Mekanism
Plasminogen fungerar som ett zymogen som initierar den fibrinolytiska kaskaden genom att binda till intakt fibrin via strukturella domäner i plasminogen som kallas ”kringle”-domäner. Strukturellt sett är kringle-domäner stora slingor av aminosyror som stabiliseras av disulfidbindningar. Dessa kringle-domäner, som finns i flera enzymer inom det fibrinolytiska systemet, gör det möjligt för plasminogen att binda till karboxyterminala lysinrester och har ansetts vara det första steget i fibrinolysen. Plasminogenbindningen regleras i hemostatiska tromber genom att de karboxyterminala lysingrupperna avlägsnas när fibrin bildas i närvaro av trombomodulin, som uttrycks av vaskulära endotelceller. Trombomodulin binder trombin och börjar generera karboxypeptidas B som i sin tur klyver fria karboxyterminala lysinrester., Detta reglerande steg förhindrar för tidig lysis av koagel som fungerar hemostatiskt och begränsar plasminogenaktiveringen i stora aktivt bildande tromber. När plasminogen väl är bundet till fibrin sker emellertid en konformationsförändring i plasminogens struktur, vilket ökar plasminogens känslighet för aktivering.
Studier visar att plasminogen existerar i tre olika konformationsformer, alfa, beta och gamma. Alfa-konformationen är en sluten konformation och är den konformation som anpassas övervägande när plasminogen cirkulerar. Beta-konformationen eller en halvöppen konformation uppstår när plasminogen är bundet till intakt fibrin via en karboxyterminal lysinrest, och slutligen beskrivs gamma-konformationen som en helt öppen konformation och uppstår när plasminogen är bundet till två karboxyterminala lysinrester. Dessutom visar litteraturen att cirkulerande plasminogen kan modifieras genom hydrolysreaktioner som tjänar till att öka plasminogens bindningsaffinitet till fibrin. Dessa konformationsformer och modifieringar gör det möjligt att reglera plasminogenaktiveringen på molekylär nivå.
Den mest fysiologiskt aktiva plasminogenaktivatorn är vävnadsplasminogenaktivator (tPA), vars produktion och utsöndring huvudsakligen sker från endotelceller. Den endoteliala frisättningen av tPA utlöses av många lokala stimuli, inklusive skjuvstress, trombinaktivitet, histamin och bradykinin. När tPA syntetiseras innehåller det fem strukturella domäner, av dessa domäner ingår en fibronectinfingerdomän, två kringeldomäner, som är homologer till de kringelstrukturer som finns i plasminogen, en epidermal tillväxtfaktoranalog och en serinproteasdomän. tPA produceras först som ett enkelkedjigt protein, och i denna enkelkedjiga form minskar dess affinitet för plasminogen. När plasmin väl har producerats arbetar plasmin i en positiv återkopplingsmekanism och klyver tPA till sin tvåkedjiga form. Denna form har en tiofaldigt ökad affinitet för att omvandla plasminogen till plasmin och påskyndar omvandlingshastigheten. I ett normalt patentlumen förblir tPA undertryckt genom ett molärt överskott av dess hämmare, plasminogenaktivatorinhibitor-1 (PAI-1). I närvaro av fibrin kan både plasminogen och tPA binda, den koncentrationsberoende hämmande effekten av PAI-1 försvinner och tPA kommer tillräckligt nära för att klyva plasminogen till aktivt plasmin. Denna aktivering sker genom klyvning av en Arg-Val-peptidbindning i plasminogen som ger upphov till det aktiva proteaset plasmin. Denna klyvning är det liknande aktiveringssteget för alla olika plasminogenaktivatorer, av vilka tPA är den vanligaste.
Urokinase-type plasminogen activator (uPA) är den andra stora plasminogenaktivatorn och är känd för att ha många funktioner utöver sin inblandning i plasminogenaktivering. För att bli proteolytiskt aktiv och delta i aktiveringen av plasminogen binder uPA till en cellytereceptor på kärlendotelet. I likhet med tPA utsöndras uPA i form av en enda kedja med låg affinitet för plasminogen, och i likhet med tPA har uPA en mer aktiv form med två kedjor. När enkelkedjigt uPA binder till sin cellmembranreceptor och när plasminogen är bundet i närheten via en karboxyterminal lysinrest kan de två proenzymerna ömsesidigt aktivera varandra. Det är viktigt att notera att den uPA-medierade aktiveringen av plasminogen jämförelsevis spelar en mindre roll i aktiveringen av plasminogen jämfört med tPA. Även om uPA och tPA är de viktigaste aktivatorerna av plasminogen, beskrivs i litteraturen flera andra aktivatorer av plasminogen. Dessa inkluderar kallikrein samt faktor XIa och faktor XIIa. Den totala effekten av dessa proteaser på den totala plasminproduktionen i plasma rapporteras i litteraturen vara cirka 15 %.
När de väl har aktiverats finns det mekanismer i plasman för att nedbryta plasminresponsen. Hämning av plasmin sker genom alfa-antiplasmin som är en medlem av serpinproteinfamiljen, alfa-antiplasmin cirkulerar i plasma i en relativt hög koncentration för att hämma plasminets aktivitet. Samtidigt finns det mekanismer för att minska aktiviteten hos tPA och uPA, vilket sker genom verkan av två andra medlemmar av serpinfamiljen, plasminogenaktivatorinhibitor-1 (PAI-1) och plasminogenaktivatorinhibitor-2 (PAI-2).
Flera celltyper, inklusive endotelceller och trombocyter, frisätter PAI-1 och PAI-2 som svar på cytokiner som är involverade i inflammatoriska kaskader. PAI-1 produceras i endotelceller. Syntesen är starkt reglerad och PAI-1 som produceras är i en aktiv form som snabbt sönderfaller i lösning. Slutsatsen är således att PAI-1 och PAI-2 vid frisättning är strukturellt labila och kräver stabilisering. Stabiliseringen sker via en cirkulerande komponent i plasma som kallas vitronectin, vitronectin- och PAI-komplexet uppvisar mindre spontan inaktivering än enbart PAI-1. Fibronectin- och PAI-komplexet stabiliseras sedan ytterligare i en molekylär låsningsmekanism genom bindning med ligander som begränsar PAI-1:s labila strukturella centrum. När de väl är stabiliserade bildar PAI-1 och PAI-2 irreversibla komplex vid tPA:s och uPA:s skärningspunkter och hämmar dem i det vaskulära utrymmet. Av de två är PAI-1 i högre koncentration och den mest fysiologiskt aktiva jämfört med PAI-2 och hämmar både uPA och tPA. PAI-2 har däremot visat sig ha en minimal hämmande effekt på tPA och ingen hämning på uPA. Genetiska polymorfismer av PAI-1 ansågs bidra till patogenesen för aterosklerotisk sjukdom, men nyligen genomförda metaanalyser stöder inte detta bidrag.
Nyare bevis har kommit att visa på den endokrina roll som fettvävnaden spelar, och vid plasminogenaktivering har man identifierat en av fettvävnaden härledd plasminogenaktivatorhämmare. Produktionen av adipose-derived plasminogen activator inhibitor ökar när det totala viscerala kroppsfettet ökar, vilket resulterar i en ökande hämmande effekt på plasminogenaktivering och leder till dysreglering av fibrinolysen. Det är känt att PAI-1 har andra roller än att hämma plasminogenaktiveringen, och bevis tyder på att det har roller i att stimulera extracellulär matrisremodellering, celladhesion och motilitet. Dysreglering av dessa roller anses ha betydelse för fibrotisk sjukdom, neoplastisk metastasering och graviditetskomplikationer.
Sammanfattningsvis finns plasminogen i tre olika konformationsformer, som ger olika tillgänglighet till plasminogens aktiverande plats. Aktiveringen kan ske via flera olika katalytiska enzymer, där tPA och uPA är de fysiologiskt viktigaste. Aktiviteten hos dessa plasminogenaktivatorer regleras främst av PAI-1 och PAI-2, medan den aktiva formen av plasminogen, plasmin, hämmas av alfa-antiplasmin, ett serpinprotein i samma klass som PAI-1 och PAI-2.