血小板線粒體功能研究進展

趙小霞

（南開大學附屬第四中心醫院檢驗科，天津 300140）

血小板是血液中的無核細胞，在出血與止血、血栓形成、損傷反應和免疫調節等過程中發揮作用。本文對線粒體在血小板的產生和相關功能中的關鍵作用及其與疾病的關系進行綜述。

1 血小板的發現及其作用

1865年，Schultze發現了血小板。1881年，Bizzozero闡明了血小板在止血和血栓形成中的作用。1890年，Howell首次觀察到了骨髓巨核細胞。1906年，Wright發現血小板來源于巨核細胞，確立了血小板生成理論。血小板體積?。?～4 μm），存活時間短（7～10 d），無細胞核，健康成人每微升血液中的血小板數量為（15～45）萬，且隨年齡和健康狀況而變化。血小板參與體內多個平衡過程，包括止血和血栓、傷口愈合、血管生成、免疫調節和炎癥反應[1]。

2 無核細胞——血小板

細胞核提供的基因圖譜可以翻譯任何需要的蛋白質，但哺乳動物的血小板無細胞核，因此不攜帶基因組遺傳物質。血小板體積小、易變形、高度敏感，易進入小血管，可快速、有效地分泌蛋白質，快速應激。每個血小板均攜帶大量的核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）生物信息，通過快速、有效的應答來發揮作用，止血可在數分鐘內即發生應答。與禽類低效的凝血供能比較，無核的特性提高了人類血小板的工作效率。血小板沒有核來源的RNA，其RNA可通過微泡從外部獲取，也可通過微泡將RNA信號傳遞給其他細胞，進而在細胞之間傳遞信息[2]。血小板在凝血、免疫應答及各種疾病中的作用都與微泡小分子核糖核酸（micro ribonucleic acid ，miRNA）有關系。血小板可以由12-脂氧合酶和磷脂酶A2-Ⅱ A介導，將miRNA、轉錄因子、線粒體轉運到中性粒細胞等細胞中[3]。因此，雖然血小板沒有細胞核，但其能夠與周圍環境相互作用，并產生有效應答。

3 線粒體在血小板功能和存活中的作用

為了快速應答應激和血管損傷，需要高效的能量和代謝功能。不同于紅細胞，血小板含有線粒體，線粒體與細胞核一樣，具有DNA、雙層細胞膜、細胞分裂周期等特點，在細胞周期中可以分裂。有研究發現，線粒體在能量產生和代謝中發揮著重要作用，是細胞進行有氧呼吸的主要場所，被稱為“細胞的發電站”[4]。線粒體的三羧酸循環和氧化磷酸化過程都參與了三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的生成，且線粒體還參與了除能量產生以外的許多其他過程，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生、鈣離子的動態平衡、凋亡調節和內質網應激反應。

健康的血小板一般包含5～8個線粒體，可以發揮代謝和活化血小板、產生ATP、調節細胞進程和活性等作用[5]。在多種疾病中，血小板受損嚴重會導致線粒體過早凋亡，因此保持血小板線粒體的健康至關重要。在各種有核細胞中，線粒體的更新周期為9～24 d。而無核細胞血小板的平均存活時間為7～10 d，可能是由線粒體的更新周期決定的；B淋巴細胞瘤-xL（B-cell lymphoma，Bcl-xL）可通過調節線粒體凋亡來決定血小板的存活時間[6]。有研究發現，腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）可促進巨核細胞基因重排，進而增加線粒體的數量和活性，這有助于分析與年齡相關的血小板的高反應性和血栓的形成[7]。

4 血小板線粒體DNA和蛋白質

無核細胞的線粒體是其唯一的細胞器。人類線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）為雙鏈、環形，大小為16 600 bp，mtDNA由37個基因組成，編碼13種重要的氧化磷酸化酶復合體亞單位、2種核糖體RNA（ribosomal ribonucleic acid，rRNA）和22種轉運RNA（transfer ribonucleic acid，tRNA）。mtDNA在線粒體中具有較多拷貝數，能夠獨立進行復制、轉錄、翻譯。線粒體有多種mtDNA復制模式，這與核復制是完全不同的，所以mtDNA拷貝數可用于間接評估線粒體功能[8]。完整的mtDNA能夠預防由mtDNA突變引起的線粒體肌病等線粒體相關疾病的發生[9]；有研究發現，血小板mtDNA甲基化可能與心血管疾病的病因有關[10]。線粒體有一系列蛋白質參與其作用，哺乳動物的線粒體包含約1 500種蛋白質。mtDNA參與編碼呼吸鏈復合物組成的大多數蛋白質，大部分線粒體蛋白質是由核編碼的，這些蛋白質在線粒體易位酶的輔助下，從細胞質進入線粒體。蛋白質被翻譯后會進入線粒體，線粒體蛋白質在細胞質中被合成為前體蛋白質，然后再被轉運到線粒體。每種蛋白質都有一個獨特的導入信號，引導其錨定到線粒體膜上，線粒體外膜上的蛋白質轉運體（translocator of outer mitochondrial membrane，TOM）負責將核編碼的線粒體蛋白質穿過線粒體外膜，線粒體內膜上的蛋白質轉運體（translocator of inner mitochondrial membrane，TIM）負責將其運送進線粒體基質，在此過程中，TIM 23發揮重要的作用。

5 線粒體和血小板的能量代謝

大多數的人類有核細胞含有數百甚至數千個線粒體，而無核細胞血小板一般僅有5～8個線粒體，但血小板在代謝方面很活躍，其代謝系統通過糖酵解和氧化磷酸化供能，糖酵解可提供60%～70%的細胞ATP，氧化磷酸化可提供另外30%～40%的能量。維持鈣離子動態平衡需要穩定的ATP能量供應，故ATP對于血小板功能非常重要?；罨难“逡部梢酝ㄟ^糖酵解來維持線粒體功能。血小板的這種利用糖酵解或脂肪酸分解代謝而不是氧化磷酸化的能力，能夠使血小板適應不同情況，滿足能量需求，從而在缺氧或存在線粒體抑制的情況下，仍可供能。當線粒體氧化磷酸化和糖酵解同時被抑制時，血小板聚集和其他代謝活動才會完全中斷。

6 線粒體和血小板活化

血小板黏附到暴露的血管內皮下基質時會被激活，并啟動凝血級聯。有研究發現，線粒體通過通透性轉換（mitochondrion permeability transition，MPT）、ROS生成增加和膜電位崩潰等在血小板活化中發揮作用[11]。血小板活化是由膠原、凝血酶和二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）等激動劑介導的，參與止血的調節，激動劑通過增加細胞內的鈣含量活化血小板。線粒體幾乎不會調節血小板中的鈣含量，但線粒體內鈣含量增加會促進磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）外翻，且不影響整合素的活化和顆粒釋放。鈣含量的增加也與線粒體ROS失衡和通透性轉換孔激活有關[12]。線粒體和細胞質中的鈣急劇增多會促進血小板活化，通過親環蛋白D（cyclophilin D，CypD）依賴機制使線粒體膜電位崩潰。由線粒體鈣介導的穩態失衡有助于進一步產生ROS和引發PS外翻，這些線粒體激活途徑也加快了血小板的凋亡。

7 線粒體和血小板凋亡

有研究發現，正常和異常刺激均可以誘導或抑制細胞凋亡，血小板凋亡的形態學特征包括胞膜起泡、細胞皺縮、PS外翻、偽足生成[13]。細胞凋亡有外在和內在途徑，前者通過激活細胞表面死亡受體活化，后者由Bcl-2家族的凋亡前體蛋白和抗凋亡蛋白與線粒體協調作用介導。血小板內有Bcl-2家族蛋白和血小板PS外翻等凋亡特征，提示血小板可能主要因激活內在的凋亡途徑凋亡。Bcl-xL是血小板存活的關鍵調控蛋白，負責抑制Bcl-2相關K蛋白和Bcl-2相關X蛋白這2種可破壞線粒體的促凋亡蛋白。有研究發現，Bcl-xL或Bcl-2相關K蛋白、X蛋白受損后會影響血小板的生存時間；Bcl-2家族蛋白的過表達可延長循環中血小板的存活時間，但小鼠體內Bcl-2的缺失并沒有影響血小板的生成或存活時間[14]。當血小板受到壓力或即將死亡時，Bcl-2相關K蛋白、X蛋白被激活，從而啟動線粒體途徑，釋放細胞色素c等線粒體成分，細胞質中細胞色素c的存在會觸發細胞凋亡半胱氨酸蛋白（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）級聯，該級聯以引發劑caspase-9開始，以效應劑caspase-3和caspase-7結束，從而切割數百個細胞內成分，并破壞幾個基本的細胞過程[15]。Bcl-2家族蛋白也參與了血小板的生成，抗凋亡家族成員B 淋巴細胞瘤因子2樣蛋白2（B-cell lymphoma 2 like protein 2，BCL2L2）參與人臍帶血中巨核細胞前血小板的形成[16]。

8 血小板線粒體在疾病中的作用

血小板表面的PS外翻可增強促凝血活性，因此凋亡的血小板誘發凝血的速度比正常血小板快50～100倍[17]。mtDNA復制過程中，多聚鳥苷酸（polyguanylic acid，PolyG）的保真度降低，mtDNA的突變率約為核DNA的100倍[18]。此外，mtDNA異質性的遺傳是隨機性的，有時子細胞中會留下相似但不完全相同的mtDNA副本。mtDNA異常和突變的風險增加，會阻礙ATP產生，并增強氧化應激。循環中的血小板mtDNA可提示某些疾病的發生[19]；線粒體功能也與年齡[20]和心血管疾病[21]、糖尿病（diabetes mellitus，DM）[22]、阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）和帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）[23]、膿毒癥[24]等與年齡有關的疾病相關。

動脈粥樣硬化和血栓形成所致的心血管疾病是DM患者死亡的主要原因。以急、慢性高血糖為特征的DM已被證實能促進血小板線粒體ROS的產生和活化；血小板也被認為是動脈粥樣硬化病變發展的主要參與者，其與單核細胞共同促進形成了動脈粥樣硬化的炎癥環境；2型DM會引起血小板ATP產生變化，增加線粒體ATP含量和血小板活性，在持續氧化應激下，血小板凋亡，ATP減少[25-26]，且抗血小板和高血糖控制治療可提高血小板的反應性[27]。保存血小板線粒體功能可能是另一種可以降低DM患者潛在致命血栓風險的方法[28]。

AD和PD都是嚴重的神經退行性疾病，與血小板線粒體功能障礙和血小板凋亡有關[23，29]。血小板膜上有大量的神經遞質轉運體，可將多巴胺、5-羥色胺等有效轉運至血小板內，且可通過單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）-B參與到神經遞質代謝當中，維持遞質體內平衡。血小板在結構和功能上與神經元相似，并富含與神經元和大腦相關的關鍵蛋白[30]。除大腦外，血小板中淀粉樣前體蛋白、突觸核蛋白和tau蛋白含量最高，循環中這些關鍵蛋白的表達與神經退行性疾病相關。AD患者的線粒體電子傳遞鏈，特別是細胞色素c氧化酶的活性，以及復合物Ⅳ的氧化代謝均受到抑制，且血小板線粒體加速氧化應激可導致線粒體損傷和血小板凋亡[31]。在PD中，線粒體電子傳遞鏈復合物Ⅰ～Ⅳ、α-突觸核蛋白、Parkin、DJ-1、PTEN誘導激酶1和富含亮氨酸重復序列激酶2基因有突變或缺陷[32]，其他相關的關鍵蛋白還包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸CoQ還原酶、輔酶Q10、線粒體電子傳遞鏈復合物Ⅰ和Ⅱ的電子受體以及神經遞質降解酶MAO-B[33]。在AD和衰老的發病機制中，其氧化應激誘導的線粒體損傷和凋亡與PD一致，血小板MAO可作為AD和PD發病的外周血生物學指標。有研究發現，PD患者血小板中氧化保護蛋白蛋氨酸亞砜還原酶B2水平降低，導致血小板凋亡加劇[34]。神經退行性疾病的發生再次證明了血小板線粒體的重要性，遺傳缺陷或環境壓力可以導致細胞凋亡和血小板過早死亡。

活化的血小板可分泌多種細胞因子和信號分子，直接或間接參與機體的免疫調控過程[35]。在敗血癥中，血小板線粒體的生物能會發生改變，導致器官衰竭[36]。血小板減少與感染性休克患者的死亡率增加有關[37]。血小板活性線粒體可引起炎癥反應[38]。

線粒體對血小板功能的重要性，以及線粒體功能障礙對糖尿病、PD和心血管疾病的影響的相關研究結果顯示，靶向血小板線粒體可以作為輔助療法。針對血小板線粒體代謝和凋亡的藥物可能有助于預防病理性血栓形成和其他疾病[39]。線粒體的基因組學和蛋白質組學提供了多個潛在的靶點，然而選擇性靶向血小板可能需要進一步與血小板靶向劑偶聯。

9 結語

線粒體不僅參與了血小板的能量代謝和ATP的產生，而且在血小板活化和凋亡中發揮著重要作用，但其在許多系統性疾病中所起的病理生理作用仍在研究中。針對血小板線粒體的療法可能最終有助于治療相關疾病。