血小板線粒體功能研究進(jìn)展

趙小霞

（南開大學(xué)附屬第四中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，天津 300140）

血小板是血液中的無核細(xì)胞，在出血與止血、血栓形成、損傷反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)等過程中發(fā)揮作用。本文對線粒體在血小板的產(chǎn)生和相關(guān)功能中的關(guān)鍵作用及其與疾病的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 血小板的發(fā)現(xiàn)及其作用

1865年，Schultze發(fā)現(xiàn)了血小板。1881年，Bizzozero闡明了血小板在止血和血栓形成中的作用。1890年，Howell首次觀察到了骨髓巨核細(xì)胞。1906年，Wright發(fā)現(xiàn)血小板來源于巨核細(xì)胞，確立了血小板生成理論。血小板體積?。?～4 μm），存活時間短（7～10 d），無細(xì)胞核，健康成人每微升血液中的血小板數(shù)量為（15～45）萬，且隨年齡和健康狀況而變化。血小板參與體內(nèi)多個平衡過程，包括止血和血栓、傷口愈合、血管生成、免疫調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng)[1]。

2 無核細(xì)胞——血小板

細(xì)胞核提供的基因圖譜可以翻譯任何需要的蛋白質(zhì)，但哺乳動物的血小板無細(xì)胞核，因此不攜帶基因組遺傳物質(zhì)。血小板體積小、易變形、高度敏感，易進(jìn)入小血管，可快速、有效地分泌蛋白質(zhì)，快速應(yīng)激。每個血小板均攜帶大量的核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）生物信息，通過快速、有效的應(yīng)答來發(fā)揮作用，止血可在數(shù)分鐘內(nèi)即發(fā)生應(yīng)答。與禽類低效的凝血供能比較，無核的特性提高了人類血小板的工作效率。血小板沒有核來源的RNA，其RNA可通過微泡從外部獲取，也可通過微泡將RNA信號傳遞給其他細(xì)胞，進(jìn)而在細(xì)胞之間傳遞信息[2]。血小板在凝血、免疫應(yīng)答及各種疾病中的作用都與微泡小分子核糖核酸（micro ribonucleic acid ，miRNA）有關(guān)系。血小板可以由12-脂氧合酶和磷脂酶A2-Ⅱ A介導(dǎo)，將miRNA、轉(zhuǎn)錄因子、線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到中性粒細(xì)胞等細(xì)胞中[3]。因此，雖然血小板沒有細(xì)胞核，但其能夠與周圍環(huán)境相互作用，并產(chǎn)生有效應(yīng)答。

3 線粒體在血小板功能和存活中的作用

為了快速應(yīng)答應(yīng)激和血管損傷，需要高效的能量和代謝功能。不同于紅細(xì)胞，血小板含有線粒體，線粒體與細(xì)胞核一樣，具有DNA、雙層細(xì)胞膜、細(xì)胞分裂周期等特點(diǎn)，在細(xì)胞周期中可以分裂。有研究發(fā)現(xiàn)，線粒體在能量產(chǎn)生和代謝中發(fā)揮著重要作用，是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所，被稱為“細(xì)胞的發(fā)電站”[4]。線粒體的三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化過程都參與了三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的生成，且線粒體還參與了除能量產(chǎn)生以外的許多其他過程，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生、鈣離子的動態(tài)平衡、凋亡調(diào)節(jié)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)。

健康的血小板一般包含5～8個線粒體，可以發(fā)揮代謝和活化血小板、產(chǎn)生ATP、調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)程和活性等作用[5]。在多種疾病中，血小板受損嚴(yán)重會導(dǎo)致線粒體過早凋亡，因此保持血小板線粒體的健康至關(guān)重要。在各種有核細(xì)胞中，線粒體的更新周期為9～24 d。而無核細(xì)胞血小板的平均存活時間為7～10 d，可能是由線粒體的更新周期決定的；B淋巴細(xì)胞瘤-xL（B-cell lymphoma，Bcl-xL）可通過調(diào)節(jié)線粒體凋亡來決定血小板的存活時間[6]。有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）可促進(jìn)巨核細(xì)胞基因重排，進(jìn)而增加線粒體的數(shù)量和活性，這有助于分析與年齡相關(guān)的血小板的高反應(yīng)性和血栓的形成[7]。

4 血小板線粒體DNA和蛋白質(zhì)

無核細(xì)胞的線粒體是其唯一的細(xì)胞器。人類線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）為雙鏈、環(huán)形，大小為16 600 bp，mtDNA由37個基因組成，編碼13種重要的氧化磷酸化酶復(fù)合體亞單位、2種核糖體RNA（ribosomal ribonucleic acid，rRNA）和22種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer ribonucleic acid，tRNA）。mtDNA在線粒體中具有較多拷貝數(shù)，能夠獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯。線粒體有多種mtDNA復(fù)制模式，這與核復(fù)制是完全不同的，所以mtDNA拷貝數(shù)可用于間接評估線粒體功能[8]。完整的mtDNA能夠預(yù)防由mtDNA突變引起的線粒體肌病等線粒體相關(guān)疾病的發(fā)生[9]；有研究發(fā)現(xiàn)，血小板mtDNA甲基化可能與心血管疾病的病因有關(guān)[10]。線粒體有一系列蛋白質(zhì)參與其作用，哺乳動物的線粒體包含約1 500種蛋白質(zhì)。mtDNA參與編碼呼吸鏈復(fù)合物組成的大多數(shù)蛋白質(zhì)，大部分線粒體蛋白質(zhì)是由核編碼的，這些蛋白質(zhì)在線粒體易位酶的輔助下，從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入線粒體。蛋白質(zhì)被翻譯后會進(jìn)入線粒體，線粒體蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中被合成為前體蛋白質(zhì)，然后再被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體。每種蛋白質(zhì)都有一個獨(dú)特的導(dǎo)入信號，引導(dǎo)其錨定到線粒體膜上，線粒體外膜上的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體（translocator of outer mitochondrial membrane，TOM）負(fù)責(zé)將核編碼的線粒體蛋白質(zhì)穿過線粒體外膜，線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體（translocator of inner mitochondrial membrane，TIM）負(fù)責(zé)將其運(yùn)送進(jìn)線粒體基質(zhì)，在此過程中，TIM 23發(fā)揮重要的作用。

5 線粒體和血小板的能量代謝

大多數(shù)的人類有核細(xì)胞含有數(shù)百甚至數(shù)千個線粒體，而無核細(xì)胞血小板一般僅有5～8個線粒體，但血小板在代謝方面很活躍，其代謝系統(tǒng)通過糖酵解和氧化磷酸化供能，糖酵解可提供60%～70%的細(xì)胞ATP，氧化磷酸化可提供另外30%～40%的能量。維持鈣離子動態(tài)平衡需要穩(wěn)定的ATP能量供應(yīng)，故ATP對于血小板功能非常重要?；罨难“逡部梢酝ㄟ^糖酵解來維持線粒體功能。血小板的這種利用糖酵解或脂肪酸分解代謝而不是氧化磷酸化的能力，能夠使血小板適應(yīng)不同情況，滿足能量需求，從而在缺氧或存在線粒體抑制的情況下，仍可供能。當(dāng)線粒體氧化磷酸化和糖酵解同時被抑制時，血小板聚集和其他代謝活動才會完全中斷。

6 線粒體和血小板活化

血小板黏附到暴露的血管內(nèi)皮下基質(zhì)時會被激活，并啟動凝血級聯(lián)。有研究發(fā)現(xiàn)，線粒體通過通透性轉(zhuǎn)換（mitochondrion permeability transition，MPT）、ROS生成增加和膜電位崩潰等在血小板活化中發(fā)揮作用[11]。血小板活化是由膠原、凝血酶和二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）等激動劑介導(dǎo)的，參與止血的調(diào)節(jié)，激動劑通過增加細(xì)胞內(nèi)的鈣含量活化血小板。線粒體幾乎不會調(diào)節(jié)血小板中的鈣含量，但線粒體內(nèi)鈣含量增加會促進(jìn)磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）外翻，且不影響整合素的活化和顆粒釋放。鈣含量的增加也與線粒體ROS失衡和通透性轉(zhuǎn)換孔激活有關(guān)[12]。線粒體和細(xì)胞質(zhì)中的鈣急劇增多會促進(jìn)血小板活化，通過親環(huán)蛋白D（cyclophilin D，CypD）依賴機(jī)制使線粒體膜電位崩潰。由線粒體鈣介導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)失衡有助于進(jìn)一步產(chǎn)生ROS和引發(fā)PS外翻，這些線粒體激活途徑也加快了血小板的凋亡。

7 線粒體和血小板凋亡

有研究發(fā)現(xiàn)，正常和異常刺激均可以誘導(dǎo)或抑制細(xì)胞凋亡，血小板凋亡的形態(tài)學(xué)特征包括胞膜起泡、細(xì)胞皺縮、PS外翻、偽足生成[13]。細(xì)胞凋亡有外在和內(nèi)在途徑，前者通過激活細(xì)胞表面死亡受體活化，后者由Bcl-2家族的凋亡前體蛋白和抗凋亡蛋白與線粒體協(xié)調(diào)作用介導(dǎo)。血小板內(nèi)有Bcl-2家族蛋白和血小板PS外翻等凋亡特征，提示血小板可能主要因激活內(nèi)在的凋亡途徑凋亡。Bcl-xL是血小板存活的關(guān)鍵調(diào)控蛋白，負(fù)責(zé)抑制Bcl-2相關(guān)K蛋白和Bcl-2相關(guān)X蛋白這2種可破壞線粒體的促凋亡蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)，Bcl-xL或Bcl-2相關(guān)K蛋白、X蛋白受損后會影響血小板的生存時間；Bcl-2家族蛋白的過表達(dá)可延長循環(huán)中血小板的存活時間，但小鼠體內(nèi)Bcl-2的缺失并沒有影響血小板的生成或存活時間[14]。當(dāng)血小板受到壓力或即將死亡時，Bcl-2相關(guān)K蛋白、X蛋白被激活，從而啟動線粒體途徑，釋放細(xì)胞色素c等線粒體成分，細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞色素c的存在會觸發(fā)細(xì)胞凋亡半胱氨酸蛋白（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）級聯(lián)，該級聯(lián)以引發(fā)劑caspase-9開始，以效應(yīng)劑caspase-3和caspase-7結(jié)束，從而切割數(shù)百個細(xì)胞內(nèi)成分，并破壞幾個基本的細(xì)胞過程[15]。Bcl-2家族蛋白也參與了血小板的生成，抗凋亡家族成員B 淋巴細(xì)胞瘤因子2樣蛋白2（B-cell lymphoma 2 like protein 2，BCL2L2）參與人臍帶血中巨核細(xì)胞前血小板的形成[16]。

8 血小板線粒體在疾病中的作用

血小板表面的PS外翻可增強(qiáng)促凝血活性，因此凋亡的血小板誘發(fā)凝血的速度比正常血小板快50～100倍[17]。mtDNA復(fù)制過程中，多聚鳥苷酸（polyguanylic acid，PolyG）的保真度降低，mtDNA的突變率約為核DNA的100倍[18]。此外，mtDNA異質(zhì)性的遺傳是隨機(jī)性的，有時子細(xì)胞中會留下相似但不完全相同的mtDNA副本。mtDNA異常和突變的風(fēng)險增加，會阻礙ATP產(chǎn)生，并增強(qiáng)氧化應(yīng)激。循環(huán)中的血小板mtDNA可提示某些疾病的發(fā)生[19]；線粒體功能也與年齡[20]和心血管疾病[21]、糖尿病（diabetes mellitus，DM）[22]、阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）和帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）[23]、膿毒癥[24]等與年齡有關(guān)的疾病相關(guān)。

動脈粥樣硬化和血栓形成所致的心血管疾病是DM患者死亡的主要原因。以急、慢性高血糖為特征的DM已被證實(shí)能促進(jìn)血小板線粒體ROS的產(chǎn)生和活化；血小板也被認(rèn)為是動脈粥樣硬化病變發(fā)展的主要參與者，其與單核細(xì)胞共同促進(jìn)形成了動脈粥樣硬化的炎癥環(huán)境；2型DM會引起血小板ATP產(chǎn)生變化，增加線粒體ATP含量和血小板活性，在持續(xù)氧化應(yīng)激下，血小板凋亡，ATP減少[25-26]，且抗血小板和高血糖控制治療可提高血小板的反應(yīng)性[27]。保存血小板線粒體功能可能是另一種可以降低DM患者潛在致命血栓風(fēng)險的方法[28]。

AD和PD都是嚴(yán)重的神經(jīng)退行性疾病，與血小板線粒體功能障礙和血小板凋亡有關(guān)[23，29]。血小板膜上有大量的神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體，可將多巴胺、5-羥色胺等有效轉(zhuǎn)運(yùn)至血小板內(nèi)，且可通過單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）-B參與到神經(jīng)遞質(zhì)代謝當(dāng)中，維持遞質(zhì)體內(nèi)平衡。血小板在結(jié)構(gòu)和功能上與神經(jīng)元相似，并富含與神經(jīng)元和大腦相關(guān)的關(guān)鍵蛋白[30]。除大腦外，血小板中淀粉樣前體蛋白、突觸核蛋白和tau蛋白含量最高，循環(huán)中這些關(guān)鍵蛋白的表達(dá)與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)。AD患者的線粒體電子傳遞鏈，特別是細(xì)胞色素c氧化酶的活性，以及復(fù)合物Ⅳ的氧化代謝均受到抑制，且血小板線粒體加速氧化應(yīng)激可導(dǎo)致線粒體損傷和血小板凋亡[31]。在PD中，線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ～Ⅳ、α-突觸核蛋白、Parkin、DJ-1、PTEN誘導(dǎo)激酶1和富含亮氨酸重復(fù)序列激酶2基因有突變或缺陷[32]，其他相關(guān)的關(guān)鍵蛋白還包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸CoQ還原酶、輔酶Q10、線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ和Ⅱ的電子受體以及神經(jīng)遞質(zhì)降解酶MAO-B[33]。在AD和衰老的發(fā)病機(jī)制中，其氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體損傷和凋亡與PD一致，血小板MAO可作為AD和PD發(fā)病的外周血生物學(xué)指標(biāo)。有研究發(fā)現(xiàn)，PD患者血小板中氧化保護(hù)蛋白蛋氨酸亞砜還原酶B2水平降低，導(dǎo)致血小板凋亡加劇[34]。神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生再次證明了血小板線粒體的重要性，遺傳缺陷或環(huán)境壓力可以導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和血小板過早死亡。

活化的血小板可分泌多種細(xì)胞因子和信號分子，直接或間接參與機(jī)體的免疫調(diào)控過程[35]。在敗血癥中，血小板線粒體的生物能會發(fā)生改變，導(dǎo)致器官衰竭[36]。血小板減少與感染性休克患者的死亡率增加有關(guān)[37]。血小板活性線粒體可引起炎癥反應(yīng)[38]。

線粒體對血小板功能的重要性，以及線粒體功能障礙對糖尿病、PD和心血管疾病的影響的相關(guān)研究結(jié)果顯示，靶向血小板線粒體可以作為輔助療法。針對血小板線粒體代謝和凋亡的藥物可能有助于預(yù)防病理性血栓形成和其他疾病[39]。線粒體的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)提供了多個潛在的靶點(diǎn)，然而選擇性靶向血小板可能需要進(jìn)一步與血小板靶向劑偶聯(lián)。

9 結(jié)語

線粒體不僅參與了血小板的能量代謝和ATP的產(chǎn)生，而且在血小板活化和凋亡中發(fā)揮著重要作用，但其在許多系統(tǒng)性疾病中所起的病理生理作用仍在研究中。針對血小板線粒體的療法可能最終有助于治療相關(guān)疾病。