脓毒症:一切都与血小板有关

脓毒症:一切都与血小板有关

脓毒症伴有血小板减少症,血小板减少症的严重程度与死亡率有关。这种血小板减少是弥散性血管内凝血(DIC)的特征,是脓毒症相关的凝血病。许多引起脓毒症的病原体,包括细菌和病毒,也直接激活血小板,这表明病原体诱导血小板激活导致全身性血栓形成并驱动DIC的多器官衰竭。本文就病原活化血小板的机制及抗血小板药物的作用进行综述。(2篇合在一起会更好理解脓毒症之血小板减少:TTP样综合征)

介绍

循环系统的发展对复杂生物体的进化至关重要。然而,这也造成了由于受伤导致的失血对生物体来说可能是致命的。因此,有必要形成一种可以限制失血的系统。此外,由于血液也是细菌生长的富饶环境,特别是在创伤之后,因此有必要形成一种对抗感染的系统。在像马蹄蟹这样的原始生物中,一个细胞——血细胞——满足了这两个要求。这种细胞可以对细菌做出反应并对抗感染。一旦受到刺激,它们也会聚集在一起封闭任何泄漏。因此,血细胞介导了免疫和止血反应。

随着生物体变得越来越复杂,调控系统也如此。这种简单的血细胞进化成多种特有细胞,如白细胞和单核细胞。一种特殊的细胞类型——巨核细胞——成为唯一负责止血的细胞类型。虽然不直接参与止血,但巨核细胞碎片变成血小板,这是止血的关键调控者和介质。

由于巨核细胞是从血细胞进化而来,因此它们不仅获得了血细胞的止血特性,而且还保留了血细胞的一些免疫功能,这并不奇怪。因此,除了作为止血介质,血小板也是先天免疫系统的一部分。对损伤的免疫和止血反应通常被认为是不同的系统。然而,最近清楚,这两者是密切相关的。对感染血小板介导的先天免疫反应作用形成免疫血栓,是对其正常生理反应。血栓形成是一个复杂的过程,也涉及先天免疫系统的细胞,先天免疫反应在血栓形成中的作用被称为血栓炎症。因此,感染激活了先天免疫系统,如果这种先天免疫反应持续存在(要么是因为病原体具有抵抗,要么是因为它是一种自身免疫反应),就会导致血栓形成增强。血小板是损伤的第一反应者(部分原因是其在血浆中的高浓度),其激活导致免疫细胞聚集到损伤部位并形成血栓。因此,血小板活化既能防止失血,又能对损伤部位进行灭菌。

血小板和血栓

血小板可以被认为具有多种不同的功能,这些功能通常(但不一定)相互联系。它们是粘附、聚集、分泌和形成血小板-白细胞复合物。血小板对在损伤部位发现的许多成分都高度敏感。因此,它们具有胶原蛋白、纤维蛋白原和血管性血友病因子(vWF)的受体,所有这些受体都存在于受损的血管中。与这些配体相互作用的主要功能是在低剪切(静脉)条件下(胶原和纤维蛋白原受体)和高剪切(动脉)条件下(vWF受体)将血小板固定在受损血管上。血小板也可以与附着在表面的细菌结合。这些受体介导的血小板粘附通常导致血小板活化,促进血栓形成,同时也确保血栓形成局限于损伤部位。

血小板也表达G蛋白偶联的可溶性配体的受体,对ADP、肾上腺素和凝血酶等配体有反应。这些配体激活血小板对血小板聚集到损伤部位和血栓生长非常重要。一旦被激活,血小板聚集形成血栓,但它们也会分泌颗粒内容物。血小板含有多种颗粒类型,包括α颗粒、致密颗粒和溶酶体。这种血小板分泌蛋白组富含生物活性分子,包括超过2000种蛋白,小分子如ADP、血清素和多磷酸盐。虽然血小板分泌组在血栓形成中起作用,但它主要参与血小板的非血栓作用。虽然血小板之间的相互作用是血小板的重要特性,但活化的血小板也可以与白细胞和内皮细胞结合。这种相互作用可以改变靶细胞功能。

血小板和先天免疫系统

虽然血小板在止血中起着关键作用,但它们在先天免疫系统中也起着重要作用。由于有许多特有的免疫细胞类型,血小板的任何免疫功能可能都是多余的。然而,由于血小板是割伤(感染的主要原因)的第一反应者,它们可以完美地帮助伤口灭菌,并协调对损伤的免疫反应。强有力的证据表明这种临床情况的发生。严重感染与血小板减少有关,而这种血小板减少与预后有关。因此,在脓毒症中血小板减少的程度与疾病的严重程度和预后有关。此外,在严重的病毒感染中,如登革热、COVID-19、汉坦病毒、乙型肝炎和单核细胞增多症,血小板减少的严重程度与预后相关。这种血小板减少的原因尚不清楚,有人提出这可能是由于感染导致巨核细胞抑制血小板产生。确实有证据表明,巨核细胞可以被登革热病毒和流感病毒等病毒感染。然而,这种感染的结果是复杂的。由DENV感染的巨核细胞已被证明会降低巨核细胞水平,从而导致血小板产生减少。然而,炎症也被证明可以增加血小板功能,并且在COVID-19的初始反应中可以看到血小板计数的增加,IL-1和CCL5水平的升高可使血小板生成增加约50%。最终,血小板合成变化不太可能与此相关,因为血小板的寿命约为10天,即使感染完全停止血小板生成,也需要9天才能发生严重的血小板减少症,而在脓毒症中,它发生得很快。此外,虽然血小板减少会造成出血的风险,但它不太可能参与感染的发病机制,而只是感染结果的生物标志物。

因此,感染相关的血小板减少症很可能是由于血小板活化引起的,因为血小板活化可能是快速发作的,由此产生的大规模血栓形成将具有病理后果。这种水平的血小板活化将导致整个循环中广泛的血栓形成。这实际上是发生在弥散性血管内凝血(DIC)的情况。DIC是一种凝血功能障碍,与脓毒症和COVID-19等严重感染相关,其特征是血小板减少、血小板活化和全身血栓形成。这种血栓如果发生在多个器官的微血管,就会导致缺血性损伤。当这种缺血性损伤扩大时,会导致严重脓毒症的多器官衰竭。

关键的问题是血小板活化是如何产生的。一种可能是血小板是无关的旁观者。感染导致高促炎的环境,进而可能导致血小板活化。证据是血小板可以被一些细胞因子激活,包括IL-6和IL-8。登革病毒已被证明可诱导IL-1b的产生,进而诱导血小板中的iNOS。另一种可能性是血小板可能与炎症/感染的内皮细胞相互作用,导致其活化。重要注意的是,并非所有的血小板活化都是相同的。血小板已被证明经历一种被称为焦亡的活化形式,这可以被认为是介于细胞凋亡(膜起泡和细胞凋亡蛋白酶(半胱天冬酶)激活)和坏死(细胞肿胀和溶解)之间。这是一种涉及炎性体形成的促炎反应。循环S100A8/A9可诱导血小板焦亡。

感染可通过接触系统激活或产生组织因子导致凝血酶生成。除了引起纤维蛋白血栓的形成,这种凝血酶还会激活血小板。然而,这不太可能具有临床相关性,活化蛋白C (APC)是凝血酶抑制剂,曾被用于治疗脓毒症,但由于缺乏益处,最终退出市场。此外,虽然使用AT对脓毒症和COVID-19都有一定的益处,但由于DIC持续仍是一个主要问题,它们的使用令人失望。这表明,虽然凝血酶的产生可能发生在炎症/感染期间,但它并不是人类DIC的主要驱动因素,尽管这些药物在DIC动物模型中具有益处。血栓和炎症相互交错,这种联系是双向的,炎症导致血栓增加,反之亦然,这被称为免疫血栓形成。虽然促炎细胞因子或凝血酶的产生可能在DIC中起次要作用,但很明显,血小板活化对感染的反应不太可能是次要的,而更可能是对感染的直接反应。

病原体与血小板止血受体的相互作用

考虑到血小板是对损伤的最先反应,它们对任何感染病原体直接反应是合理的。几乎所有与脓毒症相关的细菌在加入富血小板血浆(PRP)时都能诱导血小板聚集,这并非巧合,这可能代表了病原体和血小板之间的直接相互作用。此外,像金黄色葡萄球菌这样的细菌与血小板有多种不同的相互作用。血小板上有两个受体家族参与与病原体的相互作用:参与止血受体(如GPIIb/IIIa和GPIb)和免疫受体。与已知细菌相互作用总结在图1和表1中。

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1

揭示病原诱导血小板活化的主要机制。(A)细菌如金黄色葡萄球菌表达结合纤维蛋白原的蛋白,纤维蛋白原又与GPIIb/IIIa结合。同时,IgG与细菌和FcgRIIa结合,产生激活信号。(B)任何细菌都能与IgG结合,进而导致补体的结合。IgGFcgRIIa结合,补体与补体受体结合产生激活信号。(C)幽门螺杆菌等细菌表达一种结合vWF的蛋白质,而vWF又结合GPIbIgG也与细菌和FcgRIIa结合,产生激活信号。(D)细菌如血链球菌表达蛋白质(如丝氨酸重复蛋白;srp),可以直接绑定GPIb。这将产生一个依赖FcγRIIa激活信号。(E)肺炎链球菌等细菌表达一种与toll样受体(TLR) 2结合的蛋白质。当IgGFcγRIIa结合时,它们可以产生激活信号。(F) DENV e糖蛋白可直接与DC-SIGN结合,非结构蛋白(NSP)-1可与TLR4结合。结合IgGFcgRIIa结合,导致激活信号的产生。(G)一些病毒表达与TLR结合的蛋白(TLR 247),导致血小板激活信号。

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糖蛋白IIb / IIIa

GPIIb/IIIa是血小板特有的纤维蛋白原受体。它是血小板表面的优势蛋白,在血小板聚集中起关键作用。它是细胞粘附分子整合素家族的一员,并以RGD依赖的方式结合许多蛋白质。它还结合纤维蛋白原的特异性结构域(γ-链十二肽)。结合可溶性配体需要活化的GPIIb/IIIa,尽管静止的GPIIb/IIIa可以结合固定的配体。对内皮下基质和其他血小板粘附是由GPIIb/IIIa介导的,它是介导纤维蛋白原与其他血小板结合导致血栓形成。然而,GPIIb/IIIa也参与血小板活化。GPIIb/ IIIa与固定纤维蛋白原中的NGR序列结合导致血小板活化和扩散。此外,小分子GPIIb/IIIa拮抗剂已被证明可以激活血小板,由于血小板激活增加导致心血管事件增加,这类药物的开发已停止。GPIIb/IIIa是与病原体相互作用的关键受体。金黄色葡萄球菌表达多种纤维蛋白原结合蛋白,包括聚集因子A、B和纤维连接蛋白结合蛋白。纤维蛋白原包被的金黄色葡萄球菌结合血小板GPIIb/IIIa并诱导血小板活化。同样,化脓性链球菌表达结合纤维蛋白原的M蛋白(M1、M3和M5)也能以GPIIb/ IIIa依赖的方式诱导血小板聚集。其他介导血小板聚集的纤维蛋白原结合蛋白包括Sdr G(表皮葡萄球菌)、SpsL(假中间葡萄球菌)和FOG (G组链球菌)。另一方面,金黄色葡萄球菌分泌细胞外纤维蛋白原结合蛋白(Efb),其作用是抑制血小板聚集。虽然GPIIb/IIIa主要是纤维蛋白原受体,并通过γ链十二肽介导FOG相互作用,但它也是一种结合RGD(Arg-Gly-Asp)的整合素,能够结合许多含RGD的蛋白。例如,GPIIb/IIIa能够通过其RGD结合位点结合纤连蛋白。金黄色葡萄球菌表达一种纤连蛋白-结合蛋白(Fnbp),与纤连蛋白结合引起其与GPIIb/IIIa的相互作用并触发血小板活化,这方式类似于纤维蛋白原结合细菌。表皮葡萄球菌Sdr G、金黄色葡萄球菌Isd蛋白和戈登葡萄球菌PadA可直接结合GPII/IIIa。DENV已被证明可直接结合GPIIb/IIIa。RGD结合GPIIb/IIIa的能力创造了另一种可能性。RGD-是一种在基质蛋白中发现的常见肽基序,并通过许多依赖RGD整合素之一支持细胞粘附。病原体通常表达RGD基序并将其用作毒力因子,因为RGD基序允许病原体附着并随后感染宿主细胞。使用含RGD蛋白引起与宿主细胞粘附的病原体包括:百日咳杆菌(丝状血凝素)、无乳链球菌(scpB)、结核分枝杆菌(肽基脯氨酸异构体酶A)、伯氏疏螺旋体(BBB07)、幽门螺杆菌(CagL)。白色念珠菌(Sap6),SARS-CoV-2、柯萨奇病毒A9 (VP1)和HIV-1 (Tat蛋白)也表达含有RGD的蛋白。由于GPIIb/IIIa能够结合许多含RGD的蛋白,因此它也可能结合含RGD蛋白的病原体。图1A阐明通过纤维蛋白原结合病原体的GPIIb/ IIIa介导血小板活化。

GPIb

在血小板表面表达的蛋白,GPIb是仅次于GPIIb/IIIa的含量,它与GPIX和GPV以复合物的形式存在。GPIb是血管性血友病因子(vWF)的受体,这种相互作用在高剪切条件下介导血小板粘附到基质相关的vWF。这种相互作用导致血小板扩散和活化。病原体也利用GPIb促进与血小板相互作用。一种方法是通过在细菌表面表达vWF结合蛋白。幽门螺杆菌以GPIb依赖的方式结合vWF并诱导血小板聚。这是不寻常的,因为这种相互作用不需要高剪切。因此,当与幽门螺杆菌表面结合时,vWF可能会发生构象变化,使其无需剪切即可与GPIb相互作用。

病原体也表达可以直接结合GPIb的蛋白。GPIb结合蛋白的例子包括血链球菌上的富含丝氨酸蛋白(srp)A和戈登链球菌和口腔链球菌上的Hsa。另一方面,钩端螺旋体分泌一种与GPIb结合的vWF样蛋白(vwa-I&II),并通过阻断GPIb-vWF相互作用在出血性休克中发挥作用。登革热病毒似乎与GPIb相互作用,尽管机制尚不清楚。图1C、D阐明了GPIb依赖性病原体诱导血小板聚集。

其他受体

ACE2已被发现在血小板上表达并介导SARS-CoV-2结合。发热伴血小板减少综合征病毒(SFTSV)结合血小板GPVI并诱导血小板活化。此外,SFTSV可以进入血小板并复制。

病原体与血小板免疫受体的相互作用

作为先天免疫细胞,血小板表达多种免疫受体,如FcγRIIa和toll样受体(TLRs)。虽然它们不参与止血,但它们通过病原体激活血小板中发挥一定作用。许多病原体与GPIIb/IIIa或GPIb结合,这对血小板的激活至关重要,然而,这些相互作用不足以诱导血小板活化。在所有血小板活化和随后的聚集都依赖于FcγRIIa。除了介导血小板特有的止血功能的止血受体外,血小板还表达多种通常与免疫功能相关的受体。其中包括FcγRIIa、toll样受体(TLRs)和CLEC-2。免疫受体也参与病原体介导的血小板活化。

FcγRIIa

很明显,许多病原体可以通过与血小板表面受体结合相互作用并激活血小板,然而,尽管这些相互作用是血小板激活所必需的,但它们是不够的,因为在所有情况下通过FcγRIIa的信号传导是必不可少的。在止血过程中,血小板受体的直接激活足以诱导血栓形成。然而,在免疫学中,协同刺激是常态,免疫细胞活化需要多个信号。

Fc受体是一个结合Fc抗体部分的超家族受体。每一类抗体都有自己的Fc家族(IgA/ FcαR、IgG/FcγR和IgE/FcεR),它们通过免疫复合物介导免疫细胞活化。虽然最著名的反应是嗜碱性细胞上的IgE复合物与FcεR导致组胺释放和过敏反应,但到目前为止,最广泛表达的FcR是FcγR家族。

FcγR是一个受体家族,其主要功能是介导吞噬,因此它们在吞噬细胞上的表达,尽管令人惊讶是它们也在血小板上表达。FcγR有三个家族亚型——FcγRI、FcγRII和FcγRIII,它们对不同的IgG亚型具有不同的亲和力。最重要的FcγR家族亚型是FcγRII,它由FcγRIIa和FcγRIIb组成。除了细胞分布外,这两种受体的信号传导方式也不同。FcγRIIa,像其他FcγR信号一样,通过免疫受体酪氨酸激活基序(ITAM)。ITAM的特征是酪氨酸残基与亮氨酸或异亮氨酸相隔2个氨基酸(YxxL/I)。ITAMs包含2个这样的结构域,由6-8个氨基酸分开。受体激活导致ITAM中的酪氨酸被Src家族激酶磷酸化。这些磷酸酪氨酸然后招募酪氨酸激酶Syk,开始信号级联反应。然而,FcγRIIb含有一个免疫受体酪氨酸基抑制基序(ITIM),可以募集磷酸酶,因此是一种抑制性受体。FcgRII都有一个ITAM/ITIM结构域,作为受体尾部细胞质的一部分。其他FcRs如FcγRI与ITAM-含有连接蛋白Rg被称为FcRγ相互作用。FcRγ还通过血小板上的胶原受体GPVI介导信号传导。

FcγRIIa是血小板上唯一的FcR,它作为病原体诱导聚集的协同刺激受体发挥关键作用。其主要功能是结合病原体结合的IgG。对金黄色葡萄球菌的广泛研究表明,虽然与GPIIb/IIIa结合在其与血小板的相互作用中至关重要,但激活仅存在与FcγRIIa结合抗金黄色葡萄球菌的IgG情况下发生。由于金黄色葡萄球菌是一种共生菌,几乎每个人都有显著浓度的抗金黄色葡萄球菌IgG。就幽门螺杆菌来说,它不是共生的,血小板激活只发生在来自幽门螺杆菌阳性个体的血小板。牛链球菌/马链球菌复合体也以FcγRIIa依赖的方式诱导血小板聚集。来自炭疽芽孢杆菌的肽聚糖以FcγRIIa-和IgG-依赖的方式诱导血小板活化。病毒也以FcγRIIa依赖的方式引起血小板活化。DENV以IgG-和FcγRIIa依赖的方式触发血小板活化。这些抗DENV抗体来自先前感染DENV的不同血清型。甲型H1N1流感和一些布尼亚病毒,如克里米亚-刚果出血热,也通过FcγRIIa诱导血小板活化。已发现刺突蛋白抗体可导致COVID-19患者的血小板活化,且该抗体依赖于FcγRIIa。阻断FcγRIIa可在体外阻止COVID-19血浆血小板活化。就用抗体阻断FcγRIIa或消耗特异性IgG抑制血小板活化来说,证实了IgG- FcγRIIa相互作用在血小板激活中的作用。

血小板FcγRIIa不仅参与病原体诱导的血小板活化,还参与免疫性血小板减少症(ITP),其中血小板抗原的抗体触发血小板免疫破坏。ITP中血小板的消耗不仅仅是通常的免疫破坏,而由于这些抗体以FcγRIIa依赖的方式触发血小板活化。这在肝素诱导的血小板减少症(HIT)中也有发现,肝素与血小板表面的PF4结合,在某些个体中,这种复合物可以成为抗原。抗体与复合物结合,也与FcγRIIa结合,导致血小板活化和消耗,表现为严重的血小板减少症。

虽然FcγRIIa对病原体激活血小板至关重要,但IgG并非如此。血链球菌通过与GPIb结合介导血小板活化,这种聚集通过抗体阻断FcgRIIa被抑制,然而,这种聚集发生在没有IgG的情况下。这表明在这种情况下,FcγRIIa是GPIb的协同受体。这可以用GPIb与FcγRIIa同一定位的证据来解释。

研究FcγRIIa在血栓形成中作用的严重挑战是其表达受限。FcγRIIa在小鼠中不表达,而小鼠是血栓性疾病和感染性疾病的主要动物模型。因此,病原体诱导的小鼠血小板活化以不依赖FcγRIIa的方式发生,可能与人类完全不同。小鼠和人类在脓毒症和创伤中基因表达的差异证据支持了这一点。这种物种差异具有临床影响,基于动物研究,活化蛋白C (APC)被批准用于治疗脓毒症,但由于缺乏疗效而不得不退出市场。

Toll样受体

TLRs也在血小板表面表达,并且已被证明参与病原体与血小板的相互作用。大部分注意力集中在TLR2和TLR4上,因为它们是最广泛表达的TLRs。关于这些TLR在血小板功能中的功能存在相互矛盾的数据。脂多糖(LPS)是一种TLR4激动剂,来自大肠杆菌O157的LPS不能诱导血小板聚集,尽管大肠杆菌O157可以诱导聚集,这表明TLR4没有功能。相互矛盾的数据似乎与任一研究的终点有关。 因此,以聚集为终点的研究没有发现TLR4的作用,而那些观察血小板活化的其他标志物的研究确实看到了作用。相比之下,TLR2激动剂Pam3CsK4可以诱导血小板聚集,肺炎链球菌,无乳链球菌和巨细胞病毒以TLR2依赖性方式诱导血小板聚集。SARS-CoV-2包膜蛋白已被证明与TLR-2相互作用。脑心肌炎病毒已被证明以TLR7依赖方式结合并激活血小板。SARS-CoV-2已被证明可以与TLR4结合,从而激活血小板。病原体与血小板TLR结合的关键作用是促进血小板-白细胞相互作用,并可能在血小板对病毒体的内吞作用中发挥作用。TLR4也被证明以TLR4依赖方式诱导血小板焦亡。图1D,G说明了TLR在病原体诱导的血小板活化中的作用。

凝集素

凝集素是一类能识别碳水化合物的受体,但也能与蛋白质结合。C型凝集素是钙依赖凝集素,作为病原体识别受体。C型凝集素如DC-SIGN(树突状细胞特异性细胞间粘附分子-3-攫取非整合素)和CLEC2 (C型凝集素样受体)在血小板上表达。CLEC-2信号与FcγRIIa类似,尽管它只有一个称为半ITAM的单一YxxL/I结构域。DC-SIGN结合HIV、DENV、埃博拉病毒(71)、肝炎病毒、H1N1流感和H5N1、SARS-CoV和SARS-CoV-2,这种结合与血小板激活有关。CLEC-2和5A在与HIV等病毒结合方面也很重要。

补体受体

在对感染的反应中形成补体是先天免疫系统的一个重要特征。血小板可以被激活以响应补体。此外,结合补体的免疫复合物可以结合FcγRIIa和补体受体gC1q-R,从而激发血小板聚集。一旦从血链球菌和金黄色葡萄球菌中去除血小板结合蛋白,它们能以补体和FcγRIIa依赖的方式诱导血小板聚集。COVID-19与补体形成增加有关,尸检后在COVID-19患者的冠状动脉微血栓中发现了补体碎片。SARS-CoV-2可以通过替代途径直接激活补体形成,死亡的患者具有更高水平的固定补体的抗-N抗体。抗SARS-COV-2 IgG的糖基化谱似乎也很重要,低岩藻糖基化形式更促炎,更促血栓形成。补体在病原体诱导的血小板活化中的作用如图1B所示。

细菌分泌产物与血小板的相互作用

虽然细菌与血小板的直接相互作用在随后的血小板活化中至关重要,但细菌也分泌许多可能与血小板相互作用的产物,包括毒素。金黄色葡萄球菌分泌许多已被证明可以激活血小板的物质,包括细胞外粘附蛋白Eap、金黄色葡萄球菌趋化抑制蛋白(CHIPS)、甲酰基肽受体样1抑制蛋白(FLIPr)和自溶素Atl。金黄色葡萄球菌还分泌凝血酶原激活蛋白、葡萄球菌凝血酶和vWF结合蛋白,通过增加凝血酶的产生诱导血小板活化。还有一类成孔毒素类似于钙离子载体(A23187)。这些包括肺炎链球菌溶血素、链球菌溶血素O (A组链球菌)和a-毒素(金黄色葡萄球菌)。志贺毒素是由一些大肠杆菌菌株产生的,在溶血性尿毒症综合征(HUS)的发病机制中起重要作用。志贺毒素与脂多糖一起作用,激活血小板,导致NETS的产生。葡萄球菌超级抗原和葡萄球菌超级抗原样蛋白(SSL)也能激活血小板。SSL5已被证明通过与GPIba和GPVI结合来激活血小板。金黄色葡萄球菌中毒性休克综合征毒素-1 (TSST-1)介导血小板活化和细胞凋亡,但TSST-1介导血小板活化的机制尚不清楚。牙龈卟啉单胞菌分泌的牙龈蛋白酶可以模拟凝血酶,并通过切割蛋白酶激活受体(PAR)激活血小板。

血小板-受感染细胞的相互作用

虽然在体外,病原体与血小板的相互作用很容易被研究,但在体内,由于多种细胞类型,特别是内皮细胞也起作用,这要复杂得多。细菌和病毒都可以感染内皮细胞,血小板在这里发挥作用。通常,静止的血小板和静止的内皮细胞不相互作用,但活化的血小板会与活化的内皮细胞结合。此外,活化的血小板会增强内皮细胞的活化,反之亦然。金黄色葡萄球菌可以利用多种毒力因子与内皮细胞结合,一旦结合,它们就可以吸引血小板。内皮细胞感染巨细胞病毒(CMV)诱导血小板粘附和聚集是依赖vWF和GPIb。内皮细胞感染后的免疫血栓形成可能在动脉粥样硬化和感染后死亡率增加中起作用。

血栓形成之外

虽然病原体-血小板相互作用在血栓形成中的作用已经得到充分证实,但这些相互作用也会导致免疫系统的激活。中性粒细胞胞外陷阱(NETs)的形成——一种中性粒细胞衍生的染色质纤维网——在捕获和杀死病原体中起着重要作用。NET的完全形成需要在依赖TLR-4过程中形成血小板-中性粒细胞复合物。S100A8/A9与TLR-4结合诱导血小板焦亡,这些血小板在诱导NETosis方面非常有效,NETs释放S100A8/A9增加血小板焦亡。从脓毒症患者中分离的血小板来源的外泌体已被证明可诱导NET形成。有证据表明,嗜酸性粒细胞(EET)和单核细胞(MET)也可以形成细胞外陷阱。血小板-嗜酸性粒细胞相互作用参与了EET的形成。血小板-单核细胞聚集的形成也与脓毒症有关,并且已被证明介导杀灭肺炎克雷伯菌。在严重的COVID-19和登革热中,活化的血小板激活单核细胞,并与疾病严重程度有关。病原体激活血小板也可导致释放富含细胞因子的颗粒内容物,从而影响免疫反应。DENV感染血小板诱导NO生成和IL-1β释放。SARS-CoV-2和DENV已被证明可诱导血小板释放多种促炎细胞因子。

病原体诱导的血小板活化:临床意义

血小板对感染反应的先天免疫作用不限于细菌,它们对病毒感染也发挥着重要作用。病原体激活血小板的能力具有临床意义。感染与血小板活化有关,这是许多感染疾病发病机制的一部分。血小板活化与两种类型的感染有关——局部感染(感染性心内膜炎)和全身感染(脓毒症)。血小板活化参与感染疾病发病机制的证据,开启了抗血小板药物治疗某些感染疾病的可能性。

与病毒最具特征的相互作用之一是DENV-血小板相互作用。DENV有4种血清型。任何血清型的感染都会导致轻微感染,出现流感样症状。免疫反应很快就会清除病毒,病人就对未来的感染免疫。然而,如果患者感染了不同的DENV血清型,则会对先前存在的抗DENV抗体产生免疫反应,尽管这些抗体不是针对新血清型的抑制性抗体。结果,在循环中有抗体包被的DENV病毒粒子。它们可以与单核细胞上的FcγRIIa相互作用,导致DENV传染性的抗体依赖性增强(ADE)。抗体包被的DENV病毒粒子还可以与血小板上的FcγRIIa结合,从而导致血小板活化、DIC和登革出血热(DHF)。图1F显示了DENV诱导的血小板活化。

感染性心内膜炎

感染性心内膜炎是由心瓣膜感染引起的。这可能是健康瓣膜或受损瓣膜的感染。IE的主要诱因之一是风湿热,这是一种炎症性疾病,由未经治疗的咽喉部链球菌感染引起。风湿热的一个并发症是对心脏瓣膜的损害,这使他们很容易受到未来的感染。然而,使用抗生素治疗链球菌咽喉感染大大降低了风湿热的发病率。IE的另一个重要原因是静脉注射药物,这可能导致心脏瓣膜受损,从而易受感染。最后,人工心脏瓣膜也是发生IE的危险因素。虽然许多细菌可引起IE,但大多数病例是由于葡萄球菌或链球菌感染,这两种细菌都能诱导血小板聚集。因此,当瓣膜受到感染时,血小板被吸引到病变处,与细菌结合,并被激活。一旦被激活,它们就会聚集更多的血小板并形成血栓。随着血栓的增长,它会对瓣膜造成压力,导致瓣膜失效。当瓣膜打开和关闭时,由于施加在血栓上的物理应力,血栓会变得不稳定。这可能导致血栓破裂和栓塞,这可能导致中风、心肌梗死或肺栓塞,这取决于栓子被困的位置。IE栓塞死亡率高。血小板被招募到受感染的瓣膜来控制感染。一旦被激活,它们会分泌抑菌肽来杀死细菌并招募免疫细胞。然而,如果这些细菌对抑菌肽具有耐药性,它们可以继续生长,并且由于细菌被血小板包围,免疫细胞无法接近细菌。此外,由于被血小板包围,抗生素可能不起作用,因为它们也无法进入血栓内的细菌。因此,如果细菌对血小板来源具有激活和招募血小板能力的抑菌肽有耐受性,这是一种有效的生存机制。

血小板在感染血栓形成中的重要作用提示抗血小板药物在IE患者治疗中的作用。然而,数据混杂。动物研究显示血栓减小,但临床研究好坏参半,有些显示有益,有些则没有。然而,值得注意的是,这些研究规模很小,没有关于病原体或抗生素作用的数据。

脓毒症

虽然 IE 是触发血栓形成的局灶性感染的一个例子,但脓毒症是一种全身性感染,因此没有局部血栓形成。然而,血小板仍然与细菌相互作用,并在循环中被激活。这些活化的血小板可以聚集在一起形成血栓,可以阻塞微血管系统。这会导致周围组织(可以是肾脏、肝脏和大脑等器官)的缺血性损伤。随着血小板活化的扩散,缺血性损伤也会扩散,如果它变得广泛,可能导致器官衰竭。

一旦细菌进入血液循环,它们就会与血小板相互作用,导致其激活和消耗。为了应对这种血小板消耗,血小板产生增加,因此在早期脓毒症中,血小板计数增加是很常见的。然而,很快身体的合成能力就被克服了,因为血小板消耗的速度超过了血小板的产生速度。此时,患者开始发生血小板减少症。

血小板减少症的发生在脓毒症中已得到充分证实,尽管其发生可能只是一种关联-脓毒症期间炎症增加的继发事件-而不是脓毒症的致病因素。然而,血小板减少的程度与脓毒症预后之间存在明确的关联。此外,值得注意的是,许多血培养阳性脓毒症病例是由于葡萄球菌、链球菌和大肠杆菌感染引起的,所有这些都已被证明可直接激活血小板。因此,细菌直接活化血小板比炎症增加引起的继发活化,更可能是血小板减少症的原因。

血小板在感染中的作用是一把双刃剑。细菌活化血小板导致抑菌肽的释放,也增强了单核细胞杀灭肺炎克雷伯菌的能力,因此血小板在预防脓毒症中起着重要作用。血栓形成的作用是捕获细菌并防止细菌的传播,尽管似乎对捕获鼠伤寒沙门氏菌的能力有器官特异性影响。鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠时以血小板CLEC-2依赖方式形成血栓。然而,在盲肠结扎脓毒症模型中,血小板CLEC-2 的特异性缺失,已被证明可以增强炎症和器官损伤。GPVI的消耗而不是CLEC-2的消耗已被证明可以增加肺炎克雷伯菌感染后肺部的细菌负荷并减少炎症。也有证据表明血小板有助于细菌(化脓性链球菌)的传播。在肺炎克雷伯菌和肺炎链球菌感染后,血小板减少小鼠有更严重的脓毒症(多微生物脓毒症)和生存受损,尽管它导致更严重的脓毒症与金黄色葡萄球菌感染。另一方面,过度活化的血小板对脓毒症的发病机制至关重要。早在1981年,阿司匹林就被证明可以减少脓毒症对小鼠(肠炎沙门氏菌)的影响。它已被证明可以保护小鼠免受金黄色葡萄球菌导致的脓毒症。氯吡格雷和替卡格雷在脓毒症的多种微生物模型中被发现具有保护作用,尽管氯吡格雷也被证明没有益处。在流感诱发肺炎的小鼠研究中,抗病毒药物与氯吡格雷联合使用可降低死亡率。

因此,上述关于脓毒症的动物研究得出了相互矛盾的结果。脓毒症前血小板耗竭通常会导致更差的结局,尽管一些研究表明情况恰恰相反。抗血小板药物已被证明对脓毒症有益,但一些研究发现没有效果。这些相互矛盾的研究使人们很难理解血小板在脓毒症中的作用。一些差异可能是由于诱导剂-内毒素与活病原体。即使是活病原体,在革兰氏阴性病原体还是革兰氏阳性病原体,或者它是多种微生物感染还是单一病原体,也可能存在差异。然而,由于血小板在先天免疫中的作用,血小板的存在似乎在预防脓毒症方面很重要。只有当病原体对血小板抑菌肽耐药,或者病原体的剂量太高以至于战胜先天免疫系统时,才会发生脓毒症。因此,通过在正常情况下会清除病原体的动物身上诱导脓毒症,血小板耗尽可能加重脓毒症预后也就不足为奇了。然而,如果脓毒症确立,血小板的先天免疫作用已经失效。在这一点上,血小板成为问题的一部分,而不是问题的解决方案,因此,血小板抑制可能是有益的。

如果细菌直接活化血小板在脓毒症多器官衰竭的发生中起关键作用,则抗血小板药物应改善脓毒症的预后。虽然一些临床研究没有发现使用阿司匹林可降低脓毒症发病率或随后死亡率的证据,但其他研究显示了益处。在入住 ICU 之前使用阿司匹林已被证明可以降低脓毒症死亡率和肺炎球菌肺炎死亡率。Lavie和其同事以及Du和其同事使用倾向评分匹配法来表明使用阿司匹林可降低脓毒症的死亡率(风险比约为0.7)。荟萃分析显示,既往使用阿司匹林和/或氯吡格雷可使脓毒症死亡率降低约10%。这些研究的有趣之处在于,既往使用阿司匹林的患者通常是心肌梗死后的患者。因此,服用阿司匹林的有严重潜在健康问题的患者比没有基础疾病的患者预后更好。

阿司匹林的潜在益处不仅限于预防脓毒症。需要住院治疗的严重感染(非脓毒症)与主要心血管事件(MACE)的显著增加相关——感染后第一个月MACE的风险比为7.87,随后19年的风险比为1.41。在登革热中也观察到MACE的增加,其中DENV感染后7天的MACE发病率比为17.9,流感后为15.76,对照组为0.91。感染后MACE的危险因素被证明是器官损伤,心房颤动和至少2个MACE危险因素的证据。同样,COVID-19 患者中 MACE 的比为6。这些结果并不奇怪,因为MACE是由于血小板活化和随后的血栓形成。有心肌梗死风险的最不需要的就是显着增加的血小板活化,例如病原体与血小板相互作用时发生的活化。因此,在严重感染患者中使用阿司匹林,特别是有CVD危险因素的患者,在预防感染后的MACE方面发挥作用。

差异结果的原因之一可能是阿司匹林使用的时间。就像在动物实验中一样,健康的、功能齐全的血小板对于抗感染是必需的,因此,在血小板的帮助下可能解决感染会发展为脓毒症。服用阿司匹林的理想时间是当有证据表明感染已经建立,即,在有证据表明血小板已经无法控制感染时,但在出现明显的血小板减少症之前,因为如果没有剩余的血小板,很难保持血小板功能。

然而,在脓毒症中使用常规抗血小板药物存在问题。随着血小板减少症的进展,出血风险也会增加。抗血小板药物也会产生出血风险。因此,使用抗血小板药物可以保留血小板数量,但会损害血小板功能,从而增加出血风险。另一种策略是防止病原体激活血小板。由于FcγRIIa是最重要的血小板受体,它介导病原体诱导血小板活化,是理想的药物靶点。它可以防止病原体诱导血小板活化,而不会对血小板功能产生任何影响。有证据表明使用IVIg的研究支持这一概念,已知IVIg通过抑制FcγRIIa起作用。如果早期给予高剂量 IVIg,可改善重度 COVID-19 感染的预后。一项网络meta分析发现,最佳剂量为 1.5-2 g/kg,IVIg 可降低成人脓毒症死亡率(风险比 = 0.61)。相比之下,在新生儿脓毒症中使用IVIg没有证据表明有益。然而,值得注意的是,新生儿研究中使用的剂量(500mg / kg)远低于成人的最佳剂量(1.5-2g / kg)。美国心脏协会指南建议川崎病患儿使用2g/kg IVIg,指出获益是剂量依赖性的,这表明新生儿脓毒症研究中存在显著的剂量不足。虽然IVIg是一种FcγRIIa拮抗剂,但它对受体的亲和力较低,因此需要高浓度才能获得显着的抑制。川崎病被认为是由感染引发的,尽管具体病原体尚不清楚,并且用阿司匹林和IVIg的组合进行治疗-这是一种保护血小板免受病原体直接激活血小板的策略。IVIg已被证明对克里米亚-刚果出血热、H1N1和COVID-19有效。IVIg低亲和力的一个潜在解决方案是发现高亲和力的小分子。已经发现小分子已被证明在免疫复杂疾病的动物模型中有效。

NETosis的一个关键步骤是DNA的释放,它在捕获血小板中起作用。这导致了对DNase(脱氧核糖核酸酶)在脓毒症中的应用的研究,尽管结果不一,这可能是由于DNase治疗的时间。然而,由于血小板活化在NETosis中至关重要,抗血小板药物在调节细胞外DNA方面可能更有效。

大流行防范

COVID-19 使世界意识到我们非常容易受到潜在大流行的影响。虽然这可能来自已知的病原体,但真正的威胁来自一种新的病原体——可能是最近跨物种传播的病原体。虽然人们有兴趣发现泛抗病毒抑制剂,但这似乎不太可能,因为有这么多不同的病毒,而现有的药物是针对少数病毒的。另一种方法是靶向宿主——所有病原体都必须与宿主相互作用才能致病,而宿主中的靶点要少得多。

对于许多细菌和病毒大流行,弥散性血管内凝血和多器官衰竭会导致死亡。Covid-19 会导致多器官衰竭,是一种病毒性脓毒症。甲型流感,季节性流感和大流行变种(H1N1(1918年和2009年),H2N2(1957年)和H3N2(1968年))可导致多器官衰竭。其他有可能成为大流行的病毒是病毒性出血热,包括马尔堡、埃博拉和登革热,所有这些都会导致DIC和多器官衰竭。正如抗血小板药物有可能预防细菌性脓毒症中的DIC并降低死亡率一样,它们在病毒性脓毒症中的使用也有可能产生类似的益处。真正的优点是不需要了解病原体来提供益处。

结论

脓毒症(细菌性和病毒性)与弥散性血管内凝血(DIC)有关。这种凝血病的特征是广泛的血小板活化,导致微血管中血栓形成,导致多器官衰竭。最终,正是这种不受控制的血小板活化是脓毒症死亡的原因。初步数据支持使用抗血小板药物治疗脓毒症的想法。这些药物不能治愈脓毒症;然而,它们确实稳定了患者,防止进展为 DIC。这为临床医生确定脓毒症的原因和选择合适的抗生素赢得了时间。此外,在40%的脓毒症中血培养阴性、抗生素没有作用的病例中,它可能被证明是有益的。由于抗血小板药物会产生出血风险,另一种策略是发现抑制病原体与血小板相互作用的药物。两种关键受体是FcγRIIa和DC-SIGN,这些受体的抑制剂有可能在不增加出血风险的情况下阻止病原体诱导的血小板活化。

 

本文荟萃自,只做学术交流学习使用,不做为临床指导,本文观点不代表数字重症立场。

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