Biochemistry · 12/1

血栓の形成と除去の概観；フィブリノゲンとフィブリン；プロトロンビンの活性化とトロンビン活性の調節；血液凝固の引き金と開始の増幅

General overview of blood clot formation and elimination; fibrinogen and fibrin; prothrombin activation and regulation of thrombin activity; triggers of blood clotting and amplification of the initiation — L II

応用トピック: 抗凝固療法と適応

🧠 止血は「一次止血primary hemostasis一次止血（primary hemostasis）primary hemostasis（一次止血）（秒）→凝固（分）→凝血塊blood clot凝血塊（blood clot）blood clot（凝血塊）の成熟（時間〜日）」という時間軸で読む。フィブリノゲンがトロンビンで段階的に切断されフィブリンへ、非共有結合の重合体polymer重合体（polymer）polymer（重合体）からFXIIIによる共有結合架橋へと安定化していく。トロンビン自体は外因系extrinsic pathway外因系（extrinsic pathway）extrinsic pathway（外因系）・内因系intrinsic pathway内因系（intrinsic pathway）intrinsic pathway（内因系）という2つの「テナーゼ複合体tenase complexテナーゼ複合体（tenase complex）tenase complex（テナーゼ複合体）」経由でのみ生成され、血漿中の高濃度阻害因子（アンチトロンビンantithrombinアンチトロンビン（antithrombin）antithrombin（アンチトロンビン）など）に常に監視されている——「作られる」ことと「消される」ことのバランスとして凝固を理解する。

止血と血栓症の基本用語

過程	時間スケール
一次止血primary hemostasis一次止血（primary hemostasis）primary hemostasis（一次止血）（primary hemostasis：血小板凝集platelet aggregation血小板凝集（platelet aggregation）platelet aggregation（血小板凝集）、血管収縮）	秒
血液凝固（フィブリン形成fibrin formationフィブリン形成（fibrin formation）fibrin formation（フィブリン形成））	分
凝血塊blood clot凝血塊（blood clot）blood clot（凝血塊）の成熟（共有結合架橋、退縮、細胞浸潤）	時間〜日

血栓症は静脈性venous静脈性（venous）venous（静脈性）（凝固依存性）と動脈性arterial動脈性（arterial）arterial（動脈性）（血小板依存性）に大別される。

⚠️ NETosisは血栓の「第二の基質」を作る。 好中球が感染部位へ遊走・活性化し（サイトカインIL-8・LPSなどで）、脱顆粒degranulation脱顆粒（degranulation）degranulation（脱顆粒）・細胞外殺菌活性を発揮する過程でNETs（好中球細胞外トラップneutrophil extracellular trap (NET)好中球細胞外トラップ（neutrophil extracellular trap (NET)）neutrophil extracellular trap (NET)（好中球細胞外トラップ）：フィブリン・DNA・ヒストンからなる網）が形成され、血栓の構造的な第二の基質として組み込まれる。COVID-19重症肺炎severe pneumonia重症肺炎（severe pneumonia）severe pneumonia（重症肺炎）患者ではDIC所見が非生存者non-survivor非生存者（non-survivor）non-survivor（非生存者）の71.4%、生存者survivor生存者（survivor）survivor（生存者）の0.6%に認められた（NETosisと血栓症の臨床的関連を示す一例）。

フィブリノゲンとフィブリンの構造

フィブリノゲンは分子量約340,000 Daの血漿糖タンパクplasma glycoprotein血漿糖タンパク（plasma glycoprotein）plasma glycoprotein（血漿糖タンパク）で、2Aα・2Bβ・2γ鎖gamma chainγ鎖（gamma chain）gamma chain（γ鎖）がジスルフィド結合disulfide bondジスルフィド結合（disulfide bond）disulfide bond（ジスルフィド結合）で連結された構造。中央のE-ドメイン、両端のD-ドメイン、αC-ドメインからなる。

💡 γ鎖gamma chainγ鎖（gamma chain）gamma chain（γ鎖）のC末端20アミノ酸の負電荷が、トロンビン・FXIIIの結合部位。 フィブリノゲンγ鎖gamma chainγ鎖（gamma chain）gamma chain（γ鎖）には遺伝的variantがあり、フィブリノゲンγ’は動脈血栓症arterial thrombosis動脈血栓症（arterial thrombosis）arterial thrombosis（動脈血栓症）、（別の変異は）静脈血栓症venous thrombosis静脈血栓症（venous thrombosis）venous thrombosis（静脈血栓症）との関連が報告されている——同じ分子の些細な構造差が血栓症のリスクを左右しうる例。

フィブリン形成の段階的な切断

トロンビンは高い基質特異性substrate specificity基質特異性（substrate specificity）substrate specificity（基質特異性）をもつセリンプロテアーゼserine proteaseセリンプロテアーゼ（serine protease）serine protease（セリンプロテアーゼ）で、まずAα鎖alpha chainα鎖（alpha chain）alpha chain（α鎖）のArg16のペプチド結合を切断する。

flowchart TD
  A["フィブリノゲン"]
  A --> B["トロンビンがA<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alpha chain'>α鎖</span>Arg16を切断<br>フィブリノペプチドA遊離"]
  B --> C["フィブリンIモノマー<br>（末端-末端で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='high affinity'>高親和性</span>に会合、二本鎖<span class='jp-term jp-term-diagram' title='protofibril'>プロトフィブリル</span>形成）"]
  C --> D["トロンビンがB<span class='jp-term jp-term-diagram' title='beta chain'>β鎖</span>Arg14を切断<br>フィブリノペプチドB遊離"]
  D --> E["フィブリンII<span class='jp-term jp-term-diagram' title='protofibril'>プロトフィブリル</span><br>（末端-末端＋側方会合で広範なゲル網=フィブリンゲル）"]
  E --> F["FXIIIaによる<span class='jp-term jp-term-diagram' title='gamma chain'>γ鎖</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alpha chain'>α鎖</span>間の<br>Nε-(γ-グルタミル)リジンイソペプチド結合形成"]
  F --> G["共有結合架橋された安定フィブリン"]

⭐ フィブリノペプチドAとBの切断は「隠れた重合部位を露出させる」鍵。 フィブリノゲンのA・B重合部位はフィブリノペプチドが切断されて初めて利用可能になる（a・b部位は常時利用可能）。A部位は同方向を向き二本鎖構造を、B部位は逆方向を向き広範な空間構造（spatial structure、フィブリンゲル）を作る——ペプチド切断の順序が、最終的な網目fishnet網目（fishnet）fishnet（網目）構造の形を決める。

非共有結合から共有結合へ

未架橋のフィブリン重合体polymer重合体（polymer）polymer（重合体）は非共有結合性のため、濃厚尿素溶液concentrated urea solution濃厚尿素溶液（concentrated urea solution）concentrated urea solution（濃厚尿素溶液）に可溶。
トロンビンが活性化する第XIII因子factor XIII第XIII因子（factor XIII）factor XIII（第XIII因子）が、フィブリン鎖間にイソペプチド結合を形成し共有結合的に安定化する——架橋後のフィブリンは尿素に不溶になる（この溶解性solubility溶解性（solubility）solubility（溶解性）の違いが実験的にFXIII活性を評価する原理）。
フィブリン自体がFXIII活性化の補因子として働く（正のフィードバック的な安定化）。

トロンビン生成の経路：2つのテナーゼ複合体

血管壁の損傷がない限り、第X因子factor X第X因子（factor X）factor X（第X因子）（不活性型inactive form不活性型（inactive form）inactive form（不活性型））は活性化されない。活性化には2種類の「テナーゼ複合体tenase complexテナーゼ複合体（tenase complex）tenase complex（テナーゼ複合体）」のいずれかが必要。

経路	構成	トリガー
外因系テナーゼextrinsic tenase外因系テナーゼ（extrinsic tenase）extrinsic tenase（外因系テナーゼ）（extrinsic tenase）	FVIIa＋Ca²⁺＋組織因子tissue factor組織因子（tissue factor）tissue factor（組織因子）（血管外extravascular血管外（extravascular）extravascular（血管外）の細胞表面に構成的constitutive構成的（constitutive）constitutive（構成的）発現）	血管壁の破綻（血液が組織因子tissue factor組織因子（tissue factor）tissue factor（組織因子）に触れる）
内因系テナーゼintrinsic tenase内因系テナーゼ（intrinsic tenase）intrinsic tenase（内因系テナーゼ）（intrinsic tenase）	FIXa＋FVIIIa（リン脂質膜上、Ca²⁺依存）	接触相タンパク質（FXII、FXI、プレカリクレインprekallikreinプレカリクレイン（prekallikrein）prekallikrein（プレカリクレイン）、高分子キニノゲンhigh molecular weight kininogen (HMWK)高分子キニノゲン（high molecular weight kininogen (HMWK)）high molecular weight kininogen (HMWK)（高分子キニノゲン））の非膜面での活性化

両テナーゼtenaseテナーゼ（tenase）tenase（テナーゼ）が生成したFXa（＋FVa、Ca²⁺、リン脂質膜＝プロトロンビナーゼ複合体prothrombinase complexプロトロンビナーゼ複合体（prothrombinase complex）prothrombinase complex（プロトロンビナーゼ複合体））が、プロトロンビンprothrombinプロトロンビン（prothrombin）prothrombin（プロトロンビン）をトロンビンへ活性化する。

⭐ FXIIの活性化は「炎症か凝固か」を振り分ける接点。 FXIIは高分子キニノゲンhigh molecular weight kininogen (HMWK)高分子キニノゲン（high molecular weight kininogen (HMWK)）high molecular weight kininogen (HMWK)（高分子キニノゲン）（補因子）・プレカリクレインprekallikreinプレカリクレイン（prekallikrein）prekallikrein（プレカリクレイン）/カリクレインkallikreinカリクレイン（kallikrein）kallikrein（カリクレイン）（正のフィードバック）と協調して活性化される。血小板δ顆粒から放出されるポリリン酸が、この内因系intrinsic pathway内因系（intrinsic pathway）intrinsic pathway（内因系）（接触相）経路の活性化を促す物質として注目されている——炎症性シグナルと凝固系のクロストークcrosstalkクロストーク（crosstalk）crosstalk（クロストーク）の一端。

臨床検査の理論的基盤

検査	旧名称	評価する経路
プロトロンビン時間prothrombin time, PTプロトロンビン時間（prothrombin time, PT）prothrombin time, PT（プロトロンビン時間）（PT）	組織因子誘発性凝固時間tissue factor induced coagulation time組織因子誘発性凝固時間（tissue factor induced coagulation time）tissue factor induced coagulation time（組織因子誘発性凝固時間）	外因系extrinsic pathway外因系（extrinsic pathway）extrinsic pathway（外因系）（組織因子tissue factor組織因子（tissue factor）tissue factor（組織因子）＋リン脂質膜を添加）
活性化部分トロンボプラスチン時間activated partial thromboplastin time (aPTT)活性化部分トロンボプラスチン時間（activated partial thromboplastin time (aPTT)）activated partial thromboplastin time (aPTT)（活性化部分トロンボプラスチン時間）	表面誘発性凝固時間surface induced coagulation time表面誘発性凝固時間（surface induced coagulation time）surface induced coagulation time（表面誘発性凝固時間）	内因系intrinsic pathway内因系（intrinsic pathway）intrinsic pathway（内因系）（カオリンkaolinカオリン（kaolin）kaolin（カオリン）表面＋リン脂質膜を添加）

（詳細な実施手順・臨床応用clinical applications臨床応用（clinical applications）clinical applications（臨床応用）は12-04-molecular-background-of-congenital-thrombophilia-apti-pti-evaluations-p参照）

血小板によるプライミング

損傷部位に粘着adhesion粘着（adhesion）adhesion（粘着）した血小板が、リン脂質表面phospholipid surfaceリン脂質表面（phospholipid surface）phospholipid surface（リン脂質表面）を提供し凝固複合体の組み立て（assembly）を支援する（プロトロンビンprothrombinプロトロンビン（prothrombin）prothrombin（プロトロンビン）活性化の「プライミングprimingプライミング（priming）priming（プライミング）」）。GPIbglycoprotein IbGPIb（glycoprotein Ib）glycoprotein Ib（GPIb）αはトロンビン受容体としても働き、この過程を後押しする。

トロンビン活性の停止

生成されたトロンビンは、血漿中に高濃度（約10⁻⁶ M）で存在する阻害因子群により速やかに不活化される（遊離トロンビン濃度は通常10⁻¹⁰ M未満）。

阻害因子	特徴
アンチトロンビンantithrombinアンチトロンビン（antithrombin）antithrombin（アンチトロンビン）（antithrombin）	血漿中約3400 nM。セルピンserpinセルピン（serpin）serpin（セルピン）型阻害機構（プロテアーゼを「罠」にかけ不可逆的に捕捉）。ヘパリンが作用を著しく促進（ヘパリン補因子IIも同様）
ヘパリン補因子II	ヘパリンで促進
α1-プロテアーゼ阻害因子protease inhibitorsプロテアーゼ阻害因子（protease inhibitors）protease inhibitors（プロテアーゼ阻害因子）	—
α2-マクログロブリンalpha-2-macroglobulinα2-マクログロブリン（alpha-2-macroglobulin）alpha-2-macroglobulin（α2-マクログロブリン）（α2M）	ホモ四量体tetramer四量体（tetramer）tetramer（四量体）（720 kDa）、プロテアーゼを物理的に「罠」にかける非セルピンserpinセルピン（serpin）serpin（セルピン）型機構（Cys-Glx分子内結合の開裂を介する）

💡 TFPI（組織因子経路インヒビターtissue factor pathway inhibitor (TFPI)組織因子経路インヒビター（tissue factor pathway inhibitor (TFPI)）tissue factor pathway inhibitor (TFPI)（組織因子経路インヒビター））は外因系凝固extrinsic coagulation pathway外因系凝固（extrinsic coagulation pathway）extrinsic coagulation pathway（外因系凝固）の初期ブレーキ。 TFPIはアイソフォームisoformアイソフォーム（isoform）isoform（アイソフォーム）により異なる補因子（プロテインSProtein SプロテインS（Protein S）Protein S（プロテインS）＝FXa結合を介した早期FVa阻害、など）をもち、細胞局在（cellular localization：内皮細胞・血小板 vs 内皮細胞のみ）で機能が異なる。外因系テナーゼextrinsic tenase外因系テナーゼ（extrinsic tenase）extrinsic tenase（外因系テナーゼ）の活性を早期に抑え、凝固が過剰に広がるのを防ぐ。

プロテインC系による第2のブレーキ

トロンビン生成のもう一つの終結機構termination mechanism終結機構（termination mechanism）termination mechanism（終結機構）がプロテインCProtein CプロテインC（Protein C）Protein C（プロテインC）依存性抗凝固経路（トロンボモジュリンthrombomodulinトロンボモジュリン（thrombomodulin）thrombomodulin（トロンボモジュリン）・EPCR・活性化プロテインCactivated protein C活性化プロテインC（activated protein C）activated protein C（活性化プロテインC）/プロテインSProtein SプロテインS（Protein S）Protein S（プロテインS）によるFVa・FVIIIaの不活化）で、血管の解剖学的部位・血流（シェアshearシェア（shear）shear（シェア）ストレス、shear stress）に応じて内皮のトロンボモジュリンthrombomodulinトロンボモジュリン（thrombomodulin）thrombomodulin（トロンボモジュリン）濃度が変わることがこの経路の効きやすさを左右する（詳細は12-03-cellular-elements-of-the-haemostatic-system-platelets-and-von）。

ビタミンK依存性因子

FII（プロトロンビンprothrombinプロトロンビン（prothrombin）prothrombin（プロトロンビン））・FVII・FIX・FX（凝固促進性procoagulant凝固促進性（procoagulant）procoagulant（凝固促進性））とプロテインCProtein CプロテインC（Protein C）Protein C（プロテインC）・S・Z（抗凝固性）はすべてビタミンK依存性のGlaドメイン（γ-カルボキシグルタミン酸γ-carboxyglutamate (Gla)カルボキシグルタミン酸（γ-carboxyglutamate (Gla)）γ-carboxyglutamate (Gla)（カルボキシグルタミン酸））をもつ。Ca²⁺はGlaドメインの疎水性ループhydrophobic loop疎水性ループ（hydrophobic loop）hydrophobic loop（疎水性ループ）を膜挿入membrane insertion膜挿入（membrane insertion）membrane insertion（膜挿入）可能な構造に保つ働き（中心4Ca²⁺）と、リン脂質極性頭部polar head groupリン脂質極性頭部（polar head group）polar head group（リン脂質極性頭部）への直接結合（周辺Ca²⁺）という2つの異なる役割を担う。ワルファリン（ビタミンK拮抗薬vitamin K antagonist (VKA)ビタミンK拮抗薬（vitamin K antagonist (VKA)）vitamin K antagonist (VKA)（ビタミンK拮抗薬））はこのGla形成を阻害することで抗凝固効果を発揮する（詳細は12-04-molecular-background-of-congenital-thrombophilia-apti-pti-evaluations-p）。

まとめ

止血は一次止血primary hemostasis一次止血（primary hemostasis）primary hemostasis（一次止血）（秒）→凝固（分）→凝血塊blood clot凝血塊（blood clot）blood clot（凝血塊）成熟（時間〜日）の時間軸で進む。NETosisは血栓の第二の基質を提供する。
フィブリノゲンはトロンビンによる段階的切断（フィブリノペプチドA→B）でフィブリンIプロトフィブリルprotofibrilプロトフィブリル（protofibril）protofibril（プロトフィブリル）からフィブリンIIゲルへ。FXIIIaが共有結合架橋で安定化（尿素不溶化）。
トロンビン生成は外因系テナーゼextrinsic tenase外因系テナーゼ（extrinsic tenase）extrinsic tenase（外因系テナーゼ）（組織因子tissue factor組織因子（tissue factor）tissue factor（組織因子））・内因系テナーゼintrinsic tenase内因系テナーゼ（intrinsic tenase）intrinsic tenase（内因系テナーゼ）（接触相活性化）→プロトロンビナーゼ複合体prothrombinase complexプロトロンビナーゼ複合体（prothrombinase complex）prothrombinase complex（プロトロンビナーゼ複合体）を経る。血小板・GPIbglycoprotein IbGPIb（glycoprotein Ib）glycoprotein Ib（GPIb）αがプライミングprimingプライミング（priming）priming（プライミング）を支援。
トロンビンは高濃度の血漿阻害因子（アンチトロンビンantithrombinアンチトロンビン（antithrombin）antithrombin（アンチトロンビン）=セルピンserpinセルピン（serpin）serpin（セルピン）型、α2マクログロブリンalpha-2-macroglobulinマクログロブリン（alpha-2-macroglobulin）alpha-2-macroglobulin（マクログロブリン）=物理的捕捉）で速やかに不活化される。TFPIが外因系extrinsic pathway外因系（extrinsic pathway）extrinsic pathway（外因系）の早期ブレーキ。
PT（外因系extrinsic pathway外因系（extrinsic pathway）extrinsic pathway（外因系））・APTT（内因系intrinsic pathway内因系（intrinsic pathway）intrinsic pathway（内因系））はこれらの経路を反映する臨床検査。ビタミンK依存性因子（Gla・Ca²⁺）が凝固促進・抗凝固の両方を担う。