体外循环时蛋白激酶受体在止血和炎性反应中的作用

作者：闵心平，胡志伟，张凯伦

【关键词】 体外循环；蛋白酶激活受体-1；凝血酶；抑肽酶

心脏直视手术时，尽管采用各种方法来保护血液系统，但仍然避免不了在体外循环（extracorporeal circulation，ECC）过程中大量酶原及酶的产生和激活，其中蛋白酶激活受体1（PAR-1）作为凝血酶酶切位点，介导了一系列的病理生理反应，本文就PAR-1在凝血系统和炎性反应中的作用作一综述。

1 蛋白酶激活受体（PAR）家族

在PAR家族中有四个成员，即PARs1-4,主要表达于血小板、白细胞和血管平滑肌细胞［1］。每个PAR的配体隐藏在胞外的结构域中，当受到丝氨酸蛋白酶的酶切作用时而显露出来，通过与分子内的结合域相结合而激动PAR，继而激活G蛋白偶联的信号传导通路［2］。由于PARs的激活通过酶切作用来完成，因此是不可逆的，细胞通过内在化酶切的受体而来关闭信号的传导［3］。总之，PARs在被激活同时也在被细胞处理掉。

在人类，四个 PARs也可以根据激活的蛋白酶分组，凝血酶激活PAR-1，PAR-3和PAR-4，而PAR-2则被胰蛋白酶、糜蛋白酶和TF-Ⅹa-Ⅶa复合物所激活。凝血酶特异性PARs可根据在邻近酶切位点是否存在水蛭素样结合部位而进一步划分。在PAR-1和PAR-3上因为存在有水蛭素样结合部位而有利于凝血酶与细胞表面的受体相结合，增加凝血酶与受体的亲和力。通过对人血小板的研究表明，凝血酶对PAR-1的激活速率主要取决于凝血酶与PAR-1的结合速率，一旦结合，酶切作用很快发生［4］。PAR-4因为缺乏水蛭素样结合部位而与凝血酶的亲和性较低，需要通过其他受体，比如血小板膜糠蛋白(GP)Ⅰb和高亲和力受体PAR-1、PAR-3的桥接机制来结合凝血酶［4-5］。PAR-1在人类是凝血酶的高亲和力受体，而在啮齿类，PAR-3取代了PAR-1的角色［6］。

PAR的两步激活机制(凝血酶与受体的结合,以及凝血酶与受体结合后发生的酶切作用)说明PAR拮抗剂的作用靶点可以是任何一个环节。目前研发的重点在于能与配体竞争结合位点的模拟肽［7］，另一种能够阻断人PAR上水蛭素样结合部位受体拮抗剂，作为一种治疗用药尽管在体内和体外已经得到证实有效却没有得到充足的发展，抑肽酶作为一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，其在临床上发挥作用的机理正源于此［8］。

2 PAR在止血和血栓形成过程中的作用

凝血酶主要是通过介导纤维蛋白的形成和经PAR激活血小板两条途径来促进凝血和血栓形成。通过对鼠的基因剔除研究表明，凝血酶途径在止血和血栓形成过程中具有非常重要的作用。剔除纤维蛋白原基因的鼠出现尾横断模型和围产期出血时间延长等情况，然而，与凝血酶原缺乏的鼠相比，其存活时间却要长一些［9］。除了纤维蛋白途径外，其他的一些途径也会在凝血过程中发挥重要的作用。PAR-4缺陷的鼠并没有出现自发性出血，但是在尾横断模型中时出血时间明显延长［10］。纤维蛋白原和PAR-4均被剔除的鼠再现了凝血酶原缺陷鼠严重的凝血功能障碍，在出生时因贫血而死亡［11］。因此，纤维蛋白的形成和血小板PAR的激活各自在凝血酶介导的凝血过程中发挥着重要而互相独立的作用。

PAR-4剔除的鼠与完全缺乏血小板的NF-E2缺陷鼠一样，在血栓形成实验动物模型中，能够有力的防止血栓的形成［12］。纤维蛋白原缺乏的鼠虽可形成小的血栓，但由于缺乏纤维蛋白来巩固血凝块，因此，这些血栓不稳定，易于发生栓塞［13］。仅仅从基因剔除的研究中来推断纤维蛋白的形成比纤维蛋白原在动脉血栓形成过程中具有更为重要的作用是不可能的。血小板PAR的激活在凝血酶依赖的动脉血栓形成中的作用已被确认；在灵长类，其血小板受体上有着PAR-1/PAR-4凝血酶受体，在血栓形成动物实验模型中，对高亲和力PAR-1的阻断就足以发挥治疗效用，任何诣在阻止凝血酶经PAR对血小板激活的药物都有可能在抗血栓形成中发挥作用［12-13］。

3 PAR在炎性反应中的作用

除了在血小板血栓形成过程所起作用外，内皮细胞上的PAR受体亦参与了凝血酶介导的一系列的炎性反应。凝血酶刺激信号的传导主要是通过PAR-1受体途径，PAR-2受体则受TF-Ⅹa-Ⅶa复合物和胰蛋白酶家族的蛋白酶所激活［14-15］，PAR-1受体组成性地表达于内皮细胞上，在凝血反应过程中可能起首要的作用，PAR-2受体在炎性反应时表达上调［16］。凝血酶刺激内皮细胞时，一些促炎性细胞因子如IL-1,IL-6,IL-8,单核细胞趋化蛋白（MCP）-1，以及黏附分子如细胞间黏附因子-1(ICAM-1),P-选择素表达均有增高［17-18］。在凝血酶产生的部位，上述效应促进白细胞的外溢和激活，并且使PAR-2表达增加。PAR-2表达后，凝血酶通过PAR-1和PAR-2的桥联机制结合并酶切PAR-2受体，启动补体保护作用和防止细胞凋亡［19］。凝血酶的此种作用有可能在炎性环境中对内皮细胞起着重要的保护作用，由于凝血酶能够诱导vWF（血管性假血友病因子）的表达和增加血管通透性，可以通过血小板集聚以及血浆中凝血因子与暴露在血管周围的组织因子接触，间接促进血栓的形成，内皮细胞PARs的激活足以使血小板和白细胞在血管中边缘化，但并不出现血栓形成的结局［20］。

4 ECC中抑肽酶作用的机制

抑肽酶作为一种非特异性的丝氨酸蛋白酶抑制剂，在ECC中的应用越来越广泛，主要基于其抗纤溶减少临床输血的作用。但是近年来认为，抑肽酶通过作用于血细胞和内皮细胞上的PAR-1受体，在ECC中还具有保护血细胞、抑制系统炎性反应的作用［21］。

PAR-1是凝血酶的高亲和力的受体，ECC时，大量的凝血酶激活血小板上PAR-1受体，使活化的血小板表面PAR-1受体丢失，所以可以认为PAR-1受体是血小板脱敏的标志分子，抑肽酶不仅能够防止血小板上PAR-1受体的丢失，亦可以保护血小板的凝血功能［22-23］。此作用的机制在于抑肽酶可以抑制凝血酶对PAR-1受体的酶切作用，但对非蛋白酶依赖血小板激活途径（胶原，ADP，肾上腺素）引起的血小板聚集却没有抑制作用。已经有临床试验表明，在外科手术前5天内应用过氯吡格雷的患者，术中抑肽酶仍然具有止血和血小板保护的功能［24］。

以PAR-1受体作为靶点使抑肽酶除了止血的作用外，还具有抗栓的功能，之所以能够抗栓，是因为它可以抑制凝血酶激活血小板上PAR-1受体诱发的血小板的聚集［25］。抑肽酶的这种止血和抗炎的作用在兔的血管损伤动物模型中得到证实，在颈动脉损伤模型中，抑肽酶通过抑制血小板上PAR-1受体的激活，能够明显延缓动脉血栓的形成，而对手术切口的止血作用依然存在［26］。

与血小板一样，抑肽酶对内皮细胞上的PAR-1受体也有保护作用，并且能够阻断与PAR-1受体相关的下游炎性信号的传导通路，抑制急性炎性因子IL-6的分泌［24］。ECC开始后约3到4个小时IL-6水平达到高峰，通过对行ECC并心脏麻痹患者12625个基因微点阵分析表明，IL-6表达上调程度最高［27-28］。IL-6可能和神经退行性变以及脑卒中存在关联，在有缺血性脑卒中病史的患者，患者血浆中IL-6水平的高低与脑卒中后神经系统退行性变的严重程度成正相关，尽管ECC中IL-6的来源不清楚，但是内皮细胞上PAR-1受体的存在，至少为抑肽酶在临床上具有预防脑卒中的作用提供了依据［29-30］。

抑肽酶虽然能够抑制凝血酶对PAR-1受体的激活，但不能影响凝血酶受体激动肽SFLLRN特异性激动肽对PAR-1受体的非酶解作用的激活，抑肽酶对凝血酶的抑制作用并非直接的，因为其对凝血酶的抑制常数较低，目前认为，抑肽酶是通过影响凝血酶与PAR-1受体上水蛭素样部位的结合，来降低凝血酶与PAR-1受体结合的速率，这种观点有待于进一步的研究［24］。

5 抑肽酶在临床上应用的争议

抑肽酶较为昂贵的价格和具体作用机制尚不明确，导致其在临床上的广泛应用存在顾虑。2006年分别发表在《新英格兰医学杂志》和《输血》杂志上的两篇临床研究报告提示抑肽酶可能增加肾功能衰竭、充血性心力衰竭和中风的危险［31-32］，有专家对上述的研究结果提出异议，认为他们非随机的研究方法对研究结果存在较大影响［33-34］。FDA对这两项观察性研究以及拜耳公司提交的产品全球安全概况和FDA的上市后监测报告进行了评价，有关抑肽酶注射液的安全声明，提醒各医疗卫生人员应密切监测使用抑肽酶的患者是否出现毒性反应，尤其是对肾、心脏和脑的毒性。要解决安全性上存在的争议，根本在于弄清楚抑肽酶除血液保护外，对机体还有哪些影响，作用机制需要实验来进一步明确，抑肽酶对PAR-1受体作用可能是个突破口［24，34］。

总之，人PAR-1受体在协调血管损伤时局部凝血和炎性反应过程中具有非常重要的作用。经ECC行心脏手术时，避免血细胞和内皮细胞上的PAR-1受体被过度激活，可以防止凝血机制紊乱以及减轻系统炎性反应的程度。

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