蛋白C、蛋白S在腦卒中及血栓栓塞中的研究進展

侯銘臻,洪 欣,洪星禹

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 血管外科,吉林 長春130033)

蛋白C(Protein C,PC)和蛋白S(Protein S,PS)作為天然存在的抗凝劑[1],在生理病理過程中發(fā)揮了重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)PC、PS的缺乏與腦卒中、靜脈血栓栓塞、動脈血栓栓塞等臨床事件的發(fā)生密切相關。本文對PC、PS缺乏與相關疾病之間關系的研究進展綜述如下。

1 蛋白C和蛋白S

1.1 蛋白C

蛋白C是一種由肝臟產(chǎn)生的大小為62 kD的維生素K依賴性糖蛋白,由于是通過DEAE-瓊脂糖凝膠柱中洗脫出來的第三種蛋白,因此命名為“C”[2]。它由PROC基因編碼,位于2號染色體(2q13-q14)上。蛋白C以無活性酶原的形式在血液中進行循環(huán),這種形勢下它的半衰期為7～10 h。當?shù)鞍證與內(nèi)皮蛋白聚糖血栓調(diào)節(jié)蛋白結合時,凝血酶催化其轉化為具有抗凝血酶活性的活化蛋白C(activated protein C,APC),即與絲氨酸蛋白酶類似的蛋白酶[3]。當凝血酶-血栓調(diào)節(jié)蛋白復合體與內(nèi)皮蛋白C受體結合時,增強對蛋白C的活化作用[4-5],APC的半衰期僅為30 min。

1.2 蛋白S

蛋白S(Protein S,PS)是一種存在于血漿中的富含γ-羧谷氨酸的糖蛋白,它主要由肝臟細胞[6]、內(nèi)皮細胞[7]和Leydig細胞[8]合成和分泌。約2.5%的循環(huán)蛋白S存在于血小板α顆粒中[9],而這部分PS的表達僅來源于巨核細胞[10]。人類中的蛋白S由單個PROS1基因編碼[10],位于3號染色體上[11],它是第一個被定位到人類染色體上的凝血蛋白[12]。蛋白S首先被翻譯為676個氨基酸的前體蛋白,隨后被進一步加工為一個含有635個氨基酸的蛋白。成熟的蛋白S由磷脂結合的γ-羧基谷氨酸結構域、凝血酶敏感蛋白結構域、四個表皮生長因子樣結構域和含有兩個層黏連蛋白G的性激素結合球蛋白結構域組成[13]。在蛋白S中發(fā)現(xiàn)了三種不同類型的翻譯后修飾氨基酸殘基,谷氨酸結構域中發(fā)現(xiàn)了11個γ-羧谷氨酸殘基,在第一個表皮生長因子樣結構域中存在一個β-羥基化的天冬氨酸殘基,在其他三個表皮生長因子樣結構域中的每個結構域上發(fā)現(xiàn)了一個β-羥基化的天冬酰胺殘基(圖1),其中γ-羧基化是PS中研究最多的翻譯后修飾,對PS功能至關重要。

圖1 PS蛋白結構域示意圖

1.3 蛋白C、蛋白S的生物學功能

抗凝是PC最基本的生物學功能[14]。血管創(chuàng)傷性損傷后,在血管和骨髓內(nèi)皮細胞釋放的血管性血友病因子的輔助下血小板聚集形成栓子[15]。隨后血小板釋放α顆粒和δ顆粒并進一步活化[16]。這些活化的血小板產(chǎn)生血栓素A2、血小板活化因子和血清素,促進血小板聚集,暫時封閉血管缺損。繼發(fā)性穩(wěn)態(tài)隨后通過內(nèi)在途徑(包含因子I,II,IX,X,XI和XII)和外在途徑(包含因子I,II,VIII,X)參與凝血因子的合成,從而形成纖維蛋白網(wǎng),保證凝血塊的完整性[17]。正常人血液配備了天然存在的抗凝劑來調(diào)節(jié)血液凝固,包括PC,PS,抗凝血酶III和組織因子纖溶酶原抑制劑。研究報道稱APC通過切割位點上的蛋白水解活性不可逆地使凝血因子Va[18]和凝血因子VIIIa[19]失活,而凝血因子Va和VIIIa對凝血因子X的活化和凝血酶的生成至關重要,APC通過這一過程發(fā)揮其抗凝血功能。

血漿中APC調(diào)控凝血因子Va的失活取決于蛋白S[20]。當前的研究發(fā)現(xiàn)PS可以通過增強APC的作用發(fā)揮其抗凝血功能,同時也可以通過獨立于APC的作用發(fā)揮抗凝血的功能[21]。當PS作為APC的輔助因子時,PS增強了活化的凝血因子Va的306位精氨酸處的切割,增強了APC的失活作用[22],此外PS中第一個表皮生長因子樣結構域中第95位的天冬氨酸殘基和谷氨酸結構域中第36位的谷氨酸均在幫助APC發(fā)揮抗凝血功能中發(fā)揮重要作用[23]。除此之外,組織因子通路抑制劑中的Kunitz結構域3與PS蛋白存在直接的相互作用[24-26],這種相互作用使得蛋白S作為組織因子通路抑制劑的輔助因子將其對凝血因子Xa的抑制能力提升4～10倍[27-28]。PS還被報道在凝血因子IXa和VIIIa存在的情況下,直接結合并抑制凝血因子IXa,最大程度上阻斷了凝血酶的生成,在抗凝血方面發(fā)揮重要的作用。研究表明PS能夠與凝血因子IXa的132位、126位的賴氨酸和170位的精氨酸結合,抑制內(nèi)在X酶復合物進而調(diào)節(jié)凝血酶的生成,這種直接的相互作用通過血漿中的免疫共沉淀實驗被證實[29],同時與輸入野生型的凝血因子IXa相比,向血友病B小鼠中輸入具有活性的但無法與PS蛋白結合的凝血因子IXa突變體導致小鼠纖維蛋白凝塊形成速度顯著加快,破壞PS與凝血因子IXa之間的相互作用導致血友病B小鼠血栓形成率顯著增加[30],這進一步證實了PS能夠以不依賴APC的方式發(fā)揮抗凝血作用。

除了抗凝功能外,APC還被報道參與多種細胞類型的保護性的細胞內(nèi)信號轉導,這些信號通路的激活一方面導致內(nèi)皮屏障穩(wěn)定性增強、內(nèi)皮完整性增強、細胞骨架細胞重排和緊密連接蛋白表達增加[31];另一方面APC還能夠抑制炎癥反應相關信號通路如NF-κB和TNF-α、抑制白細胞和中性粒細胞在內(nèi)皮細胞表面的黏附[32-34]。此外APC增加抗凋亡基因的表達,如APC通過降低p53的表達對神經(jīng)進行保護,通過抑制再灌注損傷和炎癥小體活化對腎進行保護,通過減少心肌梗死后心肌細胞死亡或凋亡效應對心臟產(chǎn)生保護作用[1,35-37]。內(nèi)皮細胞上的APC介導的細胞保護相關信號傳導主要通過APC與內(nèi)皮蛋白C受體的結合介導,然后通過APC的活性位點切割蛋白酶激活受體-1和蛋白酶激活受體-3[23,38-40]。在不同細胞類型上APC信號傳導還有其他的替代機制,這些機制可能是內(nèi)皮蛋白C受體非依賴的、同時也是蛋白酶激活受體依賴的途徑[34],或是內(nèi)皮蛋白C受體和蛋白酶激活受體均非依賴的途徑[33]。PS也被報道具有抗凝之外的功能,PS與C4BP結合能夠抑制炎癥反應[13]。

2 蛋白C和蛋白S缺乏與疾病之間的關系

約有0.2%～0.4%的人群伴有PC缺乏,男性和女性的發(fā)生率相同,發(fā)病年齡集中于30～40歲[16,41]。先天性缺陷是由于負責生成PC的基因(即PROC基因)發(fā)生突變導致。錯義和無義是最常見的突變類型,見于72%的病例,其次是剪接突變,見于9.3%的病例[42]。此外還有很多原因會導致獲得性PC缺乏癥,包括彌散性血管內(nèi)凝血、膿毒癥、嚴重肝病、維生素K缺乏和華法林治療的患者。

蛋白S缺乏癥是由PROS1基因突變引起的遺傳性疾病。由于特殊的PS生物學,蛋白S缺乏癥的相關研究一直較難開展。雜合子PS缺乏癥是一種常染色體顯性疾病,極少數(shù)情況下,兩個異常的PS基因被遺傳(先天性)。除此之外,腎臟疾病、惡性腫瘤、懷孕或口服雌激素也可能會導致獲得性的PS缺乏。

2.1 蛋白C、蛋白S缺乏與腦卒中

腦卒中是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一,也是全球主要死亡原因。它被定義為由于腦部血管突然破裂或因血管阻塞導致腦細胞血液供應突然停止而導致的神經(jīng)功能障礙。腦卒中的常見致病原因包括高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙和心臟瓣膜病等。在沒有這些危險因素的情況下,易栓癥成為腦卒中發(fā)病的主要原因。一項研究評估了60名年輕人急性缺血性卒中的原因,發(fā)現(xiàn)17%的患者存在凝血抑制劑的缺乏,其中3例患者出現(xiàn)PC的缺乏[43]。CAMERLINGO等[44]的一項研究也觀察到了類似的結果,該研究評估了50例45歲以下患者非出血性腦卒中的致病原因,發(fā)現(xiàn)6%的患者發(fā)生了PC缺乏。PS缺乏癥在臨床上同樣表現(xiàn)為易栓癥,并且由于凝血因子失衡導致血液凝固異常。在另外一項研究中,研究人員評估了PC、PS、抗凝血酶III、凝血因子V-Leiden和凝血酶原缺乏作為缺血性腦卒中危險因素的作用,研究發(fā)現(xiàn)由單一因素導致易栓癥的患者的患病率僅有(0.9%～5.2%)[45]。ZAKAI等[46]的研究發(fā)現(xiàn),單純的PC缺乏癥與腦卒中沒有顯著的相關性,但與心血管事件的發(fā)生密切相關。盡管有報道證實了PC或PS缺乏與腦卒中的發(fā)生相關但這些研究均由于其樣本數(shù)不足存在一定的局限性,

2.2 蛋白C、蛋白S缺乏與靜脈血栓栓塞

無論哪種原因導致的凝血功能異常,靜脈通常更容易發(fā)生血栓,因為血栓形成與Virchow三聯(lián)征有關,包括血液淤滯、高凝狀態(tài)和內(nèi)皮損傷。與動脈相比,靜脈的口徑更寬,并且血液流動緩慢。每年每1000人中便有1人出現(xiàn)靜脈血栓,并且多集中在有手術史、骨折、肥胖、使用避孕或某些化療藥物、惡性腫瘤、狼瘡或存在老年病史的患者中發(fā)生。2%～5%的靜脈血栓栓塞病例是由于PC的缺乏導致[47],許多研究均報道了PC缺乏與靜脈血栓形成的相關性[48-50]。除了PC外,蛋白S缺乏與靜脈血栓栓塞有關。一般來說,含雌激素的藥物,如口服避孕藥或激素替代療法,會誘發(fā)由獲得性PS缺乏并引起的血栓前狀態(tài)。由于雌激素會導致高凝狀態(tài)的產(chǎn)生,在妊娠期雌激素水平穩(wěn)步升高,因此孕婦發(fā)生血栓栓塞事件的風險顯著提高[51],然而目前雌激素誘導的PS缺乏癥的分子機制尚未明確。

2.3 蛋白C、蛋白S缺乏與動脈血栓栓塞

盡管沒有明確的證據(jù)證實蛋白C、蛋白S與動脈血栓栓塞的直接關系,但仍有少量的文獻討論了是否存在可能的聯(lián)系。其中的一項研究發(fā)現(xiàn),在68例患者中,有15例患者存在PC缺乏,而這15例患者出現(xiàn)動脈血栓的風險高于對照組[52]。MAHMOODI等[53]在隊列研究中還分析了PC、PS和抗凝血酶缺乏的情況下出現(xiàn)動脈血栓栓塞的風險,該研究發(fā)現(xiàn),在5歲之前,只有PC和PS缺乏的患者出現(xiàn)動脈血栓栓塞的風險比對照組高出6.55倍。然而也有一些研究表示蛋白C、蛋白S缺乏與動脈血栓栓塞并無相關性。一項對年輕人動脈缺血性腦卒中病因的研究報告指出,僅有5.8%的病例存在血液學病變,其中僅有1例為PC缺乏[54]。因此,仍需要更多的臨床數(shù)據(jù)進一步證實蛋白C、蛋白S缺乏與動脈血栓栓塞是否真正存在關聯(lián)。

3 總結與展望

目前PC和PS缺乏是卒中發(fā)展的明確原因,特別是在年輕人中。盡管靜脈血栓栓塞與PC、PS缺乏的關系已被廣泛討論,但仍缺少有力的證據(jù),除此之外還有個別研究顯示這種缺乏會增加動脈血栓栓塞、偏癱等其他疾病的風險[55],但這些需要進一步的隊列研究,并通過臨床大數(shù)據(jù)的分析完善其中的相關性。

PC和PS是具有細胞保護特性的生理性抗凝劑,它不僅是嚴重敗血癥的治療劑,而且正在成為許多其他自身免疫性和炎癥性疾病的潛在治療方法。體外實驗,臨床前和臨床數(shù)據(jù)均已證實PC和PS的臨床制劑具有極強的應用前景,并且重組人PC和PS的商業(yè)制劑較容易制備,因此在未來應該開發(fā)各種偶聯(lián)物和不同形式的活性蛋白分子,為相關疾病的治療提供更多的選擇空間。