БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2014, том 31, № 4, с. 231-243
= ОБЗОРЫ =
УДК 577.2:612.115
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТРОМБОЗА. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ КОНТАКТНОЙ АКТИВАЦИИ
© 2014 г. В. Н. Колядко, В. А. Корнеева*, Ф. И. Атауллаханов, М. А. Пантелеев
Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4;
*электронная почта: vera.korneeva@gmail.com Поступила в редакцию 02.04.2014 г.
Система гемостаза человека, обеспечивающая остановку кровотечения при повреждении сосудов, — одна из наиболее уязвимых физиологических систем организма. Нарушения гемостаза, встречающиеся при различных социально значимых заболеваниях (атеросклероз, травмы, рак), приводят как к гемораггиям, так и тромбозам. Именно тромбозы наиболее опасны и являются основной причиной смертности в развитых странах. Активированный фактор XII (фХ11а) — ключевой фермент внутреннего пути плазменного свертывания, представляет собой многообещающую мишень для антитромботических препаратов, так как не играет заметной роли в поддержании гемостаза, но участвует в патологическом формировании тромбов в гиперкоагуляционных состояниях. Ингиби-рование Х11а крайне важно также при любых манипуляциях с кровью (трансфузия, сердечно-легочное шунтирование, забор крови), когда кровь контактирует с чужеродными поверхностями. В данном обзоре мы рассматриваем современные представления о механизмах контактной активации и его патофизиологической роли в свертывании крови и других системах организма. Также рассмотрены известные ингибиторы контактной активации: некоторые из них конкурентно связываются с активным центром фХ11а, другие связываются с регуляторными М-концевыми доменами, блокируя связывание с анионными поверхностями и физиологическими субстратами. Проведен сравнительный анализ ингибиторов, выделены наиболее перспективные, а также рассмотрены требования к созданию новых ингибиторов фХ11а.
Ключевые слова: гемостаз, фактор свертывания XII (фактор Хагемана), ингибиторы контактной активации, тромбоз, клиническая диагностика.
Б01: 10.7868/80233475514040057
ВВЕДЕНИЕ
Тромбоз, т.е. образование сгустка крови внутри кровеносного сосуда, является причиной тяжелых заболеваний с высоким уровнем смертности [1]. Образующийся сгусток может перекрывать просвет сосуда в месте образования или же вызывать тромбоэмболию ниже по току крови. При перекрывании сосуда нарушается снабжение кислородом окружающих тканей (гипоксия или аноксия), что приводит к инфаркту и отмиранию ткани [2]. Наиболее опасные проявления тромбоза — эмболия легочной вены, ишемический инсульт (повреждение головного мозга) и инфаркт миокарда. Несмотря на распространенность патологического тромбообразования, до сих пор не найден эффективный и одновременно безопасный способ профилактики и лечения тромбозов, который не приводит к подавлению системы гемостаза [3]. Необходимым условием для возникновения тромбоза является гиперкоагуляционное состояние системы плазменного свертывания,
которая также отвечает за остановку кровотечений при повреждении кровеносных сосудов [4, 5]. Механизмы свертывания крови принято разделять на сосудисто-тромбоцитарный и плазменный гемостаз, представляющий собой каскад ферментативных реакций активации факторов свертывания, которые приводят к образованию фибринового сгустка [6]. В настоящем обзоре мы подробнее обсудим роль пути контактной активации плазменного гемостаза, так как в последнее время нашла подтверждение гипотеза о роли контактной активации свертывания в патологическом тромбообразовании [7, 8]. Далее мы рассмотрим ее молекулярные механизмы.
1. КОНТАКТНАЯ АКТИВАЦИЯ СВЕРТЫВАНИЯ
1.1. Активация фактора XII
Контактная активация инициируется при автоактивации фактора свертывания XII (фХП, или
фактор Хагемана), который связывается с отрицательно заряженными, в том числе чужеродными, поверхностями в комплексе с высокомолекулярным кининогеном (HMWK) и плазменным прекалликреином (РК) [9, 10]. HMWK обладает положительно заряженным доменом, богатым гистидином, который, вместе с повышенной концентрацией ионов цинка, опосредует связывание комплекса с поверхностью [11, 12]. В циркулирующей плазме крови растворено около 0.3 мкМ фХ11, одноцепочечного полипептида массой 80 кДа, имеющего М-концевые регуляторные домены (52 кДа) и С-концевой каталитический домен (28 кДа), находящийся в неактивной конфор-мации; при связывании с отрицательно заряженной поверхностью конформация каталитического домена изменяется, и происходит автоактивация фХ11 путем точечного протеолиза. В результате образуются следовые количества активного аль-фа-фХ11а, который содержит тяжелую и легкую полипептидные цепи (52 и 28 кДа соответственно), связанные дисульфидными мостиками. Аль-фа-фХ11а активирует калликреин из РК и связывается с поверхностью при помощи тяжелой 52 кДа цепи. В свою очередь, калликреин путем протеолиза катализирует образование альфа-фХ11а, а из него бета-фХ11а, представляющего собой 28 кДа каталитический домен. Бета-фХ11а так же, как и альфа-фХ11а, активирует калликреин. Однако альфа-фХ11а является основным фактором контактной активации свертывания, так как только эта форма фХ11 способна связываться с поверхностью и активировать фактор Х1 [10]. В результате взаимной активации фХ11а и калли-креина происходит ускорение наработки двух протеаз, которая ограничивается присутствующими в плазме крови плазменными ингибиторами (например, С1-ингибитором) [13, 14].
1.2. Физиологическая роль фХ11
Образование в ходе контактной активации активного фактора Х1 (фХ1а) приводит к запуску каскада свертывания крови и последовательной активации факторов 1Х, Х и тромбина [15, 16]. Тромбин превращает растворимый белок плазмы фибриноген в фибрин и активирует фХ111; фибрин полимеризуется, в то время как фХ111а кова-лентно сшивает фибриновые фибриллы в пространственную сеть нитей, образующих гелеоб-разный сгусток [17]. Однако принято считать, что образование сгустка в "физиологических" условиях, т.е. при повреждении кровеносного сосуда, происходит по другому механизму: в результате повреждения кровь вступает в контакт с тканевым фактором (ТФ, или тромбопластином), трансмембранным гликопротеином, присутству-
ющим на поверхности всех клеток, кроме эндотелия стенок сосудов. При этом фактор VII плазмы крови связывается с ТФ и автоактивируется с образованием внешней теназы (комплекса ТФ-ф УПа), которая активирует факторы IX и X, приводя к образованию сгустка в месте повреждения стенки [6, 18].
Также альфа- и бета-формы фХ11а способны активировать фУП [19—21]. Эта реакция при физиологической температуре ингибируется С1-ин-гибитором, теряющим свою активность вблизи 0°С. Таким образом, при пониженных температурах проявляется эффект "холодовой" активации свертывания.
Независимо от своей прокоагулянтной активности альфа-фХ11а может модифицировать структуру фибринового сгустка. Так, при связывании тяжелой цепи альфа-фХ11а с фибрином и наличии протеолитической активности легкой цепи образуется более плотный фибриновый сгусток, защищенный от фибринолиза [22]. Однако физиологическая роль этого явления остается неизвестной. Было показано, что наработка фХ11а от отрицательно заряженных поверхностей ингибируется бета-субъединицей фХШ, появляющейся при активации фХШ тромбином, в концентрациях, близких к физиологическим [23].
Альфа- и бета-фХ11а, а также калликреин способны активировать плазминоген, в результате чего образуется плазмин — главный фермент системы фибринолиза, который протеолитически расщепляет фибриновые нити сгустка [24]. Кроме того, фХ11 и альфа-фХ11а способны связываться с рецептором эпидермального фактора роста (EGFR) при помощи N-концевого домена, независимо от каталитической активности фермента [12]. Это связывание приводит к активации рецептора и стимуляции роста эндотелиальных клеток, таким образом фХ11 участвует в ангиогенезе — процессе роста новых сосудов.
Поверхностями, которые при контакте с плазмой крови адсорбируют фХ11 и вызывают контактную активацию, могут выступать любые чужеродные для организма поверхности. Так, контактная активация происходит in vitro при заборе крови от стенок пластиковых или стеклянных пробирок и ex vivo при введении в кровоток стен-тов, катетеров или элементов сердечно-легочного шунтирования [25, 26]. Автоактивация фХ11 in vivo может происходить от поверхности активированных тромбоцитов или бактериальных клеток, а также от коллагена и полифосфатов, в том числе внеклеточных РНК и ДНК, — т.е. от элементов, присутствующих в избытке вблизи места повреждения сосуда [27—29].
Физиологическая роль контактной активации по сей день остается предметом споров, начиная с ее открытия в 1955 г., когда Ратнофф и Колопи наблюдали отсутствие свертывания от стенок стеклянной пробирки в образце крови Джона Хагема-на [30]. У пациента отсутствовал белок, сейчас называемый фХ11. Несмотря на это, дефицит фХ11 не влияет на гемостаз, а пациенты и животные без фХ11 не страдают от кровотечений [7, 31].
Попытка понять физиологическую роль фХ11 в свертывании крови была предпринята в нескольких эволюционных работах. При сравнении геномов разных классов хордовых животных (Chordata) было показано, что ген фХ11 присутствует у всех хордовых, начиная с амфибий (Amphibia), кроме птиц (Aves). При этом белок фХ11 отсутствует также у морских млекопитающих Cetacea (киты, дельфины и др.). У амфибий появился также ген белка ортологичного одновременно плазменному прекалликреину и фХ1. Дупликация генома, которая привела к появлению отдельных генов прекалликреина и фХ1, произошла, предположительно, при возникновении сумчатых млекопитающих (Marsupialia) [32—34].
1.3. Патологическое значение контактной активации
В то время как роль фХ11 в нормальном гемостазе неясна, обнаружено, что фХ11 является ключевым компонентом патологического тром-бообразования. Эта гипотеза подтверждена на различных экспериментальных моделях, в том числе на мышах, крысах и кроликах в моделях FeCl3-индудированного тромбоза [7, 8, 35], острого ишемического инсульта [36], коллаген-индуцированной тромбоэмболии лего
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.