• 极高的负电荷密度: 肝素链上密布着大量的硫酸根(-SO₃⁻)和羧酸根(-COO⁻)基团，使其在生理pH下携带极高的负电荷。
• 独特的戊糖序列: 肝素的抗凝血活性并不均匀地分布在整条链上，而是集中在一个非常罕见且结构精确的五糖序列上。只有含有这个序列的肝素分子才能高效地结合并激活抗凝血酶III。
• 高度不均一性 (Heterogeneity): 作为一种天然提取物，临床使用的普通肝素(UFH)在分子量、链长和硫酸化程度上都存在巨大的不均一性，这是导致其药代动力学个体差异大的主要原因。

• 强大的抗凝血活性: 这是肝素最核心的宏观功能。其作用机理是“催化性抑制”：
  1. 肝素链上的戊糖序列与抗凝血酶III(ATIII)结合，诱导ATIII发生构象改变。
  2. “激活”后的ATIII变成一个超高效的凝血酶（因子IIa）和因子Xa的抑制剂，其抑制速率被肝素放大了数千倍。
  3. 对于凝血酶，肝素的长链还需要同时结合ATIII和凝血酶，起到一个“分子桥梁”的作用。
  4. 在抑制反应完成后，肝素从复合物上解离下来，可以继续去结合并激活下一个ATIII分子，因此起到了催化剂的作用。

肝素的“共混”或“改性”主要指通过解聚来制备性能更优的低分子肝素 (Low Molecular Weight Heparins, LMWHs)，以及通过化学方法将其共价连接到其他分子或材料表面。

这是对普通肝素(UFH)最重要的化学改性，旨在克服UFH的缺点。

• 制备: 通过精确控制的化学或酶促解聚方法，将高分子量的UFH长链切断成较短的片段，然后纯化得到分子量在3-8 kDa范围内的LMWHs（如依诺肝素, 达肝素）。
• 性能优势:
  • 更可预测的药效: LMWHs的分子量分布更窄，与血浆蛋白的非特异性结合更少，因此其抗凝效果与剂量相关性更好，通常无需进行凝血监测。
  • 更长的半衰期: 使其可以每日一次或两次皮下注射给药，方便了院外治疗。
  • 作用机制的改变: LMWHs的链长不足以同时桥接ATIII和凝血酶，因此它主要通过激活ATIII来抑制因子Xa，对凝血酶的抑制作用较弱。
  • 更低的HIT发生率: LMWHs与血小板因子4的结合能力较弱，因此其引发肝素诱导的血小板减少症(HIT)的风险显著低于UFH。

肝素的核心功能就是保护人体免受血栓（Thrombosis）这一致命性疾病的危害。同时，它也被广泛用于保护与血液接触的医疗器械，防止其表面形成血凝块。

血栓是导致心肌梗死、脑卒中和肺栓塞等重大心血管事件的直接原因。肝素通过其强大的抗凝血作用，为处于高风险状态的患者提供保护。

• 预防: 用于预防重大手术后（如髋关节置换术）、长期卧床或具有其他血栓风险因素的患者形成深静脉血栓(DVT)。
• 治疗: 用于治疗已经形成的DVT和肺栓embolism (PE)，防止血栓的进一步扩大和脱落。

当血液离开人体，在体外循环系统（如血液透析机、体外膜肺氧合ECMO、心肺搭桥机）中流动时，会与管道、滤膜等人工表面接触，从而激活凝血系统。必须在循环开始前全身性地给予肝素，以“保护”整个系统，防止血液在体外凝固。

将肝素固定在与血液接触的医疗器械（如血管支架、导管、人工血管、血液采集管）的表面，可以形成一个“生物活性”的抗凝涂层，主动地抑制表面的血栓形成，提高器械的血液相容性。

肝素及其衍生物是临床上应用最广泛、起效最快的注射用抗凝血药，是处理急性血栓栓塞性疾病的基石。

• 静脉血栓栓塞症 (VTE): 包括深静脉血栓(DVT)和肺栓塞(PE)的预防和治疗。
• 急性冠脉综合征 (ACS): 包括不稳定型心绞痛和心肌梗死(MI)的治疗，用于防止冠状动脉内血栓的扩大。
• 心房颤动 (AF): 用于预防心房颤动患者因心房内血流淤滞而形成血栓，从而降低脑卒中的风险。
• 介入性操作: 在经皮冠状动脉介入治疗(PCI，即心脏支架手术)和心导管检查等过程中，必须使用肝素来防止导管和支架表面形成血栓。

由于其更优的安全性（特别是更低的HIT风险）和更可预测的药代动力学，低分子肝素（如依诺肝素）在许多临床场景下已经取代了普通肝素，成为抗凝治疗的一线选择，特别是在VTE的预防和长期治疗中。

这是肝素在生物化学实验室中最核心的应用。利用肝素能与多种蛋白特异性结合的特性，可以高效地纯化这些蛋白。

• 工作原理: 将肝素共价固定在琼脂糖凝胶等色谱填料上，制成“肝素亲和柱”。当含有多种蛋白质的粗提液流经该色谱柱时，只有那些具有“肝素结合域”的蛋白质（如抗凝血酶III、多种生长因子、DNA聚合酶、脂蛋白脂酶等）会被特异性地吸附在柱子上，而其他无关蛋白则会直接流穿。
• 洗脱: 最后，用高浓度的盐溶液（如1-2 M NaCl）洗脱色谱柱，盐离子会破坏蛋白质与肝素之间的静电相互作用，从而将目标蛋白以高纯度的形式洗脱下来。

肝素及其衍生物是研究细胞信号传导的重要工具。许多生长因子（如FGF, VEGF）需要与细胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPGs)结合才能有效地与其信号受体结合。在细胞培养中加入外源性的肝素，可以模拟或干扰这一过程，用于研究生长因子的作用机理。

这是肝素最常见、最主要的副作用，是其抗凝治疗作用的直接延伸。过度的抗凝会导致从轻微的皮肤瘀斑到危及生命的颅内出血或消化道大出血等各种出血事件。因此，在使用普通肝素(UFH)期间，必须通过凝血指标（如aPTT）进行严密的监测，以确保其抗凝强度维持在治疗窗口内。

这是肝素最严重、最危险的特异性不良反应，虽然罕见（发生率1-5%），但可能致命。

• 机理: 这是一种由免疫介导的、矛盾性的血栓前状态。
  1. 肝素与血小板释放的血小板因子4 (PF4) 形成复合物。
  2. 在少数患者中，免疫系统将此“肝素-PF4”复合物识别为外来抗原，并产生特异性的IgG抗体。
  3. 该抗体与复合物结合后，其Fc段可以强力地激活血小板，导致血小板被大量消耗（引起血小板减少症），并释放出大量促凝物质，从而在全身范围内引发严重的、常常是致命性的动脉和静脉血栓。

幸运的是，肝素具有一个高效的特异性解毒剂。

• 鱼精蛋白硫酸盐 (Protamine Sulfate): 鱼精蛋白是一种从小鱼（如鲑鱼）精子中提取的、带极高密度正电荷的蛋白质。当发生严重的肝素相关性出血时，静脉注射鱼精蛋白，其正电荷会与带负电荷的肝素发生强烈的静电结合，形成一个稳定的、无活性的复合物，从而快速中和肝素的抗凝作用。

肝素是一种天然生物大分子，至今无法通过化学方法进行全合成。临床使用的肝素全部来源于动物组织的提取和纯化。

1. 原料: 主要原料是猪小肠粘膜 (Porcine intestinal mucosa)，其次是牛肺。
2. 提取: 首先通过蛋白酶（如胰蛋白酶）对组织进行消化，将肝素从其所连接的核心蛋白上释放出来。
3. 纯化: 粗提液中含有大量的蛋白质、核酸、脂质和其他糖胺聚糖（如硫酸皮肤素）。纯化过程的核心是使用阴离子交换层析。将粗提液通过一个带正电荷的层析树脂，只有带强负电荷的肝素和其他糖胺聚糖会被吸附。
4. 精制: 通过逐步提高盐浓度进行洗脱，可以将肝素与其他杂质分离开来。最后通过沉淀、脱色等步骤得到高纯度的肝素钠原料药。

LMWHs是通过对已纯化的UFH进行可控的化学或酶促解聚来生产的。不同的解聚方法（如亚硝酸裂解、碱性β-消除、肝素酶裂解）会产生结构上略有差异的LMWH产品，这也是不同商品名LMWH（如依诺肝素、达肝素）不能互相替代的原因。

这是定义和衡量肝素功能的最核心、最关键的指标，因为肝素是按其生物学效应而非质量来给药的。

• 单位: 肝素的活性用法定标准品标定的国际单位 (IU) 来表示。
• 检测方法:
  • 普通肝素 (UFH): 主要使用活化部分凝血活酶时间 (aPTT) 测定法或羊血浆凝固法。
  • 低分子肝素 (LMWH): 由于其主要抑制因子Xa，必须使用抗Xa因子活性测定法。

• 凝胶渗透色谱-多角度光散射联用 (GPC-MALS): 是测定肝素绝对分子量分布的黄金标准方法，也是区分UFH和不同LMWH产品以及进行质量控制的关键。

• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR和¹³C-NMR是表征肝素结构和纯度的最强大工具。通过其独特的、复杂的谱图，可以：
  1. 确认肝素的真实性。
  2. 检测并定量潜在的、结构相似但活性不同的杂质，如过度硫酸化硫酸软骨素(OSCS)——这是导致2008年严重肝素安全事件的污染物。
  3. 分析其关键的结构特征，如戊糖序列的含量。

肝素是表面工程领域最重要、最经典的“生物活性改性剂”，其唯一的目标就是将原本会诱导凝血的“生物-材料”界面，转变为一个主动抗凝的、血液相容性的界面。

将肝素固定到材料表面的过程被称为“肝素化”。这是提高与血液接触的医疗器械安全性的核心技术之一。

• 目标: 模拟健康血管内皮细胞表面的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，创造一个能主动抑制凝血的“生物活性”表面。
• 应用:
  • 血管支架: 减少支架内血栓的形成。
  • 血液透析器/ECMO: 降低体外循环中全身肝素的需求量。
  • 中心静脉导管: 防止导管堵塞。
  • 血液采集管: 作为抗凝剂，防止血液样本凝固。

• 物理吸附: 最简单的方法是先在材料表面涂覆一层聚阳离子（如PEI），然后通过静电作用吸附带负电的肝素。这种方法简单，但结合力较弱。
• 共价键合: 这是更稳定、更持久的方法。通过化学反应，将肝素链上的官能团（如羧基或羟基）与材料表面的活性基团形成共价键。