The Mechanism of Histones and TLRs in Venous Thrombotic Diseases
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摘要: 近年来随着产科高危妊娠的增加及诊断技术的提高,临床对妊娠合并静脉血栓性疾病的关注度逐年增加,尽管已识别出诱发深静脉血栓的各种危险因素,但血栓形成的机制尚不完全清楚。研究表明组蛋白在静脉血栓疾病中有着重要作用,通过TLRs或炎症通路激发炎症,促发血栓形成。旨在对组蛋白通过TLRs激发炎症诱发静脉血栓性疾病作一概述,为以后产科静脉血栓性疾病的预防和治疗提供新的突破点。Abstract: In recent years, due to the increase of high-risk pregnancies in obstetrics and the improvement of diagnostic techniques, clinical attention to pregnancy complicated with venous thrombotic diseases is increasing from year to year. Although various risk factors that induce deep vein thrombosis have been identified, the mechanism of thrombosis is not yet completely clear. Studies have demonstrated that histones play a key role in venous thrombotic diseases, mediating the production of thrombus through inflammatory pathways or TLRs that activate inflammation.This article aims to provide an overview of histone-induced venous thrombotic diseases through TLRs to stimulate inflammation, and provide a new breakthrough point for the prevention and treatment of obstetric venous thrombotic diseases in the future.
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Key words:
- Histones /
- TLRs /
- Venous thrombotic diseases
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静脉血栓栓塞性疾病(venous thromboembolic disrase,VTE)所指为静脉中的血液异常凝固,导致管腔局部或全部堵塞,含下肢深静脉血栓(deep venous thrombosis,DVT)与肺动脉栓塞(pulmonary thromboembolism,PE)。妊娠期间内源性促凝活性增加和抗凝活性降低,减少了分娩中的出血,但发生VTE的风险增加了5~6倍[1]。与妊娠期相比,产后6周发生VTE的风险更高。VTE在孕产妇中的发生率为0.12%[2-3],尽管发病率不高,但是孕产妇发病和死亡的主要原因[4-7]。Virchow于1946年率先[8]提出导致DVT的3大因素为静脉受损、血液高凝状态、血流缓慢,自此虽然已识别出导致DVT发生的各类风险因子,然而其产生机制还没有完全清楚。既往研究表明环境和遗传因素会导致VTE的发生,而目前研究显示组蛋白通过TLRs激发炎症同样可诱发静脉血栓性疾病。
中性粒细胞在机体对抗病原的先天免疫方面发挥着重要作用,中性粒细胞外铺网(neutrophil extracellular traps,NETs)的产生是中性粒细胞(neutrophil,NEC)杀灭病原体的一种新方式,它具有促炎和细胞毒作用,是一个包括DNA、组织蛋白酶G(cathepsin,CTSG)、组蛋白、NE(中性粒细胞弹性蛋白酶)与MPO(髓过氧化物酶)的网状结构[9-10]。NETs含量最高的为组蛋白,其具备抑菌效能,可对APC(激活蛋白C)的降解具阻抑作用,由此有效延长APC的作用时间。然而NETs也是把双刃剑,当发生系统性感染的时候,因对肺泡上皮细胞(pulmonary epithelial cell,AEC)的毒性刺激,导致急性肺损伤的发生,同时会影响内皮细胞与凝血系统,进而导致DIC的发生,上述机制皆会提高脓毒症(Sepsis)的病死率;此外,NETs对于诸如小血管炎、类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)、系统性红斑狼疮(systemic lupus eryematos,SLE)此类自身免疫性疾病的形成与进行也存在一定影响性,组蛋白和髓过氧化物酶是NETs发挥细胞毒性的重要介质,在炎症中可促使血栓形成及介导组织损伤。
组蛋白属于一类碱性蛋白质,其分布于真核生物体细胞染色质和原核细胞内,其与DNA一起构成核小体结构,双方是染色质的关键蛋白质部分,DNA将此核小体当做线轴进行缠绕,同时核小体对于基因调控起到一定作用。基于组蛋白和染色质结合位点方面的区别,其可分为核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)和连接型组蛋白(H1);如按照成分不同可分为多赖氨酸组(H1、H2A、H2B)和多精氨酸组(H3、H4);按照组蛋白存在位置不同可分为核内组蛋白、胞质组蛋白和胞外组蛋白。核内组蛋白结合并调控DNA转录,胞质组蛋白参与调控机体免疫及炎症反应,胞外组蛋白介导炎症过程中肺、肝等组织损伤,参与脓毒症、血小板减少症、凝血酶产生等一系列生理病理过程。胞外组蛋白联合NETs的其他成分参与机体在病原微生物入侵后的抗感染反应,并通过TLRs或炎症通路激发炎症,促进血栓形成[11]。
1. 组蛋白与静脉血栓的形成
1.1 组蛋白同内皮细胞(EC)损伤与活化相关
内皮细胞(endothelial cells,EC)受损与活化对于血栓产生起促进作用,显著影响血栓产生的起始环节。组蛋白结合于血管内皮细胞可导致细胞通透性增高引起钙内流,当组蛋白浓度达到50 µg/mL或更高时出现细胞死亡[12]。使用LPS建立的小鼠脓毒症模型中,早期出现淋巴细胞粘附于内皮细胞,血小板聚集以及内皮细胞损伤,进一步研究发现,组蛋白脱乙酰酶抑制剂(histone deacetylase inhibitor,HDACI)可以明显提高脓毒症小鼠存活率[13-14]。对于体外EC,细胞外组蛋白具毒性作用,同时能够将大鼠杀死,于体内使得NEC集落、空泡化EC、微血栓与大血管产生、肺泡内出血,对小鼠行H3、H4这2类组蛋白注射干预,皆可活化NEC,导致EC受损与死亡 [15]。经由体外研究,Saffarzadeh等[16]发现,NETs可导致EC以及AEC受损,此效应同时存在剂量依赖性表现,通过组蛋白抗体、MPO抑制剂但未添加NE抑制剂能够使其对细胞的毒性大幅减弱,可见,组蛋白与MPO是NETs激发细胞毒性的关键介质,研究还发现活化蛋白C(activated protein C,APC)并没有改变NETs诱导的细胞毒性,是因为NETs中组蛋白的细胞毒性受到保护而免于APC的降解。
1.2 组蛋白在促进血小板粘附和聚集中发挥着重要作用
NETs提供血小板粘附、活化和聚集血栓支架,脱氧核糖核酸酶及肝素可拆除NETs支架并防止血栓形成,在培养基中发现肝素能有效的去除血小板聚集体,肝素对组蛋白有高度的亲和力,能让组蛋白从NETs的骨架染色质纤维中释放出来,抑制组蛋白结合血小板,这导致了NETs的不稳定[17]。血小板可以直接与组蛋白相互作用,Fuchs等[17-18]通过血小板血浆悬浮液进行NETs体外灌注干预,由电镜能够发现血小板聚集与黏附现象,且呈时间依赖性表现,血小板经由伪足在NETs纤维网上黏附,再联合孵育H3、H4以及血小板,前2类组蛋白可结合血小板,导致钙内流的发生,同时募集诸如纤维蛋白原(FIB)此类血浆粘附蛋白,也会导致血小板聚集与粘附的发生,血纤维蛋白原交联了带有组蛋白的血小板继续触发了微聚集,由此可判定,H3、H4这2类组蛋白和血小板联合培养后,可释放促血小板聚集效能,同时证实H1、H2A与H2B这3类组蛋白不具备此效能。纯化组蛋白于体外条件下结合血小板表面现象,可能和碳水化合物(或磷脂)间的静电效应,还有结合血小板Toll样受体(TLRs)行为相关。Wang等[19]研究发现核心组蛋白高瓜氨酸化可介导染色质解聚,促进NETs形成,NETs可通过组蛋白H3、H4激活血小板,促发血栓的形成。
1.3 组蛋白参与了内外源性凝血途径
组蛋白在促进凝血的过程中起着重要作用,它可以活化血小板,在富含血小板的血浆中(platelet rich plasma,PRP),在没有任何触发因素的情况下,组蛋白呈剂量依赖性地增强PRP中凝血酶的生成,凝血的激活需要活化的血小板而不是血小板组织因子,在凝血因子缺乏或被阻断时,磷酸盐和磷酸酶可减少凝血酶的产生,但在组蛋白存在的情况下,磷酸盐能以不依赖因子Ⅻ方式诱导凝血酶的生成启动凝血途径,组蛋白能诱导血小板凝聚,诱导P-选择蛋白、磷脂酰丝氨酸和FV/Va的表达和诱发凝血酶原活性[20]。凝血因子Ⅶ活化蛋白酶能够结合NETs的关键成分DNA与组蛋白,同时发生互作,相较于APC,此蛋白酶可更为有效地下调组蛋白对内皮细胞的细胞毒性,但是,NETs自身并无任何促凝效能,具备此效能的为NETs的构成部分DNA与组蛋白[21-22]。Ammollo等[23]证实了在蛋白C-血栓调节蛋白(TM)存在下组蛋白呈剂量依赖性的增加血浆凝血酶的产生,这种作用不是由抑制活化的活化蛋白C引起,而是由TM介导的活化蛋白C损伤引起;细胞外组蛋白H3、H4可通过降低血栓调节蛋白和蛋白C的相互作用来阻抑TM介导的蛋白C的活化,由此加剧血浆凝血酶的产生;且组蛋白可抑制纤溶酶原激活,活化凝血酶,从而减缓血栓的溶解,这种机制有助于组蛋白在器官衰竭或严重炎症部位体内诱导微血管血栓形成。Gould等[24]研究示活化的中性粒细胞释放的NETs具有促凝血作用,无细胞DNA激活凝血的内在通路,组蛋白则经由血小板依赖性机制对凝血酶的生成施以促进作用,并证实败血症患者血浆中无细胞DNA和组蛋白对凝血酶生成的作用。
2. Toll样受体
TLRs此蛋白质分子在天然免疫(非特异性免疫)中发挥着关键作用。其属于Ⅰ型跨膜蛋白,构成含胞内区、胞外区与跨膜区。胞内区内含一段TIR(Toll/IL)结构域,能够和胞内其他携一样TIR结构域的分子产生互作,后者负责激活信号传递;胞外区的构成为前后相连的17~31个片段,每个片段皆分布着亮氨酸(LEU)含量极高的重复序列,即LRR。胞外区整体如同马鞍,其配体结合区由LRR构成,此部位能够结合诸如CD14分子中LEU重复序列此类协同分子,对蛋白质间的互作施以介导作用。现今自人类中已检出11类TLR[25]。TLRs基于其在细胞上的定位分为2大类:一类由TLR1、TLR2、TLR5、TLR6和TLR11,组成,此类分布在细胞膜上;第二类的构成含TLR3、TLR7、TLR8与TLR9,在胞质内体分布,包括内质网、吞噬溶酶体与内涵体等[26]。对于PAMP(病原相关分子模式)此病原微生物的高度保守结构基序,TLRs具备识别能力,进而影响细胞中信号传导途径,使靶基因活化,生成炎性介质,激活炎性活动,从而在机体固有免疫和获得性免疫中发挥重要作用。
微血管内皮细胞由于其在人体中的广泛分布以及与循环血液系统相互作用,因此在感染和损伤过程中起着关键作用,表达先天性免疫受体,包括TLRs,TLR它可通过NF-KB和MAP激酶激活细胞内炎症途径,TRLs激动剂,包括LPS和细菌脂肽,直接上调炎症介质的微血管内皮细胞表达,且还调节微血管内皮细胞的通透性和凝血途径中介物的表达。内皮TLRs的激活导致促凝血/促血栓状态改变,从而促进纤维蛋白血块的形成并减少血块分解,重要的是内皮TLRs激活是在相互关联的反馈回路中起作用,而这些反馈回路本身可以放大内皮细胞的炎症反应[27]。
3. 组蛋白和Toll样受体
不管是感染性炎症,抑或非感染性炎症,在生理性与免疫性失衡方面,双方存在相似性表现,在炎性活动期间,都会有组蛋白此染色质的主要结构组件生成现象。在无菌性炎症与化学损伤的模型中组蛋白是通过TLR2和TLR4途径造成细胞损伤的。Xu等[28]发现细胞外组蛋白是败血症中的细胞死亡的主要介质,输注细胞外组蛋白可导致细胞因子水平升高,组蛋白在与DNA结合的过程中激活了TLR2和TLR4,TLR4的激活使组蛋白水平呈依赖性的增加。为了研究组蛋白释放对病理学的影响使用了两种模型:Con A 触发T细胞激活以模仿无菌炎症,乙酰氨基酚则模拟药物诱导的组织毒性,2组模型均释放组蛋白,抗组蛋白抗体具有保护作用,TLR2和TLR4无效的小鼠也受到了保护,上述研究证实,组蛋白的产生所致炎症损伤性细胞死亡与化学诱导所致细胞损伤死亡,两者均部分通过TLRs介导,TLR2与TLR4为细胞外组蛋白参与的小鼠模型死亡、组织损伤、无菌性炎症的关键受体。经研究,Semeraro等[20]发现,富血小板血浆内的组蛋白处于无其它刺激因子影响的条件下,凝血酶以剂量依赖的方式进行增长从而促进凝血酶的释放,继而导致凝血的发生,此效能是由TLR2与TLR4活化介导的,当用单克隆抗体阻断了血小板TLR2与TLR4能够下调血小板活化的比例,富血小板血浆内活化的血小板减少,凝血酶的生成随之下降,表明组蛋白在激活的血小板具有促凝血表型,可驱动血浆凝血酶生成,并提示TLR2和TLR4介导激活过程。
4. 小结
组蛋白在深静脉血栓的形成过程中起着一定的作用,主要是通过Toll受体激发炎症促进血栓形成,但具体机制有待进一步研究证实。深入理解组蛋白、TLRs与血栓形成之间的复杂关系,将有利于进一步认识炎症与血栓性疾病的关系,为以后产科静脉血栓性疾病的预防和治疗提供新的突破点。
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