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TFPI:天然抗凝血因子,血友病疗法的新选择!

浏览次数:50      日期:2022-04-24 10:19:58

每年的4月17日是世界血友病日,今年是第34个世界血友病日。血友病是一组遗传性凝血因子缺乏引起的出血性疾病。目前该病尚无根治方法,往往需要终身用药。凝血因子替代疗法(即补充缺失的凝血因子)为主要的治疗方法。但是,患者体内出现替换因子抑制剂(对药物产生的抗体)是替代疗法最严重的并发症之一。

近年来,随着技术的不断改进,涌现了更多潜在的血友病创新疗法。其中,TFPI作为近年血友病治疗最具潜力的靶点之一,多款靶向疗法已处于临床阶段。目前,辉瑞的TFPI靶向抗体药物Marstacimab(PF-06741086),正在临床3期,且国内也在进行临床研究中。与凝血因子替代疗法相比,靶向TFPI提供了一种改善血液凝固的新方法,无需考虑抑制剂生成问题。根据已披露的临床数据结果,Marstacimab可显著改善出血控制,且无治疗相关的严重不良事件。相比主流治疗手段,靶向TFPI将为血友病患者提供一种增强的治疗选择。今天,我们一起来了解下TFPI。

1、什么是TFPI?

组织因子途径抑制物(Tissue Factor Pathway Inhibitor,TFPI)是一种体内天然抗凝蛋白,它对组织因子途径(即外源性凝血途径)具有特异性抑制作用。结构上,TFPI为单链糖蛋白,属于Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂家族,其结构特征是存在三个串联的Kunitz型抑制功能域,从N端到C端分别称为K1,K2,K3。其中,Kunitz1能与FVIIa-TF复合物结合,Kunitz2能与FXa结合,但Kunitz3的意义尚未明确(图1[1]。一般而言,TFPI在体内可大体分为三个池:①血管内皮细胞的TFPI大部分结合于内皮细胞表面,肝素可以刺激它的释放;②血小板的TFPI在凝血酶的刺激下可释放出来,与局部凝血过程的控制有关;③血浆中的TFPI大部分与脂蛋白结合 [2]

生理情况下,TFPI主要锚着于血管内皮细胞,TFPI的恒定表达对内皮细胞的抗凝血功能及维持血液的正常流动非常重要。TFPI作为目前唯一能生理性抑制TF启动的外源性凝血途径的一种内源性抗凝蛋白,对TF诱导的凝血具有抑制调节作用,在白血病、心血管等疾病中发挥重要作用。那么TF是什么?TFPI又是如何发挥抗凝血作用?

TFPI三个串联的Kunitz结构

图1. TFPI三个串联的Kunitz结构

2、什么是TF?

组织因子(Tissue Factor,TF)是公认的机体内最强的促凝血因子之一,是生理止血的凝血过程和病理血栓形成的启动环节。成熟的TF分子主要由胞外区、跨膜区和胞内区组成,其中,TF分子的胞外区是与凝血因子VII(FVII)或活化凝血因子(FVIIa)相结合并激发凝血的关键部位,具有促凝血活性 [3]

在病理情况下,TF与血液中高亲和力的凝血因子VII(FVII)结合,迅速转为活化的凝血因子VIIa(FVIIa),形成FVIIa-TF活性复合物聚集在细胞表面,当在磷脂和Ca2+存在时,FVIIa-TF又迅速激活酶原(FX),形成FXa。生成的FXa又能反过来激活FVII,可使更多FX激活,形成外源性凝血途径的正反馈效应。TF还能以较低的速度激活FIX,在局部生成大量凝血酶,出现血液凝固。因此,TF可同时激活内、外源凝血途径 (图2[4, 5]

TF激活内外凝血途径示意图

图2. TF激活内外凝血途径示意图

3、TFPI抑制TF凝血作用机制

TFPI对TF凝血抑制作用属于负反馈性质。在病理情况下(如内皮细胞严重受损、感染时均可刺激血管内皮细胞表达TFPI),TF表达并与血浆中的FVII或FVIIa结合激活外源性凝血途径。

TFPI对TF凝血途径的抑制主要分以下进行:首先,TFPI通过K2与FXa结合,并竞争性抑制其催化活性,进而改变自身结构,该过程是一个Ca2+非依赖的可逆性过程;然后,FXa-TFPI复合物中的TFPI通过K1与FVIIa-TF复合物中的FVIIa活性部位相结合,从而实现对FVIIa-TF复合物的抑制。FXa轻链中谷氨酸残基上的γ-羧基与Ca2+结合,并通过“钙桥(Calcium Bridging)”结合于FXa-FVIIa-TF复合物中TF附近的磷脂表面,使得FXa-TFPI与FVIIa-TF形成稳固的FVIIa-TF-FXa-TFPI四元复合物,灭活FVIIa-TF复合物,抑制外源性凝血途径。因此,只有凝血途径途径启动后,TFPI才会发挥它的抑制凝血作用,从而调节TF的促凝活性。高浓度的TFPI在FXa缺乏的条件下可作为FVIIa-TF复合物的唯一生理抑制剂,抑制FVIIa-TF的活性,在外源性凝血途径中发挥重要作用 [6]图3)。

TFPI抗凝血作用机制

图3. TFPI抗凝血作用机制

4、TFPI在血友病、心血管疾病及肿瘤中的作用

● TFPI与血友病

血友病属于一种单基因的X连锁隐性疾病,其主要特征是出现活性凝血活酶生成障碍,也就是凝血因子缺乏导致的遗传性出血性疾病,常表现为自发性出血或轻度外伤后出血不止。根据缺乏的凝血因子的种类不同,血友病主要分为血友病A和血友病B两类,分别为凝血因子VIII和凝血因子IX缺乏所致。临床上血友病A最常见,占比约80%-85% [7]

如前所述,FVIIa-TF可以直接激活FX成为FXa。然而,TFPI可以灭活FXa与FVIIa-TF,所以,在生理止血的凝血过程中,组织因子TF的途径作用是短暂的。凝血过程的维持与完成有赖于内在途径的存在,这也是血友病(乏FVⅢ、乏FIX、乏FXI)发生凝血障碍的主要原因。目前,凝血因子替代疗法是血友病患者的主要治疗手段,但是很多患者在接受治疗过程中会产生凝血因子的抑制剂(免疫系统产生的抗体),从而影响治疗效果。若设法消除TFPI的作用,则组织因子TF途径的作用,就不再是短暂的,而能将凝血过程完成。在采用家兔型血友病模型中,应用rTFPI抗体抑制TFPI,可使兔出血时间明显缩短,这为血友病治疗提供了一个新的途径 [8, 9]

● TFPI与心血管疾病

正常情况下,血管内皮细胞不表达TF,但多种心脑血管疾病,如心绞痛、冠状动脉或脑动脉粥样硬化等疾病状态下,因血管内皮细胞受损,引起内皮细胞功能紊乱而表达TF。研究发现,当发生动脉粥样硬化时,单核/巨噬细胞中的TF暴露在血循环中,具有促凝活性,诱导血栓发生。但TFPI可抑制TF,改善并发症,调节血栓形成。此外,在心肌梗塞,冠状动脉局部缺血,动脉粥样硬化等疾病中,血浆TFPI水平增高,提示TFPI可以调节TF的活性,在抑制血栓形成和血管重塑等方面发挥重要作用 [10, 11]

● TFPI与肿瘤

近年来,研究人员发现凝血过程参与因子在肿瘤的发生、发展过程中常伴有异常表达。目前,TFPI在恶性肿瘤中的表达水平意见尚不一致。一方面,癌细胞和白血病原始细胞产生的IL-11TNFa,可刺激TFPI的合成。另一方面,TFPI也属于抗血管肿瘤新生因子之一,意味着TFPI也可能通过调节血管生成抑制肿瘤生长。目前认为,TFPI对抗肿瘤可能主要有两种途径:①抑制FVIIa-TF活性。TF可促进血管新生、细胞迁移、细胞黏附和上调肿瘤细胞增殖。因此,TFPI可调节TF活性,抑制肿瘤 (图4);②TFPI通过与VLDL受体(极低密度脂蛋白受体)相互作用对抗血管新生、细胞增殖、肿瘤生长 [13, 14]

TFPI抑制FVIIa-TF活性对抗肿瘤

图4. TFPI抑制FVIIa-TF活性对抗肿瘤

5、TFPI的临床研究进展

来自PharmSanp的数据库显示,已有4款在研TFPI靶向药物,主要适应症为血友病。其中,辉瑞公司有2款在研,分别是处于临床3期的Marstacimab和临床前的抗TFPI中和抗体。诺和诺德的Concizumab,也正在进行临床3期试验。此外,拜耳公司的BAY-1093884,已处于临床2期。TFPI作为血浆中一种新近发现的抗凝蛋白,其作用是通过抑制FXa和FVIIa-TF发挥抗凝作用。近年,国内外研究发现,血浆TFPI含量改变,与心血管疾病、血友病、白血病和肿瘤相关。最值得期待的是,在血友病方面,多款TFPI靶向药正在涌现,为血友病患者提供更多治疗选择。尽管凝血因子替代疗法是目前市场上血友病疗法的主流,但随着技术的不断突破,未来更多非凝血因子疗法将获得批准,满足不同血友病患者的需求。

为鼎力协助各药企针对TFPI靶点在血友病、心血管疾病以及肿瘤等药物方面的研发工作,CUSABIO推出TFPI活性蛋白产品(Code: CSB-MP023437HU;Code: CSB-MP023437RB),助力您在TFPI机制方面的研究或其潜在临床价值的探索。

Recombinant Human Tissue factor pathway inhibitor(TFPI),partial (Active)

High Purity Validated by Western Blot (WB)

Purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE. (Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.

Excellent Bioactivity Validated by Functional ELISA

Immobilized Human TFPI at 1 μg/ml can bind Anti-TFPI recombinant antibody (CSB-RA023437MA01HU), the EC50 is 1.242-1.788 ng/mL.

Recombinant Rabbit Tissue factor pathway inhibitor(TFPI) (Active)

High Purity Validated by Western Blot (WB)

Purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE. (Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.

Excellent Bioactivity Validated by Functional ELISA

Immobilized Rabbit TFPI at 1 μg/ml can bind Anti-TFPI recombinant antibody (CSB-RA023437MA01HU), the EC50 is 2.281-3.783 ng/mL.

参考文献:

[1] Kato, Hisao. "Regulation of functions of vascular wall cells by tissue factor pathway inhibitor: basic and clinical aspects." Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology 22.4 (2002): 539-548.

[2] Lin, C. C., et al. "Atorvastatin or transgenic expression of TFPI inhibits coagulation initiated by anti-nonGal IgG binding to porcine aortic endothelial cells." Journal of Thrombosis and Haemostasis 8.9 (2010): 2001-2010.

[3] Mackman, Nigel, Steven P. Grover, and Silvio Antoniak. "Tissue factor expression, extracellular vesicles, and thrombosis after infection with the respiratory viruses influenza A virus and coronavirus." Journal of Thrombosis and Haemostasis 19.11 (2021): 2652-2658.

[4] D'Angelo, G. "Inflammation and coagulation: a "continuum" between coagulation activation and prothrombotic state." j Blood Disord 2.1 (2015): 1023.

[5] Østerud, Bjarne. "Tissue factor/TFPI and blood cells." Thrombosis research 129.3 (2012): 274-278.

[6] Gomez, Keith, and John H. McVey. "Tissue factor initiated blood coagulation." Front Biosci 11.1 (2006): 1349-59.

[7] Alblaihed, Leen, et al. "High risk and low prevalence diseases: Hemophilia emergencies." The American Journal of Emergency Medicine (2022).

[8] Adams, Murray. "Tissue factor pathway inhibitor: new insights into an old inhibitor." Seminars in thrombosis and hemostasis. vol. 38. no. 02. Thieme Medical Publishers, 2012.

[9] Price, G. C., S. A. Thompson, and P. C. A. Kam. "Tissue factor and tissue factor pathway inhibitor." Anaesthesia 59.5 (2004): 483-492.

[10] Naji, Duraid Hamid, et al. "Significant genetic association of a functional TFPI variant with circulating fibrinogen levels and coronary artery disease." Molecular genetics and genomics 293.1 (2018): 119-128.

[11] Jude, B., et al. "Relevance of tissue factor in cardiovascular disease." Archives des Maladies du Coeur et des Vaisseaux 98.6 (2005): 667-671.

[12] Tinholt, Mari, et al. "Tumor expression, plasma levels and genetic polymorphisms of the coagulation inhibitor TFPI are associated with clinicopathological parameters and survival in breast cancer, in contrast to the coagulation initiator TF." Breast Cancer Research 17.1 (2015): 1-15.

[13] Lopez-Pedrera, C., et al. "Tissue factor as an effector of angiogenesis and tumor progression in hematological malignancies." Leukemia 20.8 (2006): 1331-1340.

[14] Hembrough, Todd A., et al. "Identification and characterization of a very low density lipoprotein receptor-binding peptide from tissue factor pathway inhibitor that has antitumor and antiangiogenic activity." Blood 103.9 (2004): 3374-3380.