多参数血栓分析微流体检测与高血压和衰老相关的强化生物力学血栓形成

动脉血栓形成是全球死亡和残疾的主要原因，目前尚无有效的生物测定方法进行临床预测。作为动脉血栓形成的一个象征性特征，血管严重狭窄会产生高剪切、高梯度的流动环境，促进血小板聚集至血管闭塞。在这里，我们提出了一种血栓分析方法，用于监测在这种生物力学条件下血栓形成的多维属性。通过这种分析，我们证明不同的受体-配体相互作用对血栓的组成和活化状态有显著影响。我们对高血压和老年人的调查显示，生物力学血栓形成加剧，血栓轮廓多维异常，支持该检测的诊断潜力。此外，我们确定GPIbα-整合素αIIbβ3机械感测轴的过度活跃是导致高血压相关动脉血栓形成的分子机制。通过研究药物与疾病的相互作用和个体间的差异，我们的工作揭示了个性化抗血栓药物选择的需求，以适应每个患者的病理特征。
动脉血栓形成描述了动脉中病理性血栓的形成，是全球死亡和发病的主要原因之一。高血压、糖尿病、代谢综合征和衰老等病理状况不仅会增加血栓形成的风险，还会增强对靶向可溶性激动剂（如ADP、凝血酶）的传统抗血小板药物的抵抗力，诱导血小板活化和聚集，导致心血管疾病（CVD）的高发病率和复发率。然而，相关机制尚未完全阐明。目前的临床范式还受到缺乏评估血栓形成风险的标准生物测定的进一步挑战：虽然传统的凝血测定和聚集测定在预测血栓形成或重大不良心血管事件方面被证明是不可靠的，但新一代血液功能测定（例如，全局凝血测定和seer声流变测定）也没有足够的证据支持其性能，并且存在成本高、灵敏度低和缺乏标准化等主要缺点。
作为动脉血栓形成的一种研究不足但具有象征意义的机制，盘状血小板可以通过血管狭窄引起的剪切应力和剪切梯度的升高来机械驱动，形成大的聚集物——我们称之为“生物力学血小板聚集”。生物力学血小板聚集过程由两个步骤组成，主要涉及三种分子相互作用。首先，剪切诱导的von Willebrand因子（VWF）激活和糖蛋白（GP）Ibα（GPIbα）-VWF捕获键一起促进GPIbα-VWF在力下结合，从而以与激活无关的方式启动血小板聚集。然后，GPIbα-VWF在力作用下结合会触发GPIbα机械信号，激活整合素αIIbβ3，达到中等亲和力和延长的闭合（E+Act.-）构象，随后与纤维蛋白原（Fg）和VWF结合，使血栓形成更稳定。值得注意的是，E+Act整合素αIIbβ3只能通过GPIbα机械信号实现，而不能通过可溶性激动剂诱导的血小板活化。传统的抗血小板药物或扩增环阻断剂（ALB）不能有效抑制生物力学血小板聚集，但剪切速率降低会强烈阻碍血小板聚集，并且在血管狭窄释放后是可逆的。不幸的是，血小板机械生物学在病理背景下几乎没有得到研究。目前尚不清楚生物力学血小板聚集是否会因任何血栓形成危险因素而加剧，并导致某些人群CVD发病率更高。此外，现有的观察生物力学血小板聚集的方法无法提供有关血栓成分和血小板活化状态的全面信息和定量分析，这阻碍了我们对动脉血栓形成的理解和抗血栓治疗的改进。例如，目前尚不清楚在生物力学血小板聚集中介导血小板交联的三种分子相互作用，即GPIbα-VWF、整合素αIIbβ3-VWF和整合素αIIaβ3-Fg，分别如何介导生物力学血栓中的VWF和Fg水平以及血小板活化，以及它们是否受到血栓形成风险因素的失调而导致异常的生物力学血栓形成。
为了满足这些突出的临床和科学需求，我们开发了一种血栓分析方法，该方法将标准狭窄微流体设置与多色血栓染色相结合。它能够在模拟动脉血栓生物流变环境的条件下快速、全面地表征血栓。通过该分析，我们描绘了复杂血小板交联机制在生物力学血栓形成中的不同作用。我们发现了与高血压和衰老相关的加剧的生物力学血栓形成和多维血栓异常，揭示了机械生物学和动脉血栓形成之间的临床联系。结合其他实验方法的补充数据，我们进一步证明高血压患者血小板上的GPIbα和整合素αIIbβ3受体具有内源性多动。通过使用血栓特征分析来研究药物-疾病相互作用并获取个人血栓特征，我们发现了抗血栓评估标准方法中的一个空白，这促使我们使用“血栓特征”并在不同病理模型的背景下重新评估抗血栓的疗效和安全性。所有上述结果也展示了我们的血栓分析法在抗血栓药物筛查、血栓风险诊断和个性化抗血栓方案选择方面的潜力。
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审核编辑 黄宇