(1)血小板对先天免疫反应的调节(链接)
(4)细胞外 DNA NET-works 对健康造成可怕的后果(链接)
本文:(6)急性和长期(新冠) COVID-19 血栓形成的病理生理机制
以下待发
(7、1)血小板在炎症中心枢纽中的作用:文献综述
(7、2)抗血小板治疗的当前概念和新靶点
(8)新冠(COVID-19)相关血栓形成和凝血病:病理生理学特征和抗血栓治疗意义回顾
(9)血小板在血栓形成和动脉粥样硬化中:一把双刃剑
(10)心血管病理学中炎症与血栓形成之间的相互作用
(11)血小板和血小板-白细胞相互作用中的先天免疫受体
(12、1)维生素 K:感染、炎症和自身免疫
(12、2)用于免疫性血小板减少症诊断和监测的新型生物标志物
(13)深静脉血栓形成的解决:提出的免疫范式
(14)自身免疫性疾病中的炎性小体分子见解
(15、1)炎症和血栓形成之间的新联系
(15、2)血栓性炎症与血小板的作用
(16、1)炎症、感染和静脉血栓栓塞
(16、2)巨噬细胞极化:在炎症性疾病中起重要作用
(17)中性粒细胞胞外陷阱影响感染性和炎症性疾病中的心血管健康
(18)STING 信号传导和无菌性炎症
(19)cGAS-STING 通路:无菌性炎症性疾病的翻译后修饰和功能、
(20)cGAS-STING 通路是免疫衰老和炎症的潜在触发因素
(21)自噬与免疫系统在健康和疾病中的相互作用
(22)膜联蛋白 A2 在纤维蛋白溶解、炎症和纤维化中的应用
(23)影响止血的自身免疫性疾病:叙述性综述
(23)免疫性血小板减少症的血小板活化机制和后果
(25)血栓调节蛋白作为血管内损伤的生理调节剂
(26)免疫衰老 - 自身免疫性疾病的一种机制
(28)原发性免疫性血小板减少症:病理生理学和疾病管理的新见解
(29)血小板活化与锌内流及ROS相关病理
(30)血小板及内皮细胞ROS-抗 β2GPI/β2GPI-NETs机制与病理
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本文:炎症-免疫-凝血网络,专辑。第(6)篇,急性和长期 COVID-19 血栓形成的病理生理机制,这是由哈尔滨医科大学第一医院血液科、美国马萨诸塞州波士顿哈佛医学院 VA 波士顿医疗保健系统研究部、美国马萨诸塞州波士顿哈佛医学院 Dana-Farber 癌症研究所肿瘤内科等学者共同发表在Front. Immunol., 16 November 2022,Sec. Molecular Innate Immunity Volume 13的一篇综述文章。
COVID-19 患者血栓形成的发生率高,血栓栓塞并发症与严重的 COVID-19 和高死亡率相关。COVID-19 疾病与免疫系统介导的过度炎症反应(细胞因子风暴)有关。然而,炎症反应在血栓形成中的作用仍不完全清楚。在这篇综述中,我们研究了 COVID-19 背景下炎症和血栓形成之间的串扰,重点关注炎症对血栓形成发病机制的贡献,并建议联合使用抗炎和抗凝疗法。在炎症条件下,中性粒细胞和血小板之间的相互作用、血小板活化、单核细胞组织因子表达、微粒释放和磷脂酰丝氨酸 (PS) 外化以及补体激活共同参与免疫血栓形成。炎症导致血细胞活化和凋亡,导致微粒释放和 PS 在血细胞和微粒上外化,从而显着增强 tenase 和凝血酶原复合物的催化效率,并促进凝血酶介导的纤维蛋白生成和局部血凝块形成。鉴于 COVID-19 中血栓形成的风险,抗血栓治疗的重要性已得到普遍认可,但仍然存在某些缺陷和治疗差距。抗血小板药物不与抗凝治疗联合使用,因此无法抑制血小板促凝活性。目前的治疗方法也没有提出抗凝的最佳时间。抗凝治疗的疗效取决于治疗开始的时间。抗血栓治疗的最佳时间是诊断后尽早,最好是在疾病的早期阶段。我们还详细阐述了长期 COVID 血栓栓塞并发症的可能机制,包括持续炎症、内皮损伤和功能障碍以及凝血异常。上述内容为 COVID-19 患者提供了治疗策略,并进一步改善了患者的预后。
最近的研究表明,COVID-19 住院患者的静脉血栓栓塞 (VTE) 和肺栓塞的发生率分别为 17% 和 7.1%,而大出血的发生率仅为 3.9%。系统评价显示,入住 ICU 的 COVID-19 患者的 VTE 发生率较高,为 28%。对 COVID-19 患者的尸检研究报告了肺血管中由血小板和纤维蛋白组成的血栓。COVID-19 患者表现出独特的凝血病,其特征是血栓形成伴细胞因子水平升高,包括肿瘤坏死因子 (TNF)-α、白细胞介素 (IL)-8 和 IL-6 等。炎症分子和免疫细胞被认为是 COVID-19 患者血栓形成的主要驱动因素。病毒(包括 SARS-CoV-2)诱导的血栓形成风险的短暂增加表明,随后的宿主免疫反应是血管血栓栓塞事件的主要触发因素,而不是感染本身,与病原体种类无关。即使使用有效的抗血栓药物,也无法完全预防血栓事件,这表明存在其他导致治疗不足的未解决机制,例如炎症。上述证据支持 COVID-19 相关血栓形成是由炎症引发的免疫血栓形成的假设。免疫血栓形成被描述为免疫系统触发凝血形成血栓形成,从而阻止病原体传播,免疫细胞(中性粒细胞等)、NETs 和血小板在此过程中起重要作用。炎症和凝血之间的分子相互作用已逐渐得到证实。炎症和凝血级联反应形成复杂的网络,这些网络的作用是抵消身体对病原体入侵和组织损伤的反应,并维持体内平衡。炎症是免疫系统为应对损伤或感染而触发的一种防御机制,其特征是局部血流量增加、白细胞募集以及细胞因子和趋化因子的释放,从而促进病原体清除。炎症还诱导内皮上粘附分子的表达增加,随后白细胞和内皮细胞 (EC) 之间的相互作用可导致免疫细胞激活,从而在受伤区域形成免疫血栓形成。免疫血栓形成可以进一步限制病原体通过血流的全身传播,并且是宿主抑制感染的紧急机制。然而,在 COVID-19 中,血栓形成与疾病进展有关,并与死亡率增加有关。因此,为了改善预后,血栓形成的早期预防和治疗对 COVID-19 患者至关重要。
COVID-19 的炎症机制
严重的 COVID-19 是 SARS-CoV-2 与宿主之间激烈相互作用的结果,对组织和器官造成进行性损伤。病毒包膜中的刺突 (S) 蛋白以同源三聚体的形式存在,包括受体结合 S1 亚基和膜融合 S2 亚基。病毒 S1 亚基的受体结合域 (RBD) 与鼻咽上皮上的 ACE2 结合。RBD 激活需要跨膜蛋白酶丝氨酸 2 (TMPRSS2) 的 S1/S2 或 S2 位点水解,导致 S 蛋白发生确认变化,从而催化病毒-宿主膜融合。随后是病毒 RNA 复制、颗粒组装和释放。SARS-CoV-2 病毒 RNA 通过模式识别受体 (PRR) 被先天免疫细胞识别,例如 Toll 样受体(TLR,包括 TLR3、7、8)以及 NOD 样受体 (NLR)。然后,激活的下游转录因子 NF-κB 诱导促炎细胞因子的产生。这些细胞因子有助于细胞因子风暴的形成。此外,据报道,SARS-CoV-2 会通过 C 型凝集素受体和 Tweety 家族成员加剧髓系细胞的炎症反应。这种非 TLR 通路有助于病毒诱导的细胞因子风暴。C 型凝集素不仅有助于细胞因子风暴。在人 C 型凝集素家族的成员中,树突状细胞特异性细胞间粘附分子-3-抓取非整合素 (DC-SIGN)、L-SIGN、LSECtin 和 Syk 偶联的 C 型凝集素成员 5A (CLEC5A) 和 CLEC2 在病毒诱导的 NET 形成中至关重要。登革热病毒 (DV) 激活血小板,通过 CLEC2 释放细胞外囊泡 (EV),包括外泌体 (EXO) 和微泡或微粒(MV 或 MP)。DV 诱导的 EXOs (DV-EXOs) 和 MVs (DV-MVs) 通过 CLEC5A 和 TLR2 进一步激活中性粒细胞和巨噬细胞,从而诱导 NET 形成和促炎细胞因子释放。因此,阻断 C 型凝集素是减弱病毒诱导的 NET 形成的一种很有前途的策略。除 DV 外,甲型流感病毒 (IAV, H5N1) 还可以激活血小板释放 EV,从而促进 NET 的形成。最近的一项研究表明,SARS-CoV-2 病毒蛋白通过 C 型凝集素受体下游信号转导分子的 Syk 依赖性通路诱导 NET 形成。进一步的研究表明,SARS-CoV-2 激活的血小板释放的 EV 通过 CLEC5A 和 TLR2 诱导 NET 的稳健形成,进而增强血栓形成。
干扰素调节因子 3/7 (IRF3/7) 被激活以增强干扰素的转录,这有助于宿主抗病毒反应。越来越多的证据表明,COVID-19 患者的保护性 I 型干扰素反应显著降低,这进一步导致疾病进展。Siglecs(唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素)是免疫细胞膜的受体,可以与病毒上的唾液聚糖相互作用。通常,大多数具有包含基于免疫受体酪氨酸的抑制基序 (ITIM) 的结构域的 siglec 主要发挥负调节作用以防止过度免疫反应。SARS-CoV-2 包膜上的唾液聚糖与宿主细胞上的唾液聚糖相互作用,下调宿主免疫力以清除病毒,从而加重病毒感染。在肺实质中,病毒破坏肺泡上皮细胞,释放损伤相关分子模式 (DAMP),包括核小体、组蛋白和人类高迁移率族蛋白 1 (HMGB1),激活先天免疫细胞释放趋化因子和细胞因子,如 TNF-α、IL-6、IL-1β 等。然后,这些细胞因子和趋化因子募集更多的先天免疫细胞(中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞)并激活适应性免疫细胞(CD4+、CD8+ T)也产生细胞因子,最终导致细胞因子风暴。细胞因子的积累加剧了肺泡上皮的损伤、坏死甚至脱落,并形成了上皮损伤的正反馈回路。髓样细胞是 COVID-19 患者肺组织中炎症失调的主要来源。
COVID-19 患者的炎症标志物
在 COVID-19 患者的血浆中观察到 IL-8、IL-6、单核细胞趋化蛋白-1 和 TNF-α 水平升高。特别是 TNF-α 升高是预后不良的标志,并可能导致 COVID-19 患者的内皮功能障碍。IL-6 在驱动病理性炎症反应中起着重要作用,并且还与更严重的结果有关。在一项对 2782 名 COVID-19 患者的研究中,高水平的 C 反应蛋白 (CRP) 与进展为严重病例、急性肾损伤和全因死亡率相关。CRP 水平与 COVID-19 严重程度呈正相关,并已被证明可以预测血栓形成的风险。
内皮的正常生理功能
Virchow 三联征描述了血栓形成的促成因素:血管壁受损、血流改变和血液成分改变(高凝状态),是理解静脉血栓形成病理生理学的基础。内皮细胞损伤和随后的激活是血栓形成的第一步也是关键步骤。完整的 ECs 主要通过抗炎和抗凝作用来维持血液流动性和血管稳态。
内皮屏障功能依赖于稳定的细胞间连接,包括粘附和紧密连接。内皮上的 ACE2 产生血管紧张素,血管紧张素与 Mas1 受体结合,调节抗炎和抗血栓形成信号通路。糖萼内的硫酸乙酰肝素结合并激活抗凝血酶,从而限制内皮上的血栓形成。此外,EC 还支持天然抗凝剂和抗纤维蛋白溶解物质,包括血栓调节蛋白 (TM)、内皮蛋白 C 受体 (EPCR) 和组织因子通路抑制剂 (TFPI)。内皮表面的 TM 与凝血酶结合,然后与 ERCP 形成复合物,并将蛋白 C 转化为其活性形式(活化蛋白 C、APC)。APC 及其辅因子蛋白 S 使 FVa 和 FVIIIa 失活,从而减少凝血酶生成。TFPI 是一种内源性丝氨酸蛋白酶抑制剂,可直接抑制 FXa 和 FVIIa/TF 复合物,从而通过凝血的外源途径发挥抗凝作用。ECs 可以分泌组织纤溶酶原激活剂 (t-PA) 和尿激酶型纤溶酶原激活剂 (u-PA),表达 u-PA 受体 (uPAR),并提供有效的纤维蛋白溶解能力。补体级联反应的抑制剂可以保护静止的 ECs 免受补体沉积。静止内皮还可以通过 CD39 的表达以及前列腺素 I2 (PGI2) 和一氧化氮 (NO) 的释放来防止血小板粘附,从而抑制血小板活化 。NO 和 PGI2 还发挥其他细胞保护作用。NO 可以通过减少趋化因子的表达和内皮表面粘附分子的转录来抑制白细胞向血管壁的募集。PGI2 可以减少白细胞粘附、活化和外渗,从而减轻炎症反应。
炎症驱动的免疫血栓形成
炎症刺激会破坏上述微妙的抗血栓形成平衡,促进炎症环境,并最终导致血栓形成。细胞因子信号转导、缺氧、组织损伤和 DAMP 会触发 ECs 从抗凝物表型转变为促凝物表型。在炎症条件下,血管完整性的丧失、抗血栓形成分子表达的降低、中性粒细胞和血小板之间的相互作用、血小板活化、单核细胞上的 TF 表达、微粒释放和纤维蛋白溶解的抑制导致免疫血栓形成。
血小板和中性粒细胞之间的相互作用
DAMP 和细胞因子诱导 vWF (von Willebrand 因子) 从 Weibel-Palade 小体释放到 ECs 表面的增加。血小板通过糖蛋白 Ib (GP Ib) 与 ECs 上的 vWF 结合。ADAMTS13 (一种具有血小板反应蛋白 1 型重复序列的整合素和金属蛋白酶,成员 13) 调节 vWF 多聚体的大小,并通过裂解 vWF 抑制富含血小板的血栓形成。与轻度疾病患者相比,重症 COVID-19 患者的血浆 ADAMTS13 水平降低,ADAMTS13水平降低与死亡率增加有关。vWF 升高和 ADAMTS13 水平降低是严重 COVID-19 患者不良结果的有效预测因子。ECs 扰动、vWF 释放增加以及由于 ADAMTS13 缺乏而导致的 vWF 切割相对不足是血小板与血管壁相互作用增加导致血栓性微血管病的原因。
COVID-19 患者的血小板特征是高反应性 (聚集增加、CD40 和 p-选择素表达增加)。在对 300 名 COVID-19 患者的事后分析中,入院时的血浆 p-选择素水平与随后的静脉血栓栓塞诊断密切相关。平均血小板体积 (血小板多动症的生物标志物) 与血栓形成的发生和疾病严重程度有关。在对 15 项研究的荟萃分析中,更大、更不成熟的血小板的存在与血栓形成和全因死亡率的风险增加有关。此外,对 COVID-19 患者的组织和血液的分析显示,SARS-CoV-2 病毒粒子进入巨核细胞和血小板,这与血小板转录组和激活谱的改变有关。
细胞因子导致 ECs 表面粘附分子的表达增加,包括 P-选择素和 E-选择素,这有利于白细胞快速募集到损伤和炎症部位。虽然白细胞不是凝血系统的典型组成部分,但它们对免疫血栓形成至关重要,并有助于 ECs 启动凝血。中性粒细胞分别通过 (C-X-C 基序) 趋化因子受体 2 和 P-选择素糖蛋白配体-1 与 EC 上的趋化因子 (C-X-C 基序) 配体 1 和 P-选择素结合,而血小板附着在 EC 结合的 vWF 上。然后,结合的血小板被 SARS-CoV-2 激活并释放携带 HMGB1 的细胞外囊泡,诱导中性粒细胞产生中性粒细胞胞外陷阱 (NET),其网状结构捕获血细胞和凝血因子。反过来,NETs 释放的抗菌肽等活性物质可以进一步激活血小板。通过这种方式,NETs 为血栓形成提供了支架。这会产生一个正反馈循环,血小板与 NETs 成分的交联导致免疫血栓形成。活化的血小板与免疫细胞的相互作用刺激凝血系统,形成一个交织在一起的过程,桥接血栓形成和炎症通路。事实上,研究表明,COVID-19 患者血液中中性粒细胞-血小板聚集体的水平升高。此外,在需要住院治疗的 COVID-19 患者中,入住 ICU 的患者血小板-白细胞聚集水平最高,这表明血小板-白细胞聚集可能是 COVID-19 严重程度的替代标志物。
NET 是炎症和血栓形成之间的重要界面。NETs 为活化的凝血系统提供支架,并通过免疫血栓形成连接免疫和凝血系统。NET 可以与 TF 结合,从而促进纤维蛋白的产生。NET 中释放的游离 DNA 提供了一个带负电荷的表面,允许 FXII 结合和激活接触(内源性)凝血途径,从而导致微血管闭塞。此外,中性粒细胞弹性蛋白酶 (NE) 和髓过氧化物酶是 NET 的另外两种成分,可以裂解和灭活天然抗凝剂(TFPI 和 TM),从而导致止血平衡的促凝血转移和局部凝块形成。
NET 的产生会导致凝血功能不良和免疫血栓形成。在 COVID-19 患者的血清、血浆和尸检标本中观察到 NET 的成分。与健康对照相比,COVID-19 患者的 DNA、髓过氧化物酶 (MPO)-DNA 复合物和瓜氨酸组蛋白 (H3Cit) 的水平增加了两倍。MPO-DNA 复合物和 H3Cit 的血浆水平与 COVID-19 相关,不仅与血栓形成事件相关,还与疾病严重程度相关。尸检的前瞻性队列研究表明,21 名 COVID-19 患者中有 10 名出现中性粒细胞栓塞。肺和其他器官的组织病理学一致表明,聚集的 NET 导致与内皮破坏相关的微血管阻塞。这些观察结果强调了 NETs 与持续性 COVID-19 血栓形成之间的潜在关系(图 1)。
图 1COVID-19 患者免疫血栓形成的机制。(A) 炎症诱导免疫细胞募集和粘附分子的表达增加,包括 P-选择素、E-选择素和 vWF。(B) 活化的血小板通过释放 HMGB1 激活中性粒细胞并产生 NET,而 NET 的成分(抗菌肽)进一步诱导血小板活化,形成正反馈激活。NE 和 MPO 可使 TFPI 和 TM 失活,从而抑制抗凝功能。单核细胞通过将非活性 TF 转化为活性 TF 来发挥促凝作用,这是 PS 和 PDI 所必需的。EV (MP) 主要来源于 SARS-CoV-2 激活的血小板。血小板衍生的 EV (MP) 负责稳健的 NET 形成,这在 COVID-19 血栓形成中起着关键作用。活化的血小板和血小板衍生的 EV 是 COVID-19 免疫血栓形成的标志物和中枢介质。在炎症情况下,凝血酶激活的纤维蛋白溶解抑制剂和 PAI-1 水平升高超过了 u-PA 和 t-PA 的作用,从而导致纤维蛋白溶解的抑制。SARS-CoV-2 诱导补体激活,这与凝血有关。(C) 上述过程最终导致免疫血栓形成。vWF:血管性血友病因子;NETs:中性粒细胞胞外陷阱;HMGB1:人高迁移率族蛋白 1;NE:中性粒细胞弹性蛋白酶;MPO:髓过氧化物酶;TFPI:组织因子途径抑制剂;TM:血栓调节蛋白;TF:组织因子;PS:磷脂酰丝氨酸;PDI:蛋白二硫键异构酶;EV:细胞外囊泡;MP:微粒;PAI-1:纤溶酶原激活物抑制剂;u-PA:尿激酶型纤溶酶原激活剂;t-PA:组织纤溶酶原激活剂;SARS-CoV-2:严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2;CXCL-1:趋化因子 (C-X-C 基序) 配体 1;CXCR2:C-X-C 基序趋化因子受体 2;PSGL-1:P-选择素糖蛋白配体-1。
单核细胞 TF 表达
炎症可诱导单核细胞的募集,单核细胞通过 E-选择素与 ECs 结合。单核细胞通过 TF 的表达启动凝血,并通过激活炎性小体来增强血栓炎症。TF 表达由焦亡触发,焦亡是依赖于 caspase-1 的细胞死亡过程,涉及在细胞膜中形成孔和释放炎症介质(IL-1β 和 IL-18)。TF 是外源性凝血通路的主要激活剂,其作用是与循环 FVIIa 形成复合体并增强 FIX 和 FX 的激活,从而启动凝血。因此,TF 暴露会诱导凝血酶生成增加,从而导致纤维蛋白凝块的形成。蛋白二硫键异构酶 (PDI) 是细胞外二硫键交换的重要调节分子,与细胞表面的 TF 凝血活性有关。在血管病变部位释放的 PDI 通过将 TF 从无功能加密状态转换为其活性形式来促进 TF 激活。PDI 的释放受到严格调节,以防止生理条件下的持续血栓形成。粘附的血小板和受损的血管壁可通过释放 PDI 促进血栓炎症。除了 PDI,磷脂酰丝氨酸 (PS) 暴露(外化)也可以直接促进 TF 依赖性纤维蛋白的形成,如下所述(图 1)。
EVS 释放和 PS 暴露
活化的血小板和血小板衍生的细胞外囊泡 (EVs) 是 COVID-19 免疫血栓形成的标志物和中枢介质。需要住院治疗的 COVID-19 患者的血小板衍生 EVs 水平高于不需要住院的患者。血小板来源和内皮来源的 EVs 负责 NETs 形成和内皮细胞死亡。血小板衍生的 EVs 诱导的 NETs 的稳健形成进一步增强了免疫血栓形成。此外,COVID-19 患者血浆中 TF+ EV 水平升高与凝血酶生成、呼吸系统疾病的严重程度和死亡风险有关。
MP(一种 EV)被磷脂双层膜包膜并从凋亡或活化的细胞中释放出来。微血管系统内的细胞因子诱导血细胞和 ECs 凋亡,导致 MP 的释放,从而发挥促凝作用。此外,SARS-CoV-2 激活的血小板是促凝 MP 的主要来源。几项研究提到,病毒激活的血小板释放的 MP 会导致强烈的 NET 形成和炎症反应。强有力的证据表明,由于暴露于 PS,MP 是促凝物。IV 型 P 型 ATP 酶 (P4 ATP 酶) 是将特定脂质 (PS) 从膜双层的内小叶运输到外小叶的翻转酶。跨膜蛋白 16F (TMEM16F) 和 Xk 相关蛋白 8 (Xkr8) 是参与 PS 转运过程的两种加扰酶。MP 上的 PS 通过 caspase 依赖性 Xkr8 激活和钙依赖性 P4-ATP 酶失活移动到外层,这称为 PS 外化。PS 为凝血因子 V 和 VIII 提供结合位点。TMEM16F介导的 PS 在单核细胞表面的外化触发 caspase-11 和 gasdermin D 通路,调节 TF 的凝血活性并促进携带 TF 的 MP 的释放(图 2)。MP 释放和 PS 外化是 COVID-19 相关肺凝血病的主要驱动因素。首先,随着疾病严重程度的恶化,更多种类的凋亡细胞释放 MP,包括红细胞、血小板、单核细胞/巨噬细胞和 EC。MP 上的 PS 是人类凝血系统的有效调节剂。其次,PS 通过解密 TF 来启动外源性凝血途径。PS 通过为这些凝血因子提供支架来提高 tenase 和凝血酶原酶复合物的催化效率(图 2)。循环中血小板衍生的 MP 升高与血栓栓塞并发症的风险增加相关,导致 COVID-19 的严重程度和死亡率增加。COVID-19 患者血液样本中 PS+ 外周血单核细胞 (PBMC) 的数量异常高,并成为与疾病严重程度密切相关的新参数。与无血栓形成的患者相比,发生血栓栓塞事件的 COVID-19 ICU 患者血小板 PS 外化显著增加,这是一种凋亡标志物,表明静脉血栓栓塞与 PS 外化之间存在联系。
图 2 MP 和 PS 参与凝血的机制。(A) 高水平的细胞因子诱导血细胞凋亡,ECs 释放 MP(主要来源于血小板),并发挥促凝作用。(B) 在细胞凋亡和活化的情况下,PS 暴露在 MP 上,然后通过凝血级联反应参与凝血 (C) Caspase 依赖性 Xkr8 激活和钙依赖性 P4-ATP 酶失活是 PS 外化的原因。(D) TF 的凝血活性和携带 TF 的 MP 的释放需要 caspase 依赖性 gasdermin D 介导的 PS 外化。ECs,内皮细胞;MPS,微粒;PS,磷脂酰丝氨酸;Xkr8,Xk 相关蛋白 8;TF,组织因子。
补体激活
SARS-CoV-2 通过经典和凝集素通路激活补体级联反应。补体系统是炎症和血栓形成的主要因素。C3a 和 C5a 募集并激活中性粒细胞和单核细胞以释放促炎细胞因子 (IL-6、IL-8)。C5a 可以上调中性粒细胞和 EC 上 TF 的表达,进而发挥促凝作用。C5a 还可以通过增加肥大细胞和嗜碱性粒细胞释放纤溶酶原激活物抑制剂 1 (PAI-1) 来抑制纤维蛋白溶解。在体外系统中,COVID-19 患者的血浆以 C5a 依赖性方式诱导补体激活以触发 NETosis。膜攻击复合体 (MAC) 诱导 EC 主动分泌 vWF 并组装凝血酶原酶复合体。炎症途径和促血栓形成机制之间的多个以补体为中心的互连协同作用以抑制病原体。补体因子 (C1q 和 C3) 和 MAC 可以激活血小板。反过来,血小板为补体激活提供表面,并通过与补体结合来增强中性粒细胞的炎症功能。此外,血小板以 C3 和 GP Ibα 依赖性方式捕获病原体,将它们转运到抗原呈递的树突状细胞,从而启动适应性免疫应答。补体因子 (C5b-9 和 C4b) 和 MASP2 显示在重症 COVID-19 患者的肺微血管中。根据尸检结果,在严重 COVID-19 的情况下,补体与微血管闭塞有关(图 1)。
纤溶抑制
当血栓发生在血管内膜时,ECs 可以表达纤溶酶原激活剂,包括 t-PA 和 u-PA,从而有助于内源性纤维蛋白溶解物质的产生。活化的 EC 还可以产生 PAI-1,它拮抗 u-PA 和 t-PA,从而维持纤溶平衡。但炎症会导致 COVID-19 患者出现低纤溶状态。研究表明,低水平纤溶酶原与炎症标志物(CRP、降钙素原和 IL-6)显著相关。炎症本身可以促进 t-PA 和 PAI-1 从 ECs 中局部释放,这表明 PAI-1 水平升高可能比 COVID-19 患者同时出现的 t-PA 水平升高对纤维蛋白溶解的影响更大。此外,凝血酶激活纤维蛋白溶解抑制剂 (TAFI) 和 PAI-1 水平升高超过了 u-PA 和 t-PA 的作用,从而导致纤溶功能的抑制(图 1)。
炎症与凝血之间的串扰
炎症和凝血之间的串扰主要取决于 3 种凝血因子:TF、凝血酶和 FXII。除了促进凝血外,TF 还通过 G 蛋白偶联蛋白酶激活受体 (PAR) 启动炎症通路,PAR 在 EC、血小板和白细胞上差异表达。PAR 的激活会启动多种炎症信号,包括细胞因子和生长因子,从而诱导粘附分子的表达。TF 是凝血激活的关键触发因素,导致其在循环血液中暴露的初始事件推动了炎症和凝血之间不断升级的反馈回路。如果血栓炎症失去了自然的刹车,可能会导致压倒性的血栓形成和炎症损伤。凝血酶的部分促炎作用是由 ECs 刺激介导的。凝血酶主要通过 PAR1 蛋白水解激活 EC,并诱导 P-选择素表达增加和 Weibel-Palade 小体动员。凝血酶裂解血小板上的 PAR,触发颗粒内容物的释放,如 ADP、CD40 配体和多种促炎介质。凝血酶还刺激血小板,这似乎可以增强中性粒细胞向局部内皮损伤部位的快速有效募集。凝血接触系统的激活还可以释放促炎介质,包括缓激肽 (BK) 。接触系统的蛋白质(FXII,高分子量激肽原 (HK) 和血浆激肽释放酶 (PK))可以在细胞表面组装形成复合物,该复合物与细胞表面携带的可溶性接触激活剂(包括多聚 P)结合,导致 FXII 激活。反过来,FXIIa 通过内源性凝血途径触发血栓形成。FXIIa 还可以激活 PK,并从 HK 生成 BK。BK 及其活性代谢物 Des-Arg 9-BK 发挥促炎作用。
长期 COVID
长期 COVID 或急性 COVID-19 后综合征 (PACS) 是世界范围内出现的一种综合征,其特征是 COVID-19 的体征和症状在感染后持续超过 4 周。长期 COVID 的症状主要包括疲劳、呼吸困难、运动耐量降低、胸痛和血栓并发症。大约 10% 的 COVID-19 患者在感染后 4 至 12 周后出现持续或复发和缓解症状。研究表明,4.5%-36.6% 的 COVID-19 患者在感染后 3 个月以上仍有症状。在感染期间需要住院治疗的患者中,这一百分比高达 76% 。一项针对 163 例未接受出院后血栓预防的患者的单中心报告发现,出院后 30 天血栓形成的累积发生率为 2.5%,包括肺栓塞和缺血性卒中等。出院后 6 周随访评估 d-二聚体水平和静脉超声的前瞻性研究表明,8% 的 COVID-19 患者在出院后接受血栓预防。目前,疫苗接种是治疗严重 COVID-19 症状的最有效预防措施。自 COVID-19 疫苗推出以来,已经开展了全球疫苗接种运动。研究表明,至少接种一剂 COVID-19 疫苗可显著降低 ICU 住院和低氧血症的风险,但不能降低长期 COVID 的某些结果。接受两剂疫苗(即 BNT162b2 辉瑞/BioNTech、mRNA-1273 Moderna 或 Ad26.COV2。S Janssen) 与大多数结局的较低风险相关。一些研究还表明,感染前接种疫苗只能在疾病的急性期提供部分保护,但不能减少 SARS-CoV-2 感染(可能包括血栓形成)的长期后果。因此,我们将重点关注 Long COVID 的血栓栓塞并发症,这可能会对 COVID-19 患者造成严重后果。
尽管人们对 Long-COVID 的认识不断提高,但其潜在的病理生理机制仍然不清楚,并且可能与几个因素相关。提出的原因包括挥之不去的病毒、慢性炎症或微小血栓。长期 COVID 可能是由多种因素共同引起的。在下一节中,我们总结了长期 COVID 血栓形成的可能机制,包括内皮病变、凝血异常和持续炎症。
在 COVID-19 的急性期,除了介导炎症免疫反应外,SARS-CoV-2 还可以通过与 AEC2 结合直接破坏 EC。内皮细胞的损伤导致内皮活化、屏障功能丧失和通透性增加,然后是微血管渗漏。内皮损伤可诱导弥漫性和全身性内皮功能障碍,并激活多种免疫介导的炎症途径和血栓形成,从而导致严重的多器官受累,随后死亡率增加。在 EC 中也检测到 SARS-CoV-2,并且在因 COVID-19 入院的患者中可以发现循环内皮细胞(CEC,血管损伤的生物标志物)水平升高。然而,即使不再检测到 SARS-CoV-2,一些病理过程仍然存在。在很大一部分恢复期患者中观察到内皮病变和凝血标志物升高,表明感染可能诱发慢性凝血病、内皮炎和微血管病变,并伴有微血栓形成。
内皮损伤和功能障碍
在对内科病房或重症监护病房 (ICU) 入组的 COVID-19 患者的研究中,显着的内皮功能障碍在 6 个月的随访中逐渐改善,但与健康对照相比仍然受损。从 COVID-19 中康复的患者的 CEC 水平升高,这可能是由活化的 T 淋巴细胞相关细胞因子驱动的。此外,CEC 上 ICAM1 、 SELP 和 CX3CL1 的表达增加可能表明来自血管损伤部位的 ECs 处于促炎和促凝状态。在一项对 50 名 SARS-CoV-2 感染患者的研究中,在不需要住院治疗的患者中观察到最高水平的可溶性血栓调节蛋白 (14.4 ng/ml),这表明恢复期持续的内皮病变并不仅限于表现出严重 COVID-19 的患者。在感染后阶段,COVID-19 患者血流介导的外周动脉扩张显着减少,表明存在内皮功能障碍。评估 SARS-CoV-2 感染后 3-4 周血管功能的横断面研究表明,SARS-CoV-2 阳性参与者的全身血管功能显着下降,动脉硬度增加。总体而言,这些研究的结果表明,持续性内皮病变在 COVID-19 的恢复期很常见。正常内皮通过表达抗血小板和抗凝物质来阻止血小板聚集和纤维蛋白凝块形成以及抑制凝血蛋白的粘附,从而在预防血栓形成方面发挥重要作用。先前已经证明,内皮功能障碍与血栓形成风险增加有关。因此,长期 COVID 血栓形成可能继发于内皮损伤和随后的内皮功能障碍。
内皮活化和凝血异常
最近的研究表明,在恢复期 COVID-19 患者中通常观察到持续的内皮活化。特别是,几组报告了急性感染后 4-12 个月 COVID-19 患者的内源性凝血酶电位 (ETP) 和 D-二聚体水平持续升高。在恢复期 COVID-19 患者中也观察到凝血酶峰值显着升高和达到凝血酶形成峰值的时间更短。有趣的是,中间单核细胞的百分比与 ETP 升高和凝血酶峰值有关。在一组恢复期患者中,血浆 FVIII:C 水平仍显著高于对照组。在同一项研究中,ADAMTS13降低以及 vWF:Ag 水平升高意味着 COVID-19 康复患者的 vWF:Ag/ADAMTS13 比率显着增加。研究表明,血小板活化标志物在出院后 2-3 个月恢复正常。值得注意的是,与健康对照相比,循环 NETs 生物标志物在感染后 4 个月左右恢复到正常水平。脉管系统中的一系列复杂事件,包括内皮活化、NET 形成、vWF 分泌以及血细胞粘附和聚集,共同介导免疫血栓形成。因此,恢复期持续的 EC 激活和促凝物质的增加可能与长期 COVID 血栓栓塞并发症有关。
持续性炎症
研究人员在病毒从呼吸道清除后的几个月内,在身体的外周器官,尤其是肠道中发现了 SARS-CoV-2 的证据。急性症状消失后数周至数月,可在中枢神经系统、肠道和次级淋巴器官中检测到病毒 RNA 和蛋白抗原 。残留抗原可能会激活 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞,从而导致持续性炎症。长期 COVID 患者的促炎标志物水平仍然升高。急性期升高的标志物(包括 CRP 和 IL)可能在发病后 6 个月或更长时间内保持高水平。在 COVID-19 的早期恢复阶段,继续发展 PACS 的患者通常具有更高水平的炎症生物标志物,包括 TNF-α 和干扰素诱导蛋白 10 (IP-10)。PACS 患者具有炎症状态,其特征是 TNF-α、IL-6 和 IL-13 上调,IP-10 水平降低。长期 COVID 患者组的 IL-17 和 IL-2 水平较高,而无后遗症的患者的 IL-10 、 IL-6 和 IL-4 水平较高。PACS 的临床表现与 SARS-CoV-2 感染诱导的持续性促炎表型相关。我们已经详细说明了炎症如何触发凝血级联反应的激活,最终导致凝血酶介导的纤维蛋白生成和 COVID-19 急性期阻塞性凝块形成。因此,全身炎症也可能与长期 COVID 血栓形成有关。长期全身炎症的存在表明,抗炎药不仅在感染的急性期有用,而且在长期 COVID 中也有用。
治疗策略
抗病毒治疗
由 SARS-CoV-2 引发的过度炎症反应会导致免疫血栓形成,因此 COVID-19 患者需要早期有效的抗病毒疗法来防止血栓形成。自发现以来,Omicron 变体的流行率迅速增加。与 Delta 相比,Omicron 出现严重后果的风险显著降低,在更严重的终点发生严重后果的风险降低幅度更高。目前正在研究的抗病毒单克隆抗体包括 molnupiravir、sotrovimab 和 casirivimab-imdevimab。Molnupiravir 对仓鼠和人类细胞模型(体内)中的 Alpha 和 Beta 变体有效,在体外研究中对 Delta 和 Omicron 有效(无体内数据)。Sotrovimab 保留了对 Omicron 的活性,但需要更高的浓度来中和病毒。Casirivimab-imdevimab 对 Omicron ba1variant 缺乏疗效 。因此,不再推荐将 casirivimab-imdevimab 用于 COVID-19 治疗,除非确认感染了早期的 SARS-CoV-2 变体。
抗凝治疗
一项大规模观察性研究表明,依诺肝素的预防剂量可以提高 COVID-19 住院患者的插管率和生存率。在针对 COVID-19 住院患者的大型随机对照试验中,接受预防剂量抗凝治疗的患者发生 VTE 的发生率为 6% 至 10%,接受治疗剂量的抗凝治疗患者的发生率为 4-8% 。在一项针对 803 名 COVID-19 住院患者的前瞻性研究中,由疾病严重程度、体重和 D-二聚体水平共同决定的抗凝剂剂量增加与死亡率降低有关。在另一项针对 4,389 名 COVID-19 患者的观察性研究中,分析表明,与抗凝治疗中的预防性给药相比,治疗性益处更明显。在非危重症 COVID-19 患者中,与血栓预防相比,肝素治疗剂量的肝素抗凝治疗增加了存活至出院的可能性,并减少了心血管或呼吸器官支持的使用。这些证据表明,治疗剂量的抗凝治疗在增加出院的可能性和降低死亡率方面优于预防剂量的抗凝治疗。然而,最近的研究并不支持在 COVID-19 危重患者中使用高剂量抗凝治疗(治疗剂量或全剂量抗凝治疗)。抗凝治疗的疗效取决于治疗开始的时间。随着疾病的进展,由于炎症与凝血级联反应的相互作用,抗凝治疗效果可能不令人满意。全剂量抗凝治疗不能逆转晚期已建立的疾病过程(血栓形成)。 此外,血栓形成会导致凝血因子的消耗,而全剂量抗凝治疗反之会加重出血风险。因此,早期给予治疗剂量的抗凝治疗可有效降低血栓形成的发生率。COVID-19 患者出院后的预防性抗凝治疗仍存在争议。然而,出院后预防性抗凝治疗对 VTE 高危患者有益。在因 COVID-19 住院后出院的 VTE 高危患者中,与未延长的血栓预防相比,利伐沙班 10 mg/天持续 35 天的血栓预防改善了临床结局 。
血栓形成事件被认为是 COVID-19 死亡的主要原因,目前的指南建议使用肝素进行血栓预防和抗凝治疗。肝素,包括普通肝素和低分子肝素 (LMWH),可与抗凝血酶 (AT) 结合,并增强 AT 对 FXa 和凝血酶的抑制作用。越来越多的证据表明,肝素可以通过多种方式调节炎症反应,包括抑制选。最近的研究解决了肝素和 SARS-CoV-2 之间的关系,考虑了肝素是否直接与 SARS-CoV-2 的 S 蛋白结合,并发挥直接的抗病毒作用。
在 COVID-19 中,FXII 是一个有吸引力且合理的治疗靶点。FXII 可诱导 BK 激活,从而导致下游补体激活和炎性细胞因子的产生。FXII 抑制剂阻断 NETs 介导的接触激活(内在)凝血途径,并具有抗炎作用。最先进的 FXII 抑制剂是全人源或人源化单克隆抗体(包括 3F7)。另一个潜在的治疗靶点是 FXI,FXI 抑制剂包括 IONIS416858、bay1213790、MAA868 等。用于治疗静脉血栓形成的高剂量 IONIS416858(一种靶向 FXI 的 ASO)优于依诺肝素,而不会增加出血风险。直接口服抗凝剂 (DOACs) 直接抑制凝血酶或 FXa 以达到抗凝作用。FXa 抑制剂利伐沙班已被证明可以预防心血管疾病患者的缺血事件,还可以减缓已确诊动脉粥样硬化的进展。在心房颤动患者中,口服利伐沙班抗凝药可降低血浆 IL-6 和 CRP 水平。与标准预防性抗凝治疗相比,利伐沙班 30 天改善了 COVID-19 住院患者的临床结局和 d-二聚体水平升高。与 LMWH 相比,使用 FXa 抑制剂(主要是阿哌沙班)在预防 COVID-19 患者的血栓并发症和降低出血风险方面也发现了有希望的结果。关于凝血酶抑制剂达比加群用于 COVID-19 抗凝治疗的研究报道相对较少。与华法林相比,DOAC 具有更广泛的治疗指数,不需要定期监测。DOAC 与全身性血栓栓塞事件和颅内出血的风险较低相关。此外,在过度抗凝的情况下,DOAC 诱导的出血可以逆转。然而,由于 DOAC 价格高昂,因此并不是一种普遍接受的方法。考虑到 PS 在 COVID-19 血栓形成中的作用,它可能是新兴疗法的有效靶点。乳脂球蛋白乳粘蛋白已被证明与 FV 和 FVIII 竞争 PS 结合位点,并降低体外促凝血活性和小鼠出血模型中的凝血,因此可能是抑制血栓形成的潜在疗法。
t-PA 用于溶栓(通常在肝素治疗失败后)、抢救重症患者或预防可能的血栓形成。考虑到纤溶治疗的不良事件很少,早期和局部应用 tPA 结合针对细胞因子和趋化因子的准确抗炎干预措施,可以提高严重 COVID-19 伴 ARDS 患者的生存率。对于没有 ARDS 或其他严重并发症的 COVID-19 患者,纤溶治疗可以显着改善预后。目前,病例报告和病例系列表明,t-PA 对严重的 COVID-19 ARDS 患者具有显着疗效,PaO2/FiO2 改善且无出血并发症 。在最近的一组病例中,5 例严重低氧血症 (PaO2 <80 mmHg) 和 d-二聚体大于 1.5 μg/mL 的 COVID-19 患者,接受溶栓治疗(25 mg t-PA 静脉注射 2 小时,接下来 22 小时连续输注 25 mg)和随后持续输注肝素,显示需氧量改善,3 例患者在 t-PA 注射后避免机械通气。在另一项研究中,3 名接受 t-PA 治疗的严重 COVID-19 呼吸衰竭患者呼吸状态出现短暂改善,1 名患者获得了持久反应。
抗血小板治疗
活化的血小板是 MP 的重要来源之一,它们在 COVID-19 凝血中的重要作用已逐渐得到证实。三类药物可用作抗血小板治疗。第一类是阿司匹林,它不可逆地灭活血小板环氧合酶-1 (COX-1),从而有效阻止血小板激动剂血栓素 A2 (TXA2) 的产生。抑制血小板活化的第二类药物是 P2Y12 受体拮抗剂(包括氯吡格雷等)。P2Y12 是血小板上的主要 ADP 受体,ADP 与血小板上的 P2Y12 受体结合,促进血小板聚集和激活。最后一类药物是 FDA 批准的 PAR1 拮抗剂 (vorapaxar)。除了由于抑制血小板聚集而具有抗血栓形成活性外,双嘧达莫还被证明具有抗病毒、抗炎和抗氧化特性。目前正在进行一项临床试验,以评估双嘧达莫对 COVID-19 患者的影响。
观察性研究表明,住院前接受抗血小板治疗的 COVID-19 住院患者的死亡率较低。在对倾向匹配的 COVID-19 患者群体(包括年龄、性别、高血压、糖尿病、肾功能衰竭和有创通气)的多变量分析中,阿司匹林的给药与较低的院内死亡风险相关。COVID-19 住院期间的抗血小板治疗降低了死亡风险,并缩短了机械通气的持续时间,同时又不增加出血风险。抗血小板治疗还改善了严重呼吸衰竭 COVID-19 患者的通气/灌注比,其机制是调节巨核细胞功能和血小板粘附,以及预防和干预肺毛细血管血栓形成。
瞄准网络
NETs 的靶向组分被认为是 COVID-19 的潜在干预措施,其中最著名的是 Cl-脒,一种蛋白-精氨酸脱亚胺酶 4 和 NE 抑制剂 sivelestat (ONO-5046) 。Cl-脒被证明可抑制 SARS-CoV-2 感染的健康中性粒细胞和 COVID-19 患者的血液中性粒细胞中的 NET 释放。Sivelestat 可以改善 ARDS 患者的肺功能和血氧饱和度。新一代 NE 抑制剂(Lonodelestat、Alvelestat、CHF6333 和 Elafin)目前正在进行临床试验。外源性重组脱氧核糖核酸酶 1 已被证明可在体外降低血浆中游离 DNA 和 NET 的浓度,是一种很有前途的治疗选择。重组人 (rh)DNase 1 的处理与肺 DNA-MPO 复合物的减少以及氧合的改善有关。
除了将 NETs 作为治疗靶点外,血小板还可以促进 NETs 形成,血小板衍生的 HMGB1 被认为是动脉和静脉血栓形成的关键分子。用 BoxA 抑制 HMGB1 可减少血栓负荷、深静脉血栓形成并改善缺血性卒中的。此外,来自病毒激活血小板的 EV 是有效的内源性危险信号,阻断 C 型凝集素是减弱病毒诱导的 NETs 形成和凝血病的一种有前途的策略。靶向血小板-中性粒细胞与抗 P-选择素或 PSGL-1 抗体的相互作用可能是关于血小板介导的 NETs 形成的一种有趣方法。Crizanlizumab 是一种针对 p-选择素的单克隆抗体,目前正在研究用于治疗 COVID-19 相关血管疾病。对 COVID-19 中 NET 形成机制的更多研究可能为新的治疗方法铺平道路。
抗炎治疗
单独的抗凝治疗不能解决炎症驱动的血栓形成。因此,COVID-19 患者通常需要联合治疗。此外,针对炎症预防血栓形成不会影响止血平衡,并避免了现有治疗方法的出血风险。Anakinra 是一种重组人 IL-1 受体拮抗剂。在一项对大约 600 名有呼吸衰竭风险的 COVID-19 肺炎患者的研究中,阿那白滞素显着提高了生存率并缩短了住院时间。最近的荟萃分析表明,C 反应蛋白血清浓度大于 100 mg/L 的 COVID-19 患者从阿那白滞素治疗中受益最大。在其他试验中,可溶性尿激酶纤溶酶原激活物受体 (suPAR) 的水平用于确定早期患严重 COVID-19 的风险,并且发现阿那白滞素可显着减少进展为严重呼吸衰竭和 30 天死亡率 。托珠单抗是一种靶向 IL-6R 的人源化单克隆抗体,是一种常用于治疗慢性类风湿性关节炎的免疫抑制药物。在住院的 COVID-19 患者中,IL-6 受体拮抗剂 (IL-6RA) 治疗降低了全因死亡率。IL-6RA 最明显的受益者是接受呼吸支持的 COVID-19 患者,包括无创通气和有创机械通气。抗 TNF-α 治疗与较低的住院率和减少严重 COVID-19(入住重症监护病房或死亡)相关。然而,这些炎症介质在宿主防御中起着至关重要的作用。因此,必须在抑制细胞因子风暴和减少对病原体的防御的潜在益处之间权衡风险。
抗补体治疗
在 COVID-19 患者的血浆中观察到几种补体因子(C3 和 C5)水平升高,这些因素与疾病严重程度相关。在一项非随机临床试验中,依库珠单抗(一种 C5 抑制剂)显着改善了重症 COVID-19 患者的 15 天生存率和氧合。C3 抑制剂 AMY-101 已用于 COVID-19 患者,目前正在多项临床试验中进行评估。Narsoplimab(一种抗 MASP-2 的抗体)抑制凝集素途径,并在一项针对 COVID-19 患者的小型研究中显示出疗效(表 1)。
表 1COVID-19 患者的预防和治疗策略。
结论
COVID-19 大流行带来了前所未有的挑战。本文总结了炎症如何触发凝血级联反应的机制,对凝血与炎症系统之间的相互作用有了更细致的理解,炎症可以靶向预防和治疗 VTE,并减弱过度炎症和促血栓形成状态。越来越多的证据表明,抗炎疗法在 COVID-19 中起着有益的作用。然而,抗炎治疗的一个重要考虑因素是平衡减轻细胞因子风暴的益处和免疫抑制阻碍病毒清除的风险。在晚期危重患者中,炎症和凝血级联反应之间的正反馈回路导致血栓形成和凝血因子耗竭,这是抗血栓治疗无法逆转的。因此,早期抗血栓治疗可以减少不良结局并改善 COVID-19 患者的预后。
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