血小板、中性粒細胞在炎癥反應與血栓形成中的作用

李明花 遇紅梅

(吉林大學 1第一醫院,吉林 長春 130061;2中日聯誼醫院)

中性粒細胞和血小板均調控天然免疫所參與的炎癥反應和血栓的形成。血小板對于形成止血栓以防止出血至關重要,而中性粒細胞是抵抗入侵病原體的免疫防御的守護者。血小板和中性粒細胞是外周血中豐富的細胞。從傳統意義上講,血小板發揮著重要的止血作用,而中性粒細胞對先天免疫反應很重要。血小板和先天免疫之間的相互作用及隨后凝血激活的觸發,是宿主系統的一部分,以防止病原體在血流中系統傳播?？赏ㄟ^調節血小板、中性粒細胞外誘捕網(NETs)、細胞因子來介導炎癥反應和血栓形成。當細胞因子產生過度時,血管通透性增加及炎癥使血液處于高凝狀態,容易導致血栓形成。血栓與炎癥相互作用可通過NETs、血小板、細胞因子相互作用調節。本文將對血小板和中性粒細胞相互作用及其串擾與血栓形成的關系進行闡述。

1 炎癥與天然免疫

1.1炎癥反應 炎癥反應是常見的病理過程,并且是重要的一種免疫防御機制〔1〕。炎癥是損傷和抗損傷的統一過程,正常的炎癥反應對人體有利,是人體免疫力的一種表現。局部血液循環在發生急性炎癥時會發生一系列變化,造成細動脈在炎癥介質作用下短暫收縮,持續數秒至數分鐘;毛細血管在細動脈短暫痙攣后會出現擴張,導致血流加快,形成炎癥性充血;當血液通透性增高,血液黏稠度增加,則會導致血液成分滲出,啟動機體天然免疫應答。

1.2天然免疫 天然免疫是機體防御病原體的第一道防線。天然免疫通過模式識別受體(PRPs)感受并識別各種內外刺激信息〔2〕。與此同時,PRPs能夠識別損傷相關分子模式(DAMPs)和病原相關分子模式(PAMPs),引起一系列免疫應答反應,對入侵病原體作出快速反應,清除各種損害因子,達到修復機體損傷的目的〔3〕。

Toll樣受體(TLRs)家族成員包含13種,在天然免疫中發揮重要作用。不同TLRs可識別不同的病原刺激分子,其中識別細菌和真菌成分主要為TLR1～5,識別病毒、內生物刺激分子及微生物核酸主要為TLR3和TLR7～13〔4〕。當TLRs識別PAMPs/DAMPs后,通過激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核轉錄因子(NF)-κB等信號通路,啟動核轉錄功能,誘導促炎細胞因子分泌,發生炎癥〔5〕。革蘭陰性菌細胞壁主要成分脂多糖與單核/巨噬細胞表面TLR4結合,通過修飾MAPK磷酸化、NF-κB水平,上調細胞因子表達,而抑制MAPK磷酸化、NF-κB水平可抑制細胞因子釋放〔6〕。

1.3炎癥相關細胞因子 細胞因子在細胞信號轉導中起關鍵作用,并且可通過受體作用調節機體免疫應答,在介導創傷、炎癥反應中具有重要作用。細胞因子包括促炎和抗炎細胞因子。適當分泌的細胞因子經旁分泌作用,激活中性粒細胞/巨噬細胞,發揮抗炎作用,殺滅病原體〔7〕。大量釋放細胞因子會激活內皮細胞,提高血管通透性,免疫細胞滲出到炎癥部位對病原菌進行吞噬并殺滅?？寡准毎蜃愚D化生長因子(TGF)-β、白細胞介素(IL)-13、IL-10和IL-4等與促炎細胞因子如干擾素(IFN)-γ、腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-6、IL-2和IL-1等之間失衡是引起炎癥的關鍵性因素。細胞因子過多導致細胞因子風暴,是導致炎癥損傷的重要原因。細胞因子過度表達是某些疾病形成重要因素,比如血栓。

2 血栓和血小板

2.1血栓 血栓是指在活體的血管和心臟內,循環血液中有形成分在血管內形成栓子,造成血管部分或完全堵塞,相應部位血供障礙的病理過程?？捎裳“迮c細胞因子相互作用導致,動脈血栓富含血小板,形成于破裂的動脈粥樣硬化斑塊的側面或周圍,常發生在高切變流處,可發揮止血與宿主防御功能,血小板與細胞因子作用由NETs介導。而靜脈血栓富含纖維蛋白和紅細胞,常發生在慢切變流處。

按照血管結構或者血管損傷,兩種主要機制介導血管內穩態及血栓形成〔8〕。其中一個主要是由組織因子(TF)依賴的,而另外一個主要是由膠原介導的。TF是外源性凝血級聯反應的主要啟動因子。內皮細胞在正常止血過程中可能會受到損傷,從而導致內皮下間隙的膠原暴露。在血小板激活因子(PAF)或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)的刺激下,TF移位到細胞表面,觸發凝血酶生成和血栓形成〔9,10〕?；罨“逋ㄟ^分泌聚集性介質產生凝血酶而對其他循環血小板進行招募。TF可介導前凝血酶向凝血酶轉化、凝血級聯反應的激活及纖維蛋白生成。血栓形成有多種機制,其中一種是血小板異常與細胞因子相互作用導致血栓形成〔11〕。

2.2血小板 血小板是小的無核細胞碎片,來源于巨核細胞,血小板在宿主防御中發揮作用,在止血和凝血過程中具有形成血栓、堵塞創口、釋放與凝血有關的各種因子等功能。血小板在宿主防御中發揮作用,包括產生多種炎癥介質,如生長因子、細胞因子和趨化因子,調節免疫細胞,甚至有吞噬細菌和病毒的能力〔12～14〕。血管受損時,血管平滑肌通過交感神經的軸突反射,血管收縮,血流緩慢,使血小板在受損局部黏附、聚集。血小板除原發性止血的作用外,還參與先天免疫和識別病原體相關的分子模式,如TLRs的識別。研究發現,人血小板表達TLR1、2、4、6、8和9。而其中的TLR2/1二聚體主要用于二?；鞍鬃R別,其中的TLR4主要用于結合革蘭陰性菌的脂多糖。如TLR2激活劑三酰脂肽(PAM3-CSK4)可誘導血小板聚集〔15〕;TLR4激活劑脂多糖能夠增強血小板的聚集引起纖維蛋白原與血小板結合能力增強〔16〕。

研究表明,活化的血小板會通過脫落的形式導致其他病理生理狀態,包括動脈和靜脈血栓的形成。如動脈血栓,在血管損傷部位高剪切條件下,通過血小板糖蛋白(GP)Ⅰb-血管性血友病因子(vWF)-血小板膜糖蛋白Ⅵ與膠原相互作用,而黏附于暴露的細胞外基質上,導致血小板整合素GPⅡbⅢa活化,擴散,聚集成血栓并釋放包括反饋激動劑二磷酸腺苷(ADP)在內的顆粒物,形成血栓素(TX)A2,促進循環血小板募集至局部血栓。血小板包含3種主要的顆粒類型——致密顆粒、α顆粒和溶酶體。α顆粒是血小板特有的,是血小板中蛋白質儲存的主要部位。致密顆粒(又稱δ顆粒)即小分子儲存的部位。血小板顆粒是炎癥介質包括TNF-α、TGF-β、趨化因子的重要來源。血小板顆粒主要含有蛋白質〔包括趨化因子配體5(RANTES)〕、膜相關受體(例如,αⅡbβ3和P-選擇素)和可溶性物質〔例如,血小板因子(PF)4和纖維蛋白原〕,此外還包括中性粒細胞激活肽(NAP)-2、內皮細胞調節劑(例如鞘氨醇-1-磷酸)、血清素和生長因子、血小板衍生生長因子(PDGF)和血管內皮生長因子(VEGF)等〔17〕。在血栓形成、炎癥的發生過程中涉及P-選擇素和CD40-配體(CD40-L)在內的其他蛋白質向血小板表面的轉移〔18〕。血小板通過其膜上的TLR對病原體相關分子模式進行檢測,釋放殺菌產物并誘導中性粒細胞脫顆粒和中性粒細胞外陷阱形成〔19〕。

3 中性粒細胞

3.1中性粒細胞簡介 中性粒細胞占人類白細胞總量的40%～70%〔20〕。中性粒細胞是專職吞噬細胞,具有很強趨化作用和吞噬功能,是先天免疫系統的重要組成部分。當機體出現損傷時,局部的炎性介質使內皮細胞激活,黏附于血管內皮。黏附的中性粒細胞在趨化因子的作用下能夠發生骨架蛋白重構,并且向損傷組織或者感染病灶遷移,以此能夠發揮殺菌作用和吞噬作用〔21〕。

中性粒細胞的穩態由抗凋亡與促凋亡信號的平衡維持的,對及時終止炎癥反應尤為關鍵〔22〕。凋亡延遲的中性粒細胞無法及時被巨噬細胞清除,持續釋放細胞因子,導致細胞因子風暴,打破機體促炎與抑炎的平衡從而進一步加劇組織損傷。

3.2NETs NETs是由中性粒細胞釋放到胞外的含有DNA、組蛋白及組織蛋白酶G的纖維網狀結構,可通過捕獲病原體來發揮殺菌作用。NETs以解聚的染色質作為骨架,上面鑲嵌著核組蛋白、多種顆粒蛋白和某些胞質蛋白,形成了局部高濃度的殺菌分子環境〔23〕,殺滅寄生蟲、真菌、伯氏包柔螺旋體、革蘭陰性菌及革蘭陽性菌,甚至能夠捕獲人類免疫缺陷病毒(HIV),并通過髄過氧化物酶和α-防御素清除HIV。NETs可綁定紅細胞和血小板,并可誘捕病原體。染色質解聚是NETs形成過程中重要特征,參與NETs形成的為肽基精氨酸脫亞氨酶(PAD)4。PAD4在組蛋白H3中將精氨酸轉化為瓜氨酸,導致核膜破裂并在形成及腫瘤生長和轉移中起重要作用。

3.3影響NETs形成的因素 除致病微生物外,脂多糖、活化的血小板和內皮細胞IL-8、干擾素、佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯(PMA)均可刺激中性粒細胞產生NETs。NETs促進血栓形成作用主要通過凝血因子、血小板、內皮細胞相互作用。與此同時,血管中NETs的形成可使血小板黏附、聚集和激活,并且NETs可招募紅細胞,誘導血栓形成,用DNA處理NETs后由于降解了其網狀結構,因此能夠阻止血栓形成。

4 中性粒細胞、炎癥與血小板相互作用影響血栓的形成

4.1NETs與血小板及細胞因子相互作用 NETs可與血小板表面TLR結合。研究報道表明,高遷移率組蛋白1可激活血小板,從而能夠誘導中性粒細胞形成NETs〔23〕。同時,活化的血小板能夠提供促進NETs形成的信號,并且能夠對其自身活化狀態進行維持。釋放的NETs會促進血栓前狀態并進一步活化血小板〔24〕?；罨蟮难“蹇梢酝ㄟ^P-選擇素與中性粒細胞表面受體P-選擇素糖蛋白配體(PSGL)-1結合而黏附在中性粒細胞上并刺激嗜中性白細胞釋放NETs;當脂多糖(LPS)濃度達到足夠水平時,可誘導NETs形成及中性粒細胞活化〔25〕。Kambas等〔26〕通過免疫印跡和激光共聚焦顯微鏡評估NETs中組織因子的表達情況,采用流式細胞儀對中性粒細胞來源的微顆粒表面組織因子進行檢測,發現中性粒細胞來源的組織因子在NETs誘導的血栓形成過程發揮重要作用。外源性凝血途徑從釋放組織因子開始,NETs的彈性蛋白酶可以使組織因子途徑抑制劑水解而失活,促進外源性凝血過程,導致血栓形成;NETs能夠直接激活內源性凝血途徑的組織因子及凝血因子Ⅻ,從而能夠啟動凝血級聯〔27〕。NETs中存在的特異組蛋白H3和H4,能夠結合vWF誘捕血小板及通過DAMPs激活補體途徑,從而誘導其聚集形成血栓〔28〕。急性心肌梗死患者的血栓中含有大量中性粒細胞和高水平的NETs,由此可見在動脈血栓形成中NET具有重要作用〔29〕。

4.2血栓炎癥 炎癥與血栓形成之間存在網絡關系,其中一方面是血栓形成的產物可引起炎癥;而另一方面炎癥能夠促進高凝狀態。在血栓形成中,炎性細胞的作用可能是通過中性粒細胞及白細胞分泌的多種炎性介質及細胞因子作用于內、外源性凝血系統的一些環節,從而引起血栓形成〔30〕。血小板在炎癥部位維持血管完整性中的作用,目前稱為炎癥止血的過程〔31〕。血小板的止血和免疫調節功能都受到環境信號的嚴格調節,特別是它們與內皮和固有免疫系統成分的相互作用。血栓炎癥的概念最初是用來描述血小板在減輕腦缺血再灌注損傷的炎癥反應中的作用的〔32〕。目前,血栓炎癥被更廣泛地用于描述由血栓和炎癥之間的串擾調節的各種疾病,如深靜脈血栓、腦卒中和動脈粥樣硬化及感染性疾病(如敗血癥)。血栓炎性疾病的共同特征是內皮細胞與免疫和止血系統的相互作用。在這些疾病中,炎癥會引發血栓形成,而血栓形成反過來又會刺激炎癥反應。血小板-白細胞相互作用在炎癥實驗模型和動脈粥樣硬化、急性冠狀動脈綜合征、缺血性腦卒中、深靜脈血栓形成(DVT)和敗血癥患者的炎癥內皮細胞、血栓和血液中的作用增強。

4.3血小板-中性粒細胞相互作用 血小板和天然免疫細胞之間的相互作用促進血栓形成、炎癥和組織損傷。一些研究表明血小板在炎癥條件下的中性粒細胞募集中的重要性,包括缺血再灌注損傷、急性肺損傷、動脈粥樣硬化〔33～35〕。中性粒細胞在趨化因子、補體成分、炎癥介質的作用下迅速從骨基質轉移到炎癥組織,血小板上的P-選擇素與中性粒細胞膜上的PSGL-1相互作用在中性粒細胞的募集、巨噬細胞-1抗原(MAC-1)和淋巴細胞功能相關抗原(LFA)-1的激活及NETs的形成中起著重要作用〔36〕。MAC-1的激活也允許血小板與GPⅠb-α直接結合,并通過纖維蛋白原間接通過GPⅡbⅢa增加中性粒細胞的黏附和遷移〔37〕。這些相互作用在物理上加強了中性粒細胞和內皮細胞之間的橋梁,并誘導中性粒細胞下游信號傳導,促進中性粒細胞黏附、爬行和遷移〔38〕?；罨“灞磉_上調可溶性或膜結合型 CD40L,與免疫細胞上的CD40相互作用并促進血栓和炎癥〔39〕。此外,IL-8、c5a和其他激動劑與黏附血小板的相互作用增強中性粒細胞的活化〔40〕,并支持形成同型高栓塞聚集物?；罨行粤＜毎c血小板的相互作用增加了sCD40L的釋放,導致血小板和中性粒細胞產生的活性氧(ROS)增加。ROS和NETs支持血小板-中性粒細胞相互作用、血小板活化和血管炎癥。血小板也表達血小板-中性粒細胞相互作用不需要的受體調節中性粒細胞的活動。例如,血小板上的觸發受體表達的髓樣細胞1配體增加了中性粒細胞效應器的功能,同時改變了血小板-中性粒細胞復合物。血小板免疫受體酪氨酸基激活基序(ITAM)受體鈣離子依賴型凝集素樣受體(CLEC)-2和血小板膜糖蛋白(GPVI)被證明調節血小板感染和炎癥期間與中性粒細胞的相互作用〔41〕。