La proteína C , también conocida como autoprotrombina IIA y factor XIV de coagulación sanguínea , [5] : 6822 [6] es un zimógeno , es decir, una enzima inactiva. La forma activada desempeña un papel importante en la regulación de la anticoagulación , la inflamación y la muerte celular y en el mantenimiento de la permeabilidad de las paredes de los vasos sanguíneos en humanos y otros animales. La proteína C activada ( APC ) realiza estas operaciones principalmente inactivando proteolíticamente las proteínas Factor V a y Factor VIII a . La APC se clasifica como una serina proteasa ya que contiene un residuo de serina en su sitio activo . [7] : 35 En los humanos, la proteína C está codificada por el gen PROC , que se encuentra en el cromosoma 2. [ 8]
La forma zimógena de la proteína C es una glicoproteína dependiente de la vitamina K que circula en el plasma sanguíneo . Su estructura es la de un polipéptido de dos cadenas que consiste en una cadena ligera y una cadena pesada conectadas por un enlace disulfuro . [8] : 4673 El zimógeno de la proteína C se activa cuando se une a la trombina , otra proteína muy involucrada en la coagulación, y la activación de la proteína C es promovida en gran medida por la presencia de trombomodulina y receptores de proteína C endotelial (EPCR). Debido al papel de los EPCR, la proteína C activada se encuentra principalmente cerca de las células endoteliales (es decir, las que forman las paredes de los vasos sanguíneos), y son estas células y los leucocitos (glóbulos blancos) los que afecta la APC. [7] : 34 [9] : 3162 Debido al papel crucial que desempeña la proteína C como anticoagulante , aquellos con deficiencias de proteína C, o algún tipo de resistencia a la APC , sufren un riesgo significativamente mayor de formar coágulos sanguíneos peligrosos ( trombosis ).
La investigación sobre el uso clínico de una forma recombinante de la proteína C activada humana (rhAPC) conocida como Drotrecogin alfa-activated , con la marca Xigris de Eli Lilly and Company , ha estado rodeada de controversia. Eli Lilly llevó a cabo una agresiva campaña de marketing para promover su uso en personas con sepsis grave y choque séptico y patrocinó las Directrices de la Campaña de Supervivencia a la Sepsis de 2004. [10] Sin embargo, una revisión Cochrane de 2012 encontró que su uso no puede recomendarse ya que no mejora la supervivencia y aumenta el riesgo de sangrado. [11] En octubre de 2011, Xigris fue retirado del mercado por Eli Lilly debido a una mayor mortalidad en un ensayo entre adultos. [12]
El papel anticoagulante de la proteína C en el cuerpo humano fue observado por primera vez por Seegers et al. en 1960, [13] quienes le dieron a la proteína C su nombre original, autoprotrombina II-a . [5] : 6822 La proteína C fue aislada por primera vez por Johan Stenflo del plasma bovino en 1976, y Stenflo determinó que era una proteína dependiente de la vitamina K. [ 14] La nombró proteína C porque era la tercera proteína ("pico C") que se eluía de un cromatógrafo de intercambio iónico DEAE-Sepharose . Seegers estaba, en ese momento, buscando factores de coagulación dependientes de la vitamina K no detectados por ensayos de coagulación , que miden la función de coagulación global. Poco después de esto, Seegers reconoció que el descubrimiento de Stenflo era idéntico al suyo. [5] : 6822 La proteína C activada fue descubierta más tarde ese año, [15] y en 1977 se reconoció por primera vez que la APC inactiva el factor V a . [16] : 2382 [17] En 1980, Vehar y Davie descubrieron que la APC también inactiva el factor VIII a , [18] y poco después, Walker reconoció a la proteína S como un cofactor . [19] En 1982, un estudio familiar de Griffin et al . asoció por primera vez la deficiencia de proteína C con síntomas de trombosis venosa . [20] La deficiencia de proteína C homocigótica y los consiguientes efectos graves para la salud fueron descritos en 1984 por varios científicos. [21] : 1214 La clonación de ADNc de la proteína C fue realizada por primera vez en 1984 por Beckmann et al., que produjo un mapa del gen responsable de producir proteína C en el hígado. [22] En 1987 se realizó un experimento seminal (Taylor et al. ) mediante el cual se demostró que la proteína C activada prevenía la coagulopatía y la muerte en babuinos infundidos con concentraciones letales de E. coli . [16] : 2382 [23]
En 1993, Dahlbäck et al. detectaron una resistencia hereditaria a la APC y la asociaron con trombofilia familiar . [24] En 1994, se observó la mutación genética relativamente común que produce el factor V Leiden (Bertina et al. ). [25] Dos años después, se obtuvieron imágenes de APC sin dominio Gla con una resolución de 2,8 Ångströms . [α] [5] A partir del ensayo clínico PROWESS de 2001, [26] se reconoció que muchos de los síntomas de la sepsis pueden mejorarse con la infusión de APC, y las tasas de mortalidad de los pacientes sépticos pueden reducirse significativamente. [9] : 3161, 6 Cerca del final de ese año, Drotrecogin alfa (activada) , una proteína C activada humana recombinante, se convirtió en el primer fármaco aprobado por la FDA de EE. UU. para tratar la sepsis grave . [27] En 2002, Science publicó un artículo que mostró por primera vez que la proteína C activa el receptor 1 activado por proteasa (PAR-1) y este proceso explica la modulación del sistema inmunológico por parte de la proteína. [16] : 2382 [28]
Las instrucciones biológicas para sintetizar la proteína C en humanos están codificadas en el gen oficialmente denominado "proteína C (inactivador de los factores de coagulación Va y VIIIa)". El símbolo del gen aprobado por el Comité de Nomenclatura Genética de HUGO es "PROC" de " proteína C ". Está ubicado en el segundo cromosoma (2q13-q14) y comprende nueve exones . [8] [16] : 2383 La secuencia de nucleótidos que codifica la proteína C humana tiene aproximadamente 11.000 bases de longitud. [8] : 4675
La proteína C humana es una glicoproteína dependiente de la vitamina K estructuralmente similar a otras proteínas dependientes de la vitamina K que afectan la coagulación sanguínea, [29] como la protrombina , el factor VII , el factor IX y el factor X. [ 21] : 1215 La síntesis de proteína C ocurre en el hígado y comienza con una molécula precursora de cadena sencilla: un péptido señal de 32 aminoácidos en el extremo N que precede a un propéptido . [30] : S11 La proteína C se forma cuando se elimina un dipéptido de Lys 198 y Arg 199 ; esto provoca la transformación en un heterodímero con carbohidratos unidos a N en cada cadena. La proteína tiene una cadena ligera (21 kDa ) y una cadena pesada (41 kDa) conectadas por un enlace disulfuro entre Cys 183 y Cys 319 .
La proteína C inactiva comprende 419 aminoácidos en múltiples dominios : [16] : 2383 un dominio Gla (residuos 43-88); un segmento aromático helicoidal (89-96); dos dominios similares al factor de crecimiento epidérmico (EGF) (97-132 y 136-176); un péptido de activación (200-211); y un dominio de serina proteasa similar a la tripsina (212-450). La cadena ligera contiene los dominios similares a Gla y EGF y el segmento aromático. La cadena pesada contiene el dominio de proteasa y el péptido de activación. Es en esta forma que el 85-90% de la proteína C circula en el plasma como un zimógeno , a la espera de ser activado. [5] : 6822 El zimógeno de proteína C restante comprende formas ligeramente modificadas de la proteína. La activación de la enzima ocurre cuando una molécula de trombina separa el péptido de activación del extremo N de la cadena pesada. [8] : 4673 [30] : S11 El sitio activo contiene una tríada catalítica típica de las serina proteasas (His 253 , Asp 299 y Ser 402 ). [16] : 2833
El dominio Gla es particularmente útil para unirse a fosfolípidos cargados negativamente para la anticoagulación y al EPCR para la citoprotección . Un exositio particular aumenta la capacidad de la proteína C para inactivar el factor V a de manera eficiente. Otro es necesario para interactuar con la trombomodulina. [16] : 2833
Modificaciones postraduccionales . La proteína C humana tiene al menos cinco tipos de modificaciones postraduccionales : (1) gamma- carboxilación en los primeros nueve residuos de ácido glutámico en la secuencia de la proteína. Este evento de modificación es realizado por una carboxilasa microsomal dependiente de la vitamina K. Se requiere el complemento completo de Gla para dar actividad completa a la proteína C. (2) beta- hidroxilación de Asp71 en uno de los dos dominios similares a EGF para dar eritro-L-beta-hidroxi-aspartato (bHA). La modificación es necesaria para la actividad funcional como se demostró mutando Asp71 a Glu. (3) N- glicosilación en tres posibles sitios de glicosilación. Se ha informado que la proteína C humana plasmática tiene un 23% de carbohidratos en peso. (4) Formación de disulfuro. (5) Múltiples escisiones proteolíticas de la cadena principal del polipéptido para eliminar un péptido señal de 18 aminoácidos , un propéptido de 24 aminoácidos y luego escisiones en los aminoácidos 155-156 y 157-158 para producir la estructura de dos cadenas del zimógeno circulante. [31]
La activación de la proteína C es fuertemente promovida por la trombomodulina y el receptor de proteína C endotelial (EPCR), el último de los cuales se encuentra principalmente en las células endoteliales (células en el interior de los vasos sanguíneos). La presencia de trombomodulina acelera la activación en varios órdenes de magnitud, [7] : 34 y el EPCR acelera la activación por un factor de 20. Si cualquiera de estas dos proteínas está ausente en especímenes murinos , el ratón muere por coagulación sanguínea excesiva mientras aún está en un estado embrionario . [32] : 1983 [33] : 43335 En el endotelio, APC desempeña un papel importante en la regulación de la coagulación sanguínea, la inflamación y la muerte celular ( apoptosis ). [34] : 28S Debido al efecto acelerador de la trombomodulina sobre la activación de la proteína C, se puede decir que la proteína no es activada por la trombina sino por el complejo trombina-trombomodulina (o incluso trombina-trombomodulina-EPCR). [16] : 2381 Una vez en forma activa, la APC puede o no permanecer unida al EPCR, con el que tiene aproximadamente la misma afinidad que el zimógeno proteico. [9] : 3162
La proteína C en forma de zimógeno está presente en el plasma sanguíneo humano adulto normal en concentraciones entre 65 y 135 UI / dl . La proteína C activada se encuentra en niveles aproximadamente 2000 veces inferiores a este. [9] : 3161 La deficiencia leve de proteína C corresponde a niveles plasmáticos superiores a 20 UI/dl, pero por debajo del rango normal. Las deficiencias moderadamente graves describen concentraciones sanguíneas entre 1 y 20 UI/dl; las deficiencias graves producen niveles de proteína C que están por debajo de 1 UI/dl o son indetectables. Los niveles de proteína C en un bebé a término sano promedian 40 UI/dl. La concentración de proteína C aumenta hasta los seis meses, cuando el nivel medio es de 60 UI/dl; el nivel se mantiene bajo durante la infancia hasta que alcanza los niveles adultos después de la adolescencia . [21] : 1216 La vida media de la proteína C activada es de alrededor de 15 minutos. [5] : 6823
Las vías de la proteína C son las reacciones químicas específicas que controlan el nivel de expresión de APC y su actividad en el cuerpo. [7] : 34 La proteína C es pleiotrópica , con dos clases principales de funciones: anticoagulación y citoprotección (su efecto directo sobre las células). La función que realiza la proteína C depende de si la APC permanece o no unida a EPCR después de ser activada; los efectos anticoagulantes de la APC ocurren cuando no lo hace. En este caso, la proteína C funciona como un anticoagulante al inactivar proteolíticamente de manera irreversible el Factor V a y el Factor VIII a , convirtiéndolos en Factor V i y Factor VIII i respectivamente. Cuando todavía está unida a EPCR, la proteína C activada realiza sus efectos citoprotectores, actuando sobre el sustrato efector PAR-1, el receptor activado por proteasa-1 . Hasta cierto punto, las propiedades anticoagulantes de la APC son independientes de sus propiedades citoprotectoras, en el sentido de que la expresión de una vía no se ve afectada por la existencia de la otra. [9] : 3162 [34] : 26S
La actividad de la proteína C puede ser regulada a la baja al reducir la cantidad de trombomodulina disponible o de EPCR. Esto puede ser realizado por citocinas inflamatorias , como la interleucina-1β (IL-1β) y el factor de necrosis tumoral-α (TNF-α). Los leucocitos activados liberan estos mediadores inflamatorios durante la inflamación, inhibiendo la creación tanto de trombomodulina como de EPCR, e induciendo su desprendimiento de la superficie endotelial. Ambas acciones regulan a la baja la activación de la proteína C. La propia trombina también puede tener un efecto sobre los niveles de EPCR. Además, las proteínas liberadas de las células pueden impedir la activación de la proteína C, por ejemplo, los eosinófilos , lo que puede explicar la trombosis en la cardiopatía hipereosinofílica . [β] La proteína C puede ser regulada al alza por el factor plaquetario 4 . Se supone que esta citocina mejora la activación de la proteína C al formar un puente electrostático desde el dominio Gla de la proteína C al dominio de glicosaminoglicano (GAG) de la trombomodulina, lo que reduce la constante de Michaelis (K M ) para su reacción. [16] : 2386 [34] : 29S Además, la proteína C es inhibida por el inhibidor de la proteína C. [35] : 369
La proteína C es un componente importante en la anticoagulación en el cuerpo humano. Actúa como un zimógeno de la serina proteasa : APC proteoliza los enlaces peptídicos en el factor V y el factor VIII activados (factor V a y factor VIII a ), y uno de los aminoácidos en el enlace es la serina . [16] : 2381 Estas proteínas que APC inactiva, el factor V a y el factor VIII a , son cofactores altamente procoagulantes en la generación de trombina , que es un elemento crucial en la coagulación sanguínea; juntos forman parte del complejo de protrombinasa . [34] : 26S Los cofactores en la inactivación del factor V a y el factor VIII a incluyen proteína S , factor V, lipoproteína de alta densidad , fosfolípidos aniónicos y glicoesfingolípidos . [9] : 3161
El factor V a se une a la protrombina y al factor X a , aumentando la velocidad a la que se produce trombina en cuatro órdenes de magnitud (10.000x). La inactivación del factor V a detiene prácticamente la producción de trombina. El factor VIII, por otra parte, es un cofactor en la producción del factor X activado, que a su vez convierte la protrombina en trombina. El factor VIII a aumenta la activación del factor X en un factor de alrededor de 200.000. Debido a su importancia en la coagulación, el factor VIII también se conoce como factor antihemofílico, y las deficiencias del factor VIII causan hemofilia A . [16] : 2382, 3
La proteína APC inactiva el factor V a mediante tres escisiones (Arg 306 , Arg 506 , Arg 679 ). Las escisiones en Arg 306 y Arg 506 disminuyen la atracción de la molécula al factor X a , y aunque el primero de estos sitios se escinde lentamente, es completamente necesario para el funcionamiento del factor V. La proteína S ayuda a este proceso al catalizar la proteólisis en Arg 306 , en la que el dominio A2 del factor V se disocia del resto de la proteína. [36] La proteína S también se une al factor X a , lo que impide que este último disminuya la inactivación del factor V a por parte de la proteína APC . [16] : 2386
La inactivación del factor VIII a no se conoce tan bien. La vida media del factor VIII a es de sólo dos minutos, a menos que el factor IX a esté presente para estabilizarlo. Algunos han cuestionado la importancia de la inactivación del factor VIII a por parte de la APC , y se desconoce en qué medida el factor V y la proteína S son cofactores en su proteólisis. Se sabe que la APC actúa sobre el factor VIII a escindiéndolo en dos sitios, Arg 336 y Arg 562 , cualquiera de los cuales es suficiente para inhabilitar el factor VIII a y convertirlo en factor VIII i . [16] : 2387
Cuando la APC se une al EPCR, realiza una serie de funciones citoprotectoras importantes (es decir, protección celular), la mayoría de las cuales se sabe que requieren EPCR y PAR-1. Estas incluyen la regulación de la expresión génica, efectos antiinflamatorios, efectos antiapoptóticos y protección de la función de barrera endotelial. [9] : 3162
El tratamiento de células con APC demuestra que su modulación de la expresión génica controla eficazmente las vías principales de la conducta inflamatoria y apoptótica. Hay unos 20 genes que son regulados positivamente por la proteína C, y 20 genes que son regulados negativamente: los primeros son generalmente vías antiinflamatorias y antiapoptóticas, mientras que los últimos tienden a ser proinflamatorios y proapoptóticos. Los mecanismos de APC para alterar los perfiles de expresión génica no se entienden bien, pero se cree que al menos en parte implican un efecto inhibidor sobre la actividad del factor de transcripción . [9] : 3162, 4 Las proteínas importantes que APC regula positivamente incluyen Bcl-2 , eNOS e IAP . APC produce una regulación negativa significativa de p53 y Bax . [16] : 2388
La APC tiene efectos antiinflamatorios en las células endoteliales y los leucocitos . La APC afecta a las células endoteliales inhibiendo la liberación de mediadores inflamatorios y regulando negativamente las moléculas de adhesión vascular . Esto reduce la adhesión y la infiltración de leucocitos en los tejidos, al tiempo que limita el daño al tejido subyacente. La APC apoya la función de barrera endotelial y reduce la quimiotaxis . La APC inhibe la liberación de mediadores de respuesta inflamatoria en los leucocitos, así como en las células endoteliales, al reducir la respuesta de las citocinas y tal vez disminuir la respuesta inflamatoria sistémica, como se observa en la sepsis . Los estudios tanto en ratas como en humanos han demostrado que la APC reduce la lesión pulmonar y la inflamación inducidas por endotoxinas . [9] : 3164
Los científicos reconocen los efectos antiapoptóticos de la proteína C activada, pero no están seguros de los mecanismos exactos por los que se inhibe la apoptosis. Se sabe que la APC es neuroprotectora . La antiapoptosis se logra con una activación reducida de la caspasa 3 y la caspasa 8 , una mejor relación Bax/Bcl-2 y una regulación negativa de p53. [16] : 2388
La proteína C activada también proporciona una gran protección de la función de barrera endotelial. La degradación de la barrera endotelial y el correspondiente aumento de la permeabilidad endotelial se asocian con hinchazón , hipotensión e inflamación, todos ellos problemas de sepsis. La APC protege la función de barrera endotelial al inducir la activación de la esfingosina quinasa-1 dependiente de PAR-1 y regular positivamente la esfingosina-1-fosfato con la esfingosina quinasa . [9] : 3165
Varios estudios han indicado que la actividad proteolítica de APC contribuye a las propiedades citoprotectoras observadas de APC, pero las variantes que son proteolíticamente inactivas también pueden regular la formación de activadores de PAR, trombina y factor Xa, y expresar propiedades citoprotectoras in vitro e in vivo. [37] [38]
Una deficiencia genética de proteína C , en su forma leve asociada con heterocigosidad simple , causa un riesgo significativamente mayor de trombosis venosa en adultos. Si un feto es homocigoto o heterocigoto compuesto para la deficiencia, puede haber una presentación de púrpura fulminante , coagulación intravascular diseminada grave y tromboembolia venosa simultánea en el útero; [21] : 1214 esto es muy grave y generalmente fatal. [39] : 211s La eliminación del gen de la proteína C en ratones causa la muerte fetal alrededor del momento del nacimiento. Los ratones fetales sin proteína C se desarrollan normalmente al principio, pero experimentan sangrado grave, coagulopatía , depósito de fibrina y necrosis del hígado. [9] : 3161
La frecuencia de deficiencia de proteína C entre individuos asintomáticos es de entre 1 en 200 y 1 en 500. En cambio, se detectan síntomas significativos de deficiencia en 1 de cada 20.000 individuos. No se han detectado sesgos raciales ni étnicos. [21] : 1215
Se han descubierto al menos 177 mutaciones causantes de enfermedades en este gen. [40] La resistencia a la proteína C activada ocurre cuando la APC no puede realizar sus funciones. Esta enfermedad tiene síntomas similares a la deficiencia de proteína C. La mutación más común que conduce a la resistencia a la proteína C activada entre los caucásicos está en el sitio de escisión en el factor V para APC. Allí, Arg 506 se reemplaza con Gln, produciendo el factor V Leiden . Esta mutación también se llama R506Q. [16] : 2382 La mutación que conduce a la pérdida de este sitio de escisión en realidad impide que la APC inactive eficazmente tanto el factor V a como el factor VIII a . Por lo tanto, la sangre de la persona se coagula con demasiada facilidad y tiene un riesgo perpetuamente mayor de trombosis. [41] : 3 Los individuos heterocigotos para la mutación del factor V Leiden tienen un riesgo de trombosis venosa 5 a 7 veces mayor que en la población general. Los sujetos homocigotos tienen un riesgo 80 veces mayor. [7] : 40 Esta mutación también es el riesgo hereditario más común de trombosis venosa entre los caucásicos . [16] : 2382
Alrededor del 5% de la resistencia a la APC no está asociada con la mutación anterior y el factor V Leiden . Otras mutaciones genéticas causan resistencia a la APC, pero ninguna en la medida en que lo hace el factor V Leiden . Estas mutaciones incluyen varias otras versiones del factor V, la generación espontánea de autoanticuerpos dirigidos al factor V y la disfunción de cualquiera de los cofactores de la APC. [16] : 2387 Además, algunas enfermedades adquiridas pueden reducir la eficacia de la APC en el desempeño de sus funciones anticoagulantes. [7] : 33 Los estudios sugieren que entre el 20% y el 60% de los pacientes trombofílicos sufren alguna forma de resistencia a la APC. [7] : 37
La necrosis por warfarina es una deficiencia de proteína C adquirida debido al tratamiento con warfarina , que es un antagonista de la vitamina K y un anticoagulante en sí mismo. Sin embargo, el tratamiento con warfarina puede producir lesiones cutáneas paradójicas similares a las observadas en la púrpura fulminante. Una variante de esta respuesta se presenta como gangrena venosa de las extremidades cuando se utiliza warfarina para tratar la trombosis venosa profunda asociada con el cáncer. En estas situaciones, la warfarina puede reiniciarse a una dosis baja para asegurar que la deficiencia de proteína C no se presente antes de que se supriman los factores de coagulación de la vitamina K II, IX y X. [39] : 211s
La proteína C activada escinde las histonas de Plasmodium falciparum que se liberan durante la infección: la escisión de estas histonas elimina sus efectos proinflamatorios. [42]
En noviembre de 2001, la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó la drotrecogina alfa activada (DrotAA) para el tratamiento clínico de adultos que sufren sepsis grave y con un alto riesgo de muerte. [43] : 1332 La drotrecogina alfa activada es una forma recombinante de la proteína C activada humana (rhAPC). Se comercializa como Xigris por Eli Lilly and Company , [27] : 224
La drotrecogina alfa activada fue objeto de una importante controversia durante su aprobación para uso clínico, ya que se descubrió que aumentaba el sangrado y no reducía la mortalidad. [44] En octubre de 2011, Eli Lilly retiró del mercado rhAPC (Xigris) debido a una mayor mortalidad en un ensayo entre adultos. [12] [44]
El APC se ha estudiado como una forma de tratar la lesión pulmonar , después de que los estudios demostraran que en pacientes con lesión pulmonar, los niveles reducidos de APC en partes específicas de los pulmones se correlacionaban con peores resultados. [9] : 3167, 8 El APC también se ha considerado para su uso en la mejora de los resultados del paciente en casos de accidente cerebrovascular isquémico , una emergencia médica en la que el bloqueo arterial priva a una región del cerebro de oxígeno, causando la muerte del tejido. Estudios prometedores sugieren que el APC podría combinarse con el único tratamiento aprobado actualmente, el activador tisular del plasminógeno (tPA), para proteger al cerebro de los efectos secundarios muy dañinos del tPA , además de prevenir la muerte celular por falta de oxígeno ( hipoxia ). [45] : 211 También se ha propuesto el uso clínico del APC para mejorar el resultado del trasplante de islotes pancreáticos en el tratamiento de la diabetes tipo I. [16] : 2392
La ceprotina fue aprobada para uso médico en la Unión Europea en julio de 2001. [46] La ceprotina está indicada en la púrpura fulminante y la necrosis cutánea inducida por cumarina en personas con deficiencia congénita grave de proteína C. [46]
