The role of the platelets in inflammation

(1)

Reumatologia 2005; 43/2

Rola p³ytek krwi w procesach zapalnych

The role of the platelets in inflammation

P

Paauullaa ŒŒlliiwwiiññsskkaa--SSttaaññcczzyykk

Klinika Chorób Reumatycznych Instytutu Reumatologii, kierownik Kliniki prof. dr hab. med. Jacek Pazdur, dyrektor Instytutu prof. dr hab. med. S³awomir Maœliñski

S

S³³oowwaa kklluucczzoowwee:: p³ytki krwi, procesy zapalne, reumatoidalne zapalenie stawów.

K

Keeyy wwoorrddss:: platelets, inflammatory factors, rheumatoid arthritis.

S t r e s z c z e n i e

P³ytki krwi s¹ bogatym Ÿród³em ró¿nego rodzaju czynników prozapalnych. Stanowi¹ one kluczowy element ³¹cz¹cy procesy hemostazy i zapalenia. W przebiegu reumatoidalnego zapalenia sta- wów dochodzi do aktywacji p³ytek, które wp³ywaj¹ na rozwój ob- jawów klinicznych.

S u m m a r y

Platelets are the rich source of potent inflammatory factors and the key element linking the processes of hemostasis and inflammation.

Platelets are activating in patients with rheumatoid arthritis. This activation contributes to development of the clinical symptoms.

Reumatologia 2005; 43, 2: 85–88

Artyku³ przegl¹dowy/Review paper

Adres do korespondencji:

dr med. Paula Œliwiñska-Stañczyk, Klinika Chorób Reumatycznych, Instytut Reumatologii im. prof. dr hab. med. Eleonory Reicher, ul. Spartañska 1, 02-637 Warszawa

P

Prraaccaa wwpp³³yynnêê³³aa:: 10.02.2005 r.

P³ytki krwi to komórki o œrednicy ok. 2 µm, nieposia- daj¹ce j¹dra komórkowego, bêd¹ce fragmentami cyto- plazmy megakariocytów. W organizmie cz³owieka ¿yj¹ one œrednio 9–11 dni. W warunkach fizjologicznych ok.

2/3 liczby p³ytek kr¹¿y we krwi, pozosta³a 1/3 zlokalizo- wana jest w œledzionie [29]. Od dawna wiadomo by³o, ¿e p³ytki krwi uczestnicz¹ w skomplikowanych, z³o¿onych biochemicznych i molekularnych procesach maj¹cych na celu zahamowanie krwawienia. Jednak w wyniku licznych, przeprowadzonych w ostatnich latach badañ dotycz¹cych funkcji p³ytek krwi okaza³o siê, ¿e te ma³e i nie- pozorne komórki stanowi¹ kluczowe ogniwo ³¹cz¹ce procesy hemostazy, zapalenia i naprawy tkanek.

Morfologia p³ytek krwi

W warunkach spoczynkowych p³ytki krwi maj¹ owal- ny kszta³t. Na ich g³adkiej powierzchni znajduj¹ siê nie- wielkie wg³êbienia. Stanowi¹ one po³¹czenie miêdzy œrodowiskiem zewnêtrznym a systemem kanalików,

znajduj¹cym siê we wnêtrzu komórki. Glikoproteiny zwi¹zane z najbardziej obwodowo zlokalizowan¹ war- stw¹ komórki, tzw. glikokaliksem, s³u¿¹ jako receptory przenosz¹ce sygna³y aktywuj¹ce p³ytki [29]. Koñcowym efektem aktywacji jest adhezja i agregacja p³ytek.

W cytoplazmie p³ytek krwi znajduj¹ siê liczne ziarni- stoœci. Mo¿na je podzieliæ na nastêpuj¹ce grupy:

1. Ziarnistoœci alfa – zawieraj¹ fibrynogen, czynnik von Willebranda, czynnik p³ytkowy 4 (PF-4), beta- -tromboglobulinê, trombospondynê, czynniki krzepniêcia V, XI i XIII, bia³ko S, czynniki wzrostu (TGF-beta, PDGF), selektynê P [8, 16, 25, 30, 34].

2. Cia³ka gêste – s¹ Ÿród³em ADP, ATP, GDP, GTP, se- rotoniny (nie jest ona produkowana przez p³ytki ani megakariocyty, a jedynie inkorporowana przez p³ytki z osocza krwi) [29].

Czynnik p³ytkowy 4 oraz beta-tromboglobulina s¹ bia³kami wy³¹cznie p³ytkowymi. PF-4 ma zdolnoœæ przy³¹-

(2)

86 Paula Œliwiñska-Stañczyk

czania siê do heparyny i neutralizacji jej dzia³ania antyko- agulacyjnego [22]. Podobne dzia³anie wykazuje równie¿

β-tromboglobulina, ale jej powinowactwo do heparyny jest mniejsze ni¿ powinowactwo PF-4 [29]. Trombospon- dyna, bêd¹ca jednym z g³ównych sk³adników ziarnistoœci alfa, stabilizuje agregaty p³ytkowe [29], natomiast p³ytko- pochodny czynnik wzrostu (PDGF) pe³ni rolê w procesach gojenia, w³óknienia, ale tak¿e w rozwoju mia¿d¿ycy [26].

Niezwykle wa¿ne dla funkcjonowania p³ytek s¹ receptory zlokalizowane na ich powierzchni i zwi¹zane z cyto- szkieletem. Wœród nich na szczególn¹ uwagê zas³uguje glikoproteina IIb/IIIa. Jest to najwa¿niejszy receptor b³ony plazmatycznej p³ytek. Nale¿y do rodziny integryn. Jego li- gandami s¹: fibrynogen, fibronektyna, czynnik von Wille- branda, witronektyna i transpodyna [24].

Inne wa¿ne receptory p³ytek krwi, to glikoproteina Ib-IX (jej ligand to VWF) [27], glikoproteina IV (wi¹¿e trombospondynê i kolagen) oraz selektyna P, która uwa-

¿ana jest za wskaŸnik aktywacji p³ytek in vivo, gdy¿ po aktywacji przemieszcza siê ona z ziarnistoœci alfa na po- wierzchniê b³ony komórkowej [1, 19].

Aktywacja p³ytek prowadzi tak¿e do g³êbokich zmian w cytoszkielecie. Komórki trac¹ swoj¹ formê owaln¹, staj¹ siê okr¹g³e i wysuwaj¹ filopodia. Uwolnienie sub- stancji zawartych w ziarnistoœciach prowadzi do koñco- wego nieodwracalnego etapu aktywacji p³ytek, jakim jest ich agregacja [29].

Fizjologiczna i patologiczna produkcja megakariocytów i p³ytek krwi

Badania dotycz¹ce megakariocytopoezy i produkcji p³ytek nabra³y tempa po 1994 r., kiedy to odkryto, a na- stêpnie sklonowano trombopoetynê (TPO). Obecnie wiadomo, ¿e megakariocyty wywodz¹ siê z komórek pnia (stem cells). W swojej drodze do dojrza³oœci przechodz¹ nastêpnie przez kilka etapów. Dzieje siê to przy wspó³- udziale licznych cytokin. Przebieg megakariocytopoezy zosta³ przedstawiony na ryc. 1.

G³ównym regulatorem produkcji p³ytek jest trombopoetyna (TPO). Po zwi¹zaniu siê z receptorem komórko- wych wp³ywa ona na wszystkie etapy rozwoju megaka- riocytów [17]. TPO jest produkowana g³ównie w w¹trobie [32]. Jej synteza nasila siê pod wp³ywem IL-6 [35]. Wyka- zano, ¿e w przebiegu trombocytopenii, kiedy roœnie zapo- trzebowanie na produkcjê p³ytek, dochodzi do wiêkszej ekspresji mRNA dla TPO w szpiku kostnym [31]. Stwier- dzono równie¿ zwiêkszone stê¿enie TPO w surowicy krwi chorych z reaktywn¹ trombocytoz¹ w przebiegu nowo- tworów i niektórych chorób autoimmunologicznych [10].

We wczesnych etapach produkcji p³ytek uczestniczy syntetyzowany przez komórki stromalne szpiku kostnego czynnik komórek pnia (SCF). Wykazano, ¿e do jego synte-

zy dochodzi tak¿e w fibroblastach b³ony maziowej u chorych na reumatoidalne zapalenie stawów [18]. Inkubacja tych komórek z TNF-α prowadzi do zwiêkszenia produkcji SCF [18]. Wykazano korelacjê pomiêdzy stê¿eniem SCF w p³ynie stawowym chorych na reumatoidalne zapalenie stawów a liczb¹ p³ytek krwi u tych pacjentów [6]. Mecha- nizm ten mo¿e byæ przynajmniej czêœciowo odpowie- dzialny za reaktywn¹ trombocytozê w przebiegu RZS.

W b³onie maziowej, p³ynie stawowym oraz surowicy krwi chorych na reumatoidalne zapalenie stawów zwiêksza siê tak¿e stê¿enie IL-6 [9] oraz IL-11 [11] – cytokin uczestnicz¹cych w kolejnych etapach produkcji p³ytek krwi. Ich nadprodukcja mo¿e byæ przyczyn¹ reaktywej trombocy- tozy w reumatoidalnym zapaleniu stawów [23]. Ostatecz- ne okreœlenie roli tych cytokin w zwiêkszonej produkcji p³ytek wymaga dalszych badañ.

Rola p³ytek krwi w zapaleniu

Badania nad morfologi¹ i fizjologi¹ p³ytek krwi do- starczy³y informacji, które wp³ynê³y na zmianê dotych- czasowych opinii na ich temat. Okaza³o siê bowiem, ¿e p³ytki krwi nie s¹ wy³¹cznie niemymi fragmentami cyto- plazmy megakariocytów. Wprost przeciwnie, komórki te stanowi¹ wa¿ne Ÿród³o biologicznie aktywnych substan- cji, które mog¹ czynnie wp³ywaæ na rozwój i przebieg ró¿nych procesów chorobowych.

Do czynników o najsilniejszym dzia³aniu prozapalnym, syntetyzowanych przez p³ytki krwi nale¿¹ RANTES (regula- ted upon activation normal T cell expressed and secreted), bia³ko nab³onkowe aktywuj¹ce neutrofile (ENA-78), ma- krofagowe bia³ko zapalne 1α (MIF-1α) oraz PF-4 [4]. Uwal- niana przez p³ytki krwi cytokina RANTES mo¿e wi¹zaæ siê z zapalnie zmienionym endotelium i tworzyæ most pomiê- dzy œcian¹ naczynia a komórkami jednoj¹drowymi krwi obwodowej [28]. ENA-78 zwiêksza adhezjê neutrofili do powierzchni endotelium przez wp³yw na ekspresjê β2 integryn [12]. PF-4 hamuje apoptozê monocytów i inicjuje ich ró¿nicowanie siê w makrofagi [4]. Aktywowane p³ytki krwi produkuj¹ ponadto interleukinê 1β, która ³¹cznie z RANTES stymuluje syntezê selektywny E, interleukiny 8 (IL- 8) i ENA-78 przez komórki endotelium, co umo¿liwia adhezjê neutrofili do tych komórek [21]. Pod wp³ywem selektyny P i RANTES dochodzi równie¿ do indukcji syntezy IL-8, MCP-1, MIP-1α oraz TNF-α w monocytach [33].

P³ytki krwi mog¹ tak¿e bezpoœrednio wp³ywaæ na ad- hezjê neutrofili do œródb³onka. W takiej sytuacji same przylegaj¹ do macierzy pozakomórkowej, a du¿a liczba cz¹steczek selektyny P, obecna na powierzchni p³ytek po ich aktywacji, reaguje z cz¹steczkami PSGL-1 (P-selectin glycoprotein-1), stale obecnymi na powierzchni leukocy- tów, powoduj¹c ich przyleganie i toczenie siê po œród- b³onku [20, 36].

(3)

Rola p³ytek krwi w procesach zapalnych 87

Megakariocyty powstaj¹ z komórek pnia (A). W pierwszym etapie pod wp³ywem SCF i TPO dochodzi do powstania multipoten- cjalnej komórki macierzystej (B). SCF, IL3, IL-6, IL-11, LIF, G-CSF, TPO powoduj¹ jej przekszta³cenie siê w komórkê macierzyst¹ uk³a- du megakariocytów (C). Te same cytokiny (z wyj¹tkiem G-CSF), dzia³aj¹c wspólnie z erytropoetyn¹, prowadz¹ do powstania nie- dojrza³ego megakariocytu (D). Jego dojrzewanie zachodzi pod wp³ywem IL-6, IL-11 i TPO. E – megakariocyt odszczepiaj¹cy p³ytki

Objaœnienia skrótów:

SCF – czynnik komórek pnia (stem cell factor) TPO – trombopoetyna

LIF – bia³aczkowy czynnik inhibitorowy (leukemia inhibitory factor) EPO – erytropoetyna

G-CSF – czynnik stymuluj¹cy kolonie granulocytów (granulocyte colony-stimulating factor)

RRyycc.. 11.. Przebieg megakariocytopoezy.

1. SCF, TPO

2. SCF, TPO, IL-3, IL-6, IL-11, LIF, G-CSF 3. SCF, TPO, IL-3, IL-6, IL-11, LIF, G-CSF, EPO 4. IL-6, IL-11, TPO

A A

1 2 3 4

B

B C C D D E E

Kolejnym faktem potwierdzaj¹cym uczestnictwo p³ytek krwi w procesie zapalnym jest interakcja CD40L z CD40. P³ytki krwi s¹ bogatym Ÿród³em sCD40L. Pod wp³ywem ich aktywacji dochodzi do przemieszczenia siê cz¹steczek CD40L na powierzchniê p³ytek, a nastêp- nie do z³uszczania siê CD40L w postaci sCD40L. Przyj- muje siê, ¿e ponad 95% kr¹¿¹cego sCD40L pochodzi w³aœnie z p³ytek krwi [2]. Interakcja sCD40L z CD40 zlo- kalizowanymi na komórkach endotelium prowadzi do syntezy cz¹steczek adhezyjnych, niektórych chemokin, czynników tkankowych oraz aktywacji metaloproteaz.

Rola p³ytek krwi w procesie chorobowym w przebiegu reumatoidalnego zapalenia stawów i innych chorób tkanki ³¹cznej

Ju¿ przed wieloma laty u chorych na reumatoidalne zapalenie stawów wykazano nieprawid³owoœci w liczbie (patrz wy¿ej) i funkcji p³ytek krwi. Okaza³o siê, ¿e komórki te s¹ obecne w p³ynie stawowym stawów objêtych proce- sem zapalnym [6, 7]. W b³onie maziowej i surowicy chorych na reumatoidalne zapalenie stawów stwierdza siê podwy¿szon¹ aktywnoœæ wydzielniczej formy fosfolipazy A2. Pochodzi ona g³ównie z p³ytek i katalizuje syntezê kwasu arachidonowego z fosfolipidów. Tak¿e cyklooksyge- naza 2 (COX-2), konwertuj¹ca kwas arachidonowy w pro-

staglandyny, jest produkowana przez aktywowane p³ytki krwi. U chorych na reumatoidalne zapalenie stawów, to- czeñ rumieniowaty uk³adowy, a tak¿e u pacjentów z zespo³em Raynauda stwierdzono podwy¿szony poziom tzw.

p³ytkopochodnych mikrocz¹steczek (platelet – derived microparticles) – niewielkich pêcherzyków uwalnianych z b³ony komórkowej p³ytek po ich aktywacji. Mikrocz¹- steczki te u³atwiaj¹ przyleganie p³ytek do macierzy pod- œródnab³onkowej naczyñ krwionoœnych i dzia³aj¹ proko- agulacyjnie [14, 15]. W surowicy pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów, toczniem rumieniowatym uk³a- dowym i pierwotnym zespo³em antyfosfolipidowym stwierdzono tak¿e wy¿szy ni¿ w grupie kontrolnej poziom innego wskaŸnika aktywacji p³ytek krwi – rozpuszczalnej selektyny P [7, 13]. U chorych na reumatoidalne zapalenie stawów korelowa³ on z aktywnoœci¹ choroby. Selektyna P u³atwia aktywacjê neutrofili, wp³ywa na produkcjê cytokin prozapalnych przez limfocyty, uczestniczy w migracji ko- mórek do ogniska zapalnego. Co prawda, Ÿród³em selektyny P mog¹ byæ tak¿e komórki endotelium, ale poniewa¿ jej stê¿enie w koreluje z poziomem innego wskaŸnika aktywacji p³ytek – beta-tromboglobuliny – p³ytkowe Ÿród³o po- chodzenia selektyny P jest bardziej prawdopodobne [3]. In- ne sk³adniki ziarnistoœci alfa, tj. PDGF, EGF, TGF-β, mog¹ tak¿e wp³ywaæ na aktywnoœæ procesu zapalnego w reumatoidalnym zapaleniu stawów, m.in. przez zwiêkszenie

(4)

88 Paula Œliwiñska-Stañczyk

proliferacji komórek synowialnych czy pobudzenie angio- genezy w ogniskach zapalnych. Wszystkie te dane wska- zuj¹ na mo¿liwoœæ aktywnego udzia³u p³ytek krwi w zapaleniu w przebiegu reumatoidalnego zapalenia stawów.

P

Piiœœmmiieennnniiccttwwoo

1. Abrams C, Shatter SJ. Immunological detection of activated platelets in clinical disorders. Thromb. Haemost 1991; 65: 467-73.

2. Andre P, Prasad KS, Denis CV, et al. CD40L stabilizes arterial thrombi by a β3 integrin-dependent mechanism. Nat Med 2002; 8: 247-52.

3. Blann AD, Lip GY, Beevers DG, et al. Soluble P-selectin in atherosclerosis: a comparison with endothelial cell and platelets markers. Thromb Haemost 1997; 77: 1077-80.

4. Boehlen F, Clementson KJ. Platelet chemokines and their receptors: what is their revelance to platelet storage and transfusion practice. Transfos Med 2001; 11: 403-17.

5. Carsons SE, Santiago-Scharz F, Diola C. Detection and quantitation of stem cell factor in the synovial fluid of patients with rheumatoid disease. J Rheumatol 2000; 27: 2798-800.

6. Endersen GK. Evidence for activation of platelets in the synovial fluid from patients with rheumatoid arthritis.

Rheumatol Int 1989; 9: 19-24.

7. Ertenli I, Kiraz S, Arici M, et al. P-selectin as a circulating molecular marker in rheumatoid arthritis with trombocythosis.

J Rheum 1998; 25: 1054-8.

8. Harrison P, Savidge FG. The origin and physiological relevance of α granule adhesive proteins. Br J Haematol 1990; 74: 125-30.

9. Haznedaroglu IC, Ertenli I, Ozcebe OI, et al. Megacaryocyte – related interleukins in reactive thrombocythosis versus autonomus thrombocythemia. Acta Haematol 1996; 95: 107-11.

10. Heits F, Stahl M, Ludwig D. Elevated serum thrombopoietin and interleukin 6 concentration in thrombosis associated with inflammatory bowel disease. J Interferon Cytokine Res 1999; 19:

757-60.

11. Hermann JA, Hall MA, Maini RN, et al. Important immunoregulatory role of interleukin 11 in the inflammatory process in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum 1998; 41: 1388-97.

12. Imaizumi T, Albertine KH, Jicha DL, et al. Human endothelial cells synthesize ENA-78: relationship to IL-8 and to signaling of PMN adhesion. Am J Respir Cell Mol Biol 1997; 17: 181-92.

13. Joseph JE, Harrison P, Mackie IJ, et al. Increased circulating platelet – leucocyte complexes and platelet activation in patients with antiphospholipid syndrome, systemic lupus erythematosus and rheumatoid arthritis. Br J Haematol 2001; 115: 451-9.

14. Kagawa H, Nomura S, Nagahama M, et al. Effect of bezafibrate on soluble adhesion molecules and platelet activation markers in patients with connective tissue diseases and secondary hyperlipidemia. Clin Appl Thromb Hemost 2001; 7: 153-7.

15. Kagawa H, Nomura S, Nagahama M, et al. Effect of ticlopidine on platelet derived microparticles in patients with connective tissue diseases Haemostasis 1999; 29: 255-61.

16. Kaplan DR, Chao FC, Stiles CD, et al. Plateletsα granules contain a growth factor for fibroblasts. Blood 1979; 53: 1043-52.

17. Kaushansky K. Thrombopoietin. N Engl J Med 1998; 339: 746-54.

18. Kiener HP, HofbauerR, Tohidast-Akrad MI, et al. Tumor necrosis factor α promotes the expression of stem cell factor in synovial

fibroblasts and their capacity to induce mast cell chemotaxis.

Arthritis Rheum 2000; 43: 164-74.

18. Leung LLK. Role of thrombospodin in platelet aggregation. J Clin Invest 1984; 74: 1764-72.

19. McEver RP. Adhesive interactions of leucocytes, platelets and the vessel wall during hemostasis and inflammation. Thromb Haemost 2001; 86: 746-56.

20. McIntyre TM, Prescott SM, Weyrich AS. Cell-cell interactions:

leucocyte – endothelial interactions. Curr Opin Haematol 2003;

10: 150-8.

21. Niewiarowski S, Thomas DP. Platelet factor 4 and adenosine diphosphate release during human platelets aggregation.

Nature 1969; 222: 1269-70.

22. Okamoto H, Yamamura M, Morita Y, et al. The synovial expression and serum levels of interleukin-6, interleukin-11, leukemia inhibitory factor and oncostatin M in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum 1997; 40: 1096-105.

23. Pazdur J, Kopeæ M. Platelets in rheumatoid arthritis.

Thrombosis et Diath Haemorrag 1970; 23: 176-84.

24. Rose JP, Gearge JN, Bainton DF, et al. A gray platelet syndrome.

Demonstration of α granules membranes that can fuse with the cell surface. J Clin Invest 1987; 80: 1138-46.

25. Ross R. Peptide regulatory factor PDGF. Lancet 1989; 1: 1179-82.

26. Ruggeri ZM. The platelet glycoprotein Ib-IX complex. Prog Haem Thromb 1991; 10: 35-68.

27. Schober A, Mana D, et al. Deposition of platelet RANTES triggering monocyte recruitment requires P selectin and is involved in neointima formation after arterial injury. Circulation 2002; 106: 1523-9.

28. Sternberg PE, Hill RJ. Platelets and megacariocytes. In:

Windrobe’s Clinical Hematology. Lee R, Foerster J, Lukens J (eds). Williams and Wilhins a Waverely comp. Baltimore, 1998.

29. Sternberg PE, Shuman MA, Levine SP, et al. Redistribution of α granules and their contents in thrombin stimulated platelets.

J Cell Biol 1984; 98: 748-60.

30. Stoffel R, Wiestner A, Skoda RC. Thrombopoietin in thrombocytopenic mice: evidence against regulation at the mRNA level and for a direct regulatory role of platelets. Blood 1996; 87: 567-73.

31. Sungaran R, Marcovic B, Chong BH. Localisation and regulation of thrombopoietin mRNA expression in human kidney, liver, bone marrow and spleen using in situ hybridization. Blood 2000; 95: 3094-101.

32. Weirich AS, Elstad MR, McEver RP, et al. Activated platelet signal chemokine synthesis in human monocytes. J Clin Invest 1996; 97: 1524-35.

33. Wencel-Drake JD, Painter RG, Zimmerman TS. Ultrastructural localization oh human platelts thrombospodin, fibrinogen, fi- bronectin, and von Willebrand factor in frozen thin section. Blo- od 1985; 4: 929-38.

34. Van Gameren MM, Willemse PH, Mulder NH, et al. Effects of re- combinant human interleukin-6 in cancer patients: a phase I-II study. Blood 2001; 84: 1434-41.

35. Zimmerman GA. Two by two. The pairings of P-selectin and P-selectin ligand. Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98: 1023-4.