プロトロンビナーゼ

プロトロンビナーゼ酵素複合体は、因子 Xa (セリンプロテアーゼ) と因子 Va (タンパク質補因子)から構成されています。複合体は、カルシウムイオンの存在下で、負に帯電したリン脂質膜上に集まります。プロトロンビナーゼ複合体は、不活性な酵素前駆体であるプロトロンビン(因子 II)を活性なセリンプロテアーゼであるトロンビン(因子 IIa)に変換する反応を触媒します。トロンビンの活性化は、体内で止血を調節する機能を持つ凝固カスケードにおいて重要な反応です。トロンビンを生成するために、プロトロンビナーゼ複合体は、プロトロンビンの 2 つのペプチド結合 (1 つは Arg ²⁷¹の後、もう 1 つは Arg ³²⁰の後) を切断します。^[1] プロトロンビナーゼ複合体と関連していない場合でも因子 Xa はプロトロンビンを活性化できることが示されていますが、そのような状況ではトロンビン形成率が著しく低下します。プロトロンビナーゼ複合体は、第Xa因子単独よりも3 x 10 ⁵倍速い速度でプロトロンビンの活性化を触媒することができる。 ^[2]したがって、プロトロンビナーゼ複合体は、活性化トロンビンの効率的な生成と適切な止血に必要である。

凝固カスケードによって活性化される前は、第 X 因子と第 V 因子は両方とも不活性な前駆物質として血液中を循環しています。不活性な酵素前駆体である第 X 因子は、軽鎖 (136 残基) と重鎖 (306 残基) の 2 つの鎖で構成されています。軽鎖には、N 末端の γ-カルボキシグルタミン酸ドメイン ( Gla ドメイン) と 2 つの上皮成長因子様ドメイン(EGF1 と EGF2) が含まれています。重鎖は、N 末端の活性化ペプチドとセリンプロテアーゼドメインで構成されています。^{[3] [4]}第 X 因子は、外因性凝固経路の第VIIa 因子-組織因子複合体と、内因性経路のテナーゼ複合体の両方によって活性化されます。内因性テナーゼ複合体は、第IXa因子と第VIIIa因子の両方で構成されています。^{[5] [6]}第 X 因子が第 Xa 因子に活性化されると活性化ペプチドが放出されますが、重鎖と軽鎖は活性化後も共有結合したままになります。

因子 V は、6 つのドメイン (A1-A2-B-A3-C1-C2) を含む単鎖プロコファクターとして循環しています。^[7] トロンビンは B ドメインを切断して因子 V を活性化します。他のプロテアーゼも因子 V を活性化しますが、この切断は主にトロンビンによって行われます。切断後、因子 Va には A1 および A2 ドメインからなる重鎖と、A3、C1、C2 ドメインからなる軽鎖が含まれます。因子 Va の軽鎖と重鎖は、カルシウムなどの二価金属イオンを介して結合しています。^[8]

プロトロンビナーゼの組み立ては、因子 Xa と因子 Va が細胞膜上の負に帯電したリン脂質に結合することから始まります。活性化された因子 Xa と因子 Va は、単球、血小板、内皮細胞など、さまざまな種類の細胞の細胞膜に結合します。^[9]因子 Xa と因子 Va は両方とも互いに独立して膜に結合しますが、相互に排他的な結合部位に結合します。^[10]因子 Xa と因子 Va は両方とも軽鎖を介して膜に結合し、因子 Xa はカルシウム依存的に Gla ドメインを介して結合し、因子 Va は C2 および C1 ドメインを介して結合します。^{[11] [12]}細胞膜に結合すると、因子 Xa と因子 Va は 1:1 の化学量論比で急速に結合し、プロトロンビナーゼ複合体を形成します。^[13] プロトロンビナーゼ複合体の組み立てはカルシウムに依存します。プロトロンビナーゼ複合体と結合すると、因子Xaの触媒効率は単独の場合に比べて30万倍に増加します。^[2]因子Xaと因子Vaは、細胞膜上で結合すると互いに密接に相互作用します。^[10]さらに、膜結合因子Vaはプロトロンビナーゼ複合体に強力な触媒上の利点を提供します。因子Vaは膜に対する因子Xaの親和性を強化し、因子Xaのプロトロンビンに対するkcatも増加させます。^{[10] [14]}因子Vaはまた、プロトロンビンのプロトロンビナーゼ複合体への結合を強化することで、反応のKmを低下させます。^[15]

完全に組み立てられたプロトロンビナーゼ複合体は、酵素前駆体プロトロンビンからセリンプロテアーゼトロンビンへの変換を触媒する。具体的には、因子 Xa は、ヒトプロトロンビンのArg ²⁷¹と Arg ^{320に続く 2 つの場所でプロトロンビンを切断する。 [1]}切断イベントが 2 つあるため、プロトロンビンの活性化は 2 つの経路で進行する可能性がある。1 つの経路では、プロトロンビンは最初に Arg ²⁷¹で切断される。この切断により、最初の 271 残基からなるフラグメント 1•2 と、残基 272-579 からなる中間体のプレトロンビン 2 が生成される。フラグメント 1•2 は活性化ペプチドとして放出され、プレトロンビン 2 は Arg ³²⁰で切断され、活性トロンビンが生成される。 Arg ³²⁰での切断後に形成される 2 つの鎖はA 鎖と B 鎖と呼ばれ、活性トロンビンではジスルフィド結合で結合しています。トロンビン活性化の代替経路では、プロトロンビンは最初に Arg ³²⁰で切断され、メイゾトロンビンと呼ばれる触媒活性中間体を生成します。^[16]メイゾトロンビンには、ジスルフィド結合で B 鎖に結合したフラグメント 1•2 A 鎖が含まれています。続いて、因子 Xa によるメイゾトロンビンの Arg ^{271での切断により、フラグメント 1•2 と、ジスルフィド結合で結合した A 鎖と B 鎖からなる活性トロンビンが生成されます。トロンビンが因子 Xa のみで生成される場合、最初の経路が優勢となり、プロトロンビンは最初に Arg 271 の}後で切断され、プレトロンビン 2 が生成され、続いて Arg ³²⁰の後で切断されます。^[17]しかし、第Xa因子がプロトロンビナーゼ複合体の成分として作用する場合、第2の経路が優先され、プロトロンビンは最初にArg ^320の後で切断されてメイゾトロンビンが生成され、これがArg ²⁷¹の後で切断されて活性トロンビンが生成されます。^{[17] [18]}このように、プロトロンビナーゼ複合体の形成は、プロトロンビン結合切断の順序を変化させます。

因子Vaは、活性化プロテインCによる切断後に不活性化される。活性化プロテインCは、因子Vaの軽鎖と重鎖の両方を切断する。重鎖の切断により、因子Vが因子Xaに結合する能力が低下する。^[19] 活性化プロテインCは、因子Vaの軽鎖とのみ密接に相互作用し、この相互作用はカルシウム非依存である。^[20]因子Xaは、因子Vaを活性化プロテインCから保護することにより、因子Vaの不活性化を防ぐのに役立つ可能性がある。 ^[21]因子Xaと活性化プロテインCは、因子Va上の同様の部位で競合する可能性がある。^{[9]因子Xaは、}アンチトロンビンIII/ヘパリン系によって阻害され、この系はトロンビンを阻害する働きもある。^[9]

プロトロンビナーゼ複合体のいずれかのタンパク質成分の欠乏は非常にまれです。第V因子欠乏症は、パラヘモフィリアとも呼ばれ、まれな常染色体劣性出血性疾患で、発生率はおよそ100万人に1人です。^[22] 先天性第X因子欠乏症も非常にまれで、推定100万人に1人に影響を及ぼします。^[23]

第 V 因子をコードする遺伝子の点変異は、第 V 因子ライデンと呼ばれる凝固亢進疾患を引き起こす可能性があります。第 V 因子ライデンでは、G1691A ヌクレオチド置換により R506Q アミノ酸変異が生じます。第 V 因子ライデンは、2 つの既知のメカニズムにより静脈血栓症のリスクを高めます。まず、活性化プロテイン C は通常、第 Va 因子を Arg ³⁰⁶、 Arg ⁵⁰⁶、および Arg ⁶⁷⁹で切断して不活性化します。^{[24] Arg 506}での第 V 因子ライデン変異により、第 Va 因子は活性化プロテイン C による不活性化に抵抗性になります。この抵抗性の結果、血漿中の第 Va 因子の半減期が延長し、トロンビン産生が増加して血栓症のリスクが高まります。^[25]第二に、通常の状態では、第V因子がトロンビンではなく活性化プロテインCによって切断されると、活性化プロテインCの補因子として機能することができます。 ^[25] 活性化プロテインCは、第V因子に結合すると、第VIIIa因子を切断して不活性化します。しかし、第V因子ライデン中に存在する第V因子の変異型は、活性化プロテインCの効率の低い補因子として機能します。そのため、第V因子ライデンでは第VIIIa因子の不活性化効率が低下し、血栓症のリスクがさらに高まります。^[25] 実際、第V因子ライデンは遺伝性血栓症の最も一般的な原因です。^[26]

ヘテロ接合型第V因子ライデンは、米国の白人人口の約5％に存在し、ホモ接合型第V因子ライデンは、この人口の1％未満に見られます。^[27] 第V因子ライデンは、北欧系の人や一部の中東系の人々でより一般的です。ヒスパニック系人口ではあまり一般的ではなく、アフリカ系、アジア系、ネイティブアメリカンの人口ではまれです。^[27] 第V因子ライデンは、静脈血栓塞栓症、つまり深部静脈血栓症または肺塞栓症の重要な危険因子です。^[28]実際、ヘテロ接合型第V因子ライデンは、再発性静脈血栓塞栓症のリスクを40％増加させます。^[29]

因子 Xa を阻害するとトロンビンの活性化が妨げられ、血栓形成が防止されます。したがって、因子 Xa はいくつかの抗凝固薬の直接的および間接的なターゲットとして使用されます。たとえば、フォンダパリヌクスという薬は、因子 Xa の間接的な阻害剤です。フォンダパリヌクスはアンチトロンビン III に結合し、分子を活性化して因子 Xa を阻害します。実際、フォンダパリヌクスはアンチトロンビン III と因子 Xa の親和性を高め、この親和性の増加により、アンチトロンビン III の因子 Xa に対する阻害効果が 300 倍に増加します。^[30]アンチトロンビン III が因子 Xa に結合すると、フォンダパリヌクスが放出され、別のアンチトロンビンを活性化できます。^[31]因子 Xa を間接的に阻害する別の薬はイドラパリヌクスです。イドラパリヌクスもアンチトロンビンIIIに結合しますが、フォンダパリヌクスと比較して親和性が30倍増加します。^[32]イドラパリヌクスはフォンダパリヌクスと比較して半減期が長く、週ごとに投与できますが、フォンダパリヌクスは毎日皮下注射する必要があります。^[33]

リバロキサバン、アピキサバン、エドキサバンは直接的な因子Xa阻害剤である。^{[34] [35] [36]}

リバロキサバン、アピキサバン、エドキサバンは、第Xa因子がプロトロンビナーゼ複合体に結合しているか、遊離型であるかに関係なく、第Xa因子の活性部位に結合します。^{[35] [37]これらの直接的な第Xa因子阻害剤は、直接的なトロンビン阻害剤である}ダビガトランエテキシレートと同様に経口投与できます。

フォンダパリヌクス、リバロキサバン、アピキサバン、ダビガトランエテキシレート、エドキサバンは現在FDA承認の抗凝固薬として使用されている。イドラパリヌクスの開発は中止された。^[38]

凝固カスケード 止血