血清S100鈣結合蛋白A9在結直腸癌中的研究進展

魏 來，王勝軍

（江蘇大學醫學院，江蘇 鎮江 212013)

結直腸癌即大腸癌，包括結腸癌和直腸癌，是消化系統中常見的惡性腫瘤，早期癥狀不明顯，隨著腫瘤的增大而表現出便血、腹瀉、腹瀉與便秘交替、局部腹痛等癥狀，晚期則表現貧血、體質量減輕等全身癥狀。近年來，結直腸癌發病率和病死率在消化系統惡性腫瘤中僅次于胃癌、食管癌及原發性肝癌，已嚴重威脅到人們的身體健康[1]。目前對于結直腸癌的治療手段主要有外科手術切除（包括Miles手術、Dixon手術、Hartmann手術等）、內鏡黏膜下剝離術、藥物化療、放療及免疫靶向治療，盡管治療技術不斷發展，但結直腸癌的發病率、死亡率依然居高不下，治療效果并不令人滿意，特別是對晚期患者，其5年生存率仍較低[2]。當前迫切需要深入了解結直腸癌的發生、進展、轉移機制，并且專注于新的結直腸癌治療靶點與生物檢測標志物的開發。

隨著分子生物學技術的發展，結腸癌癌變過程中的基因學變化已逐漸被認識，目前普遍的觀點認為結直腸癌是一個多步驟、多階段、多基因參與、多分子調控的惡性疾病[3]。相關研究顯示，血清S100鈣結合蛋白A9（S100A9）作為一種重要的鈣離子結合蛋白，在許多消化道腫瘤，如胃癌、胰腺癌、腸癌的發生、發展中發揮了重要的調控作用[4]。基于此，現對S100A9的研究現狀及其在結直腸癌中的作用機制展開綜述。

1 S100A9概述

1.1 S100A9的分子結構和特征 S100A9是一種低分子量的鈣離子結合蛋白，屬于S100蛋白家族（S100A1～ S100A13、S100B、S100C、S100P等）。此類蛋白因含有特征性“EF-手”結構，特征為具有螺旋 - 環 - 螺旋序列，該序列含有60個氨基酸的片段，在該片段的上游，堿性氨基酸極為豐富，具有較高的鈣離子親和力。S100A9可以協助鈣離子依賴性信號的傳導，起到“傳感器”的作用。

在髓系細胞中，S100A9的表達量極為豐富，如骨髓造血干細胞、中性粒細胞、巨噬細胞中均有表達，故稱髓樣相關蛋白，也在鼻息肉、乳頭狀瘤、銀屑病、濕疹、肺癌等多種病理疾病患者機體中高表達。而正常情況下，S100A9在內皮細胞、血管平滑肌細胞、血小板中表達量極少，但當細胞發生應激反應時，如創傷愈合、炎癥反應、上皮細胞分化異常等，S100A9在其組織中表達明顯增加[5]。

1.2 S100A9的生物學作用 S100A9參與鈣傳感、介導細胞內鈣信號的釋放，激活煙酰胺、腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，轉運花生四烯酸（AA）等以維持細胞內穩態，同時在吞噬細胞穿越內皮細胞層時，S100A9對細胞骨架重排也具有重要作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶是一種過氧化物酶，廣泛存在于吞噬細胞與非吞噬細胞中，具有5個亞基，S100A9可將AA轉移到NADPH復合物gp91 phox中，形成有氧化活性的復合體，吞噬細胞在NADPH氧化酶的催化下產生大量活性氧，參與機體防御殺滅病原體。在炎癥病灶處，浸潤細胞可以促進S100A9-AA復合物內化，以合成白三烯炎癥介質，引起白細胞脫顆粒，損傷血管內皮。另外，S100A9可以通過鈣離子和p38絲裂原活化蛋白激酶實現磷酸化，逆轉微血管的形成過程并重排細胞骨架，而細胞骨架與其結合蛋白組成動力系統，在白細胞的遷移中發揮重要作用，由此促進炎癥微環境的形成。

S100A9也可以通過趨化白細胞，驅動粒細胞集落刺激因子的合成，并促進細胞因子分泌，加重機體炎癥反應，這種現象可以作為癌癥的一種危險信號。在吞噬細胞、中性粒細胞的趨化過程中，S100A9扮演了極為重要的角色，如驅動粒細胞集落刺激因子的合成等[6]。S100A9也能夠增強中性粒細胞表面CD11b蛋白表達，從而促進中性粒細胞聚集。有研究證實，S100A8/S100A9可以介導Toll樣受體4（TLR4）/MyD88/核因子κB（NF-κB）炎癥信號通路激活，促進促炎細胞因子TNF-α和IL-1β分泌；此外，S100A9還可通過與晚期糖基化終產物受體結合促進絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）磷酸化和NF-κB活化，從而介導趨化功能[7]。近年來，S100A9在細胞生長與凋亡中也發揮重要作用，提示S100A9在腫瘤的發生、發展中扮演著重要角色。

2 S100A9對結直腸癌發生、發展的影響

2.1 S100A9在結直腸癌發生中的作用 在結直腸腫瘤中，“炎 - 癌”演進過程是結腸癌發生的重要途徑，慢性炎癥對結直腸黏膜存在長期持續性刺激，或炎癥微環境中的固有免疫細胞激活后釋放活性氧，誘導腫瘤相關基因發生序列突變，促進細胞增殖，破壞組織內環境穩態，提高腫瘤發生的概率[8]。

S100A9存在于腫瘤微環境和細胞外基質中，通過自分泌和旁分泌的方式影響腫瘤的發生和發展。有學者研究顯示，采用質譜多反應監測技術檢測糞便中的結直腸癌相關蛋白質，發現S100A9僅在結直腸癌患者糞便中表達，而未在正常對照組研究對象的糞便中檢測到[9]。有研究顯示，可溶性分子淀粉樣蛋白A3、S100A9蛋白表達量在“炎 - 癌”演進全過程持續升高，NF-κB、MAPK、Wnt/β連環蛋白（β-catenin）信號通路在浸潤的炎癥細胞與惡性轉化的上皮細胞中存在階段性活化，提示炎癥微環境在結腸癌發生過程中發揮了重要作用[10]。

在上述幾種通路中，Wnt/β-catenin信號通路在結腸癌發生中起到了關鍵性作用，大多數結直腸癌存在腺瘤性息肉病基因或β-catenin蛋白基因突變。S100家族中的許多蛋白，如S100A6、S100A4、S100B及S100P，這些蛋白都參與調控介導的Wnt/β-catenin信號通路。相關研究發現，在結腸腫瘤上皮間充質轉化（EMT）過程中，S100A4起到了極為關鍵的作用[11]，S100A9蛋白與S100A4、S100A6等蛋白屬于同一家族，具有相鄰的基因位點、相似的結構，功能也高度相似；通過相關分子的基因學實驗，作為S100A9與β-catenin的目的基因，c-myc和基質金屬蛋白酶-7 （MMP-7）的表達水平在實驗中均提高[12]。

除Wnt/β-catenin信號通路外，磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶通路（PI3K/AKT）信號通路也是與結直腸癌發生關系密切的信號轉導通路。PI3K/AKT信號轉導通路不僅在結直腸癌腫瘤增殖方面發揮重要作用，還參與腸道炎癥反應與“炎 - 癌”演進過程[13]。HUANG等[14]研究表明，使用1 μg/mL小鼠S100A9重組蛋白刺激小鼠巨噬細胞RAW264.7，作用24 h后抽提細胞總蛋白，Western blotting檢測發現，與對照組比，外源性S100A9可導致巨噬細胞內PI3K、AKT的磷酸化水平顯著增加，在S100A9作用細胞之前使用PI3K/AKT信號通路特異性抑制劑LY294002處理細胞后，該活化作用被抑制，且該抑制作用與抑制劑濃度成正比。

2.2 S100A9在結直腸癌進展中的作用 近年來發現，S100A9被認為是髓源性抑制細胞（MDSCs）的一個重要標志物，MDSCs是腫瘤免疫治療的一個阻礙，也是一群高度異質性且未分化成熟的骨髓細胞，作為重要的免疫抑制細胞，其主要通過抑制局部微環境中的免疫T淋巴細胞與NK細胞功能，從而促進腫瘤疾病的發展，在結直腸癌、膀胱癌等患者的外周血和腫瘤組織浸潤過程中，MDSCs均增多。黃茂等[15]通過檢測繪制出S100A9和MDSCs與其活化分子的頻數曲線，結果顯示，隨著S100A9表達的提升，MDSCs的散點分布也隨之提升，說明S100A9是反映病程進展的重要標志物，S100A9對于結直腸癌微環境中MDSCs的募集有促進作用，并激活了結直腸癌癥因子，促進了結直腸癌的進展。另外，腫瘤浸潤的骨髓細胞可以被肌成纖維細胞釋放的白細胞介素-6 （IL-6）和白細胞介素-8（IL-8）觸發，導致S100A8/S100A9表達上調，而且肌成纖維細胞可能誘導骨髓細胞分化成表達；此外，S100A9陽性表達的巨噬細胞和變形核粒細胞多聚集于腫瘤邊緣[16]。

巨噬細胞是腫瘤微環境中的一種重要的免疫細胞，在炎癥和腫瘤之間起著關鍵的紐帶作用，在腫瘤微環境中多種成分的刺激下，巨噬細胞的功能會發生不同的變化，在具核梭桿菌（Fn）的刺激下，腫瘤微環境中炎癥相關因子大量分泌，從而形成有利于巨噬細胞浸潤的炎癥微環境，促進結直腸癌的進展。研究發現，S100A9在大多數結直腸癌組織中均升高，能促進結直腸癌細胞的存活和遷移，S100A9在Fn處理的巨噬細胞和結直腸癌細胞中均上調，且伴有S100A9高表達的結直腸癌組織中，腫瘤浸潤性巨噬細胞的數量明顯增多[17]。

2.3 S100A9對結直腸癌轉移的影響 對于結直腸癌淋巴結轉移一直是當今的研究熱點，研究表明，結直腸癌患者血清S100A9水平和MDSCs的數量呈正相關，活化分子的數量也均與S100A9水平呈正相關[18]。伴有淋巴結轉移的患者，其外周血中S100A9的水平與MDSCs數量分別是未發生淋巴結轉移者的1.40、1.52倍，提示外周血S100A9與MDSCs水平是結直腸癌轉移的潛在標志物。

近年來，“轉移前龕”假說逐漸進入研究人員的視野，在結直腸腫瘤肝轉移之前，TNF-α、轉化生長因子-β（TGF-β）、血管內皮生長因子（VEGF）等炎癥因子在結直腸癌微環境中聚集，使得S100A9在肝臟中表達含量明顯升高。在S100A9的促進下，MDSCs含量升高，機體產生免疫反應，由于MDSCs與S100A9的表達呈正相關，S100A9進一步聚集，形成正反饋環，肝臟在該循環作用下形成“轉移前微環境”。有研究報道，結直腸癌患者體內S100A9含量明顯提高，且S100A9的含量與肝轉移風險成正相關，而當出現肝轉移以后，S100A9表達的升高可以加劇病情發展[19]。研究證實，S100A9能通過上調淀粉樣蛋白A3激活絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶（MAPK/ERK）信號通路，增強B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）、細胞周期蛋白D2（CCND2）、基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）的轉錄，從而促進結腸癌細胞的侵襲 轉移[20]。

3 S100A9的臨床意義

3.1 S100A9可以協助結直腸癌診斷 在絕大多數結直腸癌組織和血清中，S100A9的含量比生理狀態下有明顯提升。根據相關研究顯示，如果用受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）評估S100A9對結直腸癌的診斷效能，試驗結果均大于0.7，如果聯合大便隱血試驗，可將結果提高至0.9以上，可以協助診斷中晚期結直腸癌的淋巴轉移[21]。S100A9作為重要的炎癥因子和多種疾病的警報分子，可作為這些疾病的臨床標志物，為相關疾病的診斷和結腸癌靶向治療提供依據和指導，也有研究者通過構建炎癥性腸病相關的結直腸癌模型發現，在炎癥進展至腫瘤的過程中，S100A9在各個病變階段表達均顯著上調，并可能發揮促進慢性炎癥向腫瘤轉化的過程[22]。

3.2 S100A9可以評估結腸癌預后 結直腸癌腫瘤的浸潤與轉移能力與S100A9水平密切相關，并能作為標志物評估患者的預后。結腸癌細胞可內化微環境中的S100A9，這將對腫瘤細胞增殖產生強大的抑制作用，由兩種鈣結合蛋白S100A8和S100A9形成的細胞外S100A8/A9異源二聚體，通過抑制細胞或與受體相互作用，在各種細胞中發揮誘導細胞凋亡的作用，該機制可使得機體通過促進凋亡維持內環境穩態。束鵬等[23]學者認為S100A9的表達對于腫瘤的浸潤、轉移起促進作用，比如在結腸癌、胰腺癌中，外源性S100A9的表達加速了腫瘤細胞的增殖，結直腸癌組織內S100A9陽性細胞計數、血清S100A9水平升高提示更高的腫瘤分化程度、更大的腫瘤體積與更多的轉移灶。

3.3 S100A9可以協助結腸癌靶向治療 S100A9也是關鍵的耐藥靶點，在結直腸癌中通過調控淀粉樣蛋白A3表達，使結腸癌細胞對奧沙利鉑的敏感性降低。對于S100A9如何影響結直腸癌腫瘤的進展，研究顯示結果各不相同，S100A9可通過巨噬細胞與炎癥微環境促進直腸癌腫瘤的進展，無論上調或下降S100A9表達，對其信號通路的干擾均可干擾腫瘤活動，這為S100A9的靶向治療提供了理論依據。

4 小結與展望

結直腸癌是常見的惡性腫瘤，目前尚無特殊有效的診治方法。S100A9作為一種特殊的鈣離子結合蛋白，在結直腸癌的發生、發展中起到了重要作用，因此深入研究結直腸癌發病機制、尋找新的診斷標志物和治療靶點，可以為改善結直腸癌的臨床診治效果提供新的依據和線索，如通過血清中S100A9濃度診斷結直腸癌，通過干擾信號進行靶向治療。當前，通過MDSCs治療結直腸癌存在一定困難，由于S100A9對于結直腸癌微環境中MDSCs的聚集有促進作用，MDSCs可在炎癥條件下激活，并積聚在腫瘤微環境中，這種現象可能促進結直腸癌的進展。因此，通過靶向藥物抑制S100A9是一種潛在的且更為可靠的治療方法。目前，S100A9特異性抑制劑與拮抗劑的研發已經取得了一定成果，可選擇S100A9與其相關通路為靶點。S100A9在癌癥的早期診斷、預測癌癥的轉移和判斷預后等方面具有廣闊的應用前景，把S100A9作為研究目標，可為發現新的腫瘤標志物與新的抗癌治療方法提供依據。