S100A8/S100A9在實(shí)體惡性腫瘤化療療效中的作用

王 靜 胡曉麗 朱雪瓊

S100蛋白最早在腦組織可溶性蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是神經(jīng)系統(tǒng)特有的，由于它可溶于飽和硫酸銨溶液，被稱為“S100蛋白”[1]。迄今為止已鑒定出20多種不同的S100蛋白質(zhì)，編碼S100A1～S100A16蛋白的基因位于染色體1q21區(qū)帶的基因簇中，該區(qū)域染色體易發(fā)生缺失、重排或易位。每個(gè)S100蛋白單體大小約(10～12)kDa，都具有兩個(gè)EF手型結(jié)構(gòu)，由螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)組成，能結(jié)合鈣離子。在細(xì)胞內(nèi)S100蛋白通過與代謝酶、激酶、細(xì)胞骨架蛋白或DNA結(jié)合蛋白等相互作用，參與細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞生長和分化、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞凋亡、蛋白磷酸化等重要過程。分泌到細(xì)胞外的S100蛋白，表現(xiàn)出細(xì)胞因子樣活性和趨化活性，激活Toll樣受體4和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycated end products，RAGE)等[2]。S100蛋白質(zhì)涉及許多人類疾病，如不同類型的癌癥，神經(jīng)變性疾病如阿爾茨海默病，炎性和自身免疫性疾病[3～6]。

S100A8(calgranulin A、MRP8)和S100A9(calgranulin B、MRPl4)蛋白是鈣結(jié)合蛋白S100家族的重要成員，主要來源于中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞以及腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞等骨髓來源的細(xì)胞，同時(shí)也廣泛存在于腫瘤上皮細(xì)胞[7,8]。S100A8和S100A9在細(xì)胞促炎反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)白細(xì)胞黏附、聚集和遷移從而增強(qiáng)局部炎性微環(huán)境[9]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)S100A8和S100A9在腫瘤組織及患者血液中明顯升高，并且具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲轉(zhuǎn)移和誘發(fā)腫瘤免疫抑制的作用[1]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加后，S100A8與S100A9常以同源或異源二聚體形式存在，與單體相比更為穩(wěn)定[10]。S100A8/9異源二聚體可通過抑制單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞增殖、抑制巨噬細(xì)胞激活、調(diào)節(jié)骨髓細(xì)胞的成熟和功能從而調(diào)節(jié)炎性微環(huán)境，還可介導(dǎo)部分實(shí)體惡性腫瘤細(xì)胞的化療抗性，如黑色素瘤等[2,11]。

一、S100A8/9與乳腺癌化療療效的相關(guān)性

多柔比星和多西紫杉醇是治療乳腺癌的常用化療組合，Yang等[12]選取了各種TNM分期的乳腺癌患者15例，接受多柔比星(50～60mg/m2)和多西紫杉醇(60～75mg/m2)聯(lián)合的新輔助化療，通過質(zhì)譜法分析藥物敏感和耐藥患者化療前后癌組織中S100A9蛋白的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)耐藥組S100A9表達(dá)下降了2.37倍，并通過Western blot法進(jìn)一步證實(shí)。再利用免疫組織化學(xué)染色的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算診斷值，顯示S100A9預(yù)測化療耐藥乳腺癌的特異性為81.8%和陽性預(yù)測值為81.8%。提示S100A9可能是鑒別耐藥與敏感乳腺癌患者的潛在預(yù)測標(biāo)記。

Wang等[13]利用過表達(dá)技術(shù)增加對(duì)他莫昔芬敏感的乳腺癌細(xì)胞系MCF7中泛素連接酶(hydroxymethylglutaryl reductase degradation 1, HRD1)的表達(dá)量，通過Western blot法分析，發(fā)現(xiàn)MCF7細(xì)胞中HRD1的過表達(dá)以劑量依賴的方式抑制S100A8蛋白的表達(dá)。隨后分別用siHRD1、siS100A8和siHRD1+siS100A8轉(zhuǎn)染到MCF7細(xì)胞內(nèi)抑制HRD1、S100A8和兩者的表達(dá)，添加他莫昔芬培養(yǎng)48h后觀察細(xì)胞存活情況，發(fā)現(xiàn)敲除MCF7細(xì)胞中的HRD1，他莫昔芬對(duì)細(xì)胞增殖的抑制作用明顯降低，S100A8缺失可反轉(zhuǎn)該效果。利用過表達(dá)技術(shù)分別增加HRD1、S100A8和兩者在MCF7衍生耐藥細(xì)胞MCF7/Tam中的表達(dá)，同樣添加他莫昔芬培養(yǎng)48h后觀察，發(fā)現(xiàn)在MCF7/Tam細(xì)胞中過表達(dá)HRD1，他莫昔芬抑制細(xì)胞增殖的作用顯著增加，該作用可被S100A8的過度表達(dá)逆轉(zhuǎn)。提示HRD1通過促進(jìn)S100A8降解使乳腺癌細(xì)胞對(duì)化療藥物他莫昔芬敏感。Li等[14]觀察了接受新輔助化療的120例非特異性浸潤性導(dǎo)管癌患者，采用阿霉素+紫杉醇(AT方案)和環(huán)磷酰胺+表阿霉素+氟尿嘧啶(CEF方案)治療1～6個(gè)周期的患者60例，采用多西他賽+表阿霉素+環(huán)磷酰胺(TEC方案)治療4～6個(gè)周期的患者60例，通過免疫組織化學(xué)方法檢測乳腺癌細(xì)胞中S100A8蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)化療敏感的乳腺癌中S100A8的高表達(dá)率54.3%(31/57)明顯高于化療耐藥的乳腺癌中S100A8的高表達(dá)率23.8%(15/63)，提示S100A8高表達(dá)與乳腺癌化療敏感度相關(guān)。

二、S100A8/9與黑色素瘤化療療效的相關(guān)性

Gebhardt等[11]選取59例Ⅳ期黑色素瘤患者，在伊曲單抗治療前和治療的不同時(shí)間點(diǎn)利用ELISA法分析患者血清中S100A8/9的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)在第一次伊曲單抗(3mg/kg)輸注之后，無效患者血清S100A8/9水平顯著上調(diào)，而有效患者血清S100A8/9濃度明顯降低。提示S100A8/9可作為受益于伊曲單抗治療的晚期黑色素瘤患者的預(yù)測標(biāo)志物之一。

鼠肉瘤病毒致癌基因同系物B的抑制劑凡德他尼已經(jīng)顯示出良好的治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的前景，但大多數(shù)患者在6個(gè)月后出現(xiàn)治療抵抗力，因此Zeiderman等[15]設(shè)計(jì)出S100A9脂質(zhì)體作為新的藥物遞送載體。通過Western blot法證實(shí)，細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物在黑色素瘤凡德他尼耐藥細(xì)胞表面高度表達(dá)。基于S100A9是細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物的配體，該實(shí)驗(yàn)組創(chuàng)建了靶向細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物的S100A9脂質(zhì)體(包封CF-750 近紅外染料)，在5只雌性小鼠兩側(cè)皮下分別注射黑色素瘤細(xì)胞A2058和凡德他尼耐藥黑色素瘤細(xì)胞A2058PLX，2周后尾靜脈注射S100A9脂質(zhì)體，使用近紅外熒光成像評(píng)估脂質(zhì)體在腫瘤的積聚情況，發(fā)現(xiàn)S100A9脂質(zhì)體僅在腫瘤中積累，而且在A2058PLX中的積累與A2058相比顯著增加。隨后進(jìn)一步證實(shí)，S100A9脂質(zhì)體與細(xì)胞的結(jié)合直接對(duì)應(yīng)于先前觀察到的細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物表達(dá)水平。提示S100A9脂質(zhì)體可用于轉(zhuǎn)移性黑素瘤細(xì)胞特異性藥物遞送和體內(nèi)成像，改善凡德他尼的化療療效。

三、S100A8/9與宮頸癌化療療效的相關(guān)性

Zhu等[16]收集同時(shí)接受放化療的中分化宮頸鱗狀細(xì)胞癌患者為研究對(duì)象，根據(jù)臨床反應(yīng)分為高敏感組和低敏感組，采用雙向凝膠電泳結(jié)合質(zhì)譜分析技術(shù)比較兩組之間蛋白質(zhì)組的差異，發(fā)現(xiàn)S100A9蛋白在高敏感組中的表達(dá)率顯著高于低敏感組，后采用Western blot法驗(yàn)證。隨后進(jìn)一步擴(kuò)大樣本，采用免疫組化，發(fā)現(xiàn)高敏感組中S100A9表達(dá)陽性率(88.3%)明顯高于低敏感組的28.6%。在后續(xù)的研究中，Zhu等[17]利用shRNA降低SiHa和C-33A宮頸鱗癌細(xì)胞系中S100A9的表達(dá)，慢病毒空載體轉(zhuǎn)染作為陰性對(duì)照，檢測10nmol/L紫杉醇處理后細(xì)胞活力，發(fā)現(xiàn)敲低S100A9可以顯著增加細(xì)胞活力，增強(qiáng)宮頸鱗癌對(duì)紫杉醇的化學(xué)耐藥性。表明S100A9蛋白的表達(dá)與宮頸鱗狀細(xì)胞癌的化療或放化療的敏感度相關(guān)。

本課題組觀察ⅠB～ⅡA期(原發(fā)性腫瘤直徑≥4cm)接受新輔助動(dòng)脈化療的宮頸鱗癌患者68例，子宮動(dòng)脈注射順鉑60mg/m2+5-氟尿嘧啶750mg/m2+絲裂霉素8mg/m2，評(píng)價(jià)化療療效與腫瘤細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中S100A8和S100A9蛋白表達(dá)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)不管是腫瘤細(xì)胞還是間質(zhì)細(xì)胞中S100A8和S100A9蛋白的表達(dá)均在化療后明顯增高。腫瘤細(xì)胞中S100A8和S100A9蛋白的表達(dá)在化療有效組顯著高于化療無效組，而間質(zhì)細(xì)胞中兩者的表達(dá)與化療療效無明顯相關(guān)性[18]。提示腫瘤細(xì)胞中S100A8和S100A9的表達(dá)與宮頸癌新輔助化療療效相關(guān)。

四、S100A8/9與卵巢癌化療療效的相關(guān)性

L′Esperance等[19]選取了晚期高分化上皮性卵巢癌患者6例，以鉑類(卡鉑或順鉑)和紫杉醇聯(lián)合治療，使用DNA微陣列篩選化療前后腫瘤細(xì)胞中差異表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中S100A9基因在化療后明顯上調(diào)。為了鑒定上皮性卵巢癌與鉑類化療耐藥相關(guān)的差異表達(dá)基因，Ju等[20]也利用DNA微陣列，比較了5個(gè)鉑類敏感和8個(gè)鉑類耐藥的原發(fā)性上皮性卵巢癌細(xì)胞中差異表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)S100A9在化療耐藥細(xì)胞中的表達(dá)明顯高于敏感細(xì)胞(耐藥組為敏感組的4.17倍)，該結(jié)果被實(shí)時(shí)熒光半定量核酸擴(kuò)增檢測進(jìn)一步證實(shí)。吳文娟等[21]收集卵巢腫瘤患者106例(其中卵巢癌鉑類耐藥患者44例，鉑類敏感患者52例，卵巢良性上皮性腫瘤患者10例)，及33例健康對(duì)照的血清，通過同位素標(biāo)記定量技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)篩選，發(fā)現(xiàn)鉑類耐藥組中S100A9蛋白質(zhì)的表達(dá)較鉑類敏感組中明顯增高，提示S100A9與上皮性卵巢癌鉑類藥物的耐藥相關(guān)。

五、S100A8/9與子宮內(nèi)膜癌化療療效的相關(guān)性

Lang等[22]利用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞系Hec-1A構(gòu)建miR-24基因高表達(dá)模型，用不同濃度(0.1、1、5、10、20、50和100μg/ml)紫杉醇處理24h后，通過MTT法檢測細(xì)胞增殖能力，發(fā)現(xiàn)miR-24高表達(dá)的癌細(xì)胞的細(xì)胞增殖顯著抑制。生物信息學(xué)軟件顯示miR-24可以與S100A8基因的3′非翻譯區(qū)特異性結(jié)合，通過Western blot法發(fā)現(xiàn)上調(diào)細(xì)胞miR-24的表達(dá)后，S100A8蛋白的表達(dá)明顯降低。隨后作者通過S100A8轉(zhuǎn)染miR-24過表達(dá)的HEC-1A，結(jié)果發(fā)現(xiàn)S100A8的過表達(dá)可以逆轉(zhuǎn)miR-24抑制細(xì)胞增殖和增強(qiáng)化療敏感度的作用。提示miR-24作為腫瘤抑制基因，通過沉默S100A8基因抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖，提高細(xì)胞對(duì)紫杉醇化療的敏感度。

六、S100A8/9與食管癌化療療效的相關(guān)性

陳曉蘭等[23]建立食管鱗癌和食管鱗癌耐藥細(xì)胞株，通過Western blot法檢測細(xì)胞中S100A9的表達(dá)水平，結(jié)果顯示與食管鱗癌細(xì)胞比較，S100A9在耐藥細(xì)胞中的表達(dá)顯著升高。在食管鱗癌細(xì)胞中分別轉(zhuǎn)染空白質(zhì)粒和S100A9質(zhì)粒，然后加入順鉑處理，通過MTT法觀察腫瘤細(xì)胞藥物作用前后增殖力的變化，結(jié)果顯示S100A9過表達(dá)后食管鱗癌細(xì)胞存活率由51.3%±6.5%增加到87.2%±10.5%。進(jìn)一步利用非吞噬細(xì)胞氧化酶抑制劑DPI處理S100A9過表達(dá)的食管鱗癌細(xì)胞后，細(xì)胞存活率較前降低至51.7%±5.8%，接近單獨(dú)使用順鉑治療后的細(xì)胞活力。提示S100A9可能通過激活非吞噬細(xì)胞氧化酶通路，介導(dǎo)食管鱗癌細(xì)胞的順鉑耐藥性。

七、S100A8/9與膀胱癌化療療效的相關(guān)性

Kim等[24]選取接受化療的肌肉浸潤性膀胱癌患者38例，利用免疫組化方法檢測癌組織中S100A9的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高水平S100A9主要表現(xiàn)在化療后進(jìn)展的肌肉浸潤性膀胱癌患者(65%，15/23)，而化療后無進(jìn)展的患者S100A9高表達(dá)比例較低(26%，4/15)。在體外實(shí)驗(yàn)中，將S100A9過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到膀胱癌T24細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)S100A9過表達(dá)組腫瘤細(xì)胞增殖速率較對(duì)照組明顯增加。用10μmol/L順鉑處理2天后，腫瘤細(xì)胞數(shù)降低至20%，而S100A9過表達(dá)細(xì)胞通過相同的順鉑處理后仍顯示60%的活細(xì)胞。采用siRNA抑制S100A9在膀胱癌TCCSUP細(xì)胞中的表達(dá)，經(jīng)相同藥物處理，發(fā)現(xiàn)S100A9敲低組細(xì)胞凋亡增加。提示S100A9與肌肉浸潤性膀胱癌疾病的進(jìn)展相關(guān)，并且S100A9表達(dá)會(huì)抑制膀胱腫瘤細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感度。

八、S100A8/9與肺癌化療療效的相關(guān)性

Feng等[25]選取了非小細(xì)胞肺癌患者24例，均接受順鉑治療然后評(píng)價(jià)療效，采用流式細(xì)胞術(shù)測定非小細(xì)胞肺癌患者單核細(xì)胞中CD11b+CD14+S100A9+細(xì)胞所占比例，結(jié)果顯示非小細(xì)胞肺癌患中CD11b+CD14+S100A9+細(xì)胞比例為82.9%±6.4%，明顯高于健康對(duì)照組(39.6%±4.9%)。疾病進(jìn)行性發(fā)展患者單核細(xì)胞中CD11b+CD14+S100A9+細(xì)胞比例為39.2%±7.1%，與化療部分反應(yīng)(17.9%±1.7%)和疾病穩(wěn)定(19.4%±4.0%)的患者比較明顯升高，提示單核細(xì)胞中CD11b+CD14+S100A9+細(xì)胞的百分比與非小細(xì)胞肺癌發(fā)生相關(guān)，而且與順鉑化療的療效負(fù)相關(guān)。

綜上所述，腫瘤細(xì)胞中S100A8和S100A9蛋白參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡和增殖等生物學(xué)行為。實(shí)體惡性腫瘤中S100A8和S100A9蛋白表達(dá)量升高，與黑色素瘤、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、食管癌、膀胱癌和肺癌化療耐藥性相關(guān)，但在化療耐藥宮頸癌患者的腫瘤組織中S100A8和S100A9蛋白呈現(xiàn)低表達(dá)，這種不一致的結(jié)果可能與納入研究的患者的種族、人群、研究設(shè)計(jì)以及樣本量的不同有關(guān)，有待更多大規(guī)模、多樣本的臨床研究進(jìn)一步探討。S100A8與乳腺癌化療療效之間的相關(guān)性也有待于進(jìn)一步研究。S100A8和S100A9在多種實(shí)體惡性腫瘤化療療效中的潛在作用，提示其預(yù)測腫瘤耐藥性的可能性。深入研究S100A8和S100A9與化療藥物相關(guān)的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路將為提高腫瘤化療療效提供新思路。