Mechanizm
Plazminogen służy jako zymogen, który inicjuje kaskadę fibrynolityczną poprzez wiązanie się z nienaruszoną fibryną za pośrednictwem domen strukturalnych w obrębie plazminogenu zwanych domenami „kringle”. Strukturalnie, domeny kringle są dużymi pętlami aminokwasów stabilizowanymi przez wiązania disiarczkowe. Te domeny „kringle”, obecne w kilku enzymach układu fibrynolitycznego, umożliwiają wiązanie plazminogenu do reszt lizynowych na karboksy-końcu i są uważane za pierwszy etap fibrynolizy. Wiązanie plazminogenu jest regulowane w skrzeplinach hemostatycznych poprzez usuwanie karboksyjno-końcowych grup lizynowych podczas tworzenia fibryny w obecności trombomoduliny, która ulega ekspresji przez komórki śródbłonka naczyniowego. Trombomodulina wiąże trombinę i zaczyna wytwarzać karboksypeptydazę B, która z kolei rozszczepia wolne karboksyterminalne reszty lizyny. Ten regulacyjny krok zapobiega przedwczesnej lizie skrzepów pełniących rolę hemostatyczną i ogranicza aktywację plazminogenu na dużych, aktywnie tworzących się skrzeplinach. Jednakże, gdy plazminogen jest związany z fibryną, w strukturze plazminogenu zachodzi zmiana konformacyjna zwiększająca podatność plazminogenu na aktywację.
Badania wskazują, że plazminogen istnieje w trzech odrębnych formach konformacyjnych, alfa, beta i gamma. Konformacja alfa jest konformacją zamkniętą i jest potwierdzeniem przystosowanym głównie podczas krążenia plazminogenu. Konformacja beta lub konformacja półotwarta występuje, gdy plazminogen jest związany z nienaruszoną fibryną poprzez jedną resztę lizynową na karboksy-końcu, i wreszcie konformacja gamma jest opisywana jako konformacja w pełni otwarta i występuje, gdy plazminogen jest związany z dwiema resztami lizynowymi na karboksy-końcu. Dodatkowo, literatura wskazuje, że krążący plazminogen może być modyfikowany poprzez reakcje hydrolizy, które służą zwiększeniu powinowactwa wiązania plazminogenu do fibryny. Te formy konformacyjne i modyfikacje pozwalają na regulację aktywacji plazminogenu na poziomie molekularnym.
Najbardziej aktywnym fizjologicznie aktywatorem plazminogenu jest tkankowy aktywator plazminogenu (tPA), którego produkcja i wydzielanie odbywa się głównie z komórek śródbłonka. Śródbłonkowe uwalnianie tPA jest wyzwalane przez liczne bodźce lokalne, w tym stres ścinający, aktywność trombiny, histaminę i bradykininę. Syntetyzowany tPA zawiera pięć domen strukturalnych, w tym domenę palca fibronektyny, dwie domeny kringle, które są homologami struktur kringle występujących w plazminogenie, analog naskórkowego czynnika wzrostu oraz domenę proteazy serynowej. tPA jest wytwarzany najpierw jako białko jednołańcuchowe, a w tej jednołańcuchowej postaci jego powinowactwo do plazminogenu maleje. Po wytworzeniu plazminy, plazmina działa w mechanizmie dodatniego sprzężenia zwrotnego, rozszczepiając tPA do postaci dwułańcuchowej. Ta forma ma 10-krotnie większe powinowactwo do przekształcania plazminogenu w plazminę i przyspiesza tempo przemiany. W prawidłowym świetle naczynia tPA pozostaje stłumiony przez molowy nadmiar jego inhibitora, inhibitora aktywatora plazminogenu-1 (PAI-1). W obecności fibryny zarówno plazminogen, jak i tPA mogą się wiązać, zależny od stężenia efekt hamujący PAI-1 zanika, a tPA znajduje się w wystarczająco bliskim sąsiedztwie, aby rozszczepić plazminogen do aktywnej plazminy. Aktywacja ta następuje poprzez rozszczepienie wiązania peptydowego Arg-Val w obrębie plazminogenu, dając początek aktywnej proteazie, plazminie. To zdarzenie rozszczepienia jest podobnym krokiem aktywującym dla wszystkich różnych aktywatorów plazminogenu, z których tPA jest najbardziej wszechobecny.
Urokinazowy aktywator plazminogenu (uPA) jest drugim głównym aktywatorem plazminogenu i wiadomo, że pełni wiele funkcji poza zaangażowaniem w aktywację plazminogenu. Aby być aktywnym proteolitycznie i uczestniczyć w aktywacji plazminogenu, uPA łączy się z receptorem na powierzchni komórek śródbłonka naczyniowego. Podobnie jak tPA, uPA wydzielany jest w formie jednołańcuchowej o niskim powinowactwie do plazminogenu, i podobnie jak tPA ma bardziej aktywną formę dwułańcuchową. Kiedy jednołańcuchowy uPA wiąże się ze swoim receptorem na błonie komórkowej, a plazminogen jest związany w pobliżu poprzez karboksyterminalną resztę lizynową, oba proenzymy mogą się wzajemnie aktywować. Należy zauważyć, że w porównaniu z tPA, aktywacja plazminogenu przez uPA odgrywa mniejszą rolę w aktywacji plazminogenu. Podczas gdy uPA i tPA są głównymi aktywatorami plazminogenu, w literaturze opisano kilka innych aktywatorów plazminogenu. Należą do nich kallikreina, a także czynnik XIa i czynnik XIIa. Całkowity wpływ tych proteaz na całkowitą produkcję plazminy w osoczu wynosi według literatury około 15%.
Po aktywacji, w osoczu istnieją mechanizmy degradacji odpowiedzi plazminy. Inhibicja plazminy następuje przez alfa-antyplazminę, która jest członkiem rodziny białek serpiny, alfa-antyplazmina krąży w osoczu w stosunkowo wysokim stężeniu, aby hamować aktywność plazminy. Równocześnie istnieją mechanizmy zmniejszające aktywność tPA i uPA, co jest osiągane przez działanie dwóch innych członków rodziny białek serpiny, inhibitora aktywatora plazminogenu-1 (PAI-1) i inhibitora aktywatora plazminogenu-2 (PAI-2).
Numerous cell types including endothelial cells and platelets release PAI-1 and PAI-2 in response to cytokines involved in inflammatory cascades. PAI-1 jest produkowany w komórkach śródbłonka. Synteza jest wysoce regulowana, a wytwarzany PAI-1 ma postać aktywną, która szybko rozpada się w roztworze. Wynika stąd wniosek, że PAI-1 i PAI-2 po uwolnieniu są strukturalnie labilne i wymagają stabilizacji. Stabilizacja następuje poprzez krążący składnik osocza zwany witronektyną, kompleks witronektyny i PAI wykazuje mniejszą spontaniczną inaktywację niż sam PAI-1, kompleks fibronektyny i PAI jest następnie dalej stabilizowany w mechanizmie blokady molekularnej poprzez wiązanie z ligandami, które ograniczają labilne centrum strukturalne PAI-1. Po ustabilizowaniu, PAI-1 i PAI-2 tworzą nieodwracalne kompleksy w miejscach cięcia tPA i uPA, hamując je w przestrzeni naczyniowej. PAI-1 występuje w wyższym stężeniu i jest najbardziej aktywny fizjologicznie w porównaniu z PAI-2 i hamuje zarówno uPA, jak i tPA. W porównaniu z PAI-2 wykazano minimalny efekt hamujący na tPA i brak inhibicji na uPA. Uważano, że polimorfizmy genetyczne PAI-1 przyczyniają się do patogenezy choroby miażdżycowej, jednak ostatnie metaanalizy nie potwierdzają tego udziału.
Najnowsze dowody wskazują na endokrynną rolę, jaką odgrywa tkanka tłuszczowa, a w aktywacji plazminogenu zidentyfikowano inhibitor aktywatora plazminogenu pochodzący z tkanki tłuszczowej. Produkcja inhibitora aktywatora plazminogenu pochodzącego z tkanki tłuszczowej wzrasta wraz ze wzrostem całkowitej trzewnej tkanki tłuszczowej, co powoduje narastający efekt hamujący aktywację plazminogenu i prowadzi do dysregulacji fibrynolizy. Wiadomo, że PAI-1 pełni funkcje wykraczające poza hamowanie aktywacji plazminogenu, a dowody wskazują, że odgrywa on rolę w stymulowaniu przebudowy macierzy zewnątrzkomórkowej, adhezji komórek i ruchliwości. Uważa się, że dysregulacja tych ról może mieć wpływ na chorobę zwłóknieniową, przerzuty nowotworowe i powikłania ciążowe.
Podsumowując, plazminogen istnieje w trzech różnych formach konformacyjnych, które zapewniają różną dostępność do miejsca aktywacji plazminogenu. Aktywacja może zachodzić za pośrednictwem kilku różnych enzymów katalitycznych, z których tPA i uPA mają największe znaczenie fizjologiczne. Aktywność tych aktywatorów plazminogenu jest regulowana głównie przez PAI-1 i PAI-2, podczas gdy aktywna forma plazminogenu, plazmina, jest hamowana przez alfa-antyplazminę, białko serpiny należące do tej samej klasy co PAI-1 i PAI-2.