因子XIII（FXIII）在止血系统中具有特殊的地位，但长期以来没有引起兴趣。然而，在过去二十年中，FXIII不仅是凝块特性的关键决定因素，而且在骨骼生物学，免疫和脂肪形成等各种领域也具有潜在的重要功能。在这篇综述中，总结了关于FXIII结构和功能的最新结果。 关于FXIII结构，最近已经取得了很大进展，有助于了解其亚基如何结合在一起。在A亚基中，活化肽在FXIII-A2二聚体的形成中起关键作用。在B亚基中，已经鉴定了结合A亚基和B2二聚体形成的Sushi结构域。关于FXIII功能，已描述了与免疫细胞和补体系统的相互作用。 而且提出FXIII-A在脂肪形成中的新功能。 进一步研究了FXIII-A在成骨细胞分化中的作用; 然而，在FXIII-A和转谷氨酰胺酶2中缺陷的新型双重敲除小鼠中显示正常的骨形成。因此 ，在FXIII-A的细胞功能方面仍需要投入更多的研究。
本文中的术语遵循Muszbek等人的建议，其中包括FXIIIa作为活化FXIII的一般术语，以及FXIII-A的不同活化形式下的缩写：FXIII-A2*用于凝血酶和Ca2 +FXIIIa-A； FXIII-A2'用于被凝血酶水解但不活化的FXIII-A，因为它没有经过构象变化；FXIII-A2°用于Ca2 + FXIIIa-A没有被凝血酶蛋白水解。
Factor XIII的结构
在血浆中，FXIII作为两个A和两个B亚基的四聚体循环（图1）。 A亚基表示可以被激活成催化活性转谷氨酰胺酶的胰蛋白酶。由五个结构域组成，由FXIII（AP-FXIII）（氨基酸1-37）N-末端活化肽，β-三明治（38-184），催化核 （185-515），β-桶状结构1（516-628）和β-桶状结构2（629-731）.9 B亚基作为A亚基的载体和调节蛋白，在血浆中其自身不稳定。FXIII-B由10个短的相同重复结构域组成，即所谓的Sushi结构域。在血浆中，B亚基的一半与FXIII-A结合，另一半以游离FXIII-B2二聚体形式存在。细胞FXIII是两个A亚基（FXIII-A2）的二聚体，已在巨核细胞和血小板以及单核细胞/巨噬细胞中得到证实。
图.1 FXIII的结构。图A显示了FXIII-A2二聚体基于其晶体结构（PDB ID：1F13）。结构域如下：粉红色的活化肽，蓝色的β-夹心，绿色的催化核心结构域，以紫色的催化三联体（Cys314 / His373 / Asp396）的氨基酸，橙色的β-桶1，以及红色的β桶2。该图是用DeepView / Swiss-PdbViewer v.4.1.0（Swiss Institute of Bioinentatics，Biozentrum，University of Basel，Switzerland）准备的。图B显示血浆 FXIII A2B2 四聚体的动画。由于晶体结构既不适用于FXIII-B也不适用于FXIII四聚体，因此该图仅为虚拟表示。 AP显示为黑色L形，B个子单元与其10个寿司域一起显示。 AP，活化肽； FXIII，因子XIII。
酶原结构和亚基相互作用
FXIII-A2二聚体中的亚单元，FXIII-A2B2四聚体和FXIII-B2二聚体通过非共价键结合。最近的一些研究报道了这些亚基之间的相互作用，而且取得了重大进展。
在因子XIII-A2二聚体中，如何使得A亚基聚集在一起？
似乎没有主要的结合位点负责将两个A亚基组合在一起形成A2二聚体。多个氨基酸属于不同的结构域，并且分散在整个亚单位界面上，涉及子间接触（通过盐桥和氢键）并将A2-二聚体保持在一起。有趣的是，这些关键的氨基酸的单一突变有可能破坏亚基间相互作用和二聚体形成。位于两个A亚基接触面的重要氨基酸的突变已被证实与先天性FXIII-A缺陷患者有关。这些突变包括Arg260Leu ， Arg260Cys， Tyr283Cys，和Gly562Arg。在细胞表达研究中，Arg260Leu和Arg260Cys进行了快速的细胞内降解，防止进一步产生生物化学特征，而Tyr283Cys和Gly562Arg发现在体内不稳定，大部分以单体形式的存在。分子模型也表明这四个突变将削弱亚基间的相互作用和二聚化，而且位于A2二聚体界面的突变已被证实为先天性FXIII缺失，但是通过细胞表达和生物化学研究还不能进一步阐明这些突变的特点，所以只能推测它们也可能干扰二聚体的形成。
此外，最近我们也显示了AP-FXIII在稳定FXIII-A2二聚体中起关键作用，如下所述。
在XIII-A2B2四聚体中，A和B亚基如何结合的？
Katona等最近研究了A和B亚基之间的结合。他们研制出一种特异的抗游离FXIII-B的抗体，该抗体防止与FXIII-A形成复合物。由于该抗体的表位被映射到第二个Sushi结构域，因此推断：FXIII-B的N-末端部分（Sushi结构域 1和2） 与FXIII-A结合。这支持了Souri等研究重组截短的B亚基片段的早期发现，并建议 Sushi domain 1负责FXIII-A2B2复合体的装配。但是，A亚基与B亚基在什么位置结合还不太清楚。Souri和Ichinose表明，β-桶状结构1和β-桶状结构2与A亚基与B亚基在什么位置结合有关，因为这两个结构域缺失的FXIII-A突变体不能与FXIII-B结合。有趣的是，FXIII-A Gly562Arg突变体（位于β-桶状结构1）不能结合B亚基，并且FXIII-A Tyr283Cys突变体（位于催化核心中）在很小程度上与B亚基结合（例如，与FXIII-A野生型相比，只有10％的FXIII-A Tyr283Cys突变体与FXIII-B共同免疫沉淀），这表明了前面提到的这些氨基酸在A2二聚体形成中起到重要的作用，参与了与B亚基的相互作用。
因子XIII-B2二聚体，如何使得B亚基聚集在一起？
B亚基可能通过Sushi结构域4和9相互作用形成FXIII-B2二聚体，截短的B亚基变异体的研究中支持了这一点。虽然目前还有没有成功获得全长的FXIII-B2二聚体的晶体结构，但是这将有利于更详细地阐明B亚基相互作用的特点。
活化肽的特殊作用
在人类中存在的八种转谷氨酰胺酶中，只有转谷氨酰胺酶1和FXIII-A含有活化肽。因此， AP-FXIII可能是特别重要的。AP-FXIII的作用有一段时间的争议。当FXIII-A2二聚体的第一个晶体结构出版时，显而易见的是，在非FXIIIa中，AP-FXIII从其自身的A亚基交叉到相邻的A亚基，从而封闭含有催化剂的活性位点。因此，得出结论，AP-FXIII必须被释放，或者至少为其活性部位移动以供其底物利用。然而，另一项研究报道凝血酶切割的FXIII-A2'二聚体晶体结构表明了即使经过凝血酶切割后， AP-FXIII仍保持在其原始位置。然而，使用特异性单克隆抗体，我们能够显示AP-FXIII确实在凝血酶切割后释放到血浆中，而且第一次，我们通过酶联免疫吸附剂测定法（ELISA）在急性中风患者的血浆样本中定量游离AP-FXIII。我们接下来研究了在血浆中循环的游离AP-FXIII是否具有任何调节作用。研究结果表明，游离的AP-FXIII可以减少多余的FXIII激活和纤维蛋白交联，这表明AP-FXIII可能作为负反馈调节剂，可以在释放AP-FXIII相对高浓度的局部发挥作用。然而，对于游离AP-FXIII释放到血浆后的命运尚未完全了解，包括其从血浆中清除的机制和动力学。
我们最近的工作表明，AP-FXIII对于FXIII-A2二聚体的稳定性可能比预期更重要。我们通过从N-末端（delN-FXIII变体）进行性截断的构建了一个FXIII-A变体研究了AP-FXIII的作用。变异体具有前11个或者更多个氨基酸缺失，在蛋白水平上不表达这些氨基酸。经电脑模拟，计算表明，序列8FGGR12R在FXIII-A2同型二聚体中的亚单位相互作用中起重要作用。与预测一致的是，delN-FXIII变体的温度稳定性随缺失长度的增加而降低。我们研究还表明，第11位的精氨酸是特别重要的，因为Arg11Gln 突变体没有被表达，而Arg12Gln突变体被表达。因此，我们提出了Komáromi等人早期建议的实验证据，认为A亚基核心结构域的Arg11和Asp343盐桥相互作用在保持AP-FXIII位置上起关键作用。我们的研究结果指出AP-FXIII在二聚体稳定性中的发挥主要作用。导致先天性FXIII-A缺陷的几种突变的结果也得到支持，这可能会干扰AP-FXIII的正确定位，从而可能削弱或甚至破坏FXIII-A2同型二聚体相互作用。
总而言之，我们提出了AP-FXIII的三重作用，如图所示。图2.首先，当AP-FXIII缺失时，它稳定了FXIII-A2二聚体，其在蛋白质水平上不表达。其次，通过占位活性部位调节FXIII活性。第三，通过凝血酶水解释放入血浆中的游离AP-FXIII可能会进一步下调FXIII活化。
图.2 FXIII活化肽（AP-FXIII）的作用。 该图显示了晶体结构的非活化FXIII-A2二聚体（PDB ID：
血浆因子XIII活化时的结构变化
血浆FXIII通常通过凝血酶的蛋白水解AP-FXIII，Ca2 +结合和B亚基的解离来活化。这些事件导致A亚基的主要构象变化。一个Ca2 +与FXIII-A分子（由Asp438，Glu485和Glu490支持的Ala457组成）的高亲和力Ca2 +结合位点的结合对于假设活性构象并暴露催化位点是至关重要的。 Komár-omi等人对这些构象的所有细节和视频进行非常详细的综述.2
了解这些结构变化有助于更好地了解FXIII与其底物的相互作用，从而更好地了解FXIII功能。 Smith等[24]最近表明，通过凝血酶切割和释放AP-FXIII后，在FXIII-A2本身表面暴露的裂缝含有纤维蛋白原α链的识别位点。 FXIII-A2本身和纤维蛋白原αC结构域之间的这种相互作用对于底物识别和后续纤维蛋白交联是重要的，因此在凝块稳定中起着至关重要的作用.242这些发现由Smith等也强调AP-FXIII释放是不是可选的，但相反，FXIIIa可以最佳地运行并有效地识别和定位其底物，
了解FXIII活化时的结构变化也有助于研究新型特异性FXIIIa抑制剂。 Stieler等报道了FXIIIa（Ca2 +FXIIIa不裂解AP-FXIII）的第一高分辨率晶体结构，物质不可逆结合了抑制剂。Böhm等人通过活性，结合和分子模拟评估了FXIIIa抑制剂tridegin，为新型FXIIIa抑制剂的设计和研发奠定了基础。
因子XIII-多功能的谷氨酰胺转移酶
FXIII具有广泛的底物（Richardson等人综述），这表明FXIII具有多种功能，如图所示。►Fig. 3. 在最近的一项研究中，Nikolajsen等采用蛋白质组学方法结合谷氨酰胺转移酶特异性标记来鉴定FXIIIa蛋白底物及其交联位点。这项研究显示共有147种潜在的FXIIIa底物，其中有132种底物之前未描述过。作者证实，48种潜在的FXIIIa底物确实参与了纤维凝块的形成。已被鉴定的这些底物参与凝血，补体激活，炎症和免疫反应以及细胞外基质组织。在下文中，我们总结了FXIII在这些方面的一些（潜在）重要作用。
图.3 FXIII的多功能。FXIII通过交联各种底物发挥多种功能。圆圈箭头表示FXIII在不同区域的功能彼此相连，例如FXIII交联细胞外基质蛋白如纤维蛋白和胶原蛋白，FXIII在组织修复中的重要作用，而且还为骨形成中的成骨细胞和免疫中白细胞的增殖和迁移提供了基质。 AT1，1型血管紧张素受体；FXIII，因子XIII； PAI-2，纤溶酶原激活物抑制剂-2； TAFI，凝血酶激活的纤溶抑制物； VEGFR，血管内皮生长因子受体。
止血和伤口愈合中的“经典”功能
FXIIIa通过引入γ-γ，γ-α和α-α链之间的共价键来交联纤维蛋白。这使得凝块更硬，更紧凑，因此更耐纤维蛋白溶解酶的溶解。通过交联纤溶活性抑制剂如α2-抗纤维蛋白酶和凝血酶活化纤溶酶抑制剂，FXIIIa抗纤维蛋白溶解作用大大增强。有证据表明血小板FXIII也有助于凝块稳定。血小板FXIII-A暴露于活化的血小板表面，增加凝块强度，和削弱α2-抗纤维蛋白溶解酶的溶解， FXIII也在血小板血栓收缩中起关键作用，这是伤口愈合的先决条件。在出血和血栓形成研讨会上，Wolberg更详细地讨论了FXIII在血栓形成中的作用。此外，FXIII在伤口愈合和通过交联细胞外基质的组织修复中发挥重要作用，细胞基质蛋白质包括纤连蛋白，玻璃体结合蛋白，血小板反应蛋白，胶原蛋白。FXIII在组织中的修复作用还可以通过在白细胞和内皮细胞上调一些细胞信号发挥作用，这些信号包括细胞运动，增殖，生存并且有助于免疫过程和血管生成的信号（最近由Richardson等人和Soendergaard等人综述）。其在细胞外基质稳定中的功能也在很大程度上解释 - 为什么FXIII对于维持怀孕是必不可少的。最近的临床试验和动物研究支持FXIII在伤口愈合中的关键作用，显示FXIII可以改善了溃疡性皮肤病的坏疽性脓皮病，还可以有助于炎症性肠病中的粘膜愈合。
骨骼生物学，脂肪生成和免疫中的“新型”功能
因子XIII与骨骼生物学
在骨生物学中，FXIII在胞外基质沉积和成骨细胞分化中起重要作用。在成骨细胞培养中，加入FXIII-A谷氨酰胺酶活化的抑制剂可以减少纤连蛋白和胶原基质的组装，导致矿物质化减少.发现FXIII-A介导的纤连蛋白基质组装可以被谷氨酰胺酶底物5-羟色胺竞争性抑制。分化成骨细胞，通过细胞FXIII-A交联Glu-微管蛋白是蛋白质分泌和基质沉积所必需的。在分化成骨细胞的细胞膜内的caveolae中检测到FXIII-A，并建议参与调节信号传导过程.然而，与上述结果相比，最近报道正常的骨沉积发生在FXIII-A和谷氨酰胺酶中的双重敲除小鼠中人类FXIII功能与异常骨形成无关，显然需要进一步的研究来揭示这一明显的矛盾。
因子XIII与脂肪形成
在全基因组关联研究中，FXIII-A已被鉴定为一种新型肥胖基因。为了探索转谷氨酰胺酶活性在脂肪形成中的作用，Myneni等在脂肪细胞分化过程中研究了FXIII-A和转谷氨酰胺酶2。他们报道，转谷氨酰胺酶都存在于脂肪细胞中，作为脂肪细胞分化和脂质积聚的拮抗剂。作者还表明，FXIII-A可能主要通过组装纤连蛋白细胞外基质，而转谷氨酰胺酶2可能参与细胞内信号传导过程
XIII与先天免疫
FXIII也参与细胞和体液水平的免疫应答调节。最近Bagoly等人综述了FXIII与免疫系统细胞之间的关系。总之，FXIII可以被人中性粒细胞弹蛋白酶激活，这可能与发生部位的血管外隔室有关在纤维蛋白凝块中，粒细胞蛋白酶可以降解FXIIIa而限制其作用。相反，FXIIIa可以增强单核细胞的增殖和迁移，并降低单核细胞凋亡。虽然单核细胞/巨噬细胞中cFXIII的功能还不是完全了解，但是cFXIII可能参与了细胞分化，运动和吞噬功能。
纤维蛋白凝块本身作为先天免疫防御和感染控制的一部分。它为细胞迁移提供了一个支架，并且通过FXIIIa与细胞交叉连接并捕获并杀死细菌。此外，也有报道FXIII与补体系统的组分的相互作用。我们和其他研究者已经表明，补体C3参与了纤维蛋白凝块的形成，通过结合纤维蛋白和FXIIIa交联，并且这改变了纤维蛋白结构并延长了纤维蛋白溶解。Mannan-binding lectin-associated serine protease-1(MASP-1)（结合凝集素 - 相关丝氨酸蛋白酶-1（MASP-1））是补体凝集素途径的激活剂。由于其与底物特异性相似，因此MASP-1能够水解并活化凝血酶原，纤维蛋白原和FXIII，这可能是纤维蛋白形成的另一个途径，通过活化凝血级联反应的上游的旁路途径。
B亚基的功能
在血浆四聚体FXIII-A2B2中，FXIII-B作为FXIII-A的载体，如前所述。最近的一项研究进一步提出，FXIII-B不仅需要在血浆中稳定FXIII-A，而且FXIII-B还可以三元复合物形式聚集纤维蛋白原、FXIII和凝血酶来加速纤维蛋白的交联。
在血浆FXIII-A2B2复合物中FXIII-A结合等量的FXIII-B，但是游离FXIII-B的作用仍在研究中。作为具有10个Sushi结构域的典型结合蛋白，FXIII-B可与FXIII-A之外的其他蛋白质结而改变这些蛋白的功能。
FXIII-B显示与补体因子H（fH）和C4b结合蛋白（C4BP）的高度序列同源性。因此，我们研究FXIII-B是否特异性结合补体C3b和C4b，并且在与fH和C4BP类似的C3b和C4b的降解中发挥辅因子活性，但是我们没有发现任何证据。
FXIII-B不仅可以结合内源性血浆蛋白。已有报道FXIII-B与金黄色葡萄球菌蛋白A（SpA）具有高亲和性。这可能促进在免疫防御中机体对细菌的吞吐和吞噬，是FXIII-B的新作用。
最近，已经开发了用于检测游离和总FXIII-B新型特异性抗体和ELISA方法，不久的将来就可以对游离的和总FXIII-B检测方法标准化，同时也促进对FXIII-B功能更多研究。
结论和展望
研究FXIII结构和功能仍然是重要和有趣的，近年来，在这一领域很多研究活跃的研究组已经取得了很大的进展。然而，许多问题仍然存在。我们仍然不了解血浆FXIII-A的起源。虽然已经知道FXIII-A是骨髓来源的细胞中产生的，但是我们不知道哪些细胞将其释放到血浆中以及具体的机制。 Grif等人最近提出了通过一种新型小鼠模型的得到的初级结果，某种类型的祖细胞可能是血浆FXIII-A的主要来源。我们期待有关FXIII研究的进一步结果。
近年来，通过对先天性FXIII缺陷患者的基因突变特点进行研究，获得了大量的FXIII结构知识。这加强了对这些突变特征研究的重要性，即使这些额外的知识不能直接受益于患者，也不影响治疗方案。因此，尽管这些研究意味着研究成本和研究人员的努力，但是应该鼓励医生和科学家对患者携带的突变进行分子表征，包括这些突变的表达和生物化学研究。
在这篇综述中，我们想强调FXIII不仅是凝血因子，而且也被认为FXIII具有多功能的转谷氨酰胺酶的作用。一般来说，这些功能可以归纳为（1）蛋白质基质的产生和（2）细胞的分化，增殖和运动。当然还需要进一步的研究来更好地了解FXIII的细胞功能，以及具有转谷氨酰胺酶的作用。
参考文献：Schroeder V, Kohler HP. Factor XIII: Structure and Function.SeminThromb Hemost. 2016;42(4):422-8.
来源：来源 来源： 凝精致远 安倍莹 翻译
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