血小板在免疫和炎症反应中的作用机制研究进展

李艳慧，杨达胜

(新乡医学院第一附属医院儿科,河南 卫辉 453100)

血小板是一种直径2～4 μm的无核细胞碎片,主要来源于骨髓内的巨核细胞。在生理条件下,血小板在体内存活的时间为7～10 d,然后被脾脏和肝脏清除[1]。血小板在血液循环中含量丰富,当血管内皮细胞发生损伤时,血小板可以迅速发生黏附、聚集,起到止血作用。近年来,有研究表明,血小板不仅具有止血作用,在体内免疫反应及炎症反应中也发挥了重要作用[2]。免疫和炎症反应是机体内的应答反应,是机体对外来病原体或自身产生的防御性反应。当体内发生免疫和炎症反应时,由于各种因素刺激血小板,导致血小板活化,活化的血小板通过结合受体与其他细胞相互作用,同时通过脱颗粒释放大量细胞因子、趋化因子等功能蛋白,从而维持免疫系统平衡。本文对血小板在免疫反应和炎症反应中的作用机制进行综述。

1 血小板膜受体参与免疫和炎症反应

1.1 Toll样受体(Toll like receptor,TLR)TLR是一类重要的模式识别受体,通过识别病原相关分子模式和损伤相关分子模式激发固有免疫。有研究发现,人血小板表达多种TLR,如TLR1、2、4、5、6、10在血小板表面表达,TLR3、7、8、9在血小板内表达,其中TLR 2、4、9表达水平较高[3]。血小板表面的TLR 2可以与肺炎链球菌直接结合,激活磷酸肌醇-3-激酶-Ras相关蛋白通路,诱导血小板聚集、血小板特异性整合素αIIbβ3活化,并产生细胞内信号,进一步导致致密颗粒释放,触发炎症反应[4]。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)与血小板TLR4结合可导致血小板激活,并刺激血小板释放细胞因子、肿瘤坏死因子-α、血小板微粒及阳离子抗菌肽,这些因子均参与血小板对微生物的监测及杀伤过程[5]。LPS激活的血小板还可诱导中性粒细胞脱颗粒、增强中性粒细胞吞噬作用,并触发中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)的释放,进一步参与炎症反应。在脓毒症患者中,血小板表面TLR4与中性粒细胞相互作用,并在肝窦和肺毛细血管中诱导NETs形成,从而参与炎症反应[6-7]。

血小板TLR不仅在感染性疾病中发挥作用,而且还在自身免疫性疾病中发挥重要作用。研究表明,类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)、系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)等多种自身免疫性疾病患者的血小板中TLR表达较高。RA患者的滑膜液及SLE患者的血液中存在多种内源性血小板TLR配体(如纤维蛋白原、纤连蛋白、透明质酸片段、高迁移率族蛋白1和血清淀粉样蛋白A等),这表明血小板TLR在多部位通过多种途径发挥免疫调节作用[8-9]。FISCHER等[10]研究发现,使用拮抗剂阻断RA患者血小板TLR9的激活,可显著改善患者的关节炎症状,其机制可能为TLR9参与了RA中破骨细胞的形成,从而发挥免疫调节作用。此外,YUAN等[11]在SLE患者的血液中发现,血小板TLR9参与促进血小板源性生长因子B和转化生长因子β 的释放,而血小板源性生长因子B可导致狼疮性肾炎中系膜细胞过度增殖,因此,血小板TLR9可作为治疗狼疮性肾炎的新靶点。

1.2 糖蛋白受体血小板表面含有许多糖蛋白(glycoprotein,GP),GP不仅参与血栓形成和止血,还参与免疫和炎症反应。有研究表明,在无桥接分子的情况下,血小板可以通过GP与细菌表面蛋白直接结合,如血小板膜糖蛋白Ib与血链球菌、戈登链球菌等几种链球菌表面的富含丝氨酸重复序列蛋白直接结合;血小板整合素αIIbβ3与表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌等直接结合,引起血小板黏附并诱导血小板聚集,进一步参与炎症反应[4]。整合素αIIbβ3是含量最多的血小板表面膜糖蛋白,当血小板活化时,整合素αIIbβ3作为血小板纤维蛋白原受体,通过与含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列的配体结合,使血小板-血小板相互作用稳定,并可黏附到细胞外基质,从而维持体内免疫平衡。整合素αIIbβ3还介导信号传导,参与血小板膜表面CD40配体的表达,刺激内皮细胞表达黏附分子和转录因子[12]。在 RA患者中,血小板表面GP Ⅵ激活后会刺激血小板膜产生和释放血小板颗粒,这些血小板颗粒在滑膜液中具有较高水平,可以释放细胞因子,从而促进关节炎症反应[13]。

2 血小板脱颗粒参与免疫和炎症反应

血小板颗粒主要有3种类型:α 颗粒、致密颗粒和溶酶体。血小板颗粒中含有大量的蛋白质,包括细胞因子、炎症介质和抗生素等,血小板在激活时通过脱颗粒释放这些蛋白质,并迅速到达损伤部位而发挥免疫作用。α 颗粒最为丰富,含有大量的细胞因子。致密颗粒包含调节血管张力的介质,如核苷酸、生物活性胺(组胺、5-羟色胺等)和生物活性离子(Ca2+、Mg2+等)。溶酶体含有多种蛋白水解酶,如蛋白酶、糖苷酶和阳离子蛋白。目前血小板颗粒中已经检测到含有300多种蛋白质,在血小板黏附、凝血、止血、伤口愈合、肿瘤生长、血管生成和宿主防御等过程中均发挥作用[14-16]。

2.1 趋化因子配体(chemokine ligand,CXCL)4血小板激活后通过脱颗粒分泌大量促炎和抗炎细胞因子,包括CXCL1、CXCL4、CXCL5、CXCL7、CXCL8、CXCL12等[15]。 CXCL4是α 颗粒中含量最多的蛋白质,可诱导血小板产生NETs,促进中性粒细胞对内皮细胞的激活和黏附、单核细胞的激活和吞噬、T淋巴细胞的趋化。CXCL4在SLE、RA等自身免疫性疾病中可发挥趋化作用,并与疾病活动度有关[17]。

2.2 CC趋化因子血小板脱颗粒后释放多种CC趋化因子,如趋化因子CC基序配体(chemokine C-C motif ligand,CCL)3、CCL5等;在体内发生免疫和炎症反应时,这些趋化因子不仅可以靶向和诱导多种免疫细胞(如单核细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、自然杀伤细胞、CD8+T淋巴细胞),还可以诱导嗜碱性粒细胞释放组胺。上述机制是RA发病机制的基础,目前已证实在RA发病前期,CC趋化因子及其受体在RA患者体内的滑膜组织中大量表达,并募集单核细胞和T淋巴细胞侵入病变关节部位[17]。

2.3 P选择素P选择素也称为CD62P,是储存在血小板α 颗粒中的可溶性蛋白,其在血小板激活时暴露于血小板表面或以可溶性形式释放,介导血小板与免疫细胞的相互作用,参与免疫和炎症反应。P选择素结合内皮细胞或免疫细胞上的P选择素糖蛋白配体-1,从而使血小板与炎症部位的内皮细胞结合,募集单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞,并在损伤部位启动炎症反应[15]。有研究表明,活化的血小板表面表达的P选择素与吞噬细胞相互作用,促进吞噬细胞吞噬金黄色葡萄球菌[14]。皮肤黏膜淋巴结综合征患者体内血小板释放的P选择素,可以促进NETs的产生,进一步引起血小板聚集,并形成以NETs为支架的免疫血栓[18]。

3 血小板分泌白细胞介素(interleukin,IL)-1β 参与免疫和炎症反应

血小板激活后可分泌IL-1β[19-20]。IL-1β 是一种关键的促炎细胞因子,参与多种自身免疫性炎症反应,其作用机制主要包括:与抗原协同作用,使CD4+T淋巴细胞活化;促进B细胞生长分化;促进抗体形成;促进炎症介质释放;增强单核巨噬细胞的抗原递呈能力;增强自然杀伤细胞活性;增强中性粒细胞黏附能力等[21]。目前,IL-1β 受体拮抗剂已在临床上用于治疗炎症和自身免疫性疾病。

4 血小板表达的CD40配体参与免疫和炎症反应

血小板是血液循环中CD40配体的主要来源,CD40配体也被称为CD154。CD40配体是巨噬细胞的重要激活物,可增强巨噬细胞吞噬微生物的能力,此外,还可通过诱导中性粒细胞产生活性氧(reactive oxygen species,ROS),ROS可促进巨噬细胞消化病原体[22]。CD40配体可与内皮细胞相互作用,导致大量黏附分子、趋化因子释放,从而促进炎症反应。此外,血小板表达的CD40配体可参与树突状细胞的成熟,诱导树突状细胞产生IL-6和IL-12,从而促进免疫和炎症反应[23]。有研究表明,在脓毒症患者中,血小板CD40配体可以增强树突状细胞清除金黄色葡萄球菌的能力,而抑制CD40配体表达则减弱了炎症反应,这表明CD40配体在炎症反应中发挥关键作用[24-25]。有研究发现,与健康受试者及SLE缓解期患者比较,活动期SLE患者的血小板活性增强,血清CD40配体水平升高,且CD40配体与B淋巴细胞结合的血小板比例和疾病严重程度呈正相关,提示血小板CD40配体在SLE中起重要作用[13,26]。研究发现,SLE患者血小板表达的CD40配体会触发Ⅰ型干扰素的产生,促进浆细胞产生自身抗体,进而参与SLE的发病机制[27]。此外,血小板表达的CD40配体也参与了黏膜皮肤淋巴结综合征急性期的炎症反应,在黏膜皮肤淋巴结综合征冠状动脉病变中发挥重要作用[28]。

5 血小板介导产生的NETs参与免疫和炎症反应

NETs是中性粒细胞激活后释放到细胞外的网状超微结构,在固有免疫和适应性免疫中发挥重要作用,用于诱捕和杀死病原体。在感染早期,活化的中性粒细胞释放NETs以阻止细菌全身扩散[29-30]。血小板在NETs形成过程中发挥重要作用。TLR4介导血小板激活后,血小板与窦状毛细血管中黏附的中性粒细胞结合,从而激活中性粒细胞形成NETs[29]。有研究表明,NETs也可由血小板颗粒中的P选择素介导产生,此外,血小板诱导中性粒细胞产生的ROS在NETs的产生中也起着关键作用[31-33]。 同时,ROS可增强血小板的活性、促进促炎介质的释放和聚集,这表明ROS可导致血小板激活和NETs产生之间的恶性循环[22]。

在金黄色葡萄球菌诱导的脓毒症、大肠杆菌诱导的脓毒症中均发现了血管内NETs反应[34]。有研究发现,黏液瘤病毒能触发血小板-中性粒细胞复合物的形成,从而产生NETs[22]。这表明NETs的血管内宿主防御机制可能是针对多种病原体的反应。除了捕获和杀死病原体外,NETs也是SLE、狼疮性肾炎中自身抗原的重要来源,与抗双链DNA抗体的形成相关。在SLE中,NETs可激活补体系统,与C1q结合,并激活C3b,使C3b沉积在NETs上[33,35]。

6 补体系统与血小板相互作用参与免疫和炎症反应

补体系统是天然免疫系统的重要组成部分,通过在靶细胞的细胞膜上形成膜攻击复合物,有效裂解病原体和受损细胞。血小板可表达许多补体成分,包括C1q、C3和C4以及C1q受体cC1qR、gC1qR等。补体系统可以促进血小板活化,而血小板也能通过补体经典途径或替代途径促进补体系统的活化[9]。然而,目前仍不清楚哪些补体蛋白参与了这些过程[14]。

gC1qR是补体级联起始分子C1q的受体,可以与多种细胞、细菌和病毒配体结合,在免疫和炎症反应中发挥作用。血小板在静息状态时表达低水平的gC1qR,激活后gC1qR的表达水平增加。gC1qR可激活补体经典途径,而活化血小板表面表达的P选择素可以结合C3b,激活补体替代途径。此外,血小板颗粒含有补体C3和C4前体,也含有C1抑制剂,这表明血小板在协调补体反应中发挥作用[14]。有研究发现,C1q、C3、C4和C9与凝血酶受体激活肽激活的血小板结合后,没有激活补体级联反应,说明在生理条件下,血小板表面的补体系统没有被激活。然而,在许多病理条件下发生血小板表面补体系统的激活,可以导致血管炎症和血栓形成。金黄色葡萄球菌凝集因子A和凝集因子B以及血链球菌均可以通过补体依赖途径诱导血小板聚集。VERSCHOOR等[36]研究报道,感染单核细胞增生李斯特菌后,病原菌通过膜糖蛋白Ib和C3与血小板结合,其中一些复合物可诱导脾脏CD8+树突状细胞产生抗李斯特菌CD8+T淋巴细胞免疫。在SLE患者中血小板表面补体沉积也可增加,特别是在有静脉血栓形成病史的患者中,血小板表面的C1q、C3d和C4d水平明显升高[9,13,37]。

7 细菌毒素激活血小板参与免疫和炎症反应

细菌除了通过表面蛋白与血小板相互作用外,还可以分泌毒素激活血小板,进而参与免疫炎症过程。有研究发现,葡萄球菌毒素可导致血小板肿胀、细胞质囊泡和颗粒溶解,加速凝血发生。PARIMON等[38]研究发现,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌毒素可导致血小板-中性粒细胞聚集。此外,有研究表明,链球菌中毒性休克综合征中发生的微血管血栓形成、组织灌注减少、缺氧和组织坏死是由链球菌溶血素O诱导的血小板-中性粒细胞复合物引起的[39]。志贺毒素可通过Gb3受体结合血小板,并与血小板表面相互作用,导致毒素内化、增强血小板聚集,并且增加了毒素与血小板的纤维蛋白原结合;炭疽芽孢杆菌产生的炭疽致死毒素可抑制血小板聚集,使血小板-内皮细胞相互作用消失;百日咳杆菌产生的百日咳毒素有1个包含ADP核糖转移酶活性的A亚基和1个与靶细胞表面结合的B亚基,可导致血小板聚集;百日咳毒素的B亚基还可导致血小板活化、细胞内Ca2+水平特异性升高、致密颗粒分泌和血小板聚集[14]。

8 病毒激活血小板参与免疫和炎症反应

研究证明,多种病毒可以直接结合并激活血小板,引发宿主对感染的免疫反应[40-41]。较大的DNA病毒与血小板结合后不会被内化,而较小的RNA病毒与血小板结合会被内化[42]。血小板通过细胞内TLR识别病毒RNA,而病毒RNA刺激血小板TLR可增加血小板的活性,进而发挥免疫防御作用,例如增加血小板-中性粒细胞聚集、产生NETs等[40]。溶瘤病毒、黏液瘤病毒感染时,TLR3可诱导血小板与中性粒细胞相互作用,从而诱导NETs产生[43]。人巨细胞病毒与血小板表面TLR2结合可触发血小板与中性粒细胞、T细胞、B细胞和树突状细胞的结合,从而导致促炎和促血管生成反应[44]。此外,SCHROTTMAIER等[45]研究发现,血清病毒抗体阳性的血小板含有针对该病毒特异性的免疫球蛋白分子(如甲型流感病毒和巨细胞病毒),血小板可以释放细胞内储存的免疫球蛋白分子来中和病毒。

9 总结与展望

血小板是固有免疫系统的关键组成部分。血小板通过血小板表面受体、血小板颗粒中大量的细胞因子及趋化因子,以及与机体内固有免疫细胞相互作用等机制,在免疫和炎症反应中发挥重要作用。但目前对血小板相关分子机制的了解还远远不够,继续探索血小板在免疫和炎症反应中的作用机制,可为疾病的诊断和鉴别诊断提供新的思路。加强对血小板相关分子机制的研究,还可为免疫性疾病和炎症性疾病的临床治疗提供依据。