對于VTE的二級預防，大劑量皮下注射肝素是華法林的有效替代方法。
里程碑6：INR的提出
五十多年來，華法林是抗凝治療的中流砥柱，今天仍然廣泛用于臨床。但華法林的有效性和安全性存在較大的個體差異，成為其臨床應用中的困擾。1935年，Armand Quick等采用凝血酶原時間（PT）來進行口服抗凝藥物監測。但這一指標存在很大的缺陷，例如不同實驗室的PT檢測結果不一致等。
直到1977年，WHO生物標準化專家委員會認識到需要對PT檢測進行標準化，提出了校準凝血活酶的方案。1983年，英國國家生物標準和控制研究所的Tom Kirkwood等人對這一方案進行了修訂。同年，WHO專家委員會批準了這一修訂方案，國際標準化比率（INR）由此誕生。
目前，對于有復發性VTE風險者或卒中風險中-高危的房顫患者，口服抗凝的最佳INR范圍是2.0-3.0；機械心臟瓣膜患者INR應保持在2.5-3.5。
里程碑7：LMWH——血栓形成院外治療的突破
肝素和VKA這兩種抗凝藥都有許多缺點，包括抗凝效果的不可預測性，這就需要頻繁的實驗室檢測凝血功能來調整藥物劑量。20世紀70年代后期至80年代初期，低分子量肝素鈣（LMWH）的出現開辟了VTE防治的新途徑。
通過解聚肝素（分子量為12,000-16,000 Da）獲得了LMWH（分子量為4,000-5,000 Da）。與普通肝素相比，LMWH的藥代動力學更優越，血漿半衰期更長，生物利用度更高，抗凝作用可預測性更好，可以皮下注射，不需要常規實驗室監測。LMWH使用更方便，患者可以在家中自行注射，在降低醫療成本的同時還降低了院內感染風險。
1996～1997年，四項大型隨機臨床試驗發表，證實院外、不監測皮下注射LMWH與院內靜脈注射普通肝素治療血栓性疾病的療效和安全性相當。這些試驗結果改變了血栓形成的臨床管理，LMWH逐步取代普通肝素用于血栓性疾病的預防和治療。盡管如此，LMWH仍有一些缺點，例如需要注射給藥、需密切監測極端體重患者等，于是科學家們繼續尋找更安全、更方便的抗凝藥物。
里程碑8：一個良好的靶點——Xa因子
2002年，Turpie等發表了一項薈萃分析，納入4項研究，結果顯示一種新合成物戊糖具有抗凝潛力。這就是首個選擇性Xa因子間接抑制劑磺達肝癸鈉。
圖片來源：Blood coagulation factor Xa. molekuul.be / Alamy Stock Photo
21世紀初，普通肝素是肺栓塞的標準治療。2003年發表的一項開放性試驗納入2,213例急性癥狀性肺栓塞患者，隨機分配到普通肝素組和磺達肝癸鈉組，結果顯示二者安全性和有效性不相上下。2004年，Büller等發表了一項多中心隨機雙盲試驗結果，在154個中心納入2,205例深靜脈血栓患者，結果表明磺達肝癸鈉和依諾肝素的安全性和有效性相似。
對于急性冠脈綜合征患者，抗凝、抗血小板和介入治療的聯合被認為是降低缺血性冠脈事件風險的標準方法，但這也增加了出血風險。2006年發表的OASIS-5研究評估了磺達肝癸鈉對缺血事件和出血并發癥的影響。共有20,078名急性冠脈綜合征患者被隨機分配接受磺達肝癸鈉或依諾肝素治療。值得注意的是，磺達肝癸鈉治療大大降低了大出血風險，降低了遠期死亡率，而在缺血事件保護方面效果與依諾肝素相當。
這些具有里程碑意義的研究結果提示，Xa因子是抗血栓治療的良好靶點。
里程碑9：希美加群為NOAC綻放奠定基礎
2003年，口服直接凝血酶抑制劑希美加群（Ximelagatran）在歐洲被批準用于骨科術后短期VTE預防。上市短短幾年后，該藥被制藥公司在全球范圍內召回，因為XTEND研究顯示,接受希美加群治療的患者中觀察到肝酶水平升高。鑒于上述不良反應，FDA拒絕該藥的審批。然而，希美加群的研發提示，凝血酶是抗凝治療的合理候選靶點，特異性口服凝血酶抑制劑可以有效治療血栓性疾病，無需凝血監測。
從20世紀80年代的Inogatran到Melagatran再到希美加群，口服直接凝血酶抑制劑的研發運用了計算機建模等新興技術。多項希美加群的臨床試驗取得了陽性結果，例如THRIVE III、EXULT A試驗等，涉及外科手術后VTE預防、癥狀性VTE的治療、房顫的卒中預防以及心梗后主要心血管事件的二級預防。這些研究結果促成了該藥在十多個歐美國家獲得審批。無癥狀性轉氨酶水平升高讓希美加群折戟沉沙，但它為非維生素K拮抗劑類口服抗凝藥（NOAC）的開發奠定了基礎。計算機建模以及腸吸收模型等工具在藥物開發中大顯身手。
里程碑10：開啟NOAC新時代
為了克服VKA的局限性，NOAC應運而生。目前，已經有4種NOAC被批準用于治療多種血栓性疾病，即達比加群、利伐沙班、阿哌沙班和依度沙班。與VKA不同，NOAC靶向凝血級聯中的特定因子，如凝血酶或因子Xa。
達比加群以濃度依賴性和競爭性方式抑制游離凝血酶。對RE-MODEL、RE-MOBILIZE和RE-NOVATE試驗的匯總分析顯示，達比加群在膝關節或髖關節置換術后血栓預防方面至少與依諾肝素等效。RE-COVER I和II試驗顯示，達比加群對于治療急性VTE的療效不劣于華法林。RE-LY研究納入了18,000例房顫患者，結果表明在卒中和全身性栓塞的預防方面達比加群不劣于華法林。
RECORD I-IV試驗顯示，利伐沙班在預防全髖關節或膝關節置換術后VTE方面優于依諾肝素。EINSTEIN-DVT和EINSTEIN-PE試驗顯示，利伐沙班在VTE治療方面不劣于依諾肝素或華法林。ROCKET-AF試驗表明，在房顫患者的卒中和全身性栓塞預防中，利伐沙班不劣于華法林。
三項ADVANCE試驗表明，與依諾肝素相比，阿哌沙班降低了VTE發生率和全因死亡率。III期AMPLIFY試驗發現，阿哌沙班治療急性VTE不劣于依諾肝素或華法林。ARISTOTLE試驗顯示，阿哌沙班在房顫患者的卒中預防方面優于華法林，且出血事件減少。
III期STARS-E3和STARS-J5試驗顯示，依度沙班預防全膝關節或髖關節置換術后血栓形成的效果不劣于依諾肝素，安全性相似。Hokusai-VTE試驗表明，依度沙班治療復發性癥狀性VTE不劣于華法林。ENGAGE-TIMI 48試驗顯示，依度沙班預防房顫患者卒中方面不劣于華法林。
里程碑11：尋求最佳VTE抗凝療程
VKA治療的獲益與風險并存，風險主要來自出血風險升高。很多試驗試圖比較不同療程的VKA治療VTE的獲益和風險，期望找到將復發風險降低到低水平的最短抗凝治療時間。20世紀70年代和80年代發表的幾項小型隨機研究結果表明，將抗凝時間從3或6個月縮短到3～6周不增加VTE復發風險。而1995年發表的DURAC多中心隨機試驗顯示，口服抗凝治療從6周延長至6個月，復發性血栓栓塞風險顯著降低。這些研究并沒有解決問題。
2011年發表的一項研究共納入2,925名受試者，12%的患者抗凝治療時間為12或27個月，27％為6個月，36%為3個月，25%為1或1.5個月。四個治療組停用抗凝藥物后24個月內復發性VTE風險各不相同，1或1.5個月最高，其他三組相似。研究者總結，VTE抗凝治療通常應該3個月時停止。
里程碑12：尋找更好的藥物，預防器械誘發的血栓形成
血液接觸醫療器械（如機械心臟瓣膜和導管）會誘發血栓形成。因此，暴露于這些裝置的患者通常需要抗凝治療。標準治療是普通肝素或VKA（如華法林），但這些藥物存在一些局限，因此需要尋找更好的藥物。
OASIS-5和OASIS-6試驗結果顯示，PCI治療的患者中，磺達肝癸鈉與普通肝素或低分子肝素相比，導管誘導的血栓形成風險更高。評估機械心臟瓣膜患者使用達比加群的RE-ALIGN試驗不得不提前終止，因為與華法林相比，達比加群組出血并發癥發生率較高；此外，即使是大劑量達比加群（300mg bid）在預防血栓栓塞并發癥方面的效果也不如華法林。
直接Xa因子抑制劑可能是抑制血栓形成的更好選擇，因為每個Xa因子的分子誘導產生1,000個凝血酶分子。事實上，阿哌沙班和利伐沙班的臨床前研究結果是有希望的。對于預防動物模型（豬）植入心臟瓣膜血栓形成方面，利伐沙班口服給藥優于LMWH皮下注射；阿哌沙班實驗結果與之相似。要成功用于臨床實踐，阿哌沙班和利伐沙班還需要更進一步的動物實驗和人體研究。
里程碑13：踩剎車——NOAC解毒劑
服用NOAC的患者中，有大約2%～3％發生大出血。NOAC解毒劑主要有三種：Idarucizumab、Andexanet和Ciraparantag。
Idarucizumab是一種能夠與達比加群結合的單克隆抗體片段，于2015年獲得FDA批準。關鍵III期試驗是一項多中心、前瞻性、開放性研究，納入503名未控制的出血患者（A組，301例）和擬接受緊急手術的患者（B組202例）。A組患者主要表現為消化道出血或顱內出血，解毒劑止血時間2.5 h；B組患者中93.4％術前達到止血（Idarucizumab給藥后中位時間為1.6 h）。
Andexanet是一種重組修飾的人因子Xa蛋白，可以與因子Xa抑制劑結合，使患者自身體內的Xa因子再次參與凝血過程。Andexanet可以逆轉的NOAC包括阿哌沙班、依度沙班和利伐沙班。接受阿哌沙班或利伐沙班的50～75歲健康志愿者中，100％患者在使用Andexanet后2～5分鐘完全恢復凝血酶的產生。
Ciraparantag是一種合成的小分子（D-精氨酸化合物），可以廣泛地拮抗肝素、低分子肝素、達比加群和直接因子Xa抑制劑。一項健康志愿者研究顯示，該藥可在10分鐘內將全血凝血時間減少至患者正常基線值的10%。
解毒劑的出現，讓臨床應用NOAC更加安全。
里程碑14：COMPASS試驗指導二級預防
2017年8月27日，備受關注的COMPASS試驗結果在ESC年會上重磅揭曉。數據顯示，對于穩定性動脈粥樣硬化性血管疾病患者，與阿司匹林單藥治療相比，小劑量利伐沙班加阿司匹林治療可降低心血管事件發生率，盡管大出血時間更多，但具有良好的臨床凈獲益。研究結果同期發表于《新英格蘭醫學雜志》。
COMPASS試驗是一項大型雙盲 III 期臨床試驗，納入了27,395名患有穩定性動脈粥樣硬化性血管疾病的患者（冠心病90.6％，外周動脈疾病27.3％）；分別接受利伐沙班（2.5 mg bid）+阿司匹林（100mg qd）、利伐沙班（5mg bid）或阿司匹林（100mg qd）治療。主要療效終點為首次發生心血管死亡、卒中或心肌梗死的復合終點；主要安全性終點為大出血。原計劃隨訪5年，在平均隨訪23個月時觀察到聯合治療組獲益顯著時停止。
結果顯示，與阿司匹林單藥治療組相比，聯合治療組主要終點發生率降低（4.1% vs 5.4%，HR 0.76，95%CI 0.66-0.86，P＜0.001）；聯合治療的全因死亡率也顯著降低（3.4% vs 4.1%，HR 0.82，P=0.01）。聯合治療組和阿司匹林單藥治療組的大出血事件發生率分別為3.1%和1.9%（HR 1.70，95%CI 1.4-2.05，P＜0.001），顱內出血或致死性出血兩組無顯著差異。
隨后，研究者在《柳葉刀》發表了對穩定性冠心病和外周動脈疾病患者的獨立分析。在24,824例穩定性冠心病患者中，與阿司匹林單藥治療組相比，聯合治療降低了主要終點發生率（HR 0.74,95％CI 0.65-0.86，P<0.0001）和死亡率（HR 0.77,95％CI 0.65-0.90，P=0.0012），但大出血風險升高（HR 1.66，95％CI 1.37-2.03，P <0.0001），主要是胃腸道出血。在7,470名外周動脈疾病患者中，與阿司匹林單藥治療相比，聯合治療降低了主要終點事件發生率（HR 0.72，95％CI 0.57-0.90，P=0.0047）以及包括截肢在內的主要不良肢體事件（HR 0.54,95％CI 0.35-0.82，P=0.0037），而大出血風險升高（HR 1.61，95％CI 1.12-2.31，P=0.0089）。
這一研究結果可能改變臨床實踐以及今后的指南修訂，影響冠心病和外周動脈疾病的二級預防。但出血風險升高的問題也不容忽視，臨床醫生需要充分考慮獲益風險比，為患者提供最佳的治療方案。
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