作者简介:王志成,男,1975年生,博士,助理研究员,主要从事血小板活化和凋亡以及血小板储存损伤机制研究。
血小板在活化的同时,伴随有黏附受体GPⅠbα的酶切,产生的酶切片段称为糖盏蛋白(glycocalicin, GC)[ 1]。GPⅠbα酶切是血小板储存损伤(platelet storage lesion, PSL)一个重要的生物标志物[ 2]。因此,阐明GPⅠbα酶切的机制将有助于认识血小板储存损伤的机理。
佛波酯(phorbol 12-myristate-13-acetate,PMA)是常用的蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)的活化剂。PMA能诱导GPⅠbα酶切[ 3],但是PMA诱导GPⅠbα酶切的分子机制尚未完全阐明。我们主要探讨了PMA诱导GPⅠbα酶切的分子机制。
1. 研究对象 选取健康志愿者10名,男、女各5名,经上海中医药大学附属市中医医院伦理审查委员会批准同意,志愿者均签署知情同意书。
2. 主要试剂 抗GPⅠbα N端单克隆抗体SZ-2、辣根过氧化物酶(HRP)标记的羊抗小鼠IgG二抗购自Santa Cruz公司;GM6001购自Calbiochem公司;二硫苏糖醇(DTT)、NAD(P)H氧化酶抑制剂(DPI)、蛋白激酶C(PKC)抑制剂(BIM)、佛波酯(PMA)、ROS检测探针DCFDA购自Sigma公司;PKC活性检测试剂盒购自Promega公司;线粒体活化氧(ROS)拮抗剂MitoQ购自苏州沃盛化学有限公司。
1. 制备洗涤血小板 取健康自愿者静脉血,用柠檬酸盐缓冲液(ACD)按照1∶7抗凝,380× g离心20 min得到富含血小板血浆(PRP),PRP经1 500× g离心20 min,沉淀用葡萄糖柠檬酸盐缓冲液(CGS)缓冲液悬浮,经离心、洗涤,最后用MTB液重悬,得到洗涤血小板,调整血小板浓度为3×108/mL,室温静置1 h使其恢复至静息状态以备用[ 4]。
2. Western blot检测GPⅠbα酶切片段 3×108个/mL洗涤血小板与1.0 μmol/L PMA或二甲基亚矾(DMSO) 37 ℃孵育30 min,2 600× g离心5 min,得到上清,加入5×上样缓冲液和β-巯基乙醇,最后样品经western blot检测GPⅠbα酶切片段。抑制实验:3×108个/mL 洗涤血小板预先与100 μmol/L BIM、DTT(25、 50、100、200 μmol/L)或DMSO 37 ℃孵育15 min后,再与1.0 μmol/L PMA 37 ℃孵育30 min。
3. 流式细胞仪检测ROS 3×108个/mL洗涤血小板分别与不同浓度PMA(0.25、0.5、1.0、2.0 μmol/L)或DMSO 37 ℃孵育30 min,加ROS检测探针DCFDA(20 μmol/L)孵育10 min,经稀释后,用流式细胞仪进行检测。抑制实验:3×108个/mL洗涤血小板预先与10 μmol/L DPI、100 μmol/L MitoQ、100 μmol/L BIM、200 μmol/L DTT或DMSO 37 ℃孵育15 min,再与1.0 μmol/L PMA 37 ℃孵育30 min。
4. 检测PKC活性 3×108个/mL洗涤血小板与1.0 μmol/L PMA或DMSO 37 ℃孵育30 min。抑制实验:3×108个/mL 洗涤血小板预先与200 μmol/L DTT、100 μmol/L BIM或DMSO 37 ℃孵育15 min,再与1.0 μmol/L PMA 37 ℃孵育30 min。使用非同位素标记的PKC活性检测试剂盒,先抽提PKC,再检测。具体步骤按说明书操作。
采用SPSS软件对实验数据进行统计分析,实验数据以
PMA是常用的PKC活化剂,能诱导GPⅠbα酶切。为了证实PKC在PMA诱导GPⅠbα酶切中的作用,本研究使用PKC特异性抑制剂BIM,同时使用解离素-金属蛋白酶17(a disintegrin and metalloproteinase 17, ADAM17)抑制剂GM6001作为对照。 图1结果显示,BIM完全抑制PMA诱导的GPⅠbα酶切;GM6001能完全抑制PMA诱导的GPⅠbα酶切。
ROS通过氧化ADAM17的半胱氨酸残基调控ADAM17活性[ 5]。为了证实ROS是否参与PMA诱导的GPⅠbα酶切,本研究使用ROS抑制剂DTT。结果显示DTT浓度依赖地抑制PMA诱导的GPⅠbα酶切,在高浓度(200 μmol/L)时能完全抑制PMA诱导的GPⅠbα酶切。表明ROS参与调控PMA诱导的GPⅠbα酶切。见 图2。
为了证实PMA是否诱导血小板产生ROS,本研究使用ROS检测探针DCFDA。 图3结果显示,PMA浓度依赖地诱导血小板产生ROS,表明PMA能够诱导血小板产生ROS。
ROS主要由线粒体呼吸链和NAD(P)H氧化酶产生[ 6]。为了证实PMA诱导产生的ROS的来源,本研究使用线粒体靶向的ROS拮抗剂MitoQ和DPI。 图4结果显示,MitoQ不抑制PMA诱导产生ROS,而DPI则抑制PMA诱导产生ROS,表明PMA诱导产生的ROS来自NAD(P)H氧化酶。
为了证实PMA诱导产生ROS是通过活化PKC,本研究使用BIM。 图5结果显示,BIM抑制PMA诱导的ROS,表明PKC参与PMA诱导的ROS,提示PKC可能在ROS信号通路的上游。
为了进一步证实PKC与ROS之间的上下游关系,本研究使用PKC活性检测试剂盒。 图6结果显示,DTT不影响PMA诱导的PKC活性,而BIM则抑制PMA诱导的PKC活化。
GPⅠbα是血小板膜受体GPIb-IX-V复合物中最重要的一个亚基,能与血管性血友病因子(VWF)、凝血酶、P-选择素等结合,在血小板血栓形成的起始阶段起关键作用[ 7]。血小板在活化的同时,伴随有GPⅠbα酶切,产生的酶切片段称为GC[ 1]。
最近Bergmeier等[ 8]使用基因敲除小鼠证实ADAM17是负责酶切GPⅠbα的主要蛋白酶。ADAM17由824个氨基酸残基组成的I型跨膜蛋白,含有多个结构域。从N端开始包括:信号肽、前域、金属蛋白酶域、解离素域、表皮生长因子样域、半胱氨酸富含域、跨膜域和胞质尾[ 9]。已有报道,ADAM17的前域、半胱氨酸富含域、跨膜域和胞质尾参与ADAM17的活性调节[ 10]。其中,胞质尾在ADAM17活性调控中的调节存在争议,有些报道认为ADAM17胞质尾的丝氨酸被p38促分裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)或PKC磷酸化引起ADAM17活性增加[ 11, 12];另一些报道认为胞质尾不参与调控ADAM17活性[ 13]。PMA是PKC活化剂,常用于ADAM17底物酶切的研究。Killock等[ 12]报道,PMA先活化PKC,活化的PKC直接磷酸化ADAM17胞质尾的丝氨酸,进而活化ADAM17引起底物的酶切。PMA能够诱导GPⅠbα酶切已被很多文献报道[ 3]。然而,PMA诱导GPⅠbα酶切的信号通路目前还未完全阐明。本研究使用各种抑制剂,结果表明在PMA诱导的GPⅠbα酶切中,可能存在“PMA-PKC-NAD(P)H氧化酶-ROS-ADAM17-GPⅠbα酶切”信号通路。本研究进一步支持ADAM17的胞质尾可能不参与调节ADAM17活性。NAD(P)H氧化酶是由5个主要亚基构成的酶复合体[ 14]。PKC如何引起NAD(P)H氧化酶活化本研究未涉及,可能通过直接或间接的方式,目前这方面的研究正在进行中。
近年来,ROS在调控ADAM17活性方面逐渐引起人们的关注[ 5]。ROS的来源主要有线粒体呼吸链和NAD(P)H氧化酶。本研究结果显示,PMA通过活化PKC,PKC通过直接或间接途径活化NAD(P)H氧化酶,产生ROS,ROS通过直接或间接的方式活化ADAM17,进而引起GPⅠbα酶切。有报道,ROS能直接通过氧化ADAM17的半胱氨酸残基直接活化ADAM17[ 5];也有报道,ROS通过活化p38MAPK进而引起ADAM17的活化[ 15]。ROS如何引起ADAM17活化本研究未涉及,可能通过直接或间接的方式,目前这方面的研究正在进行中。
最近的研究报道,钙离子依赖蛋白酶(calpain)参与A23187、凝血酶(在搅拌条件下)和calpain活化剂dibucaine诱导的GPⅠbα酶切[ 16]。本研究使用calpain抑制剂MDL28170,结果发现MDL28170不抑制PMA诱导的GPⅠbα酶切,表明不同的诱导剂引起的GPⅠbα酶切涉及不同的信号通路。
综上所述,本研究证实PMA诱导GPⅠbα酶切不是通过PKC直接活化ADAM17,而是通过NAD(P)H氧化酶产生的ROS活化ADAM17。本研究结果有助于进一步认识GPⅠbα酶切的机制。阐明GPⅠbα酶切的机制不仅有助于认识血小板血栓形成的机理,而且为认识血小板储存损伤提供新的视角。
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