XIII因子缺陷综述

凝血XIII因子综述摘要：遗传性凝血XIII因子缺点是一种罕见的出血性疾病，能够出现在新生儿脐带出血、延迟性软组织挫伤、粘膜出血和威胁生命的颅内出血，还会引发创口不易愈合和习惯性流产。凝血XIII因子通过催化纤维蛋白在血小板表面和基质蛋白上形成交联纤维蛋白，稳固血栓的形成，因此在止血的过程中发挥重要的作用。凝血XIII因子缺点的分子基础体现出高度异质性的特性，这种异质性造成了该疾病不同的临床体现。根据现在的文献报道，有超出60种的凝血XIII因子基因突变被确认。另外，单一核苷酸多态性，有些会影响凝血XIII因子的活性，加剧了异质性，使得病人出现不同严重程度的临床体现。尽管病人有终身的出血风险，但只要进行恰当的防止性治疗（现在可用的治疗有冷凝蛋白质和FXIII因子浓缩制剂），病人的预后是非常好的。核心词：出血异常、血液凝固、凝血XIII因子，凝血XIII因子缺点、纤维蛋白稳定因子、谷氨酸转移酶原。介绍：在进一步研究这个凝血因子的临床和生化特性之前，在早期的文献中，凝血XIII因子根据其最初文献[1，2]发现的功效被命名为纤维蛋白稳定因子（FSF）。然而现在我们发现，凝血XIII因子不仅能对纤维蛋白产生交联作用，也能对血小板、血管基质、内皮细胞和单核细胞上的蛋白质产生交联作用。凝血XIII因子在血小板和血管床中，在止血、血栓形成和伤口愈合方面发挥了重要的作用。尽管本文只要关注凝血XIII因子与血浆中蛋白之间的互相作用，很明显是细胞内的，特别是血小板盒血管床内的凝血XIII因子在止血中的作用同样重要。在血浆中循环的凝血XIII因子是一种转谷氨酰胺酶原，由两个活性亚单元A（FXIIIA2）和两个非活性亚单元B（FXIIIB2）非共价结合构成的四聚体复合物。血浆中的亚单元B首先被发现，现有游离的亚单元B，也有以四聚体复合物的形式存在。然而在细胞内的FXIII以亚单元A的同型二聚体（FXIIIA2）形式存在。本文讨论的多个类型的FXIII的定义在下面的table1.中列出。Table1.FactorXIII命名方式.PlasmaFXIIIFXIII-A2B2CellularFXIIIFXIII-A2FXIIIsubunitAmonomerFXIII-AFXIIIsubunitAdimerFXIII-A2FXIIIsubunitBmonomerFXIII-BFXIIIsubunitBdimerFXIII-B2InactiveintermediateafterthrombincleavageFXIIIa¢Ca2+activatedFXIIIFXIIIa*细胞内FXIII-A2的底物涉及肌球蛋白、肌动蛋白、粘着斑蛋白和丝蛋白，提示FXIII在血小板粘附聚集和收缩过程中对细胞支架的变化发挥了重要作用。在单核细胞和巨噬细胞中，FXIIIA2增进Fcγ和补体受体介导的细胞吞噬作用，FXIII因子缺点的病人被证明在这些活动（血小板粘附聚集收缩和细胞吞噬）中的功效缺损[3]。创伤愈合的鼠科模型也证明了细胞内FXIIIA2在白细胞变形和组织修复过程中的重要作用。近来在FXIII敲除的小鼠上诱导梗死后心肌修复的研究显示白细胞在损伤区域的趋化、吞噬功效以及蛋白酶活性严重下降[4]。最后，FXIIIA2在胎盘的生成，特别是迷路层，证明FXIIIA2在维持附属在子宫的胎盘的完整性方面发挥了重要的作用[5-7]。FXIII缺点的女性为避免大出血随着微血管的出血，无疑是流产和胎儿丢失的重要因素之一。本文关注FXIII缺少（A或B亚单元）引发的出血异常。但仍然有许多东西需要学习。例如，细胞内A2亚单元与血管床完整性之间的关系，结缔组织和炎症以及全部在止血和愈合中起到重要作用的因素。历史：1944年，Robbins[1]发现在钙离子和一种未知的血清因子的作用下血浆形成不可溶的纤维蛋白。Laki和Lorand确认了Robbins的发现，推断这个因子是一种血浆蛋白并命名为FSF[2]（纤维蛋白稳定因子），后来又出现好几个名字，涉及Laki–Lorand或L–L因子、血纤维交联酶、转谷氨酰胺酶原和纤维蛋白多聚酶。1963年，国际血液凝固因子委员会正式指定FXIII为最后的名称，Muszbeketal.[8]。近来出版了多个类型的FXIII的命名法，方便统一的缩写用于研究性出版物上。FXIII被发现后，Muszbeketal.[8]，临床上发现了第一例FXIII缺少的病人。1960年，Duckert评定了一名有严重出血素质的瑞士男孩，其唯一异常的凝血测试成果是血栓弹力图（TEG）和凝块溶解实验。这些实验至今仍然应用于临床，并能为有出血风险的病人的诊疗及其治疗的监测提供了很有价值的工具。Fig.1是一位FXIII缺点病人的TEG成果示例。治疗前最宽幅度较小，凝块的大小和强度快速下降，并且凝块溶解实验显示在5M的尿素中凝块溶解性增强了。给病人输注新鲜的冰冻血浆后，凝块溶解实验正常，病人的症状也减轻了[9]，随即又陆续发现了几例FXIII缺点的病人，均采用TEG和凝块溶解实验诊疗[10]。TEG模型正常人和XIII因子缺少的病人Fig.1：血栓弹力图（TEG）中XIII因子严重缺少的病人标本显示为白色，凝块大小下降并且在30分钟和60分钟溶解程度加强，绿色曲线为同一病人通过治疗（输注XIII因子凝集物），恢复正常。构造和功效：血浆XIII因子，异四倍体（FXIII-A2B2），在催化形成交联纤维蛋白的过程中发挥了必须作用。纤维蛋白在血小板和其它基质表面形成后，XIII因子使纤维蛋白形成交联的纤维蛋白，加强和稳定了血栓。在钙离子和纤维蛋白存在的状况下，凝血酶将XIII因子转化为激活的XIII因子（FXIIIa），如图Fig.2FXIII-A含有用于酶促激活的凝血酶剪切位和钙离子绑定位[11]，FXIII-A亚单位的基因编码位于染色体6p24–25，横跨160kb，由15个外显子和14个内含子构成，编码含有731个氨基酸的成熟蛋白质（Fig.3）[12]。Fig.2.血浆XIII因子异四倍体的激活Fig.3.FactorXIIIA:基因(F13A)和蛋白构造FXIII-A被分成活性多肽、β-sandwich、催化核心、b-barrel1和b-barrel2（Fig.3）。A亚单元的晶体构造在中心区域暴露出活性中心，活性中心由通过氢键互相作用的半胱氨酸314、组氨酸373和天冬氨酸396构成[14]。XIII因子激活的第一步，凝血酶切除XIII因子N端的激活肽（AP-FXIII），AP-FXIII由37个氨基酸残基构成，第37位的氨基酸为精氨酸，形成血浆FXIIIa’。在存在钙离子和纤维蛋白时，B亚单元从A单元上脱离下来，，造成构像的变化，从而使活性中心的半胱氨酸易于结合催化底物[11]（Fig.2）。激活的FXIIIA2催化生成交联纤维蛋白或其它目的蛋白（含有谷氨酸和赖氨酸的蛋白）。激活的XIII因子通过谷氨酸和赖氨酸共价连接成二聚体作用交联纤维蛋白，一种纤维蛋白分子上的Gln398与下一种纤维蛋白分子上的Lys406连接。聚合作用也出现在alpha链的Gln328,Gln366和Lys508（见Figs4和5）[15]。其活性位点包含Tyr-Gly-Gln-Cys-Trp序列中的半胱氨酸残基（Cys311）XIII因子也能与抗纤溶酶【16，17】和凝血酶激活的纤维蛋白溶解克制剂共价结合，进一步稳定血栓，使得血栓增强对纤溶酶水解作用的抵抗【16】。另外，XIII因子也能交联血浆和内皮细胞中的其它蛋白，涉及纤维连接蛋白、血管性血友病因子、粘连蛋白、胶原、凝固V因子、凝血酶敏感蛋白、纤溶酶原激活物克制剂1【11】。相反，凝血酶对细胞内的XIII因子激活中不发挥作用。当细胞内的钙离子水平升高又出现XIII因子目的底物时，血小板XIII因子将经历非水解性的构象变化，成为活性的XIII因子【18】。Fig.4.纤维蛋白原多肽Fig.5.纤维蛋白原多肽交联肝脏是FXIII-B生成的重要来源，然而，FXIII-A重要由造血细胞生成。早期证明亚B单元来源于肝脏的证据是器官移植和干细胞移植。Wolpletal.显示，肝移植后，受体的B亚单元表型变成了供体的表型，然而A亚单元表型不变。另外，只有骨髓移植后A亚单元的表型才会变为供体的表型【19】。FXIII-A2由巨核细胞和单核细胞在骨髓发展早期时生成。血小板含有全血中50%的FXIII。细胞内的FXIII-A2（非FXIII-B2）能够在血小板、巨核细胞、单核细胞、组织巨噬细胞和胎盘中发现。细胞内的FXIII-A2能够通过免疫化学办法与血浆中的FXIII-A2分辨，并且在释放入血浆时，能与FXIII-B2结合形成四聚体复合物。FXIII-B亚单元基因（F13B）位于染色体1q31–32.1，长度跨越大概28kb，由12个外显子和11个内显子构成，编码含有641个氨基酸的成熟蛋白(Fig.6)[20,21]。XIII因子B亚单元为10个串联糖蛋白-1（或称为Sushidomains）。B亚单元的重要功效就是在血浆的环境中稳定和转运疏水性的A2亚单元，从而延长FXIII-A2在循环系统的时间。尽管大量文献描述的是B单元减少A单元的降解和灭活，但其最核心的作用是将XIII因子固定在不停增加的纤维蛋白多聚体上，当凝血酶仍然保持活性时，开始启动交联的过程。B单元与纤维蛋白gamma链结合，使得XIII因子在纤维蛋白上定位并引发纤维蛋白聚合、交联和调节XIII因子的活性[22–25]。XIII因子缺点：先天性XIII因子有A亚单元缺点（2型XIII因子缺点）和B亚单元（1型XIII因子缺点）。B亚单元的基因突变引发的XIII因子缺点不是很常见（在报道的XIII因子缺点中不到5%）。在严重的A亚单元缺点中，血浆、血小板、单核细胞核胎盘中经常缺少A亚单元。严重的XIII因子缺点发病率为3-5百万分之一，并且为常染色体隐性遗传【16】。全部种族的人都有这种罕见的出血异常，病人常有近亲结婚史。在近亲结婚的家庭中，XIII因子缺点多为杂合性缺点[7,26–28]。1992年，Webbetal.[21]初次报道了因基因突变而造成的XIII因子缺点症。随着生物工程学的发展，现在已经报道了70多个A亚单元或B亚单元基因突变被鉴定，其中有67种A亚单元的错义或无义突变，占绝大多数(Table2)。如图Fig.7，基因突变出现在全部基因片段，重要集中在外显子3至14之间。完整的基因突变（错义、无义、剪切、插入、缺失）列表，在加迪夫医学基因研究所()人基因突变数据库和XIII因子等级数据库网站(http://13-database.de)上能够找到。Table2.FactorXIII-Amissense/nonsensemutations.ExonAminoacidchangeReferences3Asn60LysAnwarRetal.19953Arg77CysDuanetal.3Arg77HisPeyvandietal.3Glu102LysAnwar4Met159ArgSchroederetal.4Arg171StopStandenandBowen19935Gly210ArgVysokovskyetal.5Gly215ArgSchroederetal.6Leu235ArgBirbenetal.6Met242ThrMikkolaetal.19946Arg252IleMikkolaetal.19966Arg260CysIchinose19986Arg260LeuVysokovskyetal.6Arg260HisKangsadalampai19996Gly262GluOnlandetal.7Tyr283CysSourietal.7Ser295ArgAnwarRetal.7Val316PheOnlandetal.7Ala318ValVysokovskyetal.8Arg326GlnMikkolaetal.19968Arg326StopAnwar8Leu354ProAnwaretal.[28]9Trp375CysSchroederetal.9Arg382SerPeyvandietal.9Ala394ValIzumi19989Thr398AsnVysokovskyetal.9Gln400StopKangsadalampaietal.199610Arg408GlnAnwarRetal.199510Ser413LeuNiyaetal.199910Ser413TrpDuanetal.10Val414PheAslam199710Gly420SerKangsadalampaietal.[52]10Tyr441StopAnwar199511Gly501ArgBoard199312Leu498ProMikkolaetal.199612Asn541LysBirbenetal.12Gly562ArgTakahashietal.199814Leu660ProInbaletal.199714Arg661StopMikkolaetal.199414Leu667ProAslam199515Trp691StopAnwar15His716ArgSchroederetal.Fig.7.XIII因子A亚单元基因中选择性基因突变的图表，外显子用数字标明。基因突变的位置用箭头批示，不同类型的基因突变分别为：黑箭头表达错义突变、绿箭头表达无义突变、红箭头表达为剪切突变位点、黄色箭头为静默突变。现在为止，B亚单元仅发现有四种基因突变，并且他们引发的XIII因子缺点非常罕见。有极少数报道发现B亚单元载体蛋白的缺点，造成A亚单元的不稳定和降解，尽管细胞内含有功效正常的A亚单元（1型缺点）【16】。近来，报道了三例不相干的XIII因子严重缺点的病人，这些病人的肝实质细胞不能正常分泌切除顶端的B亚单元。这个变异来源于B亚单元基因的单切除，造成细胞内转运过程受损（由内质网向高尔基体转运）。XIII因子基因有若干个共同的单个核苷酸序列变异，它们编码了氨基酸置换突变。5个A亚单元的共同的基因编码多态性得到确认，它们分别是：Val34Leu,Tyr204Phe,Pro564Leu,Val650IleandGlu651Gln。Val34Leu变异是研究的最多的基因多态性，其氨基酸置换出现在激活多肽序列。三个氨基酸在凝血酶剪切位点逆向排列。这个基因多态性的发病率：欧洲白人大概为20%、美国比马人大概为40%、南亚人群大概为13%【29/30】。研究显示Leu34等位基因变异，在激活肽被凝血酶激活时，会增进加速激活肽的分裂【31】。另外，其它两个基因多态性Tyr204Phe和Pro564-Leu，与年轻的女性易发生出血风险有关联【32】。Tyr204Phe置换突变与习惯性流产有关【33】。Glu651Gln和Val650Ile多态性被研究的极少。有些研究显示，在不同的人群中，Leu34变异随着着心肌梗死的风险下降【34-36】。但其它科学家没有发现这种关联[37-40]。因此有关Val34Leu在冠心病中的作用的争论展开了，双方各有文献支持他们的论点。B亚单元也有共同基因多态性的现象：His95Arg是最为常见的，但至今为止也没有发现His95Arg对B亚单元的功效有什么影响。XIII因子的基因突变和多态性造成疾病体现的高度异质性。基因突变会影响单位的不同位点，如B亚单元的绑定部位和激活部位，这种基因异质性引发了XIII因子缺点病人的大部分临床体现。临床体现和疾病控制XIII因子缺点会引发严重的出血、自发性的颅内出血、习惯性流产和伤口难以愈合。先天性缺少XIII因子的病人的XIII因子水日常低于1%，并且有严重的出血倾向。杂合子病人经常XIII因子水平较低，但无临床症状。我们对杂合子XIII因子缺点疾病的理解，是基于近来来，在欧洲和国际上注册的病例的完整的数据【41,42】。早期的报道多为新生儿（出生后的几天）呈现脐带出血。脐带出血是特性性临床体现，在80%的病例中有发生【7】。先天性XIII因子缺少的颅内出血的发病率是25-30%，多于血友病A和B，并且也是死亡和残疾的重要因素。XIII因子缺点的病人能够正常的形成凝块，但在24-48小时后，凝块开始溶解，重要是由于形成凝块交联的程度很弱，造成延迟性出血。淤血、肌肉内出血、术后出血、粘膜出血和拔牙后出血也会发生。伤口愈合延迟和习惯性流产是XIII因子严重缺少的典型症状。XIII因子除了止血功效外，XIII因子还在血管形成过程中（伤口愈合和组织修复）【43】发挥作用。XIII因子缺点不仅增加了怀孕区间子宫出血的风险，还会在妊娠的前三个月引发细胞滋养层壳的形成，增加了胎盘早剥和最后流产的风险【44】。怀孕期间推荐直接输注因子与防止和手术前的给药方案明显不同（以下）。主动的解决能够造成足月儿的成功分娩。血友病的分级，即重度、中度和轻度，同样能够用于XIII因子，由于迄今使用的检测办法检测低限都在5%左右。在一种更加敏捷的办法广泛使用之前，检查和确认病人的最高等级出血风险是很困难的。固然，凝块溶解实验异常表明XIII因子的水平不大于等于1%，并且与新生儿脐带出血和10岁前颅内出血有很大的有关性。获得性XIII因子缺点更加普遍，缺点的因素是克制物造成的，经常有XIII因子的本身抗体结合并干扰XIII因子的功效。由于克制物的干扰，XIII因子缺点引发严重的出血并发症，在下列状况【7】会出现中度的出血症状。克制物的产生能够有某些药品引发，如异烟肼、盘尼西林和苯妥英钠（抗癫痫药品）等【45】。获得性XIII因子缺点也可由系统性红斑狼疮、白血病、严重的肝病、DIC和炎性肠炎等引发【45】。获得性XIII因子缺点的病人，XIII因子的水平多在正常人的50%-70%。这种类型的XIII因子缺点多发生在中老年人，这些人体现为自发的或创伤后的深部出血。治疗普通采用抗-CD20（利妥昔单抗）、类固醇类药品、高剂量免疫球蛋白静注、血浆置换法，普通都有不错的疗效，能够消除克制物。诊疗：XIII因子缺点的病人，实验室常规的实验PT、APTT、纤维蛋白原、血小板计数和出血时间都是正常的。第一例XIII因子缺点是由尿素凝块溶解实验发现的。在1%的一氯醋酸或5mol/L的尿素溶液中，如果XIII因子的浓度低于1%，凝块将被溶解。凝块溶解实验是唯一对XIII因子极低值（0或靠近0的值）敏感的实验，当XIII因子水平上升到1-3%时【7】，尿素溶解实验正常。如果尿素凝块溶解实验阳性，标本应当进行定量分析XIII因子的水平。在欧洲有四种定量检测试剂盒：1、BerichromFXIII(DadeBehring,Marburg,Germany)，2、REA-chromFXIII(Reanal,Budapest,Hungary)，3、PefakitFactorXIII(Pentapharm,Basel,Switzerland)，4、fluorometricassaydevelopedbyN-zymeBioTec(Darmstadt,Germany)。BerichromFXIII和REA-chrom均采用光学发检测在转谷氨酰胺酶反映的第一步中氨的释放。Pefakit采用一种胺类核素掺入法检测胺类共价交联一种蛋白底物。在文章Parameswaranetal【46/47】中描述了一种基于活化的XIII因子的异构肽活性的荧光光度法。正常的XIII因子活性为50-220%。血浆中5-30%的XIII因子足以防止自发性出血。到文章发表为止，只有Berichromassay获得了美国FDA承认并在美国被允许使用。基因遗传分析协助家族咨询、产前筛查和进一步的出血风险评定。实验室进行特殊的XIII因子突变分析的列表以下。解决：防止和出血传统的XIII因子缺点的治疗有冷沉淀和新鲜的冰冻血浆。由于内源性XIII因子的半衰期较长，大概是5-11天，采用新鲜冰冻血浆防止治疗的剂量为每4-6周予以10ml每公斤。采用冷沉淀的剂量为每3-4周予以1袋每10-20公斤【48】。普通而言，防止性治疗推荐用于有颅内出血史的病人。急性出血和再发性出血时的治疗，应当结合TEG、凝块溶解实验、出血的严重性和出血史，来拟定对每一位病人的给药的频率和剂量。现在在美国，大部分病