蛋白C、蛋白S在脑卒中及血栓栓塞中的研究进展

侯铭臻,洪 欣,洪星禹

(吉林大学中日联谊医院 血管外科,吉林 长春130033)

蛋白C(Protein C,PC)和蛋白S(Protein S,PS)作为天然存在的抗凝剂[1],在生理病理过程中发挥了重要的作用。研究发现PC、PS的缺乏与脑卒中、静脉血栓栓塞、动脉血栓栓塞等临床事件的发生密切相关。本文对PC、PS缺乏与相关疾病之间关系的研究进展综述如下。

1 蛋白C和蛋白S

1.1 蛋白C

蛋白C是一种由肝脏产生的大小为62 kD的维生素K依赖性糖蛋白,由于是通过DEAE-琼脂糖凝胶柱中洗脱出来的第三种蛋白,因此命名为“C”[2]。它由PROC基因编码,位于2号染色体(2q13-q14)上。蛋白C以无活性酶原的形式在血液中进行循环,这种形势下它的半衰期为7～10 h。当蛋白C与内皮蛋白聚糖血栓调节蛋白结合时,凝血酶催化其转化为具有抗凝血酶活性的活化蛋白C(activated protein C,APC),即与丝氨酸蛋白酶类似的蛋白酶[3]。当凝血酶-血栓调节蛋白复合体与内皮蛋白C受体结合时,增强对蛋白C的活化作用[4-5],APC的半衰期仅为30 min。

1.2 蛋白S

蛋白S(Protein S,PS)是一种存在于血浆中的富含γ-羧谷氨酸的糖蛋白,它主要由肝脏细胞[6]、内皮细胞[7]和Leydig细胞[8]合成和分泌。约2.5%的循环蛋白S存在于血小板α颗粒中[9],而这部分PS的表达仅来源于巨核细胞[10]。人类中的蛋白S由单个PROS1基因编码[10],位于3号染色体上[11],它是第一个被定位到人类染色体上的凝血蛋白[12]。蛋白S首先被翻译为676个氨基酸的前体蛋白,随后被进一步加工为一个含有635个氨基酸的蛋白。成熟的蛋白S由磷脂结合的γ-羧基谷氨酸结构域、凝血酶敏感蛋白结构域、四个表皮生长因子样结构域和含有两个层黏连蛋白G的性激素结合球蛋白结构域组成[13]。在蛋白S中发现了三种不同类型的翻译后修饰氨基酸残基,谷氨酸结构域中发现了11个γ-羧谷氨酸残基,在第一个表皮生长因子样结构域中存在一个β-羟基化的天冬氨酸残基,在其他三个表皮生长因子样结构域中的每个结构域上发现了一个β-羟基化的天冬酰胺残基(图1),其中γ-羧基化是PS中研究最多的翻译后修饰,对PS功能至关重要。

图1 PS蛋白结构域示意图

1.3 蛋白C、蛋白S的生物学功能

抗凝是PC最基本的生物学功能[14]。血管创伤性损伤后,在血管和骨髓内皮细胞释放的血管性血友病因子的辅助下血小板聚集形成栓子[15]。随后血小板释放α颗粒和δ颗粒并进一步活化[16]。这些活化的血小板产生血栓素A2、血小板活化因子和血清素,促进血小板聚集,暂时封闭血管缺损。继发性稳态随后通过内在途径(包含因子I,II,IX,X,XI和XII)和外在途径(包含因子I,II,VIII,X)参与凝血因子的合成,从而形成纤维蛋白网,保证凝血块的完整性[17]。正常人血液配备了天然存在的抗凝剂来调节血液凝固,包括PC,PS,抗凝血酶III和组织因子纤溶酶原抑制剂。研究报道称APC通过切割位点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对凝血因子X的活化和凝血酶的生成至关重要,APC通过这一过程发挥其抗凝血功能。

血浆中APC调控凝血因子Va的失活取决于蛋白S[20]。当前的研究发现PS可以通过增强APC的作用发挥其抗凝血功能,同时也可以通过独立于APC的作用发挥抗凝血的功能[21]。当PS作为APC的辅助因子时,PS增强了活化的凝血因子Va的306位精氨酸处的切割,增强了APC的失活作用[22],此外PS中第一个表皮生长因子样结构域中第95位的天冬氨酸残基和谷氨酸结构域中第36位的谷氨酸均在帮助APC发挥抗凝血功能中发挥重要作用[23]。除此之外,组织因子通路抑制剂中的Kunitz结构域3与PS蛋白存在直接的相互作用[24-26],这种相互作用使得蛋白S作为组织因子通路抑制剂的辅助因子将其对凝血因子Xa的抑制能力提升4～10倍[27-28]。PS还被报道在凝血因子IXa和VIIIa存在的情况下,直接结合并抑制凝血因子IXa,最大程度上阻断了凝血酶的生成,在抗凝血方面发挥重要的作用。研究表明PS能够与凝血因子IXa的132位、126位的赖氨酸和170位的精氨酸结合,抑制内在X酶复合物进而调节凝血酶的生成,这种直接的相互作用通过血浆中的免疫共沉淀实验被证实[29],同时与输入野生型的凝血因子IXa相比,向血友病B小鼠中输入具有活性的但无法与PS蛋白结合的凝血因子IXa突变体导致小鼠纤维蛋白凝块形成速度显著加快,破坏PS与凝血因子IXa之间的相互作用导致血友病B小鼠血栓形成率显著增加[30],这进一步证实了PS能够以不依赖APC的方式发挥抗凝血作用。

除了抗凝功能外,APC还被报道参与多种细胞类型的保护性的细胞内信号转导,这些信号通路的激活一方面导致内皮屏障稳定性增强、内皮完整性增强、细胞骨架细胞重排和紧密连接蛋白表达增加[31];另一方面APC还能够抑制炎症反应相关信号通路如NF-κB和TNF-α、抑制白细胞和中性粒细胞在内皮细胞表面的黏附[32-34]。此外APC增加抗凋亡基因的表达,如APC通过降低p53的表达对神经进行保护,通过抑制再灌注损伤和炎症小体活化对肾进行保护,通过减少心肌梗死后心肌细胞死亡或凋亡效应对心脏产生保护作用[1,35-37]。内皮细胞上的APC介导的细胞保护相关信号传导主要通过APC与内皮蛋白C受体的结合介导,然后通过APC的活性位点切割蛋白酶激活受体-1和蛋白酶激活受体-3[23,38-40]。在不同细胞类型上APC信号传导还有其他的替代机制,这些机制可能是内皮蛋白C受体非依赖的、同时也是蛋白酶激活受体依赖的途径[34],或是内皮蛋白C受体和蛋白酶激活受体均非依赖的途径[33]。PS也被报道具有抗凝之外的功能,PS与C4BP结合能够抑制炎症反应[13]。

2 蛋白C和蛋白S缺乏与疾病之间的关系

约有0.2%～0.4%的人群伴有PC缺乏,男性和女性的发生率相同,发病年龄集中于30～40岁[16,41]。先天性缺陷是由于负责生成PC的基因(即PROC基因)发生突变导致。错义和无义是最常见的突变类型,见于72%的病例,其次是剪接突变,见于9.3%的病例[42]。此外还有很多原因会导致获得性PC缺乏症,包括弥散性血管内凝血、脓毒症、严重肝病、维生素K缺乏和华法林治疗的患者。

蛋白S缺乏症是由PROS1基因突变引起的遗传性疾病。由于特殊的PS生物学,蛋白S缺乏症的相关研究一直较难开展。杂合子PS缺乏症是一种常染色体显性疾病,极少数情况下,两个异常的PS基因被遗传(先天性)。除此之外,肾脏疾病、恶性肿瘤、怀孕或口服雌激素也可能会导致获得性的PS缺乏。

2.1 蛋白C、蛋白S缺乏与脑卒中

脑卒中是最常见的神经系统疾病之一,也是全球主要死亡原因。它被定义为由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致脑细胞血液供应突然停止而导致的神经功能障碍。脑卒中的常见致病原因包括高血压、糖尿病、高脂血症、吸烟和心脏瓣膜病等。在没有这些危险因素的情况下,易栓症成为脑卒中发病的主要原因。一项研究评估了60名年轻人急性缺血性卒中的原因,发现17%的患者存在凝血抑制剂的缺乏,其中3例患者出现PC的缺乏[43]。CAMERLINGO等[44]的一项研究也观察到了类似的结果,该研究评估了50例45岁以下患者非出血性脑卒中的致病原因,发现6%的患者发生了PC缺乏。PS缺乏症在临床上同样表现为易栓症,并且由于凝血因子失衡导致血液凝固异常。在另外一项研究中,研究人员评估了PC、PS、抗凝血酶III、凝血因子V-Leiden和凝血酶原缺乏作为缺血性脑卒中危险因素的作用,研究发现由单一因素导致易栓症的患者的患病率仅有(0.9%～5.2%)[45]。ZAKAI等[46]的研究发现,单纯的PC缺乏症与脑卒中没有显著的相关性,但与心血管事件的发生密切相关。尽管有报道证实了PC或PS缺乏与脑卒中的发生相关但这些研究均由于其样本数不足存在一定的局限性,

2.2 蛋白C、蛋白S缺乏与静脉血栓栓塞

无论哪种原因导致的凝血功能异常,静脉通常更容易发生血栓,因为血栓形成与Virchow三联征有关,包括血液淤滞、高凝状态和内皮损伤。与动脉相比,静脉的口径更宽,并且血液流动缓慢。每年每1000人中便有1人出现静脉血栓,并且多集中在有手术史、骨折、肥胖、使用避孕或某些化疗药物、恶性肿瘤、狼疮或存在老年病史的患者中发生。2%～5%的静脉血栓栓塞病例是由于PC的缺乏导致[47],许多研究均报道了PC缺乏与静脉血栓形成的相关性[48-50]。除了PC外,蛋白S缺乏与静脉血栓栓塞有关。一般来说,含雌激素的药物,如口服避孕药或激素替代疗法,会诱发由获得性PS缺乏并引起的血栓前状态。由于雌激素会导致高凝状态的产生,在妊娠期雌激素水平稳步升高,因此孕妇发生血栓栓塞事件的风险显著提高[51],然而目前雌激素诱导的PS缺乏症的分子机制尚未明确。

2.3 蛋白C、蛋白S缺乏与动脉血栓栓塞

尽管没有明确的证据证实蛋白C、蛋白S与动脉血栓栓塞的直接关系,但仍有少量的文献讨论了是否存在可能的联系。其中的一项研究发现,在68例患者中,有15例患者存在PC缺乏,而这15例患者出现动脉血栓的风险高于对照组[52]。MAHMOODI等[53]在队列研究中还分析了PC、PS和抗凝血酶缺乏的情况下出现动脉血栓栓塞的风险,该研究发现,在5岁之前,只有PC和PS缺乏的患者出现动脉血栓栓塞的风险比对照组高出6.55倍。然而也有一些研究表示蛋白C、蛋白S缺乏与动脉血栓栓塞并无相关性。一项对年轻人动脉缺血性脑卒中病因的研究报告指出,仅有5.8%的病例存在血液学病变,其中仅有1例为PC缺乏[54]。因此,仍需要更多的临床数据进一步证实蛋白C、蛋白S缺乏与动脉血栓栓塞是否真正存在关联。

3 总结与展望

目前PC和PS缺乏是卒中发展的明确原因,特别是在年轻人中。尽管静脉血栓栓塞与PC、PS缺乏的关系已被广泛讨论,但仍缺少有力的证据,除此之外还有个别研究显示这种缺乏会增加动脉血栓栓塞、偏瘫等其他疾病的风险[55],但这些需要进一步的队列研究,并通过临床大数据的分析完善其中的相关性。

PC和PS是具有细胞保护特性的生理性抗凝剂,它不仅是严重败血症的治疗剂,而且正在成为许多其他自身免疫性和炎症性疾病的潜在治疗方法。体外实验,临床前和临床数据均已证实PC和PS的临床制剂具有极强的应用前景,并且重组人PC和PS的商业制剂较容易制备,因此在未来应该开发各种偶联物和不同形式的活性蛋白分子,为相关疾病的治疗提供更多的选择空间。