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导语 结构是功能的基础。血小板的功能改变，与结构的变化密切相关。 本文汇集全网优秀的学习素材，详细介绍血小板的超微结构和部分功能，希望对大家深入学习血小板有帮助。 首先，简单回顾一下，之前学习的内容。 我们知道，血小板（Platelets）是从骨髓巨核细胞（MK, Megakaryocyte）中释放出来的血细胞，是从巨核细胞脱落下的“碎片”（Fragments）。 巨核细胞(MK)和血小板的产生过程，受到由肾脏和肝脏分泌的血小板生成素(TPO)的调节。此外，肺部对于血小板生成存也在调节功能。 血小板的其他信息包括：
外周血图片（红细胞和血小板） 血小板的结构与功能 Platelet Structure and Function 血小板的生物学行为和功能极其复杂。血小板参与止血（Hemostasis）、出血性疾病(Hemorrhagic disorders)和血栓性疾病(Thrombotic disease)，这已经是众所周知的。 血小板也参与宿主防御（Host defense）、移植排斥(Transplantation rejection)、伤口愈合(Wound healing)以及动脉粥样硬化（Atherosclerosis）的发病机制。 因此，了解血小板的结构、生物化学和功能之间的关系，对于确定血小板正常的止血行为和病理行为，是至关重要的。 早在1900年前后，研究者已经确认了血小板的存在以及血小板涉及止血反应和血液凝固的过程。 尽管当时存在很多技术的限制，如细胞制备技术和显微镜方法，但血小板对刺激做出反应的许多基本特征，包括形状变化、伪足延伸、粘附、聚集、血块收缩，甚至分泌功能，都已经达到了惊人的清晰程度。 然而，早期的兴趣并没有维持，“血小板的结构”这个课题此后被搁置（Lay fallow），直到1970年代前后，才被重新重视。 血小板研究的“滞后”，原因有很多，至少部分原因在于，当时过分强调在止血反应中的凝血机制（Coagulation mechanism），同时，制备血小板用于体外研究，技术上也存在难点。 长期以来，血小板被认为是血细胞中最脆弱的成分，当试图分离血小板时，它们会自发性分解（Spontaneously disintegrate）。幸运的是，为了精确研究小细胞，随着生物化学和形态学技术的发展，也获取了分离血小板的技术工艺，可以分离血小板，对其冲洗，而并不会明显造成血小板损伤。 技术革命使人们研究血小板成为可能，但更重要的是人们对血小板认知的改变。在止血过程中，血小板与凝血蛋白同样重要，以及血小板是血栓性疾病和动脉粥样硬化的关键因子，这种观念的改变，才提升了对血小板生理性（Physiology）和病理性（Pathology）知识的关注。 并且，人们也更加清晰地认识到，血小板减少症（Thrombocytopenia）并非像之前认为的那样，是临床出血的常见原因，相当数量的患者存在出血症状，他们的血小板功能存在缺陷，而数量则是正常的。 为了明确血小板在血栓形成、动脉粥样硬化和出血性疾病中的复杂作用，必须获得血小板结构的准确信息。 因此，发展了一个特殊的研究领域，用于评估血小板，定义为“结构生理学”（Structural physiology）。这种研究，使用电镜（Electron microscope）作为基本的研究工具，但是研究方法，并不仅限于此。特殊的技术，包括细胞化学（Cytochemistry）、免疫细胞化学(Immunocytochemistry）、生物化学（Biochemistry ）和生理学（Physiology），结合超微结构方法（Ultra structural methods），用于阐明血小板解剖(Platelet anatomy)的详细信息，并使之与生物化学、功能学和病理学相关。 虽然这项工作尚未完成（非常复杂），但将形态学（Morphology）与血小板病理生理(Pathophysiology)的基本理解进行整合，已经相当的成功。 一张血小板基本结构的照片，作为一个框架（Frame work），可用于整合血小板的生物化学和功能信息的细节，也可以用于预测异常的止血活动中，血小板结构缺陷（Structural defect）的性质和本质。 血小板结构的一般特征 General Features of Platelet Structure 循环血液中的血小板，或者抗凝的PRP（富血小板血浆）血样本中的血小板，具有特征性的透镜状形状（Lentiform shape），很像运动员扔的“铁饼”（Discus）。 与白细胞的表面被绒毛状突起覆盖（Covered with villous projections）所不同，血小板在静止状态(Quiescent state)时，具有光滑、凸面轮廓，与双凹红细胞（Biconcave erythrocyte）的轮廓相似。
Figure 1. 电镜下观察：平圆盘状血小板（Discoid platelet） 箭头所示：血小板其他光滑表面上明显的凹痕，是表面连接的开放小管系统（Surface-connected open canalicular system，SCCS）的通路，与细胞外部相通。注：SCCS，也叫OCS（开放小管系统，Open canalicular system） 1A图 放大15000倍；1B图 放大35000倍。 仔细检查发现，血小板表面可见随机的凹陷（Identations），这是表面连接的开放小管系统（SCCS，Surface-connected open canalicular system）或者开放小管系统（OCS，Open canalicular system）通路与细胞外部的连接位点。白细胞和红细胞表面，不具备这种小管连接系统。
Figure 2. 电镜观察：冻裂血小板（Freeze-fractured platelet）复制品 IMP：膜内颗粒；OCS：开放小管系统 （放大倍数×48000）
Figure 3. 低电压高分辨率扫描电镜（LVHR-SEM）：圆盘状（Discoid）血小板，表面呈皱纹状（rugose），与大脑的表面相似（放大30000倍）。 使用光线(Light)或相差显微镜（Phase-contrast microscope）观察血小板的内部形态，会觉得血小板的结构非常简单，但是这是一种“假象”。 一些细胞器（Organelles）随机分散在盘状细胞（Discoid cells）的细胞质（Cytoplasm）中，当血小板在玻璃材料上扩散或者聚集时，会看到这些细胞器聚集在一起。细胞质的清晰外观和细胞器的聚集趋势，导致人们最初分别使用术语“透明体”（Hyalomere）和“颗粒体”(Granulomere)来描述血小板解剖的这些组成部分。 然后，通过检查保存完好的薄切片表明，这些术语并不足以描述血小板复杂的内部结构。 为了简化血小板复杂的结构特征，并使之与血小板的功能和生物化学活动相关联，人们通常把血小板的解剖结构分为4个主要区域，从外到内，分别为： 1，外围区域（The peripheral zone） 2，溶胶-凝胶区（The sol-gel zone） 3，细胞器区 （The organelle zone ） 4，膜区（The membranous zone） 这种区域结构划分，对确认血小板生理和病理中基本的“结构-功能”关系，非常有帮助。 为了帮助大家更好的理解血小板的超微结构，小编搜遍全网，汇总多份清晰的血小板超微结构图(Ultra structure)，并把一些超微结构的不同叫法，进行优化整合。 请大家首先熟悉各种结构的名称和英文缩写。
之后，再对应超微结构图，加深理解。
Figure 4 血小板超微结构图
Figure 5 血小板超微结构图
Figure 6 血小板超微结构图 上面这些图片，都是非常不错的素材，供大家学习使用。 详细介绍血小板的4个结构区 Details of the Four Zones of Platelet Structure 1，外围区域（The peripheral zone） 特征：外围区域（Peripheral zone）富含血小板粘附、活化和聚集所需的糖蛋白(Glycoproteins) ，例如，GPIb/IX/V；GPVI；GPIIb/IIIa。 外围区域由细胞膜和与膜紧密相关的结构组成，提供血小板的表面和膜连接小管系统（SCCS，也叫开放小管系统，OCS）中曲折管路的管壁（wall）。 1.1 细胞外衣（EC，Exterior coat）也叫糖萼(Glycocalyx)、糖衣，覆盖在外围区域最外层，富含各种糖蛋白和糖脂，与血小板的粘附相关。 糖萼主要由糖蛋白的糖链部分组成，是许多血小板的受体所在部位，如ADP受体，肾上腺素受体，胶原受体，凝血酶受体等。 血小板的糖萼要比白细胞或者红细胞类似的表层要厚一些，能达到20-30nm。这个厚层具有粘性（Sticky），很容易响应止血的要求。血小板保持负性的表面电荷（Negative surface charge），可以排斥其他血小板、其他的血细胞，以及排列于血管中内皮细胞，防止产生聚集。 糖萼(Glycocalyx) 还可以吸收白蛋白、纤维蛋白原和其他血浆蛋白质，在许多情况下，通过内吞噬（Endocytosis）过程将它们运送到储存细胞器（Storage Organelles）。 1.2 血小板质膜（Platelet plasma membrane） 外围区域的中间层是一个典型的单元膜（Unit membrane），也叫血小板质膜、细胞膜。同所有的细胞生物膜一样，血小板质膜也是标准的双层结构（Bilayer structure），由蛋白质(Protein)和脂质(Lipid)组成。 细胞膜的脂质，主要是磷脂（Phospholipids）和胆固醇（Cholesterol），由磷脂形成基本的结构，而胆固醇则在磷脂中呈不对称性分布。 磷脂（Phospholipids）的极性头部（Polar heads）是亲水性的，面向水环境，向外面向血浆（Plasma），向内则面向细胞质(Cytoplasm)，形成一个双层亲水层结构（ Hydrophilic Layers）。 磷脂的脂肪酸链（Fatty acid chain），形成磷脂的尾部（Tails），是疏水性的，尾部彼此相对，形成垂直于膜平面的夹在中间的疏水屏障（Hydrophobic barrier）。
Figure 7. 血小板生物膜，为标准的磷脂双层结构，由具有极性头端，面向水性血浆（Aqueous plasma）和细胞质（Cytoplasm）。由非极性（Nonpolar ）的脂肪酸尾部彼此相对，组成疏水层。磷脂骨架中夹杂着酯化胆固醇，呈非对称性分布。一系列跨膜蛋白质与微丝和酶进行交流。 在磷脂双层结构中，磷脂的分布，有所差异。中性磷脂，如磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine）和鞘磷脂(Sphingomyelin)，在血浆层(Plasma layer)，即外层（Outer layer），占优势。而阴离子或极性磷脂（Anionic or Polar Phospholipids），如磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)，磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine)和磷脂酰丝氨酸(phosphatidyl serine)，主要存在于内层（Inner layer），即细胞质层(Cytoplasmic layer)占优势。 血小板的质膜具有选择渗透性（Selective permeability），膜双层提供磷脂，支持血小板内部活化(Inner activation) 和外部血浆凝固。 质膜为凝血蛋白的相互作用提供必要的表面，并提供关键的脂肪酸（Fatty acid）底物（Substrate），即花生四烯酸（Arachidonic acid），用于前列腺素（Prostaglandin）的合成。 这些磷脂，尤其是磷脂酰肌醇（ Phosphatidylinositol ），在血小板的活化过程中，通过提供花生四烯酸（Arachidonic acid），一种不饱和脂肪酸，之后被转化为类二十烷酸（Eicosanoids），即前列腺素(Prostaglandin)和血栓素 A2（TXA2），来支持血小板的活化。 一旦激活，磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine）会翻转到外部表面（Outer surface），这是带有电荷的磷脂表面（Charged phospholipid surface）,会为凝血过程的酶(Coagulation enzymes) ，尤其是凝血因子复合物，VIII-IX复合物，X-V复合物，提供组装的表面。 提示：血小板第三因子（PF-3） 在凝血级联反应的内源性途径（Intrinsic pathway），血小板是以血小板因子-3（PF-3）的名义参与。但是，这并不是一个而真正的“因子”，而血小板质膜的一种参与活动。“活化”的血小板的膜，可能为血浆凝血因子的相互作用提供一个催化脂蛋白表面(Catalytic lipoprotein surface)。 酯化的胆固醇（Esterified Cholesterol），在疏水内层自由移动，与来自于周围血浆环境的非酯化的胆固醇(Unesterified Cholesterol) 进行交换。胆固醇可以维持膜的稳定性，保持膜的流动性，并有助于控制各种物质的跨膜通过（Transmembranous passage）。 锚定在膜内的是糖蛋白(Glycoproteins)和蛋白聚糖(Proteoglycans)； 这些蛋白支撑细胞膜表面的糖胺聚糖（Glycosaminoglycans）、寡糖(Oligosaccharides)和糖脂(Glycolipids)。作为细胞膜血浆表面定向的糖基化受体，可以对细胞或者体液的刺激做出反应（这些刺激物，称之为配体，Ligands）,并通过细胞膜把这些刺激传递至内部的激活细胞器（Internal activation organelles）。 1.3 表面连接小管系统(Surface-connected canalicular system，SCCS) 血小板质膜向血小板内部凹陷，侵入血小板内部，产生独特的表面连接小管系统（Surface-connected canalicular system，SCCS），也叫开放小管系统（OCS，Open canalicular system）。 SCCS（或者OCS） 管路的外表面，具有与血小板膜一样的外覆层，也具有糖萼（Glycocalyx），储存额外数量的止血蛋白（Hemostatic Protein）。 SCCS系统或者OCS系统，为血浆源性物质进入血小板内部，提供通路入口（Access to interior）。血浆可以进入血小板内部，从而扩大了血小板与血浆的接触面积。同时，这套管路系统，也为释放反应的产物提供出口(Egress route)。 发达的管道系统，使血小板形成与海绵相似（Sponge-like）的结构，扭曲在整个血小板之中。
Figure 8. 循环中的血小板展示α-颗粒致密颗粒、致密小管系统（DTS）、表面连接小管系统（SCCS）和环绕微管（Circumferential microtubules，MT） 小编注：根据定义，SCCS跟开放小管系统（OCS，Open canalicular system）应该是一个意思。这个膜，也属于血小板膜系统的一种. 有文献把SCCS系统和致密小管系统（DTS）一起归类微血小板的膜系统中。但是，SCCS系统，与细胞膜紧密相关，且结构与DTS存在显著的不同，因此把SCCS归类为外围区域，更有道理。 1.4 血小板质膜受体（Platelet plasma membrane receptors） 血小板膜上有超过50种受体类别，支持血小板粘附的受体和聚集。Table 1 和Table 2 列出了代表性的受体。 实验室测试涉及最多的受体是P2Y12，即 ADP受体，可被噻吩吡啶(Thienopyridine) 类药物，如氯吡格雷（Clopidogrel）、普拉格雷(Prasugrel)和替格瑞洛(Ticagrelor)所抑制。 还有GP IIb-IIIa受体，是纤维蛋白原受体(也是vWF 结合受体），可被糖蛋白抑制剂（Glycoprotein inhibitors），如替若非班（Tirofiban）、阿昔单抗(Acizumab)、依替巴肽(Etibatide)所抑制。 GPIb-V-IX受体是von Willebrand 因子受体；胶原蛋白受体为GP Ia-IIa和GP VI。
1.5 位于单元膜内层位置的区域 代表了外围区域的第三种成分。它与单元膜紧密相连，并将外表面（Outside surface）接收到的信号(Sianal)转换为血小板激活所必需的化学信息和物理变化。（注：这个结构，应该是非常接近膜下微丝的区域） 2，溶胶-凝胶区（The sol-gel zone） 特征：溶胶-凝胶区是血小板细胞质的基质，富含多种微管(Microtubules)和微丝(Microfilaments)，使血小板保持盘状(Discoid shape)。 血小板内部主要有3种细丝结构：微管（Microtubules）、微丝(Microfilaments)和膜下微丝（SMF）。多个不同聚合状态的纤维系统（Fiber system），成为血小板的骨架（Cytoskeleton）和收缩系统（Contractile system）。 在血小板未改变形状时，维持圆盘形状（Discoid shape）。在血小板发生形状改变、伪足延伸（Pseudopod extension）、内部收缩（Internal contraction）和分泌（Secretion）时，提供收缩系统（Contractile system）。收缩系统约占血小板总蛋白的55%。 2.1 微管（Microtubules, MT） 微管是一种非膜性管状结构，呈环排列于血小板的四周，平行于血小板的外表面，并位于血小板中，并不直接接触血小板的质膜，维持血小板呈盘状(Discoid Shape)，也称为环绕的微管束(Circumferential microtubules bundle)，有8-24层，每层直径25nm左右。 构成微管的主要成分是微管蛋白(Tubulin)，是由2种结构基本相同的单体（微管蛋白A和B）聚合而成的二聚体。 当微管在低温中分解后，血小板变圆形。当升温到 37℃后，血小板又恢复到原来的圆盘形状。在横截面上，微管是圆柱形的（Cylindrical），直径为 25nm。 在血小板发生形状改变时，这些微管会组装成长的平行微管束（Long parallel bundles），这为血小板的伪足（Pseudopods）提供刚性支撑。 2.2 微丝(Microfilaments) 微丝是一种细丝状结构，在静止状态下的血小板中，一般看不到。当血小板被激活时，细胞基质中出现大量微丝。微丝中主要含有肌动蛋白（Actin）细丝，直径5nm左右，另外有少量短的肌球蛋白（肌凝蛋白，Myosin）粗丝，两者比例为100：1。 肌动蛋白是血小板中含量最丰富的蛋白质，占总蛋白量的15%～20%，分子量为42kDa。在血小板中存在着许多与肌动蛋白的聚合、交联成束或膜连接相关的蛋白质（Table 3）。 调节肌动蛋白聚合的蛋白质有外廓蛋白（Profilin）、凝溶蛋白（Gelsolin）和P235蛋白。 帮助肌动蛋白交联成束的蛋白为肌动蛋白结合蛋白（ABP，Actin Binding Protein）。ABP在溶液中以二聚体形式存在。它能从肌动蛋白的终端促使聚合并交联成束，在未活化的血小板中，ABP分布在整个细胞中。血小板活化时，集中在伪足部分，因此与伪足束状肌动蛋白微丝的形成有关。 血小板的踝蛋白（Talin）、膜收缩蛋白（血影蛋白，Spectrin）与纽带蛋白（Vinculin）使肌动蛋白微丝与膜相连接。另外，α-辅肌动蛋白（α- actinin）也在肌动蛋白微丝与膜的连接中起桥梁作用，并能加强ABP的功能。 血小板中肌球蛋白（Myosin）含量很少，只占总蛋白的1%～2%，由两条分子量为200kDa的重链与两对分子量20kDa与16kDa的轻链组成。重链大部分形成螺旋，构成肌动蛋白的杆部，其他部分与轻链构成肌动蛋白的头部。
2.3 膜下微丝（Submembrane filament） 在微管和质膜之间的狭窄区域，有一层厚厚的微丝网，包含特殊的微丝结构，叫做SMF（Submembrane filaments，膜下微丝），也叫微丝网（Filament meshwork ），由肌动蛋白（Actin）组成。肌动蛋白(Actin)锚定于质膜的糖蛋白和蛋白聚糖，就像肌肉一样，具有收缩性（Contractile）。 细胞质也含有中间微丝（Intermediate Filaments，也叫中间丝，中间纤维），直径介于微管和微丝之间，是一种由结蛋白（Desmin）和波形蛋白(Vimentin)组成的绳索样的聚合物，直径8–12nm。中间微丝连接肌动蛋白（Actin）和小管(Tubules)，维持血小板的形状。 微管（Microtubules）、肌动蛋白微丝(Actin microfilaments)和中间微丝（Intermediate microfilaments）控制血小板的形状变化，伪足的延伸和颗粒物分泌。 3，细胞器区 （The organelle zone ） 特征：细胞器区包含血小板颗粒（Granules）、电子致密物体（Electron dense bodies）、过氧化物酶体(Peroxisomes)、溶酶体(Lysosomes)、线粒体(Mitochondria)和团块（masses），也含有糖原离散颗粒（Glycogen discrete particles），随机分散在细胞质中。 血小板颗粒，主要包含：α颗粒（α-granules）和致密颗粒(Dense granules，也叫δ颗粒)两种。 3.1 α颗粒（α-Granules） 每个血小板中有50-80个α颗粒。α颗粒内容物是中等电子密度，有的颗粒中央还有电子密度较高的芯。α-颗粒在透射电镜下锇染色（Osmium Stain）时呈现中灰色（MediumGrey）。 α颗粒充满蛋白质，其中一些是被内吞的蛋白质（Endocytosed proteins）蛋白质，一些则是在巨核细胞内合成的。 α颗粒含有凝血介质（Coagulation mediators），例如因子 V、因子 VIII、纤维蛋白原、纤连蛋白(Fibronectin)、血小板第4因子（PF-4）、血小板衍生生长因子(PDGF）、组织蛋白酶A、组织蛋白酶D、酸性水解酶和趋化剂等物质。(Table 4) 当血小板活化时，α颗粒的膜与SCCS融合。其内容物流向附近的微环境，参与血小板粘附、聚集，并支持血浆凝固过程。
3.2 致密颗粒（Dense granules） 每个血小板有2-7个致密颗粒（Dense granules，也叫δ颗粒），也称为致密体（Dense body）。 在巨核细胞的分化阶段，致密颗粒的出现要晚于α颗粒。致密颗粒内容物电子密度极高，透射电镜下锇染色（Osmium Stain ），呈现黑色（不透明，Opaque）。 一些小分子被内吞，并储存在致密颗粒中。如5-羟色胺（5-HT）、ADP、ATP、钙离子、肾上腺素、抗血纤维蛋白酶、焦磷酸等，它们是血小板活化介质(Table 5.)。
3.3 其他细胞器 血小板中的溶酶体（Lysomes），类似于中性粒细胞（Neutrophilis）中的溶酶体，是一种直径在300nm的颗粒，芳基琥珀酸（Arylsulfatase）、β-葡萄糖醛酸酶(β-glucuronidase )、酸性磷酸酶(acid phosphatase)和过氧化氢酶(catalase)染色阳性。 在体内血小板的聚集过程中，溶酶体很可能消化血管壁基质（Vessel wall matrix)成份，也可能会消化自噬碎片（Autophagic debris）。 此外，在血小板中还存在有线粒体、糖原颗粒等（具体略）。 细胞器区（Organelle zone）的作用在于代谢过程和储存酶（Enzymes）、非代谢腺嘌呤核苷酸(Nonmetabolic adenine nucleotides)、血清素(Serotonin)、多种蛋白质成分以及用于分泌的钙离子（Calcium）。 4, 膜区（The membranous zone） 特征：主要包含致密管状系统（DTS，Dense tubular system），这是源自巨核细胞粗面内质网的一种残留，负责血栓素A2 的合成。 在血小板中，有2种膜结构，一个是开放小管系统（OCS，或者SCCS），一个是致密管状系统（DTS）。 开放小管系统（OCS，或者SCCS），在外围区域（Peripheral zone），已经进行过介绍，我们知道这些小管与细胞膜相连，可以为血浆内物质进入血小板，以及血小板内释放的物质排出，提供管路。 而致密小管系统（DTS）与SCCS系统的结构存在很大的差别。DTS的管道细而短。 致密小管系统（DTS）已经被证明是隔离钙离子（Ca2+）的位置，而钙离子对于触发收缩事件极为重要。 此外，致密小管系统（DTS），也是参与前列腺素合成所需要的酶的所在部位。这些酶包括，磷脂酶 A2（Phospholipase A2）、环氧合酶（Cyclooxygenase）和血栓素合成酶（Thromboxane synthetase），这些酶能够支持类花生酸的合成，生成血栓素A2（TXA2）。 致密的管状系统(DTS)与血小板细胞膜相连，以帮助血栓素 A2 释放至血小板外部。（注：也有文献称，DTS不直接与细胞膜相连通，待细查） 在血小板内部，致密小管系统（DTS）和开放小管系统（OCS）的管路一起，形成特殊的膜复合物（Membrane complexes），这跟胚胎肌细胞（Embryonic muscle cells）中横小管（Transversetubules）和肌小管（Sarcotubules）的关系非常相似。
Figure 9 类花生酸、类二十烷胺的合成(Eicosanoid Synthesis)
其他的膜性成分，偶尔也会出现在血小板中，比如高尔基体（Golgi apparatus），但是它们似乎在血小板结构生理作用中，不起主要的作用。 综上，血小板的体积虽然很小，但是功能极其复杂，超微结构能够帮助大家更清晰地认识血小板在生理、病理中的“结构-功能”的关系。更多的血小板超微结构与功能变化的相关内容，请关注后文。 （完） 【参考文献】 1. Current concepts of platelet structure. Am J Clin Pathol 71: 363-378, 1979 2. Fritsma G A. Platelet structure and function[J]. Clinical laboratory science, 2015, 28(2): 125. 3. https://en./wiki/Platelet 
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