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在凝血和炎症过程中，纤维蛋白网络意义重大，而 FXIIIa 在其中的作用机制尚不明晰。研究人员用 FXIII 缺陷血浆和微球模型，探究表面结合的 FXIIIa 的影响。结果发现其促进纤维蛋白沉积，使纤维更直更长。该研究为相关疾病治疗提供新思路。
在生命的长河中，凝血与组织修复如同精密的齿轮，维持着身体的健康运转，而纤维蛋白网络则是这一复杂机制的关键部件。纤维蛋白作为血液凝块的核心成分，不仅在伤口愈合时发挥着关键作用，还在组织修复过程中搭建起临时的 “脚手架”，为细胞的迁移和增殖提供支撑。同时，它也是合成生物聚合物支架的重要原料，广泛应用于生物医学工程领域。
纤维蛋白的神奇之处在于其独特的 hierarchical 结构（即分级结构，从微观的原纤维到宏观的纤维网络，呈现出有序的层级组织形式）赋予了它高度可延展、粘弹性和应变硬化等特性。在凝血初期，纤维蛋白原在凝血酶的作用下，释放出纤维蛋白肽 A 和 B，随后这些半交错排列的纤维蛋白原分子开始非共价组装，形成直径约 25nm 的原纤维。这些原纤维进一步通过侧向聚集，形成直径几百纳米的纤维蛋白纤维，众多纤维相互交织，最终构建起三维的纤维蛋白网络。
在这个网络中，交联（cross - links）就像是坚固的铆钉，由活化的转谷氨酰胺酶 FXIIIa 催化形成。交联的存在使纤维蛋白网络从柔软可塑变得坚韧稳定，大大增强了其机械和化学稳定性。然而，FXIIIa 存在于血浆中，同时也表达在活化血小板和巨噬细胞的表面，目前人们对表面结合的 FXIIIa 在纤维蛋白结构形成中的具体贡献却知之甚少。这一知识空白就像迷雾，阻碍着我们对凝血和炎症过程中纤维蛋白机制的深入理解，也限制了相关疾病治疗手段的进一步发展。
为了驱散这层迷雾，来自国外的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们巧妙地利用 FXIII 缺陷血浆和由 FXIIIa 结合微球组成的无细胞模型系统，成功避开了血小板表面其他蛋白以及血小板活化状态对 FXIIIa 表达影响等干扰因素，专注于探究表面结合的 FXIIIa 对纤维蛋白形成和结构的作用。经过一系列严谨的实验和深入的分析，研究人员取得了令人瞩目的成果。该研究成果发表在《Biophysical Reports》上，为该领域的研究开辟了新的方向。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先是微球表面修饰技术，通过一系列复杂的化学操作，将抗体或 FXIIIa 蛋白精确地结合到微球表面，为后续实验奠定基础。接着，采用荧光显微镜和电子显微镜技术，对纤维蛋白的形成过程和微观结构进行可视化观察。借助图像分析软件，如 Fiji ImageJ 和 MATLAB 2024b，对采集到的图像进行处理和分析，从而定量研究纤维蛋白沉积的动力学过程以及纤维的形态特征。此外，还使用了蛋白质测定技术，准确测定微球表面蛋白的结合量。
下面来详细看看研究结果：
- 细胞表面 FXIIIa 对纤维蛋白网络的影响：研究人员利用扫描电子显微镜（SEM）观察发现，在 FXIII 缺陷血浆中，活化的巨噬细胞和血小板表面表达的 FXIIIa 能够交联与之结合的纤维蛋白，使纤维蛋白网络呈现出从细胞表面径向发散的束状结构。而当用 FXIIIa 阻断抗体处理细胞后，这种特殊的纤维结构就消失了，这表明细胞表面的 FXIIIa 对纤维蛋白网络结构有着显著的修饰作用。
- 纤维蛋白在不同微球表面沉积的动力学：通过共聚焦荧光显微镜观察，研究人员发现纤维蛋白纤维与不同微球表面的相互作用存在差异。与同型抗体（isotype antibody）包被的微球几乎不发生相互作用，与抗纤维蛋白 E 抗体（anti - fibrin E antibody，anti - fnE - Ab）包被的微球有一定结合，且结合不均匀，而与 FXIIIa 包被的微球相互作用更强，纤维蛋白纤维更厚且分布更均匀。进一步研究纤维蛋白沉积动力学发现，在凝血初期，anti - fnE - Ab 包被微球表面的纤维蛋白沉积量高于 FXIIIa 包被微球，但随着时间推移，FXIIIa 包被微球表面的荧光强度更高。对纤维蛋白沉积量和荧光强度随时间变化的曲线进行拟合分析发现，FXIIIa 包被微球表面的纤维蛋白沉积符合 S 形动力学，呈现出自催化过程，而 anti - fnE - Ab 包被微球表面则是先快速结合然后达到饱和。
- 血浆 FXIIIa 存在时纤维蛋白沉积的动力学：当使用组织因子（tissue factor）启动凝血过程时，FXIIIa 包被微球表面的荧光强度增长曲线依然呈现 S 形，且最终强度比 anti - fnE - Ab 包被微球表面高 2.5 倍。在血浆中添加生理相关浓度的 FXIIIa 后，anti - fnE - Ab 包被微球表面的荧光强度大幅增加，超过了 FXIIIa 包被微球，且沉积曲线变为饱和动力学，这表明溶液中的交联会改变表面交联的效果。
- 不同微球表面纤维蛋白纤维的特征：通过 SEM 观察单个纤维蛋白纤维的形态发现，与 anti - fnE - Ab 包被微球表面的纤维相比，FXIIIa 包被微球表面的纤维更长、更连续、排列更紧密，像薄片一样。对纤维的量化分析表明，FXIIIa 包被微球表面交联的纤维数量比未交联的多 50%，长度中位数是未交联纤维的两倍，且更直，弯曲程度明显小于未交联纤维。
- 表面交联纤维连接相邻微球：由于 FXIIIa 包被微球表面的纤维蛋白纤维又直又长，研究人员观察到这些纤维能够连接相邻的微球。在 SEM 和共聚焦显微镜下都能看到，FXIIIa 包被微球之间通过长纤维相互连接，而 anti - fnE - Ab 包被微球之间只有少量短小纤维，这说明表面交联的纤维蛋白纤维可能促进了不同表面之间的相互作用。
综合上述研究结果，研究人员在讨论部分指出，表面结合的 FXIIIa 对纤维蛋白纤维的交联作用，相较于未交联纤维与表面的简单结合，能够促使形成更直、更长且沉积更厚的纤维蛋白纤维。这种交联引发的纤维蛋白沉积动力学变化，形成了部分交联的纤维，这些纤维尽管未直接与表面紧密结合，但能延伸数微米，构建起更为复杂的纤维蛋白网络。虽然目前尚未对这种混合纤维的局部刚度进行实验测量，但这种空间上变化的刚度在机械生物学中具有重要意义。在血液凝块形成过程中，活化血小板表面表达的 FXIIIa 交联与 αIIbβ3受体结合的纤维蛋白（原），很可能增强了纤维蛋白 - αIIbβ3 - 肌球蛋白轴的作用。这种增强作用源于血小板附近更直、更密集纤维的局部刚度增加，使得这些纤维束能够更有效地锚定和传递血小板产生的收缩力。这对于早期凝块形成过程中的纤维蛋白重塑、晚期凝块收缩、由外向内的机械信号传导以及血小板聚集体之间的机械通讯都至关重要。该研究成功分离出表面结合的 FXIIIa，揭示了其在血小板 - 纤维蛋白相互作用中的重要机制，为深入理解血液凝块的力学机制提供了关键线索，有望为相关疾病的治疗和干预开辟新的道路。
