Platelets play a central role in thrombosis, hemostasis, and inflammation. We show that activated platelets release inorganic polyphosphate (polyP), a polymer of 60-100 phosphate residues that directly bound to and activated the plasma protease factor XII. PolyP-driven factor XII activation triggered release of the inflammatory mediator bradykinin by plasma kallikrein-mediated kininogen processing. PolyP increased vascular permeability and induced fluid extravasation in skin microvessels of mice. Mice deficient in factor XII or bradykinin receptors were resistant to polyP-induced leakage. PolyP initiated clotting of plasma via the contact pathway. Ablation of intrinsic coagulation pathway proteases factor XII and factor XI protected mice from polyP-triggered lethal pulmonary embolism. Targeting polyP with phosphatases interfered with procoagulant activity of activated platelets and blocked platelet-induced thrombosis in mice. Addition of polyP restored defective plasma clotting of Hermansky-Pudlak Syndrome patients, who lack platelet polyP. The data identify polyP as a new class of mediator having fundamental roles in platelet-driven proinflammatory and procoagulant disorders.

Patients with COVID-19 are at high risk for thrombotic arterial and venous occlusions. Lung histopathology often reveals fibrin-based blockages in the small blood vessels of patients who succumb to the disease. Antiphospholipid syndrome is an acquired and potentially life-threatening thrombophilia in which patients develop pathogenic autoantibodies targeting phospholipids and phospholipid-binding proteins (aPL antibodies). Case series have recently detected aPL antibodies in patients with COVID-19. Here, we measured eight types of aPL antibodies in serum samples from 172 patients hospitalized with COVID-19. These aPL antibodies included anticardiolipin IgG, IgM, and IgA; anti-β2 glycoprotein I IgG, IgM, and IgA; and anti-phosphatidylserine/prothrombin (aPS/PT) IgG and IgM. We detected aPS/PT IgG in 24% of serum samples, anticardiolipin IgM in 23% of samples, and aPS/PT IgM in 18% of samples. Antiphospholipid autoantibodies were present in 52% of serum samples using the manufacturer's threshold and in 30% using a more stringent cutoff (≥40 ELISA-specific units). Higher titers of aPL antibodies were associated with neutrophil hyperactivity, including the release of neutrophil extracellular traps (NETs), higher platelet counts, more severe respiratory disease, and lower clinical estimated glomerular filtration rate. Similar to IgG from patients with antiphospholipid syndrome, IgG fractions isolated from patients with COVID-19 promoted NET release from neutrophils isolated from healthy individuals. Furthermore, injection of IgG purified from COVID-19 patient serum into mice accelerated venous thrombosis in two mouse models. These findings suggest that half of patients hospitalized with COVID-19 become at least transiently positive for aPL antibodies and that these autoantibodies are potentially pathogenic.

Inorganic polyphosphate is an abundant component of acidocalcisomes of bacteria and unicellular eukaryotes. Human platelet dense granules strongly resemble acidocalcisomes, and we recently showed that they contain substantial amounts of polyphosphate, which is secreted upon platelet activation. We now report that polyphosphate is a potent hemostatic regulator, accelerating blood clotting by activating the contact pathway and promoting the activation of factor V, which in turn results in abrogation of the function of the natural anticoagulant protein, tissue factor pathway inhibitor. Polyphosphate was also found to delay clot lysis by enhancing a natural antifibrinolytic agent, thrombin-activatable fibrinolysis inhibitor. Polyphosphate is unstable in blood or plasma, owing to the presence of phosphatases. We propose that polyphosphate released from platelets or microorganisms initially promotes clot formation and stability; subsequent degradation of polyphosphate by blood phosphatases fosters inhibition of clotting and activation of fibrinolysis during wound healing.