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第二节 血栓形成
动脉或静脉循环血栓是引起血管疾病发病和死亡的一个主要原因。在正常的条件下,止血是血管系统中促血栓形成因子和抗血栓形成因子之间的一个精细的平衡过程。对血栓形成机制的理解,以及新的调节规律研究技术的发展,使我们可以更加深入地了解血栓性疾病,获得新的、有效的抗血栓药。
最初,血小板中花生四烯酸代谢的特点使我们对环加氧酶抑制剂的血管疾病疗效有了更进一步的了解。血小板受体(如ADP受体和糖蛋白Ⅱb/Ⅲa)的发现和定性与一类新的、有效的抗血小板药的发现有关。血栓形成和炎症交互作用概念的不断发展和受体途径及其抑制剂的进一步明了,将继续加深我们对血栓形成的理解。
多种机制促进了血栓形成的发生,最显著的是血液凝固和纤维蛋白溶解的级联反应,血小板激活和血管壁的状态。
一、血小板、血栓形成和血管疾病
在复杂的血管疾病过程中,血管内血栓的形成是触发事件,包括心肌梗死、脑血栓和静脉血栓形成,与这些疾病相关的病理生理学过程是不同的。在静脉血栓形成过程中,最初表现为凝固蛋白和纤溶蛋白缺失的高凝状态,或者包括血管和血流量异常的继发高凝状态都会导致血栓形成。与静脉血栓形成和血栓栓塞不同,动脉血栓的形成高度依赖于血管壁和血小板。在冠状动脉狭窄的前提下,相对狭窄的血管内粥样斑块破裂和随后的血栓形成被认为是多数急性冠状动脉综合征的基础。内皮脱落引起的血管表层内膜损伤和斑块破裂引起的深层内膜损伤将胶原和vonWillebmnd因子(vWF)暴露给血小板。随后血小板直接附着在胶原上,或间接地通过vWF和糖蛋白Ⅰb/Ⅸ的结合而附着在基质上。局部血小板激活(通过组织因子介导的凝血酶产生或骨胶质激活)进一步刺激了血栓的形成,而且通过促使细胞表面凝血酶的形成和释放ADP、血清素、血栓素A 2,引起进一步的血小板聚集。通过二价纤维蛋白原和糖蛋白Ⅱb/Ⅲa的结合使血小板聚集,血栓形成。支持这些机制的证据中,血小板源性的血栓素A 2和前列腺素代谢产物的升高可在急性冠状动脉综合征患者中检测到。接下来将对调节血栓形成的途径进行更详细的描述。
血小板的激活和募集被精细地调节。血小板黏附到内皮细胞以及血小板的激活可以被多种机制阻止,包括内皮细胞产生的前列环素、NO和外在AD(T)P酶。全血中ATP诱导聚集是通过白细胞上的外在ATP酶将ATP转变为ADP,防止腺苷脱落的因素可能抑制此过程,而且ADP与其受体作用使ATP受到抑制,从而使在高浓度(>100μmol/L)的ATP条件下聚集减少。血管壁释放的前列环素通过cAMP抑制血小板功能,前列环素的此效果也可由血小板上高亲和力的前列腺素类受体调节。
此外,NO抑制血小板激活,防止血栓形成,并且抑制正常激活依赖的血小板表面糖蛋白表达的增加,包括P-选择蛋白和整联蛋白糖蛋白Ⅱb~Ⅲa复合物。NO通过刺激可溶性鸟苷酸环化酶产生cGMP来抑制血小板的功能。该过程刺激cGMP依赖的蛋白激酶,导致结合糖蛋白Ⅱb/Ⅲa的纤维蛋白原减少,并且降低磷脂酶A 2和介导的反应调节。NO使花生四烯酸的氧化减弱,在依赖和不依赖cGMP的途径中抑制依赖于激动剂的血小板胞质内游离钙的增加。
与病情稳定的冠心病患者相比,急性冠状动脉综合征患者其活化的血小板产生少得多的NO。甚至在控制了心血管危险因素和动脉粥样硬化程度之后,NO的减少仍很显著。此观察结果提示,损伤后的血小板产生的NO通过影响血小板的功能或募集可以加速急性冠状动脉综合征的进展,进而促使血栓形成。一项支持此结果的研究提示,急性心肌梗死和不稳定心绞痛患者尽管进行了阿司匹林治疗,通过测量P-选择蛋白和活化的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa的表达,可知血小板仍有一部分被激活。对于心房颤动、不稳定心绞痛或急性心肌梗死的患者,P-选择蛋白和活化的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa在血小板表面的表达可通过NO供体(包括硝酸甘油或S-亚硝基谷胱甘肽)的治疗而减少。最近的研究显示,心房颤动与心内一氧化氮合酶的表达降低和NO生物利用度的显著减少有关。此研究提示,有规律的心房收缩可以维护正常的一氧化氮合酶的心内表达,并且抑制相关的血栓栓塞。
血栓形成,也可能归因于临床上非心脏性血栓事件引起的NO不足。有研究显示,在血栓形成性微血管病的复发、溶血性尿毒综合征或血栓性血小板减少性紫癜的患者中,内皮损伤在微血管血栓形成的发展中是一个关键特征。对于这些疾病的患者,NO代谢产物的血浆内浓度增加,其血浆作为培养基孵育内皮细胞时,会促进NO的释放。重要的是,增强了超氧化物和脂质过氧化反应,这也提示了这些活性氧族与NO的相互作用通过增加NO的氧化态而降低了其生物活性,潜在地促进了血栓的形成。
二、动脉血栓一般机制及药理学调节
血小板一旦被刺激,磷脂酶A 2和磷脂酶C就使花生四烯酸从膜磷脂中释放出来。前列腺素(PG)H合酶的催化活性,使花生四烯酸产生前列腺素G 2(PGG 2),继而产生前列腺素H 2(PGH 2)。前列腺素H合酶拥有两个催化位点,一个是双加氧酶(环加氧酶),负责PGG 2的形成;另一个是过氧化氢酶,催化PGG 2的15-过氧羟基丢失两个电子产生PGH 2。通过在529位点(Ser 529)上有选择地使单个丝氨酸的羟基乙酰化,阿司匹林可诱导此酶的环加氧酶活性不可逆地丧失,而不改变该酶的过氧化氢酶活性。其他特异的合酶一起将PGH 2转变为前列腺素D 2、E 2、F 2a和Ⅰ 2,还有血栓素A 2(TXA 2),这些物质调节了特殊的细胞功能,包括血小板激活等。
胶原激动剂、凝血酶或ADP刺激血小板合成和释放TXA 2,TXA 2与血小板血栓素受体结合。血小板TXA 2受体的活化激活了磷脂酶C并释放细胞内的钙。细胞内钙的增加促进了血小板的聚集,致使激活的血小板合成和释放额外的TXA 2和ADP。TXA 2和ADP参与正反馈回路,进而导致不可逆的血小板聚集。
在正常受试者和患有动脉粥样硬化的血管疾病中,单次口服阿司匹林可使血小板环加氧酶的活性产生剂量依赖性抑制。作为血小板环加氧酶的乙酰化作用的结果,阿司匹林的这种抑制效果在用药后5分钟内迅速发生。阿司匹林对环加氧酶的不可逆性抑制使血小板无法合成新的蛋白质,阿司匹林作用的效期与血小板的寿命一致(7~10天)。只有当新的血小板形成和释放入循环中时,环加氧酶的活性才恢复。
阿司匹林可减少急性冠状动脉和脑血管事件,如不稳定心绞痛、心肌梗死、心脏性猝死和脑卒中。当使用相对弱的血小板激动剂时,阿司匹林的抑制效果显著,但使用更强的激动剂如凝血酶时,效果就不那么明显,后者可以在缺乏TXA 2的条件下诱导血小板激活。重要的是,大多数血小板反应不受阿司匹林治疗的影响。阿司匹林不能抑制应激诱导产生的血小板激活和黏附。通过血小板功能研究,阿司匹林抵抗的发生率相当高,而且对于有阿司匹林抵抗的患者,发生主要不良反应的危险增加3倍多。
在血小板中,脂氧合酶也可使花生四烯酸代谢。12-脂氧合酶使花生四烯酸代谢为12-羟基过氧化廿碳四烯酸(HPETE),随后HPETE被还原为12(s)-羟基廿碳四烯酸(12[S]-HETE),这也可以调节血小板的聚集。在体外,12-羟基廿碳四烯酸使血小板聚集,并且血小板中12-羟基廿碳四烯酸的特异性抑制剂OPC-29030可以抑制激动剂诱导的血小板聚集和12-羟基廿碳四烯酸的产生。OPC-29030也可抑制糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体的体外激活,这提示血小板衍生的12-羟基廿碳四烯酸可以调节血小板的聚集。
虽然许多阿司匹林的药理作用与抑制前列腺素和血栓素合成以及调节血栓形成的功能有关,但是阿司匹林也有内皮特异性效应,这种效应随后再发挥调节血小板的功能。用阿司匹林孵育的内皮细胞,可通过乙酰化前列腺素H合酶(PGHS-2)和5-脂氧合酶的交互作用形成一组类花生酸类物质,两种酶都是白细胞三烯B4介导的中性粒细胞黏附于内皮细胞的有效抑制剂。
红细胞和上皮细胞分泌ADP,ADP通过刺激血小板聚集促进止血、血栓形成和血管闭塞。活化血小板的致密颗粒分泌ADP促使血小板聚集。在血小板中,ADP诱导外源钙的快速流入,从细胞内储存中动员,并且抑制腺苷酸环化酶的抑制作用。
ADP介导的信号转导包括ADP在血小板表面与嘌呤受体结合。目前的证据提示有3种不同的ADP受体,分别为P2X 1、P2Y 1和P2T(P2T AC和P2T ADP)。P2X 1是一种配体门控的离子通道,介导快速、短暂的钙流入,且没有血小板聚集的功能。Gq偶联的P2Y 1受体激活的ADP可活化磷脂酶C,导致内源性钙的动员。P2Y 1受体不仅可调节ADP诱导的血小板聚集,还可使ADP诱导的血小板形状发生改变。此外还有研究显示,来自P2Y 1受体基因敲除小鼠的血小板在ADP存在的条件下不能发生聚集,说明了受体在血小板聚集中的作用。
P T2和P2Y 1受体的激活对于ADP诱导血小板聚集的过程必不可少。最近的研究显示,血小板P2Y 1受体的激活可调节起初对ADP的快速反应,并决定了ADP诱导的血小板聚集的最大速率。然而,血小板持续聚集的程度取决于P 2T受体的ADP激活。用AR-C69931MX选择性地拮抗P 2T受体,表明P 2T受体在维持和放大ADP诱导的聚集中起重要作用。
噻氯匹定和氯吡格雷这两种噻吩并吡啶衍生物都是临床上使用的ADP诱导血小板聚集的抑制剂,两种药的结构和机制相似。不过,由于较低的严重中性粒细胞减少症发生率和与噻氯匹定有关的其他不良反应,在临床上主要用氯吡格雷。氯吡格雷的抗血小板作用主要是不可逆地抑制ADP与血小板上的嘌呤受体结合。氯吡格雷通过肝细胞P450酶系统代谢产生有活性的代谢产物,这对于体内的抗血小板效应是必不可少的。氯吡格雷的体内代谢产物在体内与体外的效应相同,如抑制腺苷酸环化酶和ADP介导的聚集。氯吡格雷每日75mg的剂量在降低急性心肌梗死、近期缺血性卒中和周围动脉疾病患者的缺血事件方面比阿司匹林更有效。
虽然血小板无胞核,但却拥有许多在有核细胞中才发现的信号途径。血小板激活可导致一系列快速的信号转导过程,包括酪氨酸激酶、丝氨酸-苏氨酸激酶和脂质激酶的激活。在未激活的血小板中,主要的血小板整联蛋白糖蛋白Ⅱb/Ⅲa以无活性的构象存在,是纤维蛋白原的一种低亲和力的黏附受体。受到刺激后,纤维蛋白原和糖蛋白Ⅱb/Ⅲa之间的相互作用形成细胞间的桥梁,引起血小板聚集。作为复杂信号网络一部分的由内向外信号转导事件,糖蛋白Ⅱb/Ⅲa胞外域的构象变化使其与可溶性血浆纤维蛋白原有高度的亲和力。血小板聚集的主要、可逆的时相,是由一系列极其迅速、复杂的信号转导通路触发的,目前还尚未完全清楚。
糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体作为糖蛋白Ⅱb/Ⅲa介导的信号转导(胞外信号传递到胞内)的枢纽,在与纤维蛋白原结合后,立即启动胞内信号转导,进一步稳定聚集。通过整联蛋白聚集以及信号和细胞骨架蛋白复杂网络的形成,由外向内信号转导的初始状态有利于进一步激活整联蛋白糖蛋白Ⅱb/Ⅲa。糖蛋白Ⅱb/Ⅲa的激活使得钙动员、酪氨酸磷酸化、磷酸肌醇代谢激活和细胞支架重组,这一连串的反应是使血小板聚集由可逆转化为不可逆的过程。
虽然阿司匹林和氯吡格雷均为有效的抗血小板药物,但是它们属于相对弱的抗聚集药物。糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体特异性药物和防止纤维蛋白原结合的药物已经被研制出来,抑制血小板聚集的最后共同通路。不考虑血小板激活剂,糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体的拮抗可抑制血小板聚集。
鼠类单克隆抗体是第一个被开发的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体的拮抗剂。通过封闭80%的表面糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体,使血小板的聚集完全被抑制。高亲和力抗体通过与糖蛋白Ⅱb/Ⅲa结合抑制血小板功能,因而能防止纤维蛋白原与激活的血小板结合。高亲和力的抗体还可与血小板表面的玻连蛋白(αvβ 3)受体结合。因此,C7E3抗体(阿昔单抗)作为糖蛋白Ⅱb/Ⅲa和玻连蛋白受体的拮抗剂,通过抑制玻连蛋白介导的凝血酶产生,可获得额外的临床效果。C7E3抗体与血小板解离的速度较慢,但比较理想。
多数临床试验显示,抑制糖蛋白Ⅱb/Ⅲa将是一种有效的抗血栓形成的策略。在Ⅲ期临床试验的第1期(C7E3防止缺血性并发症的评价,EPIC)中,对那些做血管成形术或直接动脉粥样斑块切除术的患者,首次快速推入0.25mg/kg C7E3抗原结合片段,随后以每分钟10μg的速度静注12小时。C7E3的用药使急性缺血事件的发生减少了35%,根据6个月的记录,复发性缺血事件减少了26%。在接下来的研究中,对于接受C7E3的患者,通过C7E3糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体封闭(EPILOG)改善经皮冠状动脉腔内成形术的长期后果,在30天时死亡减少68%,6个月时减少46%。
几种整联蛋白配体,包括纤维蛋白原和vWF,都有两个氨基酸序列95-97(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸或RGD)和572-575(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸或RGDS)中的一个,可以使它们与激活的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体结合。从蛇毒分离出的含有RGD的多肽与纤维蛋白原竞争糖蛋白Ⅱb/Ⅲa的受体结合位点,从而抑制血小板聚集。这些低分子量、富含半胱氨酸的多肽全部称为解聚素,能阻断配基的RGD氨基酸序列与糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体上的结合位点相互作用,后者对于诱导受体构象的变化是必不可少的。不过这些含RGD的多肽缺乏糖蛋白。
Ⅱb/Ⅲa受体特异性,能够抑制许多其他的RGD依赖的整联蛋白与其受体结合。
正由于其在血小板的黏附和聚合过程中发挥重要作用,糖蛋白Ⅰb/Ⅴ/Ⅸ受体从而成为开发抗血小板药物的最引人注目的靶点。针对糖蛋白Ⅰb/Ⅴ/Ⅸ受体和vWF之间的相互作用而研制的药物是预防动脉血栓形成的一种方法,包括抗vWF单克隆抗体和从蛇毒中分离的糖蛋白Ⅰb/Ⅴ/Ⅸ受体拮抗剂。近来,一项研究检测了一种新的鼠源性单克隆抗体(6B4)的Fab片段抗人血小板糖蛋白Ⅰb/Ⅴ/Ⅸ受体的功效,发现它能显著抑制血栓的形成。
三、血栓与炎症的相互作用
越来越多的资料提示,在不稳定性冠状动脉综合征的急性血栓形成期,炎症起了重要的作用。近年来的数据显示,患有急性冠状动脉综合征的患者血液循环中不仅血小板之间相互作用增加(同型凝集),而且可以检测到的血小板与白细胞之间的相互作用也会增加(异型凝集)。这些聚集在血小板活化和脱颗粒时形成,之后会黏附循环中的粒细胞。血小板通过活化血小板表面表达的P-选择蛋白(CD62P)与白细胞受体和P-选择蛋白的糖蛋白配基-1(PSGL-1)结合,这种连接使得白细胞上表达的CD11b/CD18(Mac-1)增多,从而促进自身与血小板的相互作用;可能是通过二价的纤维蛋白原连接这种整联蛋白和血小板表面的对应物(糖蛋白Ⅱb/Ⅲa)。
急性冠脉综合征中血小板和单核细胞的结合证实了心血管疾病中炎症和血栓形成的相互作用。斑块破裂促进炎症反应的活化,并且增加组织因子的表达,引发外源性凝血。组织因子在内皮细胞和单核细胞的表达部分受促炎症细胞因子如肿瘤坏死因子和IL-1的调节。除了引发凝血,组织因子与P-选择蛋白相互作用,加速纤维蛋白的形成和沉积。血小板表面的P-选择蛋白也诱导组织因子在单核细胞上的表达,并且增加单核细胞因子的表达和CD11b/CD18的表达。这个促血栓形成的过程受内皮细胞源性NO的调节,可以减少内毒素和细胞因子介导的组织因子的表达。
除了血小板和单核细胞的聚集外,免疫调节剂、可溶性CD40配体(CD40L或CD154)等也反映血栓形成与炎症之间的关系。CD40配体是三聚体,属于肿瘤坏死因子家族的跨膜蛋白,与其受体CD40一起在炎症过程发挥重要的作用,能引起动脉硬化和血栓形成。已经发现很多免疫细胞和血管细胞都表达CD40和(或)CD40配体,在人动脉粥样斑中已经明确有这两者的表达。在血小板中,CD40配体在活化后迅速被易位到表面,并且在新形成的血栓中表达上调。表面表达的CD40配体在几分钟到几个小时的时间内在血小板上被切割,随后产生一种可溶性的片段(可溶性的CD40配体)。尽管也能由活化的淋巴细胞产生,据估计循环中>95%的CD40配体由血小板产生。已经证实可溶性的CD40配体与健康女性患心血管疾病的危险性增加有关。利用可溶性CD40配体可以分辨患急性冠状动脉综合征的高危患者,可溶性CD40配体的水平升高能增加危险性,而用阿昔单抗治疗可以降低这种危险性。这些观察提示可溶性CD40配体可用来区分血栓形成危险度高的患者。
尽管可溶性CD40配体和异型性凝集可以反映心脏病事件中血小板的活性,但是这些免疫调节剂本身是否在急性血栓形成过程中也发挥作用还未可知。在内皮细胞或单核细胞上,CD40与CD40配体的结合会引起黏附分子、趋化因子和组织因子的合成,并且引起基质金属蛋白酶的活化,而这可影响动脉血栓的病理生理过程。可溶性CD40配体有一个赖氨酸-精氨酸-谷氨酸(KGD)基序,从而允许它与血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa结合。使用糖蛋白Ⅱb/Ⅲa抑制剂就有可能阻断这种结合,进一步改善可溶性CD40配体稳定凝血块的特性。
四、血栓形成倾向的评价
血液高凝状态的实验室评估取决于血栓起源于静脉还是动脉。静脉血栓形成的评价包括蛋白质C、蛋白质S和抗纤维蛋白酶的缺乏。其他的检查项目可能还有因子V Leiden,对活化蛋白质C的抗性、抗磷脂抗体、高半胱氨酸水平等的检测。
动脉血栓的形成包括心肌梗死、不稳定心绞痛或周围动脉疾病,常见的是动脉硬化的发生。值得注意的是,胆固醇水平的升高在动脉粥样硬化发生过程中是评估动脉血栓形成的危险因素。研究提示,降低低密度脂蛋白胆固醇的水平可以减少血栓的危险性。抗磷脂抗体,包括狼疮抗凝物和抗心肌磷脂抗体,是与静脉和动脉血栓形成增加有关的危险因子。前瞻性研究已经提示这些抗体与心肌梗死危险性的增加有关。高半胱氨酸除了是静脉血栓形成的危险因素外,还与动脉血栓形成的危险性增加有关。虽然不是对所有人群的前瞻性研究都发现高半胱氨酸和死亡或心肌梗死的危险度相关,但大多数针对动脉粥样硬化患者群体的研究显示高半胱氨酸可以增加危险度。显然,通过降低高半胱氨酸来降低心血管疾病发病的研究,将引起更多人的兴趣。