Biochemistry · 12/3
止血系の細胞要素;血小板とフォン・ヴィレブランド因子;好中球と内皮細胞;血行動態的・生化学的相互作用;動脈硬化における内皮機能障害;LDLの酸化とパターン認識受容体(TLR・スカベンジャー受容体)
Cellular elements of the haemostatic system; platelets and von Willebrand factor; neutrophils and endothelial cells; hemodynamic and biochemical interactions; endothelial dysfunction in atherosclerosis; LDL oxidation and pattern-recognition receptors (TLR, scavenger receptors) — L II
🧠 正常な内皮は「抗血栓性antithrombotic抗血栓性(antithrombotic)antithrombotic(抗血栓性)のバランサー」で、動脈硬化はこのバランスが炎症側に倒れた状態として読む。 血小板はずり応力shear stressずり応力(shear stress)shear stress(ずり応力)(シェアshearシェア(shear)shear(シェア)ストレス)依存的にvWFを介して粘着adhesion粘着(adhesion)adhesion(粘着)し、内皮はNO・PGI2・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)で能動的に抗血栓性antithrombotic抗血栓性(antithrombotic)antithrombotic(抗血栓性)を維持する。この平衡が酸化LDLoxidized LDL酸化LDL(oxidized LDL)oxidized LDL(酸化LDL)・パターン認識受容体pattern recognition receptor, PRRパターン認識受容体(pattern recognition receptor, PRR)pattern recognition receptor, PRR(パターン認識受容体)を介した炎症シグナルで崩れると、泡沫細胞foam cells泡沫細胞(foam cells)foam cells(泡沫細胞)形成→プラーク破裂という動脈硬化の終着点に至る。
血小板機能の段階
血小板の止血機能は、粘着adhesion粘着(adhesion)adhesion(粘着)→活性化→凝集の順に進む。静脈血栓は凝固依存性、動脈血栓は血小板依存性という違いがある。
ずり応力(シェアストレス)と血小板粘着
高シェアshearシェア(shear)shear(シェア)・シェアshearシェア(shear)shear(シェア)の微小勾配microgradient微小勾配(microgradient)microgradient(微小勾配)・膜のテザリングtetheringテザリング(tethering)tethering(テザリング)(一時的な係留)が血栓形成thrombus formation血栓形成(thrombus formation)thrombus formation(血栓形成)を促す。赤血球と血小板の流体力学的相互作用hydrodynamic interaction流体力学的相互作用(hydrodynamic interaction)hydrodynamic interaction(流体力学的相互作用)が、血小板を血管壁近傍へ「周辺化margination周辺化(margination)margination(周辺化)」させ、壁への衝突頻度collision frequency衝突頻度(collision frequency)collision frequency(衝突頻度)を高める。
フォン・ヴィレブランド因子
内皮細胞・血小板で産生される超大型の多量体タンパク質Multi-subunit proteins多量体タンパク質(Multi-subunit proteins)Multi-subunit proteins(多量体タンパク質)(multimeric protein、最大分子large molecules大分子(large molecules)large molecules(大分子)量約10⁷ Da、最大40量体)。
| 因子 | 内容 |
|---|---|
| ADAMTS13 | vWFの多量体oligomer / multimer多量体(oligomer / multimer)oligomer / multimer(多量体)サイズを調節する切断酵素(欠損はTTPの原因) |
| 循環半減期 | FVIII/vWF複合体:約12時間、FVIII単独:約2時間(vWFがFVIIIを安定化) |
| 粘着adhesion粘着(adhesion)adhesion(粘着)機構 | 高シェアshearシェア(shear)shear(シェア)下でのvWF-GPIbglycoprotein IbGPIb(glycoprotein Ib)glycoprotein Ib(GPIb)α間の「キャッチボンドcatch bondキャッチボンド(catch bond)catch bond(キャッチボンド)」(koff/kon比で特徴づけられる、力がかかるほど結合が強まる特殊な結合様式) |
⭐ キャッチボンドcatch bondキャッチボンド(catch bond)catch bond(キャッチボンド)が「高シェアshearシェア(shear)shear(シェア)でこそ粘着adhesion粘着(adhesion)adhesion(粘着)が強まる」逆説paradox逆説(paradox)paradox(逆説)を説明する。 通常の結合は力がかかるほど外れやすい(スリップボンドslip bondスリップボンド(slip bond)slip bond(スリップボンド))が、vWF-GPIbglycoprotein IbGPIb(glycoprotein Ib)glycoprotein Ib(GPIb)α相互作用は逆に高シェアshearシェア(shear)shear(シェア)下で結合が安定化する「キャッチボンドcatch bondキャッチボンド(catch bond)catch bond(キャッチボンド)」という特殊な物理化学的性質をもつ——これが動脈のような高シェアshearシェア(shear)shear(シェア)環境で血小板粘着platelet adhesion血小板粘着(platelet adhesion)platelet adhesion(血小板粘着)が優先的に起こる理由。
血小板活性化とシグナル伝達
vWFを介した係留(テザリングtetheringテザリング(tethering)tethering(テザリング))が血小板活性化platelet activation血小板活性化(platelet activation)platelet activation(血小板活性化)の引き金になり、GPIIb/IIIaglycoprotein IIb/IIIaGPIIb/IIIa(glycoprotein IIb/IIIa)glycoprotein IIb/IIIa(GPIIb/IIIa)(フィブリノゲン受容体)が活性化型に構造変化conformational change構造変化(conformational change)conformational change(構造変化)して凝集を可能にする。分泌顆粒secretory granules分泌顆粒(secretory granules)secretory granules(分泌顆粒)(secretory granule:α顆粒・δ顆粒)の内容物が放出される。
| アゴニストagonistアゴニスト(agonist)agonist(アゴニスト) | 受容体・シグナル |
|---|---|
| トロンビン | PAR受容体(プロテアーゼ活性化受容体) |
| ADP | Gタンパク質共役受容体 |
| プロスタサイクリンprostacyclin (PGI2)プロスタサイクリン(prostacyclin (PGI2))prostacyclin (PGI2)(プロスタサイクリン) | 血小板抑制方向のシグナル(内皮由来、下記参照) |
抗血小板療法の標的
COX-1cyclooxygenase-1COX-1(cyclooxygenase-1)cyclooxygenase-1(COX-1)は血小板でのトロンボキサンA2thromboxane A2トロンボキサンA2(thromboxane A2)thromboxane A2(トロンボキサンA2)産生を担い、アスピリンによる選択的阻害の標的になる(06-02-eicosanoids-prostaglandins-thromboxane-and-leukotrienes-cyclooxygenase参照)。
内皮細胞の抗血栓機能
正常な動脈内皮は、複数の独立した経路で血液を流動性fluidity流動性(fluidity)fluidity(流動性)に保つ「バランサー」として働く。
flowchart TD
A["正常内皮の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='antithrombotic'>抗血栓性</span>"]
A --> B["NO:血管拡張+血小板抑制"]
A --> C["PGI2(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='prostacyclin (PGI2)'>プロスタサイクリン</span>):血小板抑制+血管拡張"]
A --> D["tPA:線溶促進"]
A --> E["ectoADPase:ADP分解で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='platelet activation'>血小板活性化</span>を抑制"]
A --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='heparan sulfate'>ヘパラン硫酸</span>(HS):<span class='jp-term jp-term-diagram' title='antithrombin'>アンチトロンビン</span>の補因子"]
A --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='thrombomodulin'>トロンボモジュリン</span>(TM):<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Protein C'>プロテインC</span>活性化+TAFI活性化"]
NOの多面的な抗血栓作用
内皮型NO合成酵素由来のNOは、血管拡張と血小板抑制の両方を担う。さらにNOによるFXIIIaのS-ニトロシル化S-nitrosylationS-ニトロシル化(S-nitrosylation)S-nitrosylation(S-ニトロシル化)が、フィブリン安定化の調節にも関与しうる(線溶されやすさへの影響)。
トロンボモジュリン(TM)を介した2つの経路
| 経路 | 内容 |
|---|---|
| TM-TAFI経路 | 抗炎症的・抗線溶的 |
| EPCR-APC経路(内皮プロテインCProtein CプロテインC(Protein C)Protein C(プロテインC)受容体-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)) | 抗血栓性antithrombotic抗血栓性(antithrombotic)antithrombotic(抗血栓性)(プロテインCProtein CプロテインC(Protein C)Protein C(プロテインC)活性化→FVa・FVIIIa不活化) |
内皮の不均一性とシェア依存性
内皮細胞の性質は血管床vascular bed血管床(vascular bed)vascular bed(血管床)の部位で異なり(分子的不均一性molecular heterogeneity分子的不均一性(molecular heterogeneity)molecular heterogeneity(分子的不均一性)、molecular heterogeneity:動脈・静脈・毛細血管)、一次線毛primary cilium一次線毛(primary cilium)primary cilium(一次線毛)がシェアshearシェア(shear)shear(シェア)応力のメカノセンサーmechanosensorメカノセンサー(mechanosensor)mechanosensor(メカノセンサー)として働き、シグナル伝達を介して内皮の遺伝子発現・機能を調節する。静脈内intravenous静脈内(intravenous)intravenous(静脈内)皮は動脈内皮と異なる血栓形成thrombus formation血栓形成(thrombus formation)thrombus formation(血栓形成)プロファイルをもつ。
動脈硬化における内皮機能障害
パターン認識受容体
内皮・マクロファージはスカベンジャー受容体scavenger receptorスカベンジャー受容体(scavenger receptor)scavenger receptor(スカベンジャー受容体)・Toll様受容体を介して、変性した脂質・病原体関連分子パターンpathogen-associated molecular pattern, PAMP病原体関連分子パターン(pathogen-associated molecular pattern, PAMP)pathogen-associated molecular pattern, PAMP(病原体関連分子パターン)を認識する。
| 受容体 | リガンド・機能 |
|---|---|
| LOX-1(レクチンlectinレクチン(lectin)lectin(レクチン)様oxLDL受容体) | 酸化LDLoxidized LDL酸化LDL(oxidized LDL)oxidized LDL(酸化LDL)(oxLDL)を認識、NADPHオキシダーゼ活性化・eNOSのアンカップリングcouplingカップリング(coupling)coupling(カップリング)(NOの代わりにスーパーオキシドsuperoxideスーパーオキシド(superoxide)superoxide(スーパーオキシド)を産生する機能不全状態)を誘導 |
| SR-B1 | シェアshearシェア(shear)shear(シェア)依存的に発現、内皮細胞を通したLDLのトランスサイトーシスtranscytosisトランスサイトーシス(transcytosis)transcytosis(トランスサイトーシス)を促進し動脈硬化を助長(SR-B1サイレンシングでプラーク形成plaque formationプラーク形成(plaque formation)plaque formation(プラーク形成)が抑制される) |
| TLR(Toll様受容体、特にTLR2) | パターン認識受容体pattern recognition receptor, PRRパターン認識受容体(pattern recognition receptor, PRR)pattern recognition receptor, PRR(パターン認識受容体)。LDL受容体欠損マウスでのTLR2の役割が動脈硬化モデルで研究されている |
⚠️ 酸化LDLoxidized LDL酸化LDL(oxidized LDL)oxidized LDL(酸化LDL)(oxLDL)は動脈硬化の中心的な「危険シグナル」。 LOX-1を介したoxLDL認識がNADPHオキシダーゼを活性化し、活性酸素種reactive oxygen species (ROS)活性酸素種(reactive oxygen species (ROS))reactive oxygen species (ROS)(活性酸素種)を産生。これがeNOSの補因子(テトラヒドロビオプテリンtetrahydrobiopterin, BH4テトラヒドロビオプテリン(tetrahydrobiopterin, BH4)tetrahydrobiopterin, BH4(テトラヒドロビオプテリン))を枯渇させ、eNOSが正常なNO産生の代わりにスーパーオキシドsuperoxideスーパーオキシド(superoxide)superoxide(スーパーオキシド)を作る「アンカップリングcouplingカップリング(coupling)coupling(カップリング)」状態に陥る——本来血管を守るはずの酵素が、逆に酸化ストレスoxidative stress酸化ストレス(oxidative stress)oxidative stress(酸化ストレス)を増幅する悪循環に転じる。
泡沫細胞形成とプラーク破裂
flowchart TD
A["oxLDLの血管<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intramural'>壁内</span>蓄積"]
A --> B["マクロファージが<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scavenger receptor'>スカベンジャー受容体</span>で取り込み"]
B --> C["コレステロール<span class='jp-term jp-term-diagram' title='overload'>過負荷</span> → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='foam cells'>泡沫細胞</span>形成"]
C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inflammasome'>インフラマソーム</span>依存性シグナル伝達"]
D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pyroptosis'>パイロトーシス</span>(pyroptosis、炎症性細胞死)"]
E --> F["プラークの不安定化 → 破裂"]
- インフラマソームinflammasomeインフラマソーム(inflammasome)inflammasome(インフラマソーム)(コレステロール結晶cholesterol crystalsコレステロール結晶(cholesterol crystals)cholesterol crystals(コレステロール結晶)などを感知)が活性化され、パイロトーシスpyroptosisパイロトーシス(pyroptosis)pyroptosis(パイロトーシス)(caspase-1依存性の炎症性細胞死)を介して炎症をさらに増幅する。
- プラーク破裂は血栓形成thrombus formation血栓形成(thrombus formation)thrombus formation(血栓形成)の引き金になり、急性冠症候群acute coronary syndrome, ACS急性冠症候群(acute coronary syndrome, ACS)acute coronary syndrome, ACS(急性冠症候群)・脳卒中に直結する。
まとめ
- 血小板はシェアshearシェア(shear)shear(シェア)応力依存的にvWF-GPIbglycoprotein IbGPIb(glycoprotein Ib)glycoprotein Ib(GPIb)α(キャッチボンドcatch bondキャッチボンド(catch bond)catch bond(キャッチボンド))を介して粘着adhesion粘着(adhesion)adhesion(粘着)し、活性化・GPIIb/IIIaglycoprotein IIb/IIIaGPIIb/IIIa(glycoprotein IIb/IIIa)glycoprotein IIb/IIIa(GPIIb/IIIa)発現→凝集へ進む。
- 正常内皮はNO・PGI2・tPA・ヘパラン硫酸heparan sulfateヘパラン硫酸(heparan sulfate)heparan sulfate(ヘパラン硫酸)・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)で多重に抗血栓性antithrombotic抗血栓性(antithrombotic)antithrombotic(抗血栓性)を維持する「バランサー」。
- 内皮は部位・シェアshearシェア(shear)shear(シェア)で不均一(一次線毛primary cilium一次線毛(primary cilium)primary cilium(一次線毛)がメカノセンサーmechanosensorメカノセンサー(mechanosensor)mechanosensor(メカノセンサー))。
- 動脈硬化ではLOX-1・SR-B1・TLRを介したoxLDL認識が炎症・eNOSアンカップリングcouplingカップリング(coupling)coupling(カップリング)を誘導し、抗血栓性antithrombotic抗血栓性(antithrombotic)antithrombotic(抗血栓性)のバランスを崩す。
- oxLDLを取り込んだマクロファージは泡沫細胞foam cells泡沫細胞(foam cells)foam cells(泡沫細胞)となり、インフラマソームinflammasomeインフラマソーム(inflammasome)inflammasome(インフラマソーム)依存性のパイロトーシスpyroptosisパイロトーシス(pyroptosis)pyroptosis(パイロトーシス)を経てプラーク不安定化・破裂に至る。