鈣結(jié)合蛋白S100A8 及其臨床應(yīng)用前景

魏曉麗 綜述，李運(yùn)璧審校

WEI Xiao-li，LI Yun-bi

(1．瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州646000;2．四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院· 四川省人民醫(yī)院兒科，四川 成都610072)

鈣結(jié)合蛋白包括S100、Calbindin-D28k、Calbindin-D9k、鈣調(diào)蛋白、肌鈣蛋白C 等200 多種蛋白。S100 蛋白是1965 年由Moore 首先在牛腦中發(fā)現(xiàn)，因其能100%溶解于中性硫酸銨中而得名［1］。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的S100 蛋白家族共有24 個(gè)成員［2］，該家族的所有成員都具有與鈣離子結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)與鈣離子的相互作用而發(fā)揮生物學(xué)功能。S100A8 是鈣結(jié)合蛋白S100 家族的重要成員之一，在炎癥、腫瘤、自身免疫性疾病及心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起到了重要作用。

1 鈣結(jié)合蛋白S100 家族概述

S100 蛋白是廣泛分布于不同組織的一類小分子量蛋白質(zhì)，是鈣結(jié)合蛋白中最大的亞族。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的S100 蛋白家族共有24 個(gè)成員，S100A1-16、S100B、S100P、S100Z、CALB3(即鈣結(jié)合蛋白3)等。其中19 個(gè)成員基因定位于染色體1q21，該區(qū)段穩(wěn)定性差，可發(fā)生多種形式的染色體重排，可能與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。其余5 個(gè)成員基因位于染色體4p16(S100P)、5q13(S100Z)、7q22-q31 (S100A11P )、21q22 (S100B ) 及 Xp22(S100G)［3，4］。近年來(lái)眾多研究報(bào)道某些S100 蛋白家族成員與腫瘤的增殖、分化、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，除腫瘤外，S100A8、S100A9、S100A11 還與炎癥過(guò)程關(guān)系密切，除急性感染性炎癥病變外，在非感染性炎癥性疾病如潰瘍性結(jié)腸炎、慢性支氣管炎、囊性纖維化等疾病中也發(fā)現(xiàn)有較高表達(dá)水平。

2 S100A8 概述

2.1 S100A8 基因的染色體定位 S100A8 基因位于人染色體1q21 和小鼠第3 號(hào)染色體上的基因簇中，與其他S100 蛋白基因相同，都是由三個(gè)不同長(zhǎng)度的外顯子組成。S100A8 基因的外顯子分別由33、164、211 個(gè)堿基對(duì)組成，第一個(gè)外顯子不編碼，第二個(gè)外顯子編碼N-末端的47 個(gè)氨基酸，第三個(gè)外顯子編碼C-末端的46 個(gè)氨基酸。人S100A8 蛋白由93 個(gè)氨基酸殘基組成，分子量為10835Da，通常以二聚體形式存在。S100A8 單體由兩個(gè)不同的螺旋-環(huán)-螺旋配基(EF-手型)組成，兩側(cè)為疏水區(qū)，中間為9 個(gè)氨基酸殘基組成的鉸鏈區(qū)，其中N-末端結(jié)合位點(diǎn)由14 個(gè)氨基酸殘基組成，C-末端結(jié)合位點(diǎn)由12 個(gè)氨基酸殘基組成，C-末端EF-手型與N-末端EF-手型相比，對(duì)Ca2+具有更強(qiáng)的親和力，是N-末端EF-手型的100 多倍［5］，是主要的Ca2+結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)S100A8 蛋白與Ca2+結(jié)合后，蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，從而暴露出疏水殘基，使其可以與靶蛋白結(jié)合，進(jìn)而通過(guò)與相應(yīng)靶蛋白作用產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)。

2.2 S100A8 的分布 S100A8 的表達(dá)具有組織和細(xì)胞特異性，主要在髓樣細(xì)胞系中表達(dá)，在中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的胞漿中濃度較高，是中性粒細(xì)胞中主要的胞質(zhì)蛋白，在正常組織的巨噬細(xì)胞中不表達(dá)，在炎癥和氧化應(yīng)激時(shí)S100A8 也表達(dá)于巨噬細(xì)胞、微血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞以及角化細(xì)胞中。另外，在粘膜上皮細(xì)胞及牛皮癬患者病變的上皮中也能檢測(cè)到S100A8 的表達(dá)。靜息狀態(tài)下，S100A8 在細(xì)胞漿和細(xì)胞核都有分布，內(nèi)毒素刺激細(xì)胞后，靜息時(shí)位于細(xì)胞漿的S100A8 移位入核，但內(nèi)毒素(LPS)刺激后S100A8 移位入核的機(jī)制及意義還不清楚，可能與內(nèi)毒素刺激下產(chǎn)生的大量氧自由基有關(guān)，這些物質(zhì)可能使S100A8 蛋白質(zhì)發(fā)生修飾，從而改變S100A8 蛋白與離子的結(jié)合性質(zhì)，或與其他靶蛋白的相互作用，從而使S100A8 在細(xì)胞內(nèi)移位。

2.3 S100A8 表達(dá)的調(diào)節(jié) S100A8 基因的活化依賴于IL-10 的參與，同時(shí)也涉及MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)和JNK/p38 途徑。體外研究表明，經(jīng)促炎因子TNF-α 或IL-1 誘導(dǎo)后的小鼠微血管內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞能強(qiáng)烈表達(dá)S100A8。此外TNF-α 能啟動(dòng)未分化的角蛋白細(xì)胞表達(dá)S100A8，最終，S100A8 促進(jìn)微血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌TNF-α，形成正反饋效應(yīng)。S100A8 介導(dǎo)的促細(xì)胞因子產(chǎn)生，能夠明顯的被MAPK 抑制劑所抑制，而核因子-κB(NF-kB)幾乎能完全抑制S100A8 的促細(xì)胞因子生成作用。由此可能推測(cè)出由活化的組織外巨噬細(xì)胞分泌的S100A8 能夠放大炎癥中的細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)，是通過(guò)NF-kB 活化和P38 MARK 途徑實(shí)現(xiàn)的。

2.4 S100A8 的作用 S100A8 以單體、同型二聚體及S100A8/S100A9 異型二聚體形式存在。S100A8具有與Ca2+結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)，與Ca2+結(jié)合后，其蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，暴露出靶蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)與靶蛋白作用而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，如影響細(xì)胞骨架形成和改變細(xì)胞形狀、誘導(dǎo)細(xì)胞化學(xué)趨化及細(xì)胞凋亡等功能。S100A8 蛋白主要通過(guò)對(duì)中性粒細(xì)胞的趨化作用啟動(dòng)炎癥細(xì)胞和炎性因子、結(jié)合并活化膜受體晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和Toll 樣受體4 (Tolllike receptor 4，TLR4)，從而介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在炎癥中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。有研究表明高濃度S100A8 聚集于急性和慢性感染部位參與炎癥反應(yīng)，妨礙組織修復(fù)，可使炎癥惡化，具有促炎作用［6］。但Thorey 等報(bào)導(dǎo)，S100A8 可通過(guò)清除氧化物阻止過(guò)度氧化對(duì)機(jī)體的損傷，促進(jìn)傷口愈合，表現(xiàn)為抗炎作用［7］。除炎癥外，S100A8 在多種原發(fā)和浸潤(rùn)性腫瘤、多種自身免疫性疾病以及心血管疾病中發(fā)揮重要作用。

3 S100A8 的臨床應(yīng)用前景

3.1 S100A8 在膿毒癥中的應(yīng)用 近來(lái)有研究表明［8～10］，在炎癥的急性期中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等吞噬細(xì)胞在炎癥因子刺激下能分泌大量S100A8，作為內(nèi)源性DAMP 參與TLR4 信號(hào)傳導(dǎo)通路，促進(jìn)更多炎癥因子的釋放，從而形成正反饋效應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)度炎癥反應(yīng)及炎癥損傷。Ryckman 等［10］對(duì)臨床膿毒癥病人研究，發(fā)現(xiàn)血漿S100A8 濃度在感染0 ～72 h處于高表達(dá)，對(duì)靜脈注射LPS 的健康志愿者研究發(fā)現(xiàn)感染后1．5 h 即可以檢測(cè)到血漿S100A8 水平升高。故S100A8 可能作為一種用于臨床觀察感染情況的早期指標(biāo)，為膿毒癥的早期診斷提供幫助。

3.2 S100A8 在自身免疫性疾病中的應(yīng)用S100A8 在多種自身免疫性疾病中表達(dá)增高，有研究報(bào)道在抗原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎鼠模型的關(guān)節(jié)軟骨層中S100A8 明顯增高，de seny 等［11］對(duì)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、銀屑病關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、炎癥性腸病患者及正常對(duì)照者進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)RA 患者的血清中S100A8 的濃度顯著升高，表明其可能作為區(qū)分RA、銀屑病關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎的潛在指標(biāo)。另有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新發(fā)的RA 患者血清S100A8 明顯升高，經(jīng)過(guò)3 個(gè)月正規(guī)治療后，其水平顯著下降，且與腫脹關(guān)節(jié)的改善程度相關(guān)［12］，該研究提示S100A8 可作為監(jiān)測(cè)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎活動(dòng)性的指標(biāo)，判斷關(guān)節(jié)局部炎癥程度可能要優(yōu)于傳統(tǒng)的C 反應(yīng)蛋白和血沉等指標(biāo)。因此，有學(xué)者初步認(rèn)為，S100A8 可能是評(píng)價(jià)RA活動(dòng)性的重要生物標(biāo)志物之一，但尚需進(jìn)一步研究以明確其與目前廣泛用于臨床的類風(fēng)濕因子、抗環(huán)瓜氨酸肽抗體、6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶等檢測(cè)指標(biāo)相比的是否具有優(yōu)越性。

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)的病因和發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前認(rèn)為，SLE 的發(fā)病既有遺傳、性激素等內(nèi)在因素，也與環(huán)境因素、藥物等有關(guān)。SLE 患者血清S100A8 水平明顯高于原發(fā)性干燥綜合征(pSS)患者和正常對(duì)照組，且該蛋白水平與SLE 活動(dòng)性評(píng)分呈正相關(guān)［13］。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)SLE 患者血漿S100A8水平和體內(nèi)白細(xì)胞表面表達(dá)的S100A8 蛋白均顯著升高，更重要的是，胞漿型樹(shù)突狀細(xì)胞(pDC)合成該蛋白增多且經(jīng)免疫復(fù)合物刺激后，pDC 表面亦上調(diào)表達(dá)該蛋白，pDC 在SLE 免疫發(fā)病機(jī)制中處于中心環(huán)節(jié)，提示S100A8 可能參與SLE 的發(fā)病過(guò)程［14］。

炎癥性腸病(IBD)是一種以反復(fù)結(jié)腸炎癥為表現(xiàn)的，由T 細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病。Wassell等［15］測(cè)定了克羅恩病、腸易激綜合征(IBS)患者及正常對(duì)照者糞便中S100A8 的含量，結(jié)果表明克羅恩病患者糞便中S100A8 的濃度顯著高于IBS 患者和對(duì)照組，提示檢測(cè)糞便中S100A8 水平有助于區(qū)分克羅恩病和IBS。Sipponen 等［16］研究發(fā)現(xiàn)，糞便中S100A8 含量與克羅恩病病變活動(dòng)性呈正相關(guān)，且與腸鏡檢查結(jié)果相一致，提示檢查糞便中S100A8水平可能取代內(nèi)鏡檢查來(lái)評(píng)價(jià)克羅恩病疾病活動(dòng)性。所以，檢測(cè)糞便中S100A8 有助于鑒別診斷IBD和IBS，該項(xiàng)目有望作為無(wú)創(chuàng)性檢查來(lái)診斷IBD 及判斷疾病活動(dòng)性，并減少創(chuàng)傷性檢查帶給患者的痛苦。

3.3 S100A8 在腫瘤中的應(yīng)用 關(guān)于S100A8 與腫瘤相關(guān)性的研究已涉及多種腫瘤，最近研究發(fā)現(xiàn)，S100A8 可在多種原發(fā)和浸潤(rùn)性腫瘤中高表達(dá)。在對(duì)苯二甲酸誘導(dǎo)小鼠皮膚腫瘤的模型中發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤中S100A8 表達(dá)明顯升高，而良性腫瘤中無(wú)表達(dá)［17］;用氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸癌中S100A8 表達(dá)也發(fā)現(xiàn)升高［18］;卵巢癌組織沖洗液中S100A8 高表達(dá)，而在良性卵巢腫瘤沖洗液中不表達(dá)［19］;Arai 等分析肺腺癌及肝細(xì)胞癌、乳腺癌患者手術(shù)切除標(biāo)本，研究S100A8 表達(dá)與腫瘤分化程度之間的相關(guān)性，結(jié)果均顯示S100A8 在組織中高表達(dá)，并與腫瘤組織的分化程度呈負(fù)相關(guān)。在其他多種腫瘤如胃癌、胰腺癌、膀胱癌、甲狀腺癌中也發(fā)現(xiàn)S100A8 表達(dá)上調(diào)。然而，在低分化的頭頸部和食道鱗狀細(xì)胞癌中S100A8 的表達(dá)通常是下調(diào)的。S100A8 不僅是促腫瘤信號(hào)通路的靶點(diǎn)，它還可以活化多種下游基因，促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展，在腫瘤細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化中發(fā)揮正性反饋調(diào)節(jié)的功能。S100A8 在多種腫瘤中異常表達(dá)，為尋找新的腫瘤標(biāo)志物提供了依據(jù)。

S100A8 除與人體的多種實(shí)體腫瘤相關(guān)，與非實(shí)體腫瘤如白血病也有一定關(guān)系。S100A8 與白血病的發(fā)病及病程有關(guān)，并且已有研究提示S100A8 可能是一個(gè)影響白血病發(fā)病及預(yù)后的不良因素。白血病的預(yù)后除與自身分型有關(guān)，也與白血病細(xì)胞自噬及其對(duì)化療藥物的敏感性相關(guān)，S100A8 通過(guò)調(diào)節(jié)自噬影響白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥性，隨著白血病細(xì)胞耐藥性的增加，S100A8 表達(dá)增高，抑制S100A8 可以增強(qiáng)白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性，并抑制自噬的發(fā)生;上調(diào)S100A8 表達(dá)能夠誘導(dǎo)自噬并能增加白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥性，提示S100A8 通過(guò)影響自噬對(duì)白血病細(xì)胞的化療耐藥性起著至關(guān)重要的作用，有望成為白血病治療的靶點(diǎn)。

3.4 S100A8 在心血管疾病方面的應(yīng)用 S100A8在動(dòng)脈粥樣硬化形成、斑塊易損、局部缺血心肌的炎癥反應(yīng)以及心力衰竭等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中均起著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在人和老鼠的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中均存在S100A8，其主要是通過(guò)TRL4(Toll 樣受體4)和RAGE 兩種受體傳遞信號(hào)導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化形成，敲除TRL4 基因的老鼠中動(dòng)脈粥樣硬化斑塊面積顯著減少，RAGE 基因缺陷的老鼠中動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程明顯延遲，血管炎癥反應(yīng)也明顯減少。S100A8 與人類動(dòng)脈粥樣硬化之間的聯(lián)系已經(jīng)被臨床研究證實(shí)。一個(gè)小樣本的研究表明，S100A8 與無(wú)冠心病的糖尿病患者的頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度有相關(guān)性，另一項(xiàng)在無(wú)心血管病史的中年人群中研究也證實(shí)了頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度與S100A8 有相關(guān)性，也有研究發(fā)現(xiàn)，心血管疾病的患者血漿S100A8 比健康人普遍升高［20］，這一結(jié)論有可能對(duì)篩查心血管疾病的高危人群提供幫助。

目前，很多關(guān)于S100A8 與急性心血管事件關(guān)聯(lián)性的研究表明，S100A8 被發(fā)現(xiàn)是急性冠狀動(dòng)脈綜合征(ACS)的早期檢測(cè)標(biāo)志物。肌鈣蛋白(cTn)是傳統(tǒng)的心肌壞死標(biāo)志物，是心肌壞死的敏感和特異的指標(biāo)，但它僅提供了不穩(wěn)定斑塊的間接信息，實(shí)際上，肌鈣蛋白反映心肌壞死是由動(dòng)脈血栓物質(zhì)的微小栓塞決定的，這已是ACS 的一個(gè)遲發(fā)事件了。而炎癥是不穩(wěn)定斑塊的啟動(dòng)環(huán)節(jié)，S100A8 作為急性期炎癥因子，可以反應(yīng)ACS 的早期細(xì)胞事件，能在癥狀出現(xiàn)后馬上被檢測(cè)到，在ACS 患者的冠脈閉塞部位和全身循環(huán)中均升高，更值得一提的是，S100A8不僅比心肌壞死標(biāo)志物如肌紅蛋白、CK 一MB、cTn升高的更早，而且S100A8 反應(yīng)斑塊的不穩(wěn)定，能區(qū)分ACS 和穩(wěn)定的冠狀動(dòng)脈疾病(CAD)或有無(wú)CAD。

S100A8 既是心血管疾病的標(biāo)志物，也是參與心血管疾病的因子，它能否真正成為心血管疾病的一種新的臨床治療靶點(diǎn)尚需進(jìn)一步驗(yàn)證，但早期的研究成果表明，S100A8 應(yīng)用前景廣泛，然而還需要更多的研究來(lái)闡明S100A8 的復(fù)雜影響。更好地認(rèn)識(shí)S100A8 在心血管疾病中的作用及其調(diào)節(jié)生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)制，有可能對(duì)預(yù)防、治療和預(yù)測(cè)心血管疾病提供新的理論依據(jù)。

4 前景與展望

S100A8 作為一種鈣結(jié)合蛋白，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，盡管對(duì)其基因結(jié)構(gòu)及功能有了一定的了解，但不夠全面，在以后的研究中有待進(jìn)一步拓展，如其S100 蛋白家族中其他成員的關(guān)聯(lián)和相互協(xié)同作用，其在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的具體作用及作用機(jī)制等。隨著雙相凝膠電泳、各種質(zhì)譜鑒定技術(shù)(基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜、電噴霧質(zhì)譜技術(shù))等蛋白質(zhì)組學(xué)方法、生物信息學(xué)工具以及分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，S100A8 基因的表達(dá)和生物學(xué)功能會(huì)逐步明朗化，有望應(yīng)用于多種疾病的診斷及預(yù)后判斷。

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