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血小板衍生的整合素和四跨膜蛋白富集系索加剧严重炎症

期刊:scienceDOI:10.1126/science.adu2825

这篇研究的主要作者包括Charly KuschDavid Stegner(共同第一作者),以及Bernhard Nieswandt(通讯作者)。他们的工作机构主要位于德国维尔茨堡大学医院实验生物医学研究所、鲁道夫·维尔肖中心,以及其他多个德国、法国、意大利和美国的合作机构。该研究发表于Science期刊,日期为2026年1月22日

本研究属于免疫学与血液学交叉领域,主要关注血小板在血栓炎症中的新机制。研究的学术背景是,血小板整合素αIIbβ3(也称为GPIIb/IIIa, CD41/CD61)是止血和血栓形成中不可或缺的分子。然而,越来越多的证据表明,在败血症、严重COVID-19等炎症性疾病中,血小板不仅参与凝血,还加剧免疫介导的组织损伤,这种现象被称为血栓炎症。然而,驱动血栓炎症的特定血小板效应器机制,以及αIIbβ3的参与如何改变血小板功能,尚不清楚。因此,本研究旨在阐明血小板αIIbβ3在严重炎症条件下的新作用机制,并揭示一种此前未知的血小板功能障碍与炎症放大的关联。

本研究的详细工作流程包含多个严谨设计的步骤。 第一部分,临床样本观察与现象确立。 研究团队首先分析了严重COVID-19、败血症或细菌感染患者的血涂片和组织样本。他们发现,在约40%的样本中,存在长度可达30微米的、细长的血小板衍生的膜系带。这些结构能被αIIbβ3及其相关蛋白四跨膜蛋白CD9强烈染色,而被命名为血小板源性整合素和四跨膜蛋白富集系带。通过流式细胞术,研究者确认患者循环血小板表面的αIIbβ3和CD9水平选择性降低,而其他主要糖蛋白(如GPIX)得以保留,提示这是一种特定的膜结构域丢失。 第二部分,体外模型构建与机制探索。 为了在机制层面研究PITT的形成,团队开发了两种关键工具:1)使用了表达绿色荧光蛋白标记的αIIb(ITGA2B-GFP)的基因敲入小鼠,以便于活细胞成像和追踪该整合素;2)利用ALVEOLE Primo无掩模紫外光刻系统,在盖玻片上精确制备了微米级的蛋白质图案(如vWF、纤维蛋白、抗体),从而在可控的流体剪切力下研究血小板与特定配体的相互作用。他们通过微流控腔室灌注实验证明,在血流剪切作用下,αIIbβ3被血管性血友病因子或纤维蛋白接合(ligation)足以触发快速的整合素聚集和PITT形成,这一过程不依赖于经典的血小板激活信号(如脱颗粒、磷脂酰丝氨酸暴露或整合素活化构象改变)。他们观察到,PITT会附着在白细胞或内皮细胞上,而血小板主体则部分耗竭了αIIbβ3/CD9后脱离。 第三部分,体内模型验证与功能分析。 研究团队在多种小鼠模型中证实了PITT的体内形成及其功能。他们使用了:1)抗体介导的αIIbβ3接合模型(注射抗αIIbβ3抗体MWReg30),并结合缺失FcγRIII(Fcgr3−/−)的小鼠来规避抗体引起的血小板清除,从而特异性观察PITT形成后的血小板表型;2)炎症模型,包括脂多糖诱导的肺部炎症、金黄色葡萄球菌肺炎以及小鼠适应的SARS-CoV-2感染模型。他们通过活体显微镜、共聚焦显微镜对肺组织切片进行分析,确认了在炎症肺部,PITT的形成、其与中性粒细胞和内皮细胞的附着,以及血小板主体部分αIIbβ3的耗竭。他们进一步研究了PITT的促炎功能,发现PITT可以沉积于中性粒细胞表面,诱导钙内流和活化标记物(如CD11b)上调,从而促进炎症信号。在急性肺损伤模型中,遗传性删除血管性血友病因子(VWF−/−)或药物性阻断αIIbβ3均能减少PITT形成、中性粒细胞浸润和组织损伤。 第四部分,临床相关性分析。 研究者将基础研究发现与患者预后联系起来。他们分析了败血症患者队列,发现血小板CD41a(αIIbβ3的亚基)表达降低——这被用作PITT释放的替代指标——与更高的序贯器官衰竭评估评分、急性呼吸窘迫综合征发生率以及死亡率正相关。根据CD41a水平对患者进行分层,最低四分位数(CD41a低表达)的患者不良结局(28天死亡率和ARDS)的几率显著增加。

本研究的主要结果环环相扣,构成了一个完整的逻辑链条。 结果一:临床观察揭示了PITT的存在及其与疾病严重程度的关联。 在患者血涂片中直接观察到αIIbβ3/CD9富集的膜系带(PITT),同时循环血小板表面这两种分子水平下降,这确立了PITT形成是严重感染和炎症中的一个真实存在的现象,并暗示其可能导致血小板功能改变。 结果二:体外实验阐明了PITT形成的触发条件和独特性质。 研究证明,αIIbβ3的接合是触发PITT的关键。在剪切力作用下,血小板与vWF或纤维蛋白的相互作用足以诱导PITT,无需经典激活。超分辨显微镜和电镜证实PITT是富含αIIbβ3/CD9但缺乏其他标志物(如GPIb-IX)的膜延伸结构。使用ITGA2B-GFP小鼠的活体成像清晰展示了αIIbβ3在血小板膜上的高侧向移动性,以及其在PITT中的特异性募集和富集过程。 结果三:体内模型证实了PITT的形成、分离及其促炎作用。 在小鼠肝脏和肺部炎症模型中,活体成像和病理切片都直接观察到了PITT在血管内皮和白细胞上的附着,以及血小板主体脱离的完整过程。功能实验显示,PITT能激活附着的中性粒细胞。更重要的是,通过遗传(VWF−/−)或药物(抗αIIbβ3抗体)手段干预PITT形成,能有效减轻炎症反应和组织损伤,这直接证明了PITT在驱动血栓炎症中的因果作用。 结果四:发现了αIIbβ3耗竭血小板的“静息但功能缺陷”表型。 在体内清除模型(Fcgr3−/−小鼠)中,形成并释放PITT后重新进入循环的血小板,其表面αIIbβ3几乎完全丢失,但生命期正常,且仍能对某些刺激(如形状改变、脱颗粒)产生反应。然而,这些血小板丧失了聚集能力和止血功能,类似于获得性的“格-血小板无力症”表型。这为临床上危重病人同时出现的出血倾向和高炎症状态提供了一个可能的细胞机制解释。 结果五:临床数据确立了PITT相关指标的预后价值。 将患者血小板αIIbβ3表面水平的降低与临床评分和结局进行相关性分析,并将CD41a低表达确立为不良预后的风险标志物,将基础科学研究发现与临床实践直接联系起来,提升了研究的转化医学价值。

本研究的结论是,PITT是血小板在严重感染和炎症条件下产生的一种新型促炎结构。它通过重新分配血小板膜的αIIbβ3/CD9池,一方面将这些分子锚定于白细胞和内皮细胞上,从而放大血管炎症和免疫激活;另一方面,产生出粘附功能受损但尚存活的“部分耗竭”血小板。这一机制解释了危重疾病中血栓炎症(高凝/微血栓)与出血倾向(血小板功能不全)看似矛盾共存的现象。研究提出,除了其在止血中的经典角色,αIIbβ3在炎症性疾病中还扮演着促炎效应器的角色,能够塑造免疫反应和临床结局。因此,靶向PITT形成过程,可能为调节血栓炎症提供新的治疗策略,且不影响血小板的生存能力,具有重要的潜在应用价值。

本研究的亮点在于: 1. 重要的新发现:首次发现并命名了PITT这一全新的血小板源性亚细胞结构,并阐明其在连接血小板功能障碍和过度炎症中的核心作用。 2. 机制的深度解析:从临床观察到体外机制探索,再到体内功能验证,构建了一个完整、严谨的证据链。特别是使用基因工程小鼠和先进的微图案技术,在可控条件下实时可视化了PITT形成的动态过程。 3. 新颖的生物学概念:提出了血小板通过“程序性膜重塑”来分化和执行不同功能(止血 vs. 促炎)的新范式。PITT形成是一种非经典激活的、主动的膜组分再分配过程。 4. 强大的临床转化意义:不仅解释了临床难题(血栓与出血并存),还提供了潜在的生物标志物(血小板CD41a水平)和新的治疗靶点(干预PITT形成)。 5. 技术方法的创新性:结合了高分辨率显微镜技术、微流控生物芯片、基因编辑小鼠模型和复杂的体内成像,是多学科技术融合的典范。

其他有价值的方面包括:研究者探讨了PITT形成可能不局限于血小板,而是与中性粒细胞等其他细胞形成类似结构(如ENDS)共享机制,暗示这可能是细胞生物学中一种更普遍的、在低亲和力黏附条件下延伸信号范围的策略。此外,研究还指出PITT可能通过膜融合或蛋白质转移等方式,将αIIbβ3整合到靶细胞的质膜中,从而直接调节其功能,为进一步研究留下了空间。总而言之,这项研究为理解血小板在免疫和炎症中的复杂作用开辟了一个新的重要方向。

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