易觀群 綜述,謝雙鋒,馬麗萍 審校
(中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院血液內(nèi)科,廣東 廣州 510120)
很多無(wú)脊柱動(dòng)物和早期脊柱動(dòng)物有一種血細(xì)胞同時(shí)具有止血和免疫防御功能。在哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過程中,細(xì)胞類型及其功能變得更加特異,如血小板、白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞分別執(zhí)行止血、炎癥、免疫調(diào)節(jié)功能[1]。作為止血細(xì)胞的血小板,長(zhǎng)期以來(lái)人們關(guān)注更多的是其與出血、血栓性疾病的關(guān)系,在其他領(lǐng)域的研究進(jìn)展不多。盡管在1901年Levaditi就發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌引起血小板聚集的現(xiàn)象,并提出血小板與細(xì)菌直接接觸的相關(guān)觀點(diǎn)[2],但一直以來(lái)的研究似乎更多集中在細(xì)菌如何激活血小板并誘發(fā)血栓。直到1997年,Yeaman 等[3]再次提出和證實(shí)血小板仍保留免疫效應(yīng)細(xì)胞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和免疫防御功能,有關(guān)血小板作為細(xì)菌感染的“第一哨兵”理論才再次受到重視。隨之,使用富血小板血漿(platelet-rich plasma,PRP)或血小板衍生物抗細(xì)菌感染開始成為近些年新興的研究方向。體外研究證實(shí),PRP對(duì)金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐萬(wàn)古霉素腸球菌以及肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌的生長(zhǎng)均有明顯的抑制作用[4-5],提示PRP逐漸成為預(yù)防術(shù)后切口感染、治療慢性傷口或骨感染的有效補(bǔ)充治療。PRP與抗菌藥物具有協(xié)同作用,尤其在抗菌藥物耐藥時(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[6-7]。復(fù)發(fā)性細(xì)菌膀胱炎患者膀胱內(nèi)灌注PRP,能明顯降低1年內(nèi)膀胱炎復(fù)發(fā)率[8]??梢娧“宓钟?xì)菌的地位逐漸得到認(rèn)可,本文就血小板如何有效抵御細(xì)菌的研究進(jìn)行綜述。
血小板是由巨核細(xì)胞產(chǎn)生的無(wú)核細(xì)胞,在外周循環(huán)中壽命約為10 d,在此期間大部分以靜息的狀態(tài)存在[1]。雖然血小板無(wú)核,但具有巨核細(xì)胞殘余mRNA,可獨(dú)立合成蛋白質(zhì)[9]。血小板還包含許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)元素,如細(xì)胞質(zhì)膜及其表面的各種分子受體,膜內(nèi)陷形成的開放微管系統(tǒng)(open canalicular system,OCS)以及細(xì)胞顆粒,包括致密顆粒、α顆粒和溶酶體顆粒等[10-11],其中血小板受體和儲(chǔ)存在血小板顆粒中的分子很大程度控制著血小板的功能。
血小板表面含有大量的糖蛋白,這些糖蛋白不僅參與血栓的形成和止血,還參與機(jī)體的炎癥反應(yīng)。當(dāng)血小板被激活,部分受體通過脫落、質(zhì)膜與顆粒的融合表達(dá)下調(diào)或上調(diào)[12-13]。血小板胞內(nèi)儲(chǔ)存三種顆粒,分別為α顆粒、致密顆粒和溶酶體顆粒[14](見表1),有學(xué)者提出還有一種潛在的T顆粒[15]。 α顆粒的數(shù)量最多(80個(gè)/血小板),體積最大(直徑200~500 nm),包含約有300種活性蛋白,包括殺微生物蛋白(platelet microbicidal protein,PMP),大量趨化因子如CXCL4、CXCL7及衍生物、RANTES(CCL5)等,在血小板黏附、凝血、止血、卒中后血栓炎癥、創(chuàng)面愈合、腫瘤生長(zhǎng)、血管生成和抗微生物宿主防御等不同過程發(fā)揮作用[16]。相對(duì)于α顆粒,致密顆粒的數(shù)量和體積都較少/小(3~9個(gè)/血小板,直徑250 nm),貯存二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)、無(wú)機(jī)磷酸鹽、磷酸鹽、組胺、血清素、鈣離子等。ADP是一種較弱的血小板激動(dòng)劑,可引起血小板形狀改變、顆粒釋放和聚集[17]。溶酶體顆粒含有蛋白酶、糖苷酶和具有殺菌活性的陽(yáng)離子蛋白,協(xié)助降解細(xì)菌蛋白[18]。
組織、黏膜受損或靜脈導(dǎo)管置入,是引起病原菌入侵血流最常見的途徑。血小板是血流中數(shù)量最多的細(xì)胞之一,細(xì)胞表面具有多種病原體識(shí)別受體,能快速識(shí)別病原菌[1]。細(xì)菌與血小板的直接結(jié)合,血小板與受損處內(nèi)皮下膠原的結(jié)合,還有受損內(nèi)皮啟動(dòng)凝血途徑生成的凝血酶,均能活化血小板,進(jìn)一步引起血小板變形和脫顆粒,發(fā)揮抵御細(xì)菌感染的功能。
表1 血小板來(lái)源的分子及其免疫功能
2.1 血小板識(shí)別并結(jié)合細(xì)菌 血小板與細(xì)菌一旦結(jié)合,最終都引起血小板活化,部分引起血小板聚集,從而使血小板表面的病原體模式相關(guān)受體表達(dá)增多和親和力增強(qiáng),正反饋刺激血小板迅速識(shí)別并結(jié)合更多的細(xì)菌。血小板與細(xì)菌的結(jié)合有以下三種形式[19]:①細(xì)菌釋放產(chǎn)物接觸或結(jié)合到血小板。感染的細(xì)菌釋放一系列細(xì)菌毒素等產(chǎn)物,通過直接接觸或改變血小板膜結(jié)構(gòu),活化血小板。如金黃色葡萄球菌釋放的α毒素可結(jié)合到血小板的磷脂雙分子層,擴(kuò)大和形成跨膜孔,使大量Ca2+內(nèi)流,引起血小板活化[20];牙齦卟啉單胞菌產(chǎn)生的半胱氨酸蛋白可引起血小板胞內(nèi)Ca2+增多,促使血小板迅速聚集[21]。②細(xì)菌直接與血小板的受體結(jié)合。血小板表面與細(xì)菌識(shí)別相關(guān)的受體有GPIb、GPIIb/IIIa、TLR2、TLR4、gC1qR、FcγRIIa等。部分細(xì)菌蛋白可以識(shí)別或直接結(jié)合到血小板膜上的上述受體,如血液中鏈球菌富絲氨酸蛋白A(SrpA)可結(jié)合血小板GPIb,表皮葡萄球菌SdrG可結(jié)合GPIIb/IIIa,肺炎鏈球菌脂肽與B族鏈球菌可結(jié)合TLR2,大腸埃希菌的脂多糖(LPS)可結(jié)合TLR4等[13, 22-24]。 ③血漿蛋白作為血小板和細(xì)菌結(jié)合的橋梁。作為血小板與細(xì)菌結(jié)合的連接橋梁, 研究最多的是vWF和纖維蛋白原。如葡萄球菌通過vWF結(jié)合血小板GPIb,葡萄球菌凝聚因子A(ClfA)通過纖維蛋白原結(jié)合血小板GPIIb/IIIa[23]。見圖1。
注:①血小板與細(xì)菌直接結(jié)合;②血小板通過vWF或纖維蛋白原與細(xì)菌間接結(jié)合;③血小板的FcγRIIa首先與IgG的Fc段結(jié)合,再通過纖維蛋白原與細(xì)菌間接結(jié)合。圖1 血小板糖蛋白與細(xì)菌表面蛋白相互作用示意圖
2.2 血小板內(nèi)吞細(xì)菌 血小板一旦與細(xì)菌結(jié)合,就會(huì)發(fā)生一系列自身結(jié)構(gòu)和功能變化,包括變形、捆綁、內(nèi)吞、吞噬,最后殺滅細(xì)菌。早在1980年Clawson等[25]發(fā)現(xiàn)血小板可以內(nèi)吞金黃色葡萄球菌到OCS。Youssefian等[26]進(jìn)一步研究并證實(shí)內(nèi)吞細(xì)菌過程:首先是血小板伸出偽足將細(xì)菌包圍,隨后血小板質(zhì)膜內(nèi)陷,形成內(nèi)吞泡。內(nèi)吞泡可與OCS膜融合,使包含細(xì)菌的內(nèi)吞泡位于OCS中。然而內(nèi)吞泡中的細(xì)菌能否被殺滅,并不是很清楚。White等[27]研究認(rèn)為,血小板能內(nèi)吞金黃色葡萄球菌到OCS,但不能殺滅細(xì)菌,因?yàn)檠“宀痪哂兴柽^氧化物酶等吞噬酶。也有學(xué)者認(rèn)為血小板α顆粒能與內(nèi)吞泡融合,并釋放顆粒內(nèi)容物如PMPs,可與內(nèi)吞泡中的細(xì)菌相互作用[26],有可能殺滅內(nèi)吞泡中的細(xì)菌。Trier等在體外對(duì)血小板和細(xì)菌進(jìn)行混合培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)血小板的數(shù)目決定了其自身的殺菌能力,當(dāng)血小板數(shù)目遠(yuǎn)高于金黃色葡萄球菌數(shù)量時(shí)(1 000倍),可殺滅95%的胞外細(xì)菌[28],而單個(gè)血小板是無(wú)法殺滅細(xì)菌的。如果不能有效殺菌,那內(nèi)化到血小板OCS的金黃色葡萄球菌是否會(huì)成為病原體逃逸免疫系統(tǒng)的一種方式,甚至成為細(xì)菌的“庇護(hù)所”值得進(jìn)一步研究。
然而,并非所有細(xì)菌和血小板都存在上述內(nèi)化作用。已有研究證明血小板可捆綁大腸埃希菌(包括結(jié)合及不結(jié)合IgG),但只能內(nèi)吞并殺滅已與IgG結(jié)合的大腸埃希菌,機(jī)制是血小板FcγRIIa(即IgG受體)和肌動(dòng)蛋白重排介導(dǎo)血小板對(duì)已結(jié)合IgG的大腸埃希菌進(jìn)行吞噬和殺滅,該殺滅機(jī)制與活性氧代謝產(chǎn)物無(wú)關(guān)[29],說明血小板FcγRIIa在殺滅內(nèi)吞泡細(xì)菌機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。
2.3 血小板釋放PMPs直接殺滅細(xì)菌 當(dāng)血小板被入侵的細(xì)菌激活后,血小板即脫顆粒,釋放出PMPs、趨化因子、活性氧和過氧化氫等直接殺滅細(xì)菌。PMPs是一種小的陽(yáng)離子多肽,通過電壓依賴性通道直接破壞病原體的細(xì)胞膜,導(dǎo)致細(xì)胞膜的動(dòng)能障礙、滲透性改變[30],從而殺滅細(xì)菌。體外研究[31]證明,PMPs的C端(即羧基端)螺旋結(jié)構(gòu)域具有殺菌活性,而N端具有趨化基序(趨化性);正是這種結(jié)構(gòu)允許這些蛋白的修飾和改變,因此也確保了PMPs蛋白水解后仍具有殺菌活性。
機(jī)體感染時(shí),血小板最先到感染前線,一旦識(shí)別并與細(xì)菌結(jié)合,除內(nèi)吞作用,血小板由光滑圓盤狀變成多刺的球形,細(xì)胞表面伸出指狀、絲狀偽足,能有效捆綁細(xì)菌并提呈給中性粒細(xì)胞和其他吞噬細(xì)胞[32](見圖3),使上述細(xì)胞趨化到感染灶。同時(shí)也激活補(bǔ)體系統(tǒng)發(fā)揮固有免疫作用。
3.1 血小板協(xié)同中性粒細(xì)胞抗菌 血小板通過表面受體和釋放趨化因子,趨化并募集中性粒細(xì)胞到感染灶。同時(shí),活化的血小板還可促進(jìn)中性粒細(xì)胞釋放活性氧和形成胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular trap,NET),不僅高效誘捕細(xì)菌,增強(qiáng)吞噬功能,還能引起“細(xì)胞呼吸爆發(fā)”殺滅細(xì)菌。
3.1.1 血小板激活并招募中性粒細(xì)胞 ① 血小板主要通過表面受體和分子與中性粒細(xì)胞相互作用(見圖2),包括血小板CD62P可結(jié)合中性粒細(xì)胞P選擇素糖蛋白配體1(PSGL-1),血小板GPIb可結(jié)合中性粒細(xì)胞的整合素αMβ2,以及血小板GPIIb/IIIa通過纖維蛋白原間接結(jié)合整合素αMβ2[33-34]。② 活化血小板釋放CD40L可上調(diào)中性粒細(xì)胞整合素的表達(dá),釋放血清素趨化中性粒細(xì)胞募集到炎癥處[35-36]。 ③ 當(dāng)血管損傷時(shí),因無(wú)完整的內(nèi)皮常導(dǎo)致中性粒細(xì)胞募集所需的黏附分子缺失。此種情況下,血小板GPIb-IX-V復(fù)合體和GPVI通過血漿蛋白vWF黏附到內(nèi)皮下的膠原;一旦黏附,血小板表達(dá)大量P選擇素,為中性粒細(xì)胞PSGL-1提供結(jié)合位點(diǎn)[37],此時(shí)中性粒細(xì)胞的其他分子也可以結(jié)合到血小板的其他受體或分子,從而使中性粒細(xì)胞有效募集到血管損傷處。因此,在缺乏或僅有少量黏附分子情況下,血小板可充當(dāng)中性粒細(xì)胞募集的“著陸點(diǎn)”,甚至擴(kuò)大中性粒細(xì)胞趨化的信號(hào)。
圖2 中性粒細(xì)胞黏附分子與血小板黏附分子間相互作用示意圖
3.1.2 血小板在中性粒細(xì)胞抗菌活性中的作用 ①釋放活性氧。中性粒細(xì)胞的主要功能是產(chǎn)生和釋放活性氧(reactive oxygen species,ROS),ROS對(duì)細(xì)胞毒性較大,能殺滅病原體[38]。血小板與中性粒細(xì)胞的結(jié)合能大大增加ROS的生成效率,由于過程的耗氧量激增,因此該過程又稱為細(xì)胞呼吸爆發(fā)[39]。②吞噬作用。在中性粒細(xì)胞吞噬牙周病原體(放線菌、牙齦卟啉單胞菌)的研究中發(fā)現(xiàn),中性粒細(xì)胞的吞噬效率依賴于血小板與中性粒細(xì)胞復(fù)合物的形成; 20 min內(nèi),活化的血小板介導(dǎo)中性粒細(xì)胞的吞噬細(xì)菌效率約增加20%[40]。因此,血小板可大大增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的吞噬功能。 ③NETs的形成。NETs由中性粒細(xì)胞釋放的染色質(zhì)、蛋白水解酶和其他抗菌分子組成,可以誘捕并直接殺滅細(xì)菌[41-42]。盡管這個(gè)誘捕網(wǎng)的產(chǎn)生使中性粒細(xì)胞失去細(xì)胞核,但細(xì)胞仍具有血管內(nèi)爬行和轉(zhuǎn)位等功能[43];正是保留了這些細(xì)胞運(yùn)動(dòng)功能,更利于NETs對(duì)細(xì)菌的捕獲和清除。體外研究表明,在血小板激動(dòng)劑(ADP、膠原、凝血酶、花生四烯酸、TLR配體)存在時(shí),可觀察到血小板驅(qū)動(dòng)NETs的形成(見圖3);缺乏這些血小板激動(dòng)劑時(shí),NETs則不能形成[44],因此,激活的血小板是體外NETs形成的必要條件。但體內(nèi)血小板的活化是否也是NETs形成的先決條件,尚不清楚。
3.2 血小板協(xié)同庫(kù)普弗細(xì)胞吞噬細(xì)菌 血小板作為免疫哨兵巡邏于血管中[45]。肝活體成像顯示:無(wú)菌狀態(tài)時(shí),在肝血管竇內(nèi)的血小板GPIb與庫(kù)普弗細(xì)胞表面vWF短暫結(jié)合,在循環(huán)中形成短暫的 “接觸-移動(dòng)”交替(短于1 s);當(dāng)細(xì)菌侵入肝血管時(shí),庫(kù)普弗細(xì)胞就會(huì)迅速捕獲細(xì)菌,并迅速觸發(fā)血小板由“接觸-移動(dòng)”的短暫黏附狀態(tài)轉(zhuǎn)換為血小板GPIIb/IIIa與庫(kù)普弗細(xì)胞表面vWF結(jié)合的持續(xù)牢固黏附狀態(tài),從而使大量血小板迅速將這些細(xì)菌包圍起來(lái),形成血小板聚集圈[46](見圖3)。這種血小板聚集圈,既可直接中和細(xì)菌[45],也可防止細(xì)菌逃離庫(kù)普弗細(xì)胞,進(jìn)一步增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用。此似乎是肝臟的一種監(jiān)視機(jī)制,即血小板通過“接觸-移動(dòng)”交替監(jiān)視血管內(nèi)巨噬細(xì)胞的活動(dòng),因在不含巨噬細(xì)胞的大腦、肌肉、皮膚、耳等組織內(nèi)很少看到血小板的這種短暫交替活動(dòng)[46]。CD40L是吞噬細(xì)胞的一種重要激活劑,能增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬功能;而循環(huán)中大部分的CD40L由活化的血小板分泌[47],因此,活化的血小板可增強(qiáng)吞噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌,協(xié)同發(fā)揮機(jī)體的固有免疫。
注:A為血小板活化后,血小板變形伸出偽足,捆綁細(xì)菌,并將細(xì)菌提呈中性粒細(xì)胞或吞噬細(xì)胞進(jìn)行吞噬;B為活化的血小板與中性粒細(xì)胞結(jié)合后,促NETs的形成,NETs有效地誘捕細(xì)菌,并殺滅細(xì)菌;C為細(xì)菌侵入血流后,庫(kù)普弗細(xì)胞捕獲細(xì)菌,隨后血小板迅速在庫(kù)普弗細(xì)胞的周圍將細(xì)菌包圍起來(lái)。
3.3 血小板增強(qiáng)補(bǔ)體的免疫效應(yīng) 補(bǔ)體(complement,C)是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分,血漿中的補(bǔ)體多以非活化形式存在,只有在被激活后才有生物學(xué)功能?;罨难“灞磉_(dá)部分補(bǔ)體受體及其他分子,結(jié)合補(bǔ)體,并可通過啟動(dòng)經(jīng)典途徑或旁路途徑激活補(bǔ)體,促補(bǔ)體發(fā)揮抗菌作用。
3.3.1 血小板通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體 補(bǔ)體C1通常以C1q(C1r)2(C1s)2復(fù)合大分子形式存在血漿中。研究表明,活化血小板表達(dá)的補(bǔ)體受體gC1qR可結(jié)合并激活C1q,進(jìn)而激活補(bǔ)體C4(即啟動(dòng)經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體)。另外血小板分泌的硫酸軟骨素,通過結(jié)合C1q,同樣也啟動(dòng)經(jīng)典途徑活化補(bǔ)體[48]。見圖4。
3.3.2 血小板通過旁路途徑激活補(bǔ)體 旁路途徑是從補(bǔ)體C3開始,C3可被C3轉(zhuǎn)化酶裂解為C3a和C3b。來(lái)源活化血小板的P選擇素是C3b的受體;P選擇素與C3b結(jié)合,可刺激旁路途徑的級(jí)聯(lián)酶促反應(yīng)激活補(bǔ)體[49]。活化的血小板α顆粒分泌因子D,因子D能激活并裂解因子B為Ba和Bb[50],促補(bǔ)體轉(zhuǎn)化酶形成;同時(shí)補(bǔ)體C3轉(zhuǎn)化酶能正反饋裂解更多補(bǔ)體C3,加強(qiáng)旁路途徑激活補(bǔ)體。見圖4。
3.3.3 膜攻擊復(fù)合物的形成 經(jīng)典途徑和旁路途徑最后均能形成C5轉(zhuǎn)化酶,將C5裂解成C5a和C5b。試驗(yàn)證明洗滌、活化的血小板可釋放C8、C9,小劑量的C5、C6、C7。C5b與C6、C7、C8、C9結(jié)合,形成C5b-9復(fù)合物,又稱膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex, MAC)[50](見圖4)。MAC通過跨膜通道的形成使細(xì)胞裂解,從而裂解細(xì)菌;MAC也可使內(nèi)皮釋放TF、vWF啟動(dòng)凝血途徑,誘發(fā)凝血酶和微血栓的形成,最終激活血小板并促血小板脫顆粒[51]。因此,活化的血小板增強(qiáng)補(bǔ)體系統(tǒng)裂解細(xì)菌,反過來(lái)激活后的補(bǔ)體也增強(qiáng)血小板的活化和脫顆粒,這種正反饋效應(yīng)最終增強(qiáng)整體殺菌作用。
圖4 活化的血小板與補(bǔ)體間的相互作用示意圖
適應(yīng)性免疫(包括體液免疫和細(xì)胞免疫)是體內(nèi)T、B淋巴細(xì)胞接受外源物質(zhì)的刺激后,自身活化、增殖、分化為效應(yīng)細(xì)胞,發(fā)揮清除病原體等生物學(xué)效應(yīng)。活化的血小板可直接或間接作用于T、B淋巴細(xì)胞,啟動(dòng)和增強(qiáng)適應(yīng)性免疫反應(yīng)。
4.1 血小板與T淋巴細(xì)胞 一方面血小板可以識(shí)別和結(jié)合細(xì)菌,將其傳送至脾。如補(bǔ)體C3修飾的李斯特菌可以與血小板上GPIb結(jié)合,結(jié)合細(xì)菌的血小板在脾被CD8α+樹突狀細(xì)胞識(shí)別,將該信號(hào)(抗原)提呈給T細(xì)胞,啟動(dòng)細(xì)胞免疫;另一方面,血小板本身的CD40L能促進(jìn)樹突狀細(xì)胞成熟和啟動(dòng)T淋巴細(xì)胞的免疫反應(yīng)[52];同時(shí),血小板釋放的血清素和RANTES(CCL5),也能介導(dǎo)T細(xì)胞的激活和分化[53]。
4.2 血小板與B淋巴細(xì)胞 體外血小板與B淋巴細(xì)胞混合培養(yǎng)3 d后發(fā)現(xiàn),B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的免疫球蛋白(IgG1、IgG2、IgG3)增多[53],表明血小板能激活外周血B淋巴細(xì)胞和促免疫球蛋白的產(chǎn)生;同時(shí)提示血小板可能有促機(jī)體產(chǎn)生體液免疫的潛在作用。另外,血小板表達(dá)抗體Fcγ受體,能結(jié)合IgG抗體[54],協(xié)助啟動(dòng)適應(yīng)性免疫反應(yīng)并殺滅細(xì)菌。
4.3 血小板與淋巴結(jié) 淋巴結(jié)是T、B淋巴細(xì)胞定居的場(chǎng)所?;罨难“灞磉_(dá)C型凝集素樣2受體(CLEC-2),可結(jié)合淋巴內(nèi)皮細(xì)胞的平足蛋白,以維持淋巴結(jié)、淋巴管的完整性[55-56],有助適應(yīng)性免疫應(yīng)答的發(fā)生。
血小板雖是無(wú)核的細(xì)胞碎片,但在細(xì)菌感染發(fā)揮關(guān)鍵的免疫防御作用。隨著對(duì)“血小板作為機(jī)體監(jiān)測(cè)細(xì)菌的第一哨兵”的理解和研究的深入,將為臨床抗感染提供新的思路。