Fibrynogen i jego rola w organizmie – od krzepnięcia po diagnostykę

Jakie funkcje pełni fibrynogen w organizmie?

Fibrynogen to 340 kDa glikoproteina osocza, która pełni kluczową rolę nie tylko w procesie krzepnięcia krwi, ale również w homeostazie i odpowiedzi zapalnej. Jako białko ostrej fazy syntetyzowane w hepatocytach, występuje w stężeniu 1,5-4,5 g/L, stanowiąc jedną z najbardziej obfitych glikoprotein osocza. Fibrynogen ma strukturę heksameryczną składającą się z dwóch zestawów trzech łańcuchów polipeptydowych (Aα, Bβ, γ) ułożonych w symetryczną konfigurację dimeryczną. Ta złożoność umożliwia mu różnorodne interakcje i funkcje biologiczne.

Podczas koagulacji, trawienie fibrynogenu przez trombinę inicjuje polimeryzację monomerów fibryny, prowadząc do utworzenia usieciowanej struktury stanowiącej podstawę formowania skrzepu. Dodatkowo, interakcja z płytkową integryna αIIbβ3 umożliwia agregację płytek krwi. Poza hemostazą, fibrynogen wspiera gojenie ran poprzez regenerację nabłonka i oddziałuje z komórkami śródbłonka za pośrednictwem VE-kadheryny, wpływając na funkcję naczyń i angiogenezę. Odpowiedzi immunologiczne są modulowane przez zaangażowanie z leukocytową integryna αMβ2 (Mac-1), co wywołuje aktywację szlaku NF-κB i następującą produkcję cytokin zapalnych.

Czy analiza glikozylacji otwiera nowe perspektywy diagnostyczne?

Naukowcy opracowali nowatorską, wysokoprzepustową metodę LC-MS do analizy glikozylacji fibrynogenu na poziomie intaktnych glikopeptydów. “Nasza metoda wykorzystuje proste podejście oparte na strącaniu etanolem do wzbogacania fibrynogenu z osocza, eliminując potrzebę kosztownego oczyszczania opartego na przeciwciałach, przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej specyficzności dla wiarygodnej analizy glikopeptydów” – piszą autorzy badania. Jest to pierwsza tego typu metoda, która umożliwia szczegółową analizę glikozylacji fibrynogenu bezpośrednio z próbek klinicznych.

Dowody eksperymentalne z badań genetycznych i farmakologicznych wykazują przyczynową rolę fibrynogenu w różnych stanach zapalnych. Myszy z niedoborem fibrynogenu wykazują zmniejszony stan zapalny w modelach zapalenia stawów, zapalenia jelita grubego i dystrofii mięśniowej. Podobnie, ukierunkowanie na interakcje fibrynogen-receptor poprzez specyficzne inhibitory peptydowe lub modyfikację genetyczną u myszy znacząco łagodzi patologię zapalną. W chorobach sercowo-naczyniowych podwyższone poziomy fibrynogenu zwiększają lepkość krwi, aktywację śródbłonka i rekrutację leukocytów, przyczyniając się do progresji miażdżycy.

Fibrynogen podlega zarówno O- jak i N-glikozylacji. Spośród czterech potencjalnych miejsc N-glikozylacji, tylko Asn394 łańcucha Bβ i Asn78 łańcucha γ niosą N-glikany, podczas gdy dwa potencjalne miejsca na łańcuchu Aα pozostają nieobsadzone. Profil N-glikanów jest zdominowany przez struktury dwuantenowe, z digalaktozylowanymi monosjalowanymi (A2G2S1) i disjalowanymi (A2G2S2) glikoformami stanowiącymi około 90% całkowitych glikoform. Dodatkowo, fibrynogen podlega rozległej O-glikozylacji w wielu miejscach na łańcuchu Aα i pojedynczym miejscu na łańcuchu Bβ, chociaż te modyfikacje występują na poziomach substochiometrycznych, z formami neglikozylowanymi przeważającymi o kilka rzędów wielkości.

Jakie znaczenie ma glikozylacja fibrynogenu dla jego funkcji? Badania wykazały, że zawartość kwasu sjalowego moduluje polimeryzację fibryny poprzez efekty elektrostatyczne – zwiększona sjalilacja hamuje polimeryzację fibryny poprzez zwiększenie odpychania między monomerami fibryny, bezpośrednio wpływając na dynamikę tworzenia skrzepu. Desjalowany fibrynogen tworzy grubsze włókna fibryny i wykazuje krótsze czasy krzepnięcia pod wpływem trombiny, potencjalnie zwiększając ryzyko zakrzepowe. Ogólny poziom sjalilacji może również wpływać na rozpuszczalność fibrynogenu, pokazując jego wpływ na krzepnięcie krwi. Podobnie, nieenzymatyczna glikacja fibrynogenu, szczególnie powszechna u pacjentów z cukrzycą, prowadzi do struktur fibryny bardziej odpornych na degradację za pośrednictwem plazminy in vitro, potencjalnie przyczyniając się do zwiększonych powikłań sercowo-naczyniowych.

Te strukturalnie istotne modyfikacje glikanów wyłoniły się jako potencjalne wskaźniki chorób, szczególnie w warunkach wpływających na zdrowie układu sercowo-naczyniowego. W schyłkowej niewydolności nerek (ESRD) zaobserwowano wyraźne aberracje w glikozylacji fibrynogenu, charakteryzujące się zwiększonymi poziomami wieloantenowych N-glikanów i zmienionymi wzorami fukozylacji. Udokumentowano również zmiany związane z wiekiem w glikozylacji fibrynogenu, przy czym starsze osoby wykazują odrębne wzorce glikanów, które mogą wpływać na ich podatność na zdarzenia zakrzepowe. Ponadto, marskość wątroby znacząco zmienia wzorce glikozylacji fibrynogenu, co może przyczyniać się do nieprawidłowości koagulacji obserwowanych w zaawansowanej chorobie wątroby.

Jak zmiany glikozylacji wpływają na migotanie przedsionków?

Aby ocenić stabilność glikozylacji fibrynogenu w czasie, naukowcy przeanalizowali próbki od 14 zdrowych mężczyzn pobrane w trzech punktach czasowych (0, 6 i 10 tygodni). Wyniki wskazują, że zmienność międzyosobnicza konsekwentnie przewyższała zmienność wewnątrzosobniczą dla wszystkich glikopeptydów. Oznacza to, że profile glikozylacji fibrynogenu pozostają stabilne u zdrowych osób, co czyni je potencjalnymi kandydatami na biomarkery. Czy ta stabilność utrzymuje się również w stanach chorobowych? Aby to zbadać, naukowcy przeprowadzili kompleksowe badanie migotania przedsionków (AF).

W badaniu AF przeanalizowano próbki od 181 pacjentów z AF poddanych ablacji cewnikowej i 52 zdrowych osób z grupy kontrolnej. Zidentyfikowano trzy glikopeptydy istotnie związane z AF, wszystkie będące glikopeptydami o niższej obfitości z miejsca glikozylacji Gamma. W szczególności, Gamma.MISS-N4H5, Gamma.MISS-N4H5S1F1 i Gamma.MISS-N4H5S2F1 były bardziej obfite u pacjentów z AF w porównaniu do grupy kontrolnej. Najbardziej znaczącym odkryciem był wzrost poziomu Gamma.MISS-N4H5, asjalowanej glikoformy. Czy ma to znaczenie kliniczne? Wiadomo, że asjalowany fibrynogen wzmacnia tworzenie skrzepów, produkując wiązki fibryny o większej grubości w porównaniu do tych tworzonych przez fibrynogen z disjalowanymi glikanami.

Biorąc pod uwagę, że pacjenci z AF są predysponowani do tworzenia skrzepów i rutynowo otrzymują leki przeciwzakrzepowe, te zmiany glikozylacji mogą mieć funkcjonalne implikacje w stanie prozakrzepowym związanym z AF. Podkreśla to potencjał zmian glikozylacji fibrynogenu zarówno jako czynnika mechanistycznego, jak i celu terapeutycznego w leczeniu AF. Jak zauważają badacze: “Wcześniejsze badania wykazały związki między podwyższonymi poziomami czynników krzepnięcia a zarówno występowaniem, jak i częstością AF, sugerując, że zaburzenia w układzie krzepnięcia mogą przyczyniać się do patogenezy AF”.

Czy glikozylacja fibrynogenu ma znaczenie kliniczne i terapeutyczne?

Co ciekawe, profil N-glikanów fibrynogenu u pacjentów z AF pozostał niezmieniony przez sześć miesięcy po procedurze ablacji, co wskazuje, że charakterystyczny profil glikanów związany z AF jest stabilny przez co najmniej sześć miesięcy. Czy można by wykorzystać ten profil do przewidywania nawrotu AF po ablacji? Badacze przeanalizowali potencjalne różnice w glikozylacji fibrynogenu między pacjentami, u których wystąpił nawrót AF w ciągu sześciu miesięcy po ablacji cewnikowej, a tymi, u których nie wystąpił. Niestety, nie znaleziono istotnych związków między profilem N-glikanów fibrynogenu a nawrotem AF.

Wykorzystując dostępne dane kliniczne dla wszystkich uczestników badania, naukowcy przeprowadzili pierwsze badanie potencjalnych związków między N-glikozylacją fibrynogenu a szeregiem parametrów biochemicznych i hematologicznych, a także BMI. Zidentyfikowano silne związki między poziomami trójglicerydów a kilkoma glikoformami fibrynogenu, w tym głównymi glikoformami w obu miejscach glikozylacji. Glikoformy monosjalowane były negatywnie związane z trójglicerydami, podczas gdy glikoformy disjalowane wykazywały pozytywne związki. Podobne tendencje zaobserwowano dla BMI. W przeciwieństwie do tego, istotne związki zaobserwowano z cholesterolem HDL, ale w przeciwnych kierunkach, i tylko w miejscu glikozylacji Beta. Dodatkowo, Gamma.MISS-N4H5S2 wykazywał istotny pozytywny związek z poziomami glukozy, a Gamma.MISS-N4H5 wykazywał istotny negatywny związek z hematokrytem.

Podwyższone poziomy trójglicerydów, BMI i glukozy są dobrze ustalonymi czynnikami ryzyka chorób sercowo-naczyniowych, a w tym badaniu były one związane ze zwiększoną sjalilacją fibrynogenu. Wykazano, że poziomy trójglicerydów w osoczu wpływają na klirens fibrynogenu, wydłużając jego okres półtrwania. Dodatkowo, asjalowany fibrynogen, wraz z innymi asjalowanymi białkami osocza, jest usuwany z krążenia za pośrednictwem receptora asjaloglikoproteiny, i nie wykryto żadnych krążących cząsteczek fibrynogenu całkowicie pozbawionych obu reszt kwasu sjalowego.

Biorąc pod uwagę, że podwyższone poziomy fibrynogenu w osoczu są powszechne u pacjentów z chorobami sercowo-naczyniowymi, zaobserwowany związek między zwiększoną sjalilacją a tymi czynnikami ryzyka nie jest nieoczekiwany. Te odkrycia podkreślają skomplikowaną relację między glikozylacją fibrynogenu a czynnikami ryzyka sercowo-naczyniowego, sugerując, że zmiany w sjalilacji mogą odzwierciedlać mechanizm kompensacyjny lub odpowiedź patofizjologiczną.

Jakie są praktyczne implikacje tych odkryć? Badanie to nie tylko ustanawia glikozylację fibrynogenu jako obiecującego kandydata na biomarker stanów sercowo-naczyniowych, ale także dostarcza praktycznego narzędzia analitycznego do badania specyficznej dla białka glikozylacji w próbkach klinicznych. Czy zmiany w profilu glikozylacji fibrynogenu mogłyby służyć jako wczesny marker ryzyka sercowo-naczyniowego? Czy modyfikacja tego profilu mogłaby stanowić nowy cel terapeutyczny? Te pytania wymagają dalszych badań.

Podsumowanie

Fibrynogen to glikoproteina osocza o kluczowym znaczeniu w procesie krzepnięcia krwi, homeostazie i odpowiedzi zapalnej. Najnowsze badania koncentrują się na analizie jego glikozylacji, która okazuje się być stabilnym markerem u zdrowych osób. W kontekście migotania przedsionków zidentyfikowano charakterystyczne zmiany w profilu glikozylacji, szczególnie w przypadku asjalowanych glikoform. Wykazano istotne korelacje między glikozylacją fibrynogenu a czynnikami ryzyka chorób sercowo-naczyniowych, takimi jak poziom trójglicerydów, BMI i glukoza. Opracowana wysokoprzepustowa metoda LC-MS do analizy glikozylacji fibrynogenu otwiera nowe możliwości diagnostyczne w kardiologii, potencjalnie umożliwiając wczesną identyfikację ryzyka sercowo-naczyniowego.