鈣結合蛋白S100A8 及其臨床應用前景

魏曉麗 綜述，李運璧審校

WEI Xiao-li，LI Yun-bi

(1．瀘州醫學院，四川 瀘州646000;2．四川省醫學科學院· 四川省人民醫院兒科，四川 成都610072)

鈣結合蛋白包括S100、Calbindin-D28k、Calbindin-D9k、鈣調蛋白、肌鈣蛋白C 等200 多種蛋白。S100 蛋白是1965 年由Moore 首先在牛腦中發現，因其能100%溶解于中性硫酸銨中而得名［1］。迄今為止，已發現的S100 蛋白家族共有24 個成員［2］，該家族的所有成員都具有與鈣離子結合的空間結構，通過與鈣離子的相互作用而發揮生物學功能。S100A8 是鈣結合蛋白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生發展過程中起到了重要作用。

1 鈣結合蛋白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，是鈣結合蛋白中最大的亞族。迄今為止，已發現的S100 蛋白家族共有24 個成員，S100A1-16、S100B、S100P、S100Z、CALB3(即鈣結合蛋白3)等。其中19 個成員基因定位于染色體1q21，該區段穩定性差，可發生多種形式的染色體重排，可能與腫瘤的發生發展有關。其余5 個成員基因位于染色體4p16(S100P)、5q13(S100Z)、7q22-q31 (S100A11P )、21q22 (S100B ) 及 Xp22(S100G)［3，4］。近年來眾多研究報道某些S100 蛋白家族成員與腫瘤的增殖、分化、浸潤和轉移密切相關，除腫瘤外，S100A8、S100A9、S100A11 還與炎癥過程關系密切，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腸炎、慢性支氣管炎、囊性纖維化等疾病中也發現有較高表達水平。

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 號染色體上的基因簇中，與其他S100 蛋白基因相同，都是由三個不同長度的外顯子組成。S100A8 基因的外顯子分別由33、164、211 個堿基對組成，第一個外顯子不編碼，第二個外顯子編碼N-末端的47 個氨基酸，第三個外顯子編碼C-末端的46 個氨基酸。人S100A8 蛋白由93 個氨基酸殘基組成，分子量為10835Da，通常以二聚體形式存在。S100A8 單體由兩個不同的螺旋-環-螺旋配基(EF-手型)組成，兩側為疏水區，中間為9 個氨基酸殘基組成的鉸鏈區，其中N-末端結合位點由14 個氨基酸殘基組成，C-末端結合位點由12 個氨基酸殘基組成，C-末端EF-手型與N-末端EF-手型相比，對Ca2+具有更強的親和力，是N-末端EF-手型的100 多倍［5］，是主要的Ca2+結合位點。當S100A8 蛋白與Ca2+結合后，蛋白構象發生改變，從而暴露出疏水殘基，使其可以與靶蛋白結合，進而通過與相應靶蛋白作用產生不同的生物學效應。

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

2.3 S100A8 表達的調節 S100A8 基因的活化依賴于IL-10 的參與，同時也涉及MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)和JNK/p38 途徑。體外研究表明，經促炎因子TNF-α 或IL-1 誘導后的小鼠微血管內皮細胞和巨噬細胞能強烈表達S100A8。此外TNF-α 能啟動未分化的角蛋白細胞表達S100A8，最終，S100A8 促進微血管內皮細胞分泌TNF-α，形成正反饋效應。S100A8 介導的促細胞因子產生，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 的促細胞因子生成作用。由此可能推測出由活化的組織外巨噬細胞分泌的S100A8 能夠放大炎癥中的細胞因子級聯反應，是通過NF-kB 活化和P38 MARK 途徑實現的。

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+結合的空間結構，與Ca2+結合后，其蛋白構象發生改變，暴露出靶蛋白的結合位點，通過與靶蛋白作用而發揮生物學效應，如影響細胞骨架形成和改變細胞形狀、誘導細胞化學趨化及細胞凋亡等功能。S100A8 蛋白主要通過對中性粒細胞的趨化作用啟動炎癥細胞和炎性因子、結合并活化膜受體晚期糖基化終末產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和Toll 樣受體4 (Tolllike receptor 4，TLR4)，從而介導細胞內的炎癥信號轉導途徑，在炎癥中發揮重要的調節作用。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，妨礙組織修復，可使炎癥惡化，具有促炎作用［6］。但Thorey 等報導，S100A8 可通過清除氧化物阻止過度氧化對機體的損傷，促進傷口愈合，表現為抗炎作用［7］。除炎癥外，S100A8 在多種原發和浸潤性腫瘤、多種自身免疫性疾病以及心血管疾病中發揮重要作用。

3 S100A8 的臨床應用前景

3.1 S100A8 在膿毒癥中的應用 近來有研究表明［8～10］，在炎癥的急性期中性粒細胞、巨噬細胞等吞噬細胞在炎癥因子刺激下能分泌大量S100A8，作為內源性DAMP 參與TLR4 信號傳導通路，促進更多炎癥因子的釋放，從而形成正反饋效應，導致過度炎癥反應及炎癥損傷。Ryckman 等［10］對臨床膿毒癥病人研究，發現血漿S100A8 濃度在感染0 ～72 h處于高表達，對靜脈注射LPS 的健康志愿者研究發現感染后1．5 h 即可以檢測到血漿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，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用S100A8 在多種自身免疫性疾病中表達增高，有研究報道在抗原誘導的關節炎鼠模型的關節軟骨層中S100A8 明顯增高，de seny 等［11］對類風濕性關節炎(RA)、銀屑病關節炎、強直性脊柱炎、炎癥性腸病患者及正常對照者進行分析，發現RA 患者的血清中S100A8 的濃度顯著升高，表明其可能作為區分RA、銀屑病關節炎、強直性脊柱炎的潛在指標。另有實驗發現，新發的RA 患者血清S100A8 明顯升高，經過3 個月正規治療后，其水平顯著下降，且與腫脹關節的改善程度相關［12］，該研究提示S100A8 可作為監測類風濕關節炎活動性的指標，判斷關節局部炎癥程度可能要優于傳統的C 反應蛋白和血沉等指標。因此，有學者初步認為，S100A8 可能是評價RA活動性的重要生物標志物之一，但尚需進一步研究以明確其與目前廣泛用于臨床的類風濕因子、抗環瓜氨酸肽抗體、6-磷酸葡萄糖異構酶等檢測指標相比的是否具有優越性。

系統性紅斑狼瘡(SLE)的病因和發病機制尚未明確，目前認為，SLE 的發病既有遺傳、性激素等內在因素，也與環境因素、藥物等有關。SLE 患者血清S100A8 水平明顯高于原發性干燥綜合征(pSS)患者和正常對照組，且該蛋白水平與SLE 活動性評分呈正相關［13］。有實驗證實SLE 患者血漿S100A8水平和體內白細胞表面表達的S100A8 蛋白均顯著升高，更重要的是，胞漿型樹突狀細胞(pDC)合成該蛋白增多且經免疫復合物刺激后，pDC 表面亦上調表達該蛋白，pDC 在SLE 免疫發病機制中處于中心環節，提示S100A8 可能參與SLE 的發病過程［14］。

炎癥性腸病(IBD)是一種以反復結腸炎癥為表現的，由T 細胞介導的自身免疫性疾病。Wassell等［15］測定了克羅恩病、腸易激綜合征(IBS)患者及正常對照者糞便中S100A8 的含量，結果表明克羅恩病患者糞便中S100A8 的濃度顯著高于IBS 患者和對照組，提示檢測糞便中S100A8 水平有助于區分克羅恩病和IBS。Sipponen 等［16］研究發現，糞便中S100A8 含量與克羅恩病病變活動性呈正相關，且與腸鏡檢查結果相一致，提示檢查糞便中S100A8水平可能取代內鏡檢查來評價克羅恩病疾病活動性。所以，檢測糞便中S100A8 有助于鑒別診斷IBD和IBS，該項目有望作為無創性檢查來診斷IBD 及判斷疾病活動性，并減少創傷性檢查帶給患者的痛苦。

3.3 S100A8 在腫瘤中的應用 關于S100A8 與腫瘤相關性的研究已涉及多種腫瘤，最近研究發現，S100A8 可在多種原發和浸潤性腫瘤中高表達。在對苯二甲酸誘導小鼠皮膚腫瘤的模型中發現惡性腫瘤中S100A8 表達明顯升高，而良性腫瘤中無表達［17］;用氧化偶氮甲烷誘導的小鼠結腸癌中S100A8 表達也發現升高［18］;卵巢癌組織沖洗液中S100A8 高表達，而在良性卵巢腫瘤沖洗液中不表達［19］;Arai 等分析肺腺癌及肝細胞癌、乳腺癌患者手術切除標本，研究S100A8 表達與腫瘤分化程度之間的相關性，結果均顯示S100A8 在組織中高表達，并與腫瘤組織的分化程度呈負相關。在其他多種腫瘤如胃癌、胰腺癌、膀胱癌、甲狀腺癌中也發現S100A8 表達上調。然而，在低分化的頭頸部和食道鱗狀細胞癌中S100A8 的表達通常是下調的。S100A8 不僅是促腫瘤信號通路的靶點，它還可以活化多種下游基因，促進腫瘤的進展，在腫瘤細胞的惡性轉化中發揮正性反饋調節的功能。S100A8 在多種腫瘤中異常表達，為尋找新的腫瘤標志物提供了依據。

S100A8 除與人體的多種實體腫瘤相關，與非實體腫瘤如白血病也有一定關系。S100A8 與白血病的發病及病程有關，并且已有研究提示S100A8 可能是一個影響白血病發病及預后的不良因素。白血病的預后除與自身分型有關，也與白血病細胞自噬及其對化療藥物的敏感性相關，S100A8 通過調節自噬影響白血病細胞對化療藥物的耐藥性，隨著白血病細胞耐藥性的增加，S100A8 表達增高，抑制S100A8 可以增強白血病細胞對化療藥物的敏感性，并抑制自噬的發生;上調S100A8 表達能夠誘導自噬并能增加白血病細胞對化療藥物的耐藥性，提示S100A8 通過影響自噬對白血病細胞的化療耐藥性起著至關重要的作用，有望成為白血病治療的靶點。

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

目前，很多關于S100A8 與急性心血管事件關聯性的研究表明，S100A8 被發現是急性冠狀動脈綜合征(ACS)的早期檢測標志物。肌鈣蛋白(cTn)是傳統的心肌壞死標志物，是心肌壞死的敏感和特異的指標，但它僅提供了不穩定斑塊的間接信息，實際上，肌鈣蛋白反映心肌壞死是由動脈血栓物質的微小栓塞決定的，這已是ACS 的一個遲發事件了。而炎癥是不穩定斑塊的啟動環節，S100A8 作為急性期炎癥因子，可以反應ACS 的早期細胞事件，能在癥狀出現后馬上被檢測到，在ACS 患者的冠脈閉塞部位和全身循環中均升高，更值得一提的是，S100A8不僅比心肌壞死標志物如肌紅蛋白、CK 一MB、cTn升高的更早，而且S100A8 反應斑塊的不穩定，能區分ACS 和穩定的冠狀動脈疾病(CAD)或有無CAD。

S100A8 既是心血管疾病的標志物，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尚需進一步驗證，但早期的研究成果表明，S100A8 應用前景廣泛，然而還需要更多的研究來闡明S100A8 的復雜影響。更好地認識S100A8 在心血管疾病中的作用及其調節生物學效應的機制，有可能對預防、治療和預測心血管疾病提供新的理論依據。

4 前景與展望

S100A8 作為一種鈣結合蛋白，在細胞信號轉導過程中發揮重要作用，盡管對其基因結構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一步拓展，如其S100 蛋白家族中其他成員的關聯和相互協同作用，其在腫瘤發生發展過程中的具體作用及作用機制等。隨著雙相凝膠電泳、各種質譜鑒定技術(基質輔助激光解析電離飛行時間質譜、電噴霧質譜技術)等蛋白質組學方法、生物信息學工具以及分子生物學技術的進步，S100A8 基因的表達和生物學功能會逐步明朗化，有望應用于多種疾病的診斷及預后判斷。

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