本研究描述了一种新型的微孔板检测方法,用于测定人血浆中纤维蛋白凝块形成过程中未被先前报道过的V因子凝血活性。该方法利用动力学微孔板读板仪,在人血浆纤维蛋白凝块形成过程中连续监测405 nm处吸光度的变化。
方法文章
本研究描述了一种新型的微孔板检测方法,用于测定人血浆中纤维蛋白凝块形成过程中未被先前报道过的V因子凝血活性。该方法利用动力学微孔板读板仪,在人血浆纤维蛋白凝块形成过程中连续监测405 nm处吸光度的变化。
损伤发生后,血液凝固被激活,导致凝血蛋白酶凝血酶的生成。凝血酶可将纤维蛋白原裂解为纤维蛋白,形成不溶性凝块,从而阻止出血。凝血因子V(FV)在其活化形式FVa中,是蛋白酶FXa的关键辅因子,在纤维蛋白凝块形成过程中作为凝血酶原酶复合物的一部分,促进凝血酶的生成1, 2。已有文献报道手工FV检测方法3, 4,但其耗时较长且具有主观性。自动化FV检测方法也有报道5-7,但所用分析仪和试剂成本较高,通常仅提供凝块形成时间,无法反映纤维蛋白形成的速率和程度。由于操作便捷、节省时间、成本低、样品用量少、可连续监测以及适合高通量分析,微孔板平台更适用于测定酶催化反应8, 9。已有微孔板法用于检测凝块溶解10、血小板聚集11和凝血因子12的报道,但尚无用于测定人血浆中FV活性的微孔板检测方法。本方法的目标是建立一种可在人血浆纤维蛋白形成过程中测定FV活性的微孔板检测法。
这种新型微孔板方法概述了一种简单、经济且快速测定人血浆中V因子(FV)活性的检测法。该检测利用动力学微孔板读板仪监测人血浆中纤维蛋白形成过程中在405 nm处吸光度的变化。图1) 13该检测可准确测量纤维蛋白凝块形成的时间、初始速率和程度。仅需 μ少量血浆即可完成检测,耗时仅6分钟,通量高,对24-80 pM的FV敏感,可分别测定非故意激活的FV(一期活性)和凝血酶激活的FV(二期活性),从而全面评估其总功能活性(二期活性减去一期活性)。
弥散性血管内凝血(DIC)是一种获得性凝血功能障碍,通常继发于已存在的感染14。DIC 与不良预后相关,并会增加原有疾病基础上的死亡率15。该检测用于显示,在9例DIC患者中,与正常混合人参考血浆(NHP)相比,FV 的一期法、二期法和总活性平均分别下降了54%、44%和42%。
FV 微孔板检测法易于调整,可用于测量任何凝血因子的活性。该检测方法将通过更准确、更全面地测定FV在科研和临床环境中的活性,增进我们对FV生物化学特性的理解。这些信息将通过实现更早诊断以及开发出针对弥散性血管内凝血(DIC)等凝血障碍疾病更有效的治疗方法,对医疗环境产生积极影响。
1. FV 缺乏的人类血浆的制备
2. 组织凝血活酶的制备
3. FV 一阶段微孔板凝血活性测定标准曲线的制备
4. 使用FV单阶段和双阶段微孔板凝血检测法检测人血浆样本
代表性结果 - FV 一阶段微孔板凝固试验活性标准曲线的制备
微孔板读数仪记录的FV检测中随时间推移纤维蛋白凝块形成的代表性示例示于 图1FV 测定法可准确测量纤维蛋白凝块形成的时间、初始速率和程度。在测定结束时观察各孔,证实了凝块的形成。所有反应均达到大致相同的凝块形成程度,在加入促凝血酶原激酶和氯化钙前后,405 nm 处吸光度的变化普遍为 0.35 - 0.45 单位。图中显示了非人灵长类动物(NHP)系列稀释样本的 FV 一阶段活性标准曲线的代表性示例,分别为凝块时间对数(秒)相对于 FV 活性对数(单位/毫升)以及凝块形成初始速率对数(毫单位/分钟)相对于 FV 活性对数(单位/毫升)的曲线。 图2A 和 图2B,分别。对凝血时间与FV 1-活性的Log-Log图进行拟合表明,经线性回归分析后,这些变量之间存在显著的相关性(图2A;R2 = 0.980)。对凝块形成的初始速率与FV活性的Log-Log图进行拟合,经线性回归分析也表明这两个变量之间存在强相关性。图2B;R2 = 0.983)。Log凝血时间与Log初始凝血速率相对于Log FV活性的关系在NHP稀释至512倍范围内仍保持线性。由于FV在NHP中循环浓度约为12–40 nM 16,微孔板检测法对非人灵长类动物样本中的FV浓度可敏感至约24-80 pM。鉴于FVa-FXa-脂质复合物相互作用的解离常数 凝血酶原酶 约为1 nM 17,FV 微孔板检测完全适用于在FVa功能的生理相关nM范围内测定FV水平 凝血酶原酶
通过FV微孔板检测法,还确定了15份健康对照血浆(男性和女性,年龄18-20岁)在FV一期活性检测中的FV活性正常范围为(均值±标准差;范围):0.96 ± 0.14 U/ml;0.68–1.11 U/ml。该结果与Cutler et al. 报道的使用自动化分析仪测定的FV一期活性正常值及范围(0.66–1.14 U/ml)高度一致7。在8个不同日期进行的FV一期检测中,6个孔内凝块形成的时间、程度和初始速率的批内变异系数分别为3.4%、4.4%和3.1%。在8个不同日期进行的8次独立实验中,每次实验6个孔的FV一期检测中凝块形成的时间、程度和初始速率的批间变异系数分别为7.1%、7.8%和9.2%。因此,这三个测定参数的批内和批间变异均处于较低且可接受的水平,表明该检测在同时处理多个样本(最多12个)的微孔板实验中具有良好的重复性和稳定性。
代表性结果——使用FV 1阶段和2阶段微孔板凝血测定法检测人血浆样本
采用Log凝固时间与Log FV活性的标准曲线(图2A),测定非人灵长类动物(NHP)以及9例弥散性血管内凝血(DIC)患者血浆中的FV活性。这些血浆未额外添加凝血酶时测定FV单阶段活性(FV 1-stage activity),或额外添加凝血酶激活后测定FV双阶段活性(FV 2-stage activity),结果如表1所示。9例DIC患者血浆的FV单阶段活性和凝块形成的初始速率分别比NHP平均降低54%和18%。DIC患者在FV单阶段检测中的凝块形成程度与NHP相比无明显差异,平均较NHP升高13%。
使用凝血酶激活NHP后,FV两阶段活性相比FV一阶段活性增加了约8倍(表1)。这表明NHP中的FV主要以未激活形式存在,与先前报道的手动倾斜试管FV检测3, 4和自动化FV检测5-7结果一致。DIC患者血浆中的FV两阶段活性和总活性也平均分别比NHP降低了44%和42%。在DIC患者中,FV两阶段检测中凝块形成的初始速率和最终程度与NHP相比无显著差异,平均分别相差约9%和4%。这些结果表明,与NHP中的FV相比,DIC患者血浆中的FV导致纤维蛋白凝块形成时间延长、形成速率降低,且患者FV被凝血酶激活的程度平均仅为NHP的56%。

图1. 使用动力学微孔板FV单阶段凝血测定法检测正常混合人参考血浆中的凝块形成。通过动力学微孔板读数仪连续监测NHP中纤维蛋白凝块的形成,检测波长为405nm。该曲线图显示的是在微孔板孔中,32倍稀释的NHP、FV缺乏血浆、促凝血酶原激酶和氯化钙反应6分钟后的微孔板读数仪输出结果。纵轴表示由于血浆中纤维蛋白形成所导致的405nm处吸光度的变化值。纤维蛋白形成的时间定义为吸光度达到最大增加值一半所需的时间,即曲线中点(36.40秒)。凝块形成的初始速率定义为曲线上吸光度线性上升阶段前5个时间点处405nm吸光度变化的速率(611.88毫单位/分钟)。凝块形成的程度定义为405nm处最大吸光度与最小吸光度之间的差值(0.35单位)。

图2. 采用因子V单阶段微孔板法测定正常混合人参考血浆中因子V活性时,凝血形成时间及初始速率的标准曲线。将正常混合人血浆(NHP)用HBS缓冲液进行系列稀释(0至512倍),并按照方案所述进行因子V单阶段微孔板检测。分别对A和B图中的数据进行线性回归建模后,显示了因子V单阶段微孔板法中凝血形成时间及初始速率的对数-对数曲线图。
| 样本 | 单阶段检测 活性(单位/毫升) | 单阶段检测 反应程度(单位) | 单阶段检测 初始速率(毫单位/分钟) | 两阶段检测 活性(单位/毫升) | 两阶段检测 反应程度(单位) | 两阶段检测 初始速率(毫单位/分钟) | 总活性(单位/毫升) |
| NHP | 1.02 | 0.363 | 744.96 | 7.93 | 0.433 | 375.84 | 6.91 |
| 患者 1 | 0.36 | 0.404 | 583.80 | 3.84 | 0.432 | 249.96 | 3.48 |
| 患者 2 | 0.67 | 0.416 | 704.04 | 5.28 | 0.469 | 323.16 | 4.61 |
| 患者 3 | 0.31 | 0.435 | 562.08 | 3.92 | 0.453 | 294.96 | 3.61 |
| 患者 4 | 0.39 | 0.435 | 617.04 | 4.14 | 0.462 | 372.60 | 3.75 |
| 患者 5 | 0.73 | 0.401 | 641.40 | 5.91 | 0.433 | 354.24 | 5.18 |
| 患者 6 | 0.45 | 0.403 | 600.72 | 4.16 | 0.445 | 393.96 | 3.71 |
| 患者 7 | 0.49 | 0.395 | 575.40 | 4.89 | 0.449 | 357.48 | 4.40 |
| 患者 8 | 0.19 | 0.448 | 489.00 | 2.89 | 0.450 | 330.48 | 2.70 |
| 患者 9 | 0.64 | 0.423 | 699.48 | 5.11 | 0.455 | 417.24 | 4.47 |
表1 非人灵长类动物及9例弥散性血管内凝血(DIC)患者的FV活性。 非人灵长类动物和9例DIC患者血浆中的FV一期、二期及总活性是根据FV一期微孔板检测的凝固时间与FV活性的标准曲线(图2A)测定的,结果以单位/毫升(Units/ml)表示。FV一期和二期微孔板检测中凝块形成的初始速率(前五个时间点A405nm上升的初始速率,单位为mUnits/min)和反应幅度(A405nm最大值减去最小值)也一并列出。
动力学微孔板检测方法概述了一种新型、快速、经济且便捷的技术,用于测定人血浆样本中凝血因子V(FV)的凝血活性,这些样本可未经处理(FV单阶段检测)或经外源性凝血酶故意激活(FV双阶段检测)。该检测利用动力学微孔板读数仪,所需的所有材料和试剂均可商业获得或自行制备。该方法通过连续监测纤维蛋白凝块形成过程中血浆在405 nm波长下的光散射变化来实现检测。微孔板检测具有所需血浆样本量小(μl级)的优点,并可同时分析多个样本(最多12个)。当使用昂贵设备和试剂(如自动化分析仪和因子缺乏血浆)时、样本量有限(如患者血浆)或需分析大量样本(如从血浆中纯化FV过程中)时,该检测的这些特性尤为有利。
FV 微孔板检测法具有操作简便、快速的优点,且无需分离和纯化所需组分。与已报道的手工倾斜试管法3, 4和自动化FV检测法5-7相比,FV微孔板检测法具有相当的凝块时间有效检测范围(25–75 秒)以及相应的样本中FV水平(0.5–0.005 单位/毫升),检测灵敏度/检测限也相似(20–80 pM)。与依赖主观目视判断凝块形成的手工倾斜试管法3, 4相比,FV微孔板检测法可对凝块形成时间、初始速率及纤维蛋白凝块形成的程度进行客观且定量的测量。与需要昂贵分析仪和试剂的自动化FV检测法5-7相比,FV微孔板检测法所用试剂和材料成本低廉,所有必需材料均可商业购买或自行制备。手工倾斜试管法3, 4和自动化FV检测法5-7通常仅能提供凝块形成所需的时间,而无法提供凝块形成的时间、初始速率及程度;而FV微孔板检测法可通过分光光度法准确测定上述全部参数。最后,手工倾斜试管法3,4和自动化FV检测法5-7通常每次只能测定一个血浆样本中的FV活性;而FV微孔板检测法适用于高通量检测,可同时检测12个样本。
采用微孔板检测法证明,由于FV一期检测中凝块形成时间延迟以及初始凝块形成速率降低,9例DIC患者血浆中的FV活性低于正常人血浆(NHP)。在FV二期检测中,DIC患者血浆的初始凝块形成速率与NHP相比未发生变化。在FV一期和二期检测中,DIC患者血浆的凝块形成程度也与NHP相比无差异。FV一期、二期及总活性降低可能与该获得性血液疾病发病过程中FV消耗增加19和/或失活6有关,这与其他研究结果一致。鉴于DIC血浆中凝块形成的程度与NHP中观察到的结果相同,该变量很可能取决于FV缺乏血浆中的纤维蛋白原浓度,而非患者血浆本身的特性。
微孔板检测的结果表明,可通过FV单阶段检测中凝块形成的时间和初始速率,以及FV双阶段检测中凝块形成的时间和总活性,获得人血浆样本中FV活性的测量结果。无法根据FV单阶段和双阶段检测中凝块形成的程度,或FV双阶段检测中凝块形成的初始速率,对血浆样本中的FV活性进行定量测定。由于所有反应在加入促凝血酶原激酶和氯化钙前后,吸光度的最大变化幅度均接近相同,约为0.35 - 0.45单位,因此凝块形成程度的测量不能用于对特定血浆样本中FV活性进行定量评估。
这种新型的微孔板检测方法将可用于科研和临床环境中,测定人血浆样品及从人和动物血浆中纯化过程中各组分的FV活性。该微孔板检测法可同时测量凝块形成的时间、初始速率和形成程度;而这些参数通常在手工倾斜试管法和自动化凝血分析仪中无法被同时监测。与以往报道相比3-7,该方法可对FV在人血浆凝血过程中的参与情况进行更全面的定量评估。当在科研和临床实验室中检测血浆样品或纯化的FV及FVa中FV活性发生显著变化时,这些信息尤为重要。FV微孔板检测法还可用于表征和测定可能激活或灭活FV和FVa的化合物,评估因FV Leiden突变而具有静脉血栓风险患者的FV活性20, 21,以及监测FV从血浆中纯化过程中的活性变化。
FV 微孔板检测法易于调整,可用于测定外源性、内源性或共同凝血途径中任何凝血因子的活性,只需使用相应的因子缺乏血浆以及启动纤维蛋白形成的试剂即可。该检测方法将通过更准确、更全面地测量 FV 活性,增进我们对 FV 生物化学特性的理解,从而服务于科研和临床实验室。最终,这些信息将有助于医疗环境的改善,实现对患有凝血功能障碍(如弥散性血管内凝血,DIC)的个体进行早期诊断,并推动更有效治疗方案的开发。
本研究得到了安大略省理工大学(UOIT)向 John A. Samis 博士提供的专业发展与科研启动基金,以及加拿大卫生研究院健康专业学生研究奖对 Irina Levit 的资助。作者感谢 Shannon Everett(UOIT 教学与学习中心)在视频制作过程中提供的协助。作者感谢 Michael E. Nesheim 博士(加拿大安大略省金斯顿女王大学生物化学系)给予的指导、见解以及富有帮助的讨论。作者还感谢 Cheng Hock Toh 博士(英国利物浦皇家利物浦大学医院 Roald Dahl 止血与血栓中心)提供了本研究中使用的弥散性血管内凝血(DIC)患者血浆。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 动力学酶标仪 | Molecular Devices | Spectra Max 190 | SOFTmax PRO 4.3 LS 软件 |
| 正常混合人参考血浆 | Precision Biologicals | CCN-10 | |
| 枸橼酸三钠 | Becton Dickenson | B10242 | |
| EDTA | Becton Dickenson | B10093 | |
| FV缺乏人血浆4 | 由新鲜人血浆制备,分装后于 -70 °C 保存。 | ||
| 3 ml 和 60 ml 注射器 | Becton Dickenson | 309585 和 136898 | |
| 蝶形采血装置 | Vacutainer | 367251 | 20 号规格 |
| HEPES | Sigma/Aldrich | H-3375 | |
| NaCl | Fisher | BP358-212 | |
| 组织凝血活酶 | Trinity Biotech | T1106 | 相对于 HBS 进行透析,pH 7.4,分装后于 -70 °C 保存。 |
| 氯化钙 | Becton Dickenson | B10070 | |
| 人凝血酶15 | 来源于人血浆;在 50% (v/v) 甘油中于 -20 °C 保存。 | ||
| 透析膜 | Fisher | 21-152-6 | 截留分子量 6–8 kDa;50 mm × 3 m。 |
| 模板架及可拆卸 8 孔条板 | Nunc | 14-245-63 和 469957 | |
| ELISA 洗涤槽 | BioRad | 224-4872 | |
| 1.5 ml 微量离心管和 15 ml 螺口管 | Sarstedt | 72690 和 62554205 | |
| 多通道移液器 | Fisher | 2703630 | 8 通道型号。 |
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