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本プロトコルは、壊死、アポトーシス、および血小板活性化の重複する特徴を示す凝固促進血小板を分析するために必要な包括的な一連の手順を提供します。
血流中を循環する血小板は比較的静止していますが、血管損傷部位で覚醒剤または「アゴニスト」に遭遇すると「活性化」します。凝集促進血小板と凝固促進血小板は、活性化血小板の2つの異なる集団を表します。凝集促進性血小板は、フィブリノーゲン架橋を介して凝集した血小板の栓を形成することにより、出血の停止、または「止血」を促進しますが、凝固促進血小板は凝固カスケードを劇的に加速し、フィブリン血栓形成で最高潮に達します。凝固促進剤血小板の興味深い側面は、その形態が「壊死」と「アポトーシス」の特定の特徴を示すことです。したがって、それらは血小板の細胞死の一形態を表している可能性がありますが、血栓症と止血に重要な役割を果たしています。この記事では、凝固促進剤血小板の概念、健康や疾患との関連性、およびそれらの分析のための既存の方法の比較を紹介します。次に、凝固促進剤血小板を分析し、その形成メカニズムを調査し、凝固を促進する血栓形成の役割を評価するための包括的なプロトコルを提供します。この記事の最後に、説明されている方法の主要な手順、制限事項、およびトラブルシューティングの原則について説明します。
活性化血小板1,2には、少なくとも2つの異なる集団があります。凝集促進性血小板は、インテグリンの活性化が高く、PS曝露があるとしても低いという特徴があります。一方、凝固促進剤の血小板は、インテグリン活性が低く、PS曝露が高い1,2を特徴とし、テナーゼおよびプロトロンビナーゼ複合体3の集合のための表面を提供し、これはそれぞれ個々の可溶性相因子IXaおよびXaよりも105-10 6倍および300000倍活性です4.したがって、凝固促進剤の血小板は凝固を劇的に加速します。凝固促進剤血小板の興味深い側面は、その形態が、微小胞形成、細胞骨格破壊による細胞のバルーニング、膜完全性の喪失などの「壊死」の特定の特徴に似ていること、および外尖のホスファチジルセリンの曝露による膜リン脂質の非対称性の喪失などの「アポトーシス」の特徴に似ていることです5,6.言い換えれば、凝固促進剤の血小板形成は、止血における重要な生理学的機能を有するにもかかわらず、血小板における細胞死の一形態を表している可能性があります。
凝固促進血小板は血栓性疾患と有意に関連しています。ほとんどの健康な人は循環凝固促進血小板を持っていませんが、正常なドナー血小板の~30%は、トロンビンやコラーゲン7などの強力なアゴニストへの曝露後にex vivoで凝固促進剤の表現型を採用します。循環凝固促進剤の血小板は外傷で報告されており、その形成はヒストンH4 8,9による活性化を反映している可能性があります。しかし、ほとんどの血栓性障害では、凝固促進血小板のレベルの増加は、ex vivo刺激10の後にのみ検出されます。例えば、急性脳卒中の患者で、血小板の>51.1%がコラーゲンとトロンビンによって凝固促進血小板(COAT血小板とも呼ばれる)に変換された場合、30日以内に脳卒中が再発するハザード比は10.72であったのに対し、凝固促進血小板形成が少なかった患者11。同様の結果は、一過性脳虚血発作および頸動脈アテローム性動脈硬化症の患者でも報告されています12。対照的に、出血性疾患スコット症候群は、リン脂質スクランブラーゼTMEM-16FをコードするANO6の突然変異に起因し、血小板PS曝露の欠損につながる13。特発性出血性疾患および頭蓋内出血は、凝固促進血小板を生成する能力の低下と関連している可能性がある14。
したがって、凝固促進剤の血小板の評価は、血小板の活性化とそれに伴う血栓症および止血のメカニズムに関する基本的な調査中だけでなく、さまざまな病理学的状態における患者の血栓症または出血のリスクに関する臨床分析中にも、血小板機能の解析の一部です。International Society on Thrombosis and Haemostasis(ISTH)のパネルは、凝固促進剤を他の血小板亜集団と区別するために、フローサイトメトリーによるアネキシンV結合とP-セレクチン発現の使用を推奨しました15。この記事では、凝固促進剤とアポトーシス血小板の分析に使用できるさまざまな方法についても説明していますが、プロセスを詳細に説明するには不十分です。これらの方法には、(1)PAC1 / JonAまたはフィブリノーゲン結合(フローサイトメトリー)による血小板活性化の検出が含まれます。(2)P-セレクチン発現によるα-顆粒分泌(フローサイトメトリー);(3)アネキシンV/ラクタドヘリン結合によるPS曝露(フローサイトメトリー);(4)GSAO標識(フローサイトメトリー)による膜の完全性の喪失。(5)バルーニングのような形態学的変化(顕微鏡検査)。(6)カスパーゼアッセイ(イムノブロッティング/ルミノメトリー/フローサイトメトリー)によるカスパーゼ活性化の検出、または細胞骨格基質ゲルソリンの分解(イムノブロッティング);(7)JC-1/Mitotracker(フローサイトメトリー)などのミトコンドリア電位感受性色素によるミトコンドリア膜電位の喪失。(8)ミトコンドリア内因性アポトーシスマーカーBax、Bakおよびシトクロムc放出(イムノブロッティング);(9)トロンビン生成アッセイと凝固因子Xa / Va結合による凝固促進機能(フローサイトメトリー、顕微鏡検査)。(10)蛍光カルシウム感受性色素による細胞質およびミトコンドリアカルシウムの上昇(フローサイトメトリー、蛍光測定、顕微鏡)。
本研究では、凝固促進血小板の分析のための包括的なプロトコルを掘り下げるとともに、それらを凝集促進血小板およびアポトーシス血小板と区別します。記載されているほとんどの手順は、(1)容易に入手でき、使いやすい、(2)サンプル量が少なくて済む、(3)血小板の複数の亜集団(凝集促進、凝固促進、およびアポトーシス)の同時検出が可能という利点を持つフローサイトメトリーに依存しています15。これらのフローサイトメトリーベースのプロトコルは、凝固因子結合に基づく凝固促進活性の機能アッセイおよび血栓ベースのトロンビン生成アッセイによって補完されます。
人間の参加者は、書面によるインフォームドコンセントを得た後、末梢静脈血サンプリングの研究に募集されました。クリーブランドクリニックラーナー研究所の施設内審査委員会の推奨事項と承認に厳密に従い、すべての研究方法論はヘルシンキ宣言によって設定された基準に準拠しています。18歳以上の健康な成人参加者が含まれ、18歳未満の人、過去6か月間に血栓性イベントの最近の病歴がある人、アルコール依存症または薬物乱用の病歴がある人、および過去4週間に抗血小板薬または抗凝固薬を使用した参加者は除外されました。プロトコールで使用される材料および試薬の詳細な説明は、 材料の表に記載されています。
1. 血小板の調製
2. フローサイトメトリーによる凝固促進血小板の解析
3. フローサイトメトリーによるミトコンドリアカルシウムの解析
4. フローサイトメトリーによるミトコンドリア膜電位の解析
5. フローサイトメトリーによるカスパーゼ3およびカスパーゼ8活性の解析
6. フローサイトメトリーによるプロトロンビン結合の解析
7. 共焦点顕微鏡によるプロトロンビン結合の解析
8. 血餅を用いた血小板リン脂質依存性トロンビン生成アッセイ
活性化血小板の割合は、ホスファチジルセリン(PS)とP-セレクチンの両方の表面発現の特徴的な増加とともに「凝固促進剤」に変わり、PS曝露のみ陽性の「アポトーシス」血小板やP-セレクチン発現陽性の「凝集促進性」血小板と区別されます。その結果、トロンビンは、FITC-抗CD62P抗体とPE-アネキシンVの結合により、P-セレクチンとPSの発現が陽性の凝固促進剤血小板の割合を用量依存的に増加させることが分かりました(図2)。凝固促進性血小板の生成は、アゴニストによって誘発される細胞質カルシウムの上昇と、その結果として生じるシクロフィリンD(CypD)依存性ミトコンドリア透過性遷移細孔(mPTP)形成20に対する、ミトコンドリア内膜を横切る電気化学的勾配に沿ったミトコンドリアカルシウム流入18,19に依存する。一貫して、トロンビン誘発性凝固活性の増加は、Rhod-2およびMitotracker Red色素を使用して測定したミトコンドリアカルシウムの増加(図3)およびミトコンドリア膜電位の低下(図4)と関連していました。刺激された血小板は、Bax/Bak蓄積21,22を含むアポトーシスの特徴を示します。これがカスパーゼ23,24を活性化し、PS曝露25に寄与するかどうかは、依然として議論の余地がある。血小板のトロンビン刺激は、カスパーゼ8の活性化と関連していましたが、末端のカスパーゼ3および7(図5)は関連していませんでした(図5)これは、それぞれFITC-IETD-FMKおよびアポトーシス検出試薬によって分析されました。
図1:凝固促進剤血小板の分析。 FITC-PAC1、APC-抗CD62P抗体、PE-Annexin Vを蛍光プローブとして、インテグリン活性化、P-セレクチン発現、PS曝露をそれぞれ検出するためのフローサイトメトリーによる凝固促進血小板の解析を示す模式図。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:トロンビン刺激時の血小板におけるP-セレクチン発現とホスファチジルセリン曝露。 代表的なドットプロットは、(A)刺激されていない血小板、および(B)0.1 U/mL、(C)0.25 U/mL、および(D)0.5 U/mLの用量でトロンビンに曝露されたときに、フローサイトメトリーを使用したFITC抗CD62PおよびPE-アネキシンV蛍光によって検出された、P-セレクチン発現および/またはPS曝露に対して陽性の血小板を示すドットプロット。括弧内の数値は、プロットの各象限における総血小板の割合を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:トロンビン曝露による血小板中のミトコンドリアカルシウムレベルの時間依存的な変化。 Rhod-2色素による蛍光の時間依存的な変化を示す代表的な密度プロットは、(A)0.1 U/mL、(B)0.25 U/mL、および(C)0.5 U/mLの用量でトロンビンに曝露した場合の血小板中のミトコンドリアカルシウムレベルをフローサイトメトリーで検出します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:トロンビン刺激による血小板のミトコンドリア膜電位。 この図は、ミトコンドリア標識色素による蛍光を示す代表的なヒストグラムオーバーレイを示しており、フローサイトメトリーによって検出される、異なる用量のトロンビンへの曝露による血小板のミトコンドリア膜電位を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:トロンビン刺激による血小板中のカスパーゼ3/7およびカスパーゼ8の活性。 (A)アポトーシス検出試薬および(B)FITC-IETD-FMKによる蛍光を示す代表的なヒストグラムの重ね合わせは、フローサイトメトリーによって検出されるトロンビンの異なる用量への曝露による血小板中のカスパーゼ3/7およびカスパーゼ8活性を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
マーカー | 凝固促進剤血小板 | 凝集性血小板 | アポトーシス血小板 |
インテグリン活性化(PAC1結合) | いいえ | はい | いいえ |
顆粒分泌 | はい | はい | いいえ |
(P-selectin 式) | |||
PS露出 | はい | いいえ | はい |
(アネキシンV結合) |
表1:刺激後の血小板集団を同定するためのフローサイトメトリーマーカー。 この表は、トロンビンやコンブルキシンなどの強力なアゴニストによる血小板の刺激後に出現する血小板の異なる集団を検出するために使用されるフローサイトメトリーマーカーを示しています。
凝固促進血小板は、刺激時に細胞内カルシウムの顕著かつ持続的な増加を示す26が、異なるメカニズムを通じて誘導され得る。これらは、アゴニストによって誘発される細胞質カルシウムの上昇時に、ミトコンドリア内膜を横切る電気化学的勾配に沿ったミトコンドリアカルシウム流入18,19を含む、異なるメディエーターを介してコラーゲンとトロンビンによる強力なアゴニスト刺激によって生成されます。ミトコンドリアカルシウムが一定の閾値に達すると、ミトコンドリア透過性遷移細孔(mPTP)形成をシクロフィリンD(CypD)依存的に活性化する20。ミトコンドリアがカルシウムに透過処理され、細胞質カルシウムの吸収源として機能しなくなると、mPTP形成後に最大限にカルシウムシグナル伝達が観察されます26。高レベルの細胞質カルシウムが持続すると、カルシウム依存性リン脂質スクランブラーゼTMEM16F活性化が活性化され、PS曝露につながります27,28。PS曝露は、インテグリンαIIbβ3の不活性化を伴い、インテグリンβ3細胞質尾部のカルパイン依存性切断とTMEM16F依存性リン脂質スクランブル自体を含む二重のメカニズムによって行われます29,30。したがって、凝固促進血小板は、凝集促進血小板とは異なり、不活性インテグリンを有する。さらに、PS曝露は凝固因子の結合のための表面を提供し、テナーゼおよびプロトロンビナーゼ複合体の集合を促進する3。したがって、凝固促進血小板は凝固を劇的に加速します4。
PS曝露とその結果としての凝固促進活性は、活性化とは無関係に、内因性アポトーシスを受けている血小板におけるスクランブラーゼXKR8のカスパーゼ依存性切断によっても誘発され得る25,31。刺激された血小板は、Bax/Bak蓄積21,22を含む内因性アポトーシスの特徴を示すが、これがカスパーゼ23,24を活性化し、PS曝露に寄与するかどうかは議論の余地がある。TNFαまたはFasLによる外因性アポトーシスは、ほとんどの成分が存在し、カスパーゼ8活性化のいくつかの証拠があるにもかかわらず、血小板では報告されていません32。血小板は、長時間の刺激を受けると、MLKL媒介性ネクロプトーシス17を受け、CypDまたはカスパーゼ33とは無関係にPS曝露を誘導することが知られている。
本研究は、PS曝露(アネキシンV結合)、P-セレクチン(CD62P)発現、インテグリンαIIbβ3活性化(PAC1結合)をマーカーとして、凝固促進血小板を検出する方法を提供しました。これらのマーカーは、凝固促進血小板をアポトーシス血小板および凝集促進血小板から効果的に区別するのに役立つ15。しかし、アネキシンVの結合には、培地中に高カルシウムレベルが存在する必要があります。したがって、多血小板血漿または全血サンプルを使用する場合は、ヘパリンまたは他のトロンビン阻害剤を使用する必要があります。さらに、フィブリン重合阻害剤GPRPは、トロンビンがこれらのサンプル34,35と共にアゴニストの1つとして使用されなければならない場合に使用される。ラクタデリンまたはGSAOは、アネキシンVの代替マーカーとして使用できますが、それぞれに制限があります。ラクタデリンはPSに特異的ではなく、インテグリンに結合する36,37が、GSAOは市販されておらず、研究協力を通じてのみ入手できる38。
この記事では、ミトコンドリアカルシウム流入やミトコンドリア透過性遷移細孔形成(ミトコンドリア膜電位の喪失)など、PS曝露のメカニズムを調査するための補足的な方法も提供しました。ここで注意すべきは、これらの方法は、Fluo-4およびFluo-5N色素を用いた細胞質カルシウム測定によって補完できることである。カスパーゼの活性化が刺激された血小板のPS曝露に寄与するかどうかは不明のままであるため、カスパーゼ8およびカスパーゼ3/7活性化アッセイのプロトコルも列挙します。血小板の真の「凝固促進剤」の性質は、凝固因子を結合し、トロンビン生成を促進する能力によってのみ確認することができます。したがって、PS曝露(アネキシンV結合)、P-セレクチン(CD62P)発現およびインテグリンαIIbβ3 活性化(PAC1結合)、ミトコンドリアカルシウム流入、ミトコンドリア膜電位、カスパーゼ活性、凝固因子(プロトロンビン)結合、および本論文で説明されている血小板リン脂質依存性トロンビン生成/凝固のための血小板の徹底的な研究は、凝固促進血小板の包括的な分析に必要かつ十分です。
著者には、開示すべき競合する利益はありません。
Paresh P. KulkarniとKeith R. McCraeは、それぞれ、VeloSano、Cleveland Clinic Foundationが資金提供するフェローとパイロットの助成金を表彰しています。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acid Citrate Dextrose (ACD) solution (For 1000 mL) | Tri- Sodium Citrate- 22 g Citric Acid- 8 g Dextrose- 24.5 g Water- Make up volume to 1000 mL | ||
Alexa Fluor 488 protein labelling kit | Invitrogen | A10235 | |
APC Mouse Anti-Human CD62P | BD Pharmingen | 550888 | |
Bovine Prothrombin | Prolytix | BCP-1010 | |
Buffer A (Platelet Preparation) | M.W Conc. in 1X For 100 mL 10X solution HEPES 238.30 20 mM 4.766 g NaCl 58.44 134 mM 7.83 g KCl 74.55 2.9 mM 216.19 mg MgCl2 203.30 1 mM 203.30 mg NaH2PO4 156.01 0.34 mM 53.04 mg NaHCO3 84 01 12 mM 1.01 g Water to 100 mL after adjusting pH to 6.2 Dilute 10X solution 1:10 (v/v) with Milli Q water just before platelet preparation to obtain the 1X solution that needs to be supplemented with the following Conc. in 1X For 1 ml 1X solution EGTA 1 mM Add 10 μL (1:100 v/v) 100 mM EGTA Glucose 5 mM Add 5 μL (1:200 v/v) 1 M glucose PGE1 3 μM Add 3 μL (1:333 v/v) 1 mM PGE1 solution | ||
Buffer B (Platelet Preparation) | M.W Conc. in 1X For 100 mL 10X solution HEPES 238.30 20 mM 4.766 g NaCl 58.44 134 mM 7.83 g KCl 74.55 2.9 mM 216.19 mg MgCl2 203.30 1 mM 203.30 mg NaH2PO4 156.01 0.34 mM 53.04 mg NaHCO3 84 01 12 mM 1.01 g Water to 100 mL after adjusting pH to 7.4 Dilute 10X solution 1:10 (v/v) with Milli Q water just before platelet preparation to obtain the 1X solution that needs to be supplemented with the following Conc. in 1X For 1 ml 1X solution Glucose 5 mM Add 5 μL (1:200 v/v) 1 M glucose | ||
CaCl2 (0.5 M) (For 50ml) | Molecular weight of CaCl2.2H2O = 147.02 Dissolve 3.675 g of CaCl2.2H2O in 50 ml Milli Q water | ||
CellEvent Caspase-3/7 Detection Reagents Green | Invitrogen | C10423 | Apoptosis detection reagent |
Convulxin | Enzo Life Sciences | ALX-350-100 | |
EDTA (0.5 M; pH 8) (For 100 mL) | Molecular Weight of EDTA Na2.2H2 O: 372.24g Weigh 18.612 g and suspend in 50 ml Milli Q water and check the pH (pH~4) Slowly add 10N NaOH with stirring and monitor the pH. EDTA starts solubilizing at around pH 7 and is completely soluble at pH 8. Make up the volume to 100 ml with Milli Q water. | ||
EGTA (100 mM; pH 7.4) (For 100 mL) | Molecular Weight: 380.4 Add 3.804 g EGTA in 50 ml Milli Q water and check the pH (pH~3) Add 10 N NaOH dropwise while stirring and monitor the pH EGTA becomes soluble at pH 7.0 (approx) Adjust pH to 7.4 Make up the volume to 100 ml with Milli Q water | ||
FITC Mouse Anti-Human PAC-1 | BD | 340507 | |
FITC-IETD-FMK Caspase 8 (active) staining kit | Abcam | ab65614 | |
Mitotracker Red CMXRos (mitochindria labeling dye) | Invitrogen | M7512 | Stock= 1 mM (50 µg dissolved in 90 µl DMSO) Sub-stock= 100 µM (10 µl Stock + 90 µl DMSO) Working concentration= 500nM (0.5 µl in 100 µl) |
PE Annexin V | BD Pharmingen | 560930 | |
Prostaglandin E1 | Sigma | P5515 | Stock= 20 mM (1 mg dissolved in 141 µL DMSO) Sub-stock= 1 mM (10 µl Stock + 190 µL DMSO) Working concentration= 3 µM (3 µL in 1 mL) |
Rhod-2 AM | Invitrogen | R1244 | Stock= 5 mM (1 mg dissolved in 178 µL DMSO) Sub-stock= 100 µM (10 µL Stock + 90 µL DMSO) Working concentration= 500 nM (0.5 µL in 100 µL) |
Thrombin from human plasma | Sigma | T7572 |
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