Proteína C

A proteína C, tamén chamada autoprotrombina IIA e factor de coagulación sanguínea XIV, é un cimóxeno, cuxa forma activada xoga un importante papel na regulación da anticoagulación, inflamación, morte celular e mantemento da permeabilidade das paredes dos vasos sanguíneos en humanos e outros animais. A proteína C activada (APC) realiza estas operacións principalmente ao inactivar proteoliticamente as proteínas do sistema de coagulación factor Va e factor VIIIa. O encima APC clasifícase como serina protease, xa que contén un residuo de serina no seu sitio activo. Nos humanos a proteína C está codificada no xene PROC do cromosoma 2.
A forma cimóxena da proteína C é unha glicoproteína dependente da vitamina K que circula no plasma sanguíneo. A súa estrutura consta de dúas cadeas polipeptídicas, chamadas lixeira e pesada, conectadas por unha ponte disulfuro. A proteína C cimóxena é activada cando se une á trombina, outra proteína directamente implicada na coagulación, e a activación da proteína C é promovida en gran medida pola presenza de trombomodulina e o receptor de proteína C endotelial (EPCR). Debido ao papel do EPCR, a proteína C activada encóntrase principalmente preto das células endoteliais (é dicir, as que forman as paredes dos vasos sanguíneos), e a proteína C afecta estas células e os leucocitos. Como a proteína C desempeña unha función crucial como anticoagulante, as persoas con deficiencias na proteína C ou con algún tipo de resistencia á proteína C activada (APC), teñen un risco significativamente maior de desenvolver coágulos perigosos (trombose).
As investigacións sobre o uso clínico dunha forma recombinante da proteína C activada (rhAPC) chamada Drotrecogin alfa activada, comercializada como Xigris pola compañía Eli Lilly and Company, estiveron rodeadas de bastante controversia. Eli Lilly fixo unha agresiva campaña de mercadotecnia nos Estados Unidos para promover o seu uso en persoas con sepse grave e shock séptico, e ptrocinou en 2004 as Directrices da Campaña para Sobrevivir á Sepse (Surviving Sepsis Campaign Guidelines). Porén, en 2012 publicouse unha revisión Cochrane que encontrou que o seu uso non podía ser recomendado, xa que non melloraba a supervivencia e incrementaba o risco de hemorraxias. En outubro de 2011 Xigris foi retirada do mercado por Eli Lilly debido a que se observou unha maior mortalidade en ensaios feitos en adultos. Historia
A función anticoagulante da proteína C no corpo humano foi indicada por primeira vez por Seegers et al. en 1960, e foi Seegers que lle deu á proteína o seu nome orixinal, que era autoprotrombina II-a. A proteína C illouna por primeira vez Johan Stenflo a partir de plasma bovino en 1976, e Stenflo determinou que era dependente da vitamina K. Foi el quen lle deu o nome de proteína C porque era a terceira proteína (no "pico C") nas elucións das cromatografías de intercambio iónico en DEAE-Sefarosa. Seegers estaba daquela investigando os factores de coagulación dependentes da vitamina K non detectados en ensaios de coagulación, que miden a función de coagulación global. Pouco despois, Seegers recoñeceu que o descubrimento de Stenflo era idéntico ao que fixera el. A proteína C activada foi descuberta posteriormente aquel ano, e en 1977 recoñeceuse que a APC inactivaba o factor Va. En 1980, Vehar e Davie descubriron que a APC tamén inactivaba o factor VIIIa, e pouco despois, Walker descubriu que a proteína S era un cofactor. En 1982, un estudo dunha familia feito por Griffin et al. asociou por primeira vez a deficiencia de proteína C con síntomas de trombose venosa. A deficiencia homocigótica de proteína C e os seus efectos graves para a saúde foron descritos en 1984 por varios científicos. A clonación do ADNc da proteína C conseguiuse en 1984 grazas aos traballos de Beckmann et al. , que elaboraron un mapa do xene resposable da produción da proteína C no fígado. En 1987 realizouse un experimento trscendental (Taylor et al. ) no que se demostraba que a proteína C activada previña a coagulopatía e morte de babuínos aos que se lles infundían concentracións letais de E. coli.
En 1993, Dahlbäck et al. detectaron unha resistencia á APC herdable e asociárona coa trombofilia familiar. En 1994, a mutación xenética relativamente común que produce factor VLeiden foi detectada por Bertina et al. . Dous anos despois, conseguíronse imaxes da APC sen dominios Gla a unha resolución de 2, 8 ángstroms. Uns ensaios clínicos que empezaron co PROWESS de 2001 serviron para descubrir que moitos dos síntomas da sepse poden mellorar coa administración de APC infundida, e as taxas de mortalidade de pacientes sépticos pode diminuírse significativamente. Contra o final dese ano, a FDA estadounidense aprobou a Drotrecogin alfa (activada), unha proteína C activada humana recombinante, que foi o primeiro fármaco aprobado para tratar a sepse grave. En 2002, a revista Science publicou un artigo que mostraba que a proteína C activaba o receptor activado por protease 1 (PAR-1) e este proceso explicaba a modulación que facía a proteína do sistema inmunitario. Xenética
As instrucións biolóxicas para sintetizar a proteína C en humanos están codificadas no xene chamado oficialmente "proteína C (inactivador dos factores de coagulación Va e VIIIa)". O símbolo do xene aprobado polo Comité de Nomenclatura de Xenes de HUGO é "PROC", de "proteína C". Está localizado no cromosoma 2 (2q13-q14) e contén nove exóns. A secuencia do xene é de aproximadamente 11000 bases de longo. Estrutura
A proteína C humana é unha glicoproteínas dependente da vitamina K estruturalmente similar a outras proteínas dependentes da vitamina K que afectan á coagulación do sangue, como a protrombina, e os factores VII, IX e X. A síntese da proteína C ocorre no fígado e empeza sendo unha molécula precursora dunha soa cadea, que ten un péptido sinal N-terminal de 32 aminoácidos precedendo ao propéptido. A proteína C fórmase cando se elimina un dipéptido de Lys198 e Arg199; isto causa a transformación en dímero da proteína, que leva carbohidratos ligados a N en cada cadea. A proteína ten unha cadea lixeira de 21 kDa) e unha pesada de 41 kDa, conectadas por unha soa ponte disulfuro entre a Cys183 e a Cys319. A proteína C inactiva comprende 419 aminoácidos e ten múltiples dominios: un dominio Gla (residuos 43–88); un segmento helicoidal con aminoácidos aromáticos (89–96); dous dominios de tipo EGF (97–132 e 136–176); un péptido de activación (200–211), e un dominio serina protease de tipo tripsina (212–450). A cadea lixeira contén os dominios de tipo Gla e EGF e o segmento aromático. A cadea pesada contén o dominio de protease e o péptido de activación. Así, nesta forma é como circula o 85–90% da proteína C no plasma como cimóxeno, esperando ser activada. O resto da proteína C cimóxena son formas lixeiramente modificadas da proteína. A activación do encima ocorre cando unha molécula de trombina cliva e separa o péptido de activación do extremo N-terminal da cadea pesada. O sitio activo contén a tríade catalítica típica das serina proteases (His253, Asp299 e Ser402).
O dominio Gla é especialmente útil para unirse a fosfolípidos cargados negativamente para a anticoagulación e ao EPCR para a citoprotección. Un determinado exositio aumenta a capacidade da proteína C's de inactivar o factor Va eficientemente. Outro é necesario para interaccionar coa trombomodulina. Fisioloxía
A activación da proteína C é fortemente promovida pola trombomodulina e o receptor de proteína C endotelial (EPCR), este último encóntrase principalmente nas células endoteliais (células do interior das paredes sanguíneas). A presenza de trombomodulina acelera a activación en varias ordes de magnitude, e o EPCR acelera a activación nun factor de 20. Se calquera destas dúas proteínas está ausente en espécimes murinos, o rato morre por unha excesiva coagulación cando aínda está en estado embrionario. No endotelio, a APC realiza un papel fundamental na regulación da coagulación sanguínea, a inflamación e a morte celular (apoptose). Debido ao efecto acelerante da trombomodulina sobre a activación da proteínan C, a proteína pode dicirse que non é activada pola trombina senón polo complexo trombina–trombomodulina (ou incluso trombina–trombomodulina–EPCR). Unha vez na súa forma activa, a APC pode ou non permanecer unida ao EPCR, ao cal ten aproximadamente a mesma afinidade que a proteína cimóxena.
A proteína C na súa forma de cimóxeno está presente no plasma sanguíneo de adultos humanos normais a concentracións entre 65 e 135 IU/dL. A proteína C activada encóntrase a niveis aproximadamente 2000 veces menores que este. A deficiencia de proteína C leve corresponde a niveis plasmáticos por riba de 20 IU/dL, pero por debaixo do rango normal. As deficiencias moderadamente graves presentan concentracións sanguíneas entre 1 e 20 IU/dL; as deficiencias graves presentan niveis por debaixo de 1 IU/dL ou son indetectables. Os niveis de proteína C nun meniño saudable non prematuro medio son de 40 IU/dL. A concentración da proteína C increméntase ata os seis meses de idade, cando o nivel medio chega a 60 IU/dL; o nivel permanece baixo durante a infancia ata que acada os niveis de adulto despois da adolescencia. A vida media da proteína C activada é duns 15 minutos. Vías
As vías da proteína C son as reaccións químicas específicas que controlan o nivel de expresión da APC e a súa actividade no corpo. A proteína C é pleiotrópica, con dous tipos principais de función: a anticoagulación e a citoprotección (o seu efecto directo sobre as células). A función que a proteína C realiza depende de se a APC permanece ou non unida ao EPCR despois de ser activada; os efectos anticoagulantes da APC ocorren cando non o está. Neste caso, a proteína C funciona como anticoagulante ao inactivar proteoliticamente de forma irreversible os factores Va e VIIIa, converténdoos nos factores Vi e VIIIi, respectivamente. Cando aínda está unida ao EPCR, a proteína C activada realiza os seus efectos citoprotectores, que actúan sobre o substrato efector PAR-1 (receptor 1 activado por protease). En certo grao, as propiedades anticoagulantes da APC son independentes das propiedades citoprotectoras; a expresión dunha das vías non é afectada pola existencia da outra.
A actividade da proteína C pode ser regulada á baixa reducindo a cantidade de trombomodulina dispoñible ou de EPCR. Isto pode facerse por citocinas inflamatorias, como a interleucina-1β (IL-1β ) e o factor de necrose tumoral-α (TNF-α). Os leucocitos activados liberan estes mediadores inflamatorios durante a inflamación, inhibindo a creación de trombomodulina e EPCR, e inducindo o seu desprendemento da superficie endotelial. Ambas as accións regulan á baixa a activación da proteína C. A propia trombina pode tamén ter un efecto sobre os niveis de EPCR. Ademais, as proteínas liberadas das células poden impedir a activación da proteína C, por exemplo no eosinófilo, o que pode explicar a trombose na enfermidade cardíaca hipereosinófila. A proteína C pode ser regulada á alza polo factor plaquetario 4. Esta citocina pénsase que mellora a activación da proteína C ao formar unha ponte electrostática desde o dominio Gla da proteína C ao dominio de glicosaminoglicano (GAG) da trombomodulina, reducindo a constante de Michaelis (KM) para a súa reacción. Ademais, a proteína C é inhibida polo inhibidor da proteína C.
Efectos anticoagulantes
A proteína C é un compoñente principal na anticoagulación no corpo humano. Actúa como un cimóxeno serina protease: a APC proteoliza enlaces peptídicos nos factores V e VIII activados (factor Va e VIIIa), e un dos aminoácidos do enlace é a serina. Estes dous factores proteicos que a APC inactiva son cofactores altamente procoagulantes na xeración de trombina, que é un elemento crucial na coagulación do sangue; xuntos forman parte do complexo protrombinase. Entre os cofactores que interveñen na inactivación dos factores Va e VIIIa están a proteína S, o factor V, a lipoproteína de alta densidade, os fosfolípidos aniónicos e os glicoesfingolípidos.
O factor Va únese á protrombina e o factor Xa, incrementando a velocidade á cal se produce a trombina en catro ordes de magnitude (10000x). A inactivación do factor Va practicamente detén a produción de trombina. O factor VIII, por outra parte, é un cofactor na produción de factor X activado, o cal á súa vez converte a protrombina en trombina. O factor VIIIa aumenta a activación do factor X nun factor de aproximadamente 200000. Debido a esta importancia na coagulación, o factor VIII coñécese tamén como factor antihemofílico e as deficiencias do factor VIII causan hemofilia A.
A APC inactiva o factor Va ao realizar tres clivaxes (en Arg306, Arg506, Arg679). A clivaxe en calquera das Arg306 e Arg506 diminúe a atracción das moléculas ao factor Xa, e aínda que o primeiro destes sitios é clivado de forma lenta, é totalmente necesaria para o funcionamento do factor V. A proteína S axuda neste proceso catalizando a proteólise na Arg306, na cal o dominio A2 do factor V é disociado do resto da proteína. A proteína S tamén se une ao factor Xa, inhibindo que este último diminúa a inactivación pola APC do factor Va.
A inactivación do factor VIIIa non se coñece ben. A vida media do factor VIIIa é de só 2 minutos a non ser que o factor IXa estea presente para estabilizalo. Algúns autores cuestionaron a importancia da inactivación que fai a APC do factor VIIIa, e descoñécese en que grao o factor V e a proteína S son cofactores na súa proteólise. Sábese que a APC funciona sobre o factor VIIIa clivándoo en dous sitios, Arg336 e Arg562, cada un dos cales en solitario é suficiente para desactivar o factor VIIIa e convertelo no factor VIIIi.
Efectos citoprotectores
Cando a APC se une ao EPCR realiza varias funcións citoprotectoras importantes, a maioría das cales requiren o EPCR e o PAR-1. Entre estas están regular a a expresión xénica, efectos antiinflamatorios, efectos antiapoptóticos e de protección da función de barreira endotelial.
O tratamento de células con APC demostra que a súa modulación da expresión xénica controla efectivamente as vías principais do comportamento inflamatorio e apoptótico celular. Existen uns 20 xenes que son regulados á alza pola proteína C, e outros 20 que son regulados á baixa: os primeiros son xeralmente vías antiinflamatorias e antiapoptóticas, mentres que os últimos adoitan ser proinflamatorios e proapoptóticos. Os mecanismos da APC para alterar os perfís de expresión xénica non son ben coñecidos, pero crese que polo menos en parte implican un efecto inhibitorio sobre a actividade dos factores de transcrición. Proteínas importantes que a APC regula á alza son Bcl-2, eNOS e IAP. Os efectos da APC regulan significativamente á baixa p53 e Bax.
A APC ten efectos antiinflamatorios sobre as células endoteliais e os leucocitos. A APC afecta as células endoteliais ao inhibir a liberación de mediadores inflamatorios e regular á baixa moléculas de adhesión vascular. Isto reduce a adhesión de leucocitos e a súa infiltración nos tecidos, á vez que limita os danos no tecido subxacente. A APC apoia a función de barreira endotelial e reduce a quimiotaxe. A APC inhibe a liberación de mediadores da resposta inflamatoria en leucocitos e células endoteliais ao reducir a resposta de citocinas e talvez diminuíndo a resposta inflamatoria sistémica, como se observa na sepse. Estudos feitos en ratas e humanos demostraron que a APC reduce a lesión pulmonar inducida por endotoxinas e a inflamación.
Os científcos recoñecen os efectos antiapoptóticos da proteína C activada, pero non están claros os mecanismos exactos por medio dos cales se inhibe a apoptose. Sábese que a APC é neuroprotectora. Os efectos antiapoptóticos da APC explican en parte por que a APC é efectiva no tratamento da sepse, xa que a redución dos niveis de apoptose está correlacionada cunhas taxas de supervivencia maiores en pacientes sépticos. A antiapoptose conséguese diminuíndo a activación da caspase 3 e caspase 8, mellorando proporción Bax/Bcl-2 e regulando á baixa p53.
A proteína C activada tamén proporciona moita protección da función de barreira endotelial. A rotura da barreira endotelial e o incremento correspondente da permeabilidade endotelial, están asociados co inchamento, hipotensión e inflamación, todos os cales son problemas da sepse. A APC protexe a función de barreira endotelial ao inducir a activación dependente de PAR-1 da esfingosina quinase-1 e a regulación á alza de esfingosina-1-fosfato con esfingosina quinase.
Varios estudos indicaron que a actividade proteolítica da APC contribúe ás propiedades citoprotectoras observadas da APC, pero as variantes que son proteoliticamente inactivas tamén poden regular a formación de PAR-activadores de trombina e factor Xa e expresar propiedades citoprotectoras in vitro e in vivo. Papel en enfermidades
Unha deficiencia de proteína C xenética, na súa forma leve asociada con heterocigosidade simple, causa un incremento significativo do risco de trombose venosa en adultos. Se un feto é homocigoto ou heterocigoto composto para a deficiencia, podería presentarse purpura fulminans, coagulación intravascular diseminada grave e un simultáneo tromboembolismo venoso no útero; o cal é moi grave e xeralmente mortal. A deleción do xene da proteín C en ratos causa a morte fetal arredor do momento do nacemento. Os fetos de rato sen proteína C desenvólvense normalmente ao principio, pero experimentan graves hemorraxias, coagulopatías, depósito de fibrina e necrose do fígado.
A fecuencia da deficiencia de proteína C entre os individuos asintomáticos é de entre 1 de cada 200 e 1 de cada 500 persoas. En contraste, os síntomas significativos da deficiencia son detectables en 1 de cada 20000 individuos. Non se detectou ningún nesgo racial ou étnico.
A resistencia á proteína C activada ocorre cando a APC non pode realizar as súas funcións. Esta doenza ten síntomas similares á deficiencia de proteína C. A mutación máis común que causa a resistencia á proteína C activada en individuos caucasianos é nun sitio de clivaxe no factor V para a APC. Nese sitio, a Arg506 é substituída por Gln, producindo o factor V de Leiden. Esta mutación tamén se denomina R506Q. A mutación que orixina a perda deste sitio de clivaxe impide que a APC inactive eficazmente tanto o factor Va coma o factor VIIIa. Así, o sangue desa persoa coagula demasiado rapidamente e pona permanentemente en maior risco de sufrir trombose. Os individuos heterocigotos para a mutación do factor VLeiden teñen un risco de trombose venosa de 5 a 7 veces maior que o da poboación xeral. Os individuos homocigotos teñen un risco 80 veces maior. Esta mutación é tamén o risco hereditario máis común para a trombose venosa en caucasianos.
Arredor do 5% da resistencia á APC non están asociadas coa mutación antes mencionada e o factor VLeiden. Outras mutacións xenéticas poden causar resistencia á APC, pero ningunha no grao en que o fai o factor VLeiden. Entre estas mutacións están outras versións do factor V, a xeración espontánea de autoanticorpos contra o factor V e a disfunción de calquera dos cofactores da APC. Ademais, algunhas condicións adquiridas poden reducir a eficacia coa que a APC reaiza as súas funcións anticoagulantes. Os estudos realizados suxiren que entre o 20% e o 60% dos pacientes trombóticos sofren algunha forma de resistencia á APC.
A necrose por warfarina é unha deficiencia de proteína C adquirida debido ao tratamento con warfarina, a cal é un antagonista da vitamina K e un anticoagulante. Porén, o tratamento con warfarina pode producir lesións cutáneas paradoxais similares ás observadas na purpura fulminans. Unha variante desta resposta preséntase como unha gangrena venosa nas extremidades cando se usa a warfarina para tratar a trombose venosa profunda asociada co cancro. Nestas situacións, a warfarina pode volver a administrarse a baixa dose para asegurarse de que a deficiencia de proteína C non se presenta antes de que sexan suprimidos os factores de coagulación II, IX e X da vitamina K.
A proteína C activada cliva as histonas do Plasmodium falciparum, que son liberadas durante a infección: a clivaxe destas histonas elimina os seus efectos proinflamatorios. Uso en medicina
Os niveis de proteína C sábese desde hai tempo que serven para predicir a mortalidade en pacientes de sepse. Debido a isto e aos seus efectos pleiotrópicos anticoagulantes e citoportectores, suxeriuse o uso da proteína C, xunto con outros fármacos, no tratamento de pacientes con sepse grave.
En novembro de 2001, a FDA norteamericana aprobou o uso da Drotrecogin alfa-activada (DrotAA) para o tratamento clínico de adultos que padecían sepses graves e tiñan un risco alto de morrer. Este fármaco é unha forma recombinante da proteína C activada humna (rhAPC). Foi comercializada co nome Xigris pola Eli Lilly and Company, A Drotrecogin alfa-activada estivo envolvida nunha controversia cando despois de ser aprobada para uso clínico se atopou que incrementaba as hemorraxias e non reducía a mortalidade. En outubro de 2011 a rhAPC (Xigris®) foi retirada do mercado pola compañía Eli Lilly debido á maior mortalidade en ensaios n adultos.
A APC foi estudada como forma de tratar as lesións pulmonares, despois de que algúns estudos mostrasen que pacientes con lesións pulmonares tiñan niveis reducidos de APC en partes específicas dos pulmóns correlacionados con resultados peores. A APC tamén foi considerada para o seu uso para mellorar os resultados en pacientes de accidentes cerebrovasculares isquémicos, unha emerxencia médica na cal o bloqueo arterial priva unha rexión do cerebro de oxíxeno, causando a morte dos tecidos. Fixéronse prometedores estudos que indican que a APC podería ser acoplada xunto co único tratamento actualmente aprobado, o activador do plasminóxeno tisular (tPA), para protexer o cerebro dos efectos colaterais moi nocivos do tPA, ademais de impedir a morte celular por carencia de oxíxeno (hipoxia). Tamén se propuxo o uso clínico da APC para mellorar os resultados en transplante de illotes pancreáticos de Langerhans no tratamento da diabetes tipo I. Notas e referencias
Notas Referencias