钙结合蛋白S100A8 及其临床应用前景

魏晓丽 综述，李运璧审校

WEI Xiao-li，LI Yun-bi

(1．泸州医学院，四川 泸州646000;2．四川省医学科学院· 四川省人民医院儿科，四川 成都610072)

钙结合蛋白包括S100、Calbindin-D28k、Calbindin-D9k、钙调蛋白、肌钙蛋白C 等200 多种蛋白。S100 蛋白是1965 年由Moore 首先在牛脑中发现，因其能100%溶解于中性硫酸铵中而得名［1］。迄今为止，已发现的S100 蛋白家族共有24 个成员［2］，该家族的所有成员都具有与钙离子结合的空间结构，通过与钙离子的相互作用而发挥生物学功能。S100A8 是钙结合蛋白S100 家族的重要成员之一，在炎症、肿瘤、自身免疫性疾病及心血管疾病的发生发展过程中起到了重要作用。

1 钙结合蛋白S100 家族概述

S100 蛋白是广泛分布于不同组织的一类小分子量蛋白质，是钙结合蛋白中最大的亚族。迄今为止，已发现的S100 蛋白家族共有24 个成员，S100A1-16、S100B、S100P、S100Z、CALB3(即钙结合蛋白3)等。其中19 个成员基因定位于染色体1q21，该区段稳定性差，可发生多种形式的染色体重排，可能与肿瘤的发生发展有关。其余5 个成员基因位于染色体4p16(S100P)、5q13(S100Z)、7q22-q31 (S100A11P )、21q22 (S100B ) 及 Xp22(S100G)［3，4］。近年来众多研究报道某些S100 蛋白家族成员与肿瘤的增殖、分化、浸润和转移密切相关，除肿瘤外，S100A8、S100A9、S100A11 还与炎症过程关系密切，除急性感染性炎症病变外，在非感染性炎症性疾病如溃疡性结肠炎、慢性支气管炎、囊性纤维化等疾病中也发现有较高表达水平。

2 S100A8 概述

2.1 S100A8 基因的染色体定位 S100A8 基因位于人染色体1q21 和小鼠第3 号染色体上的基因簇中，与其他S100 蛋白基因相同，都是由三个不同长度的外显子组成。S100A8 基因的外显子分别由33、164、211 个碱基对组成，第一个外显子不编码，第二个外显子编码N-末端的47 个氨基酸，第三个外显子编码C-末端的46 个氨基酸。人S100A8 蛋白由93 个氨基酸残基组成，分子量为10835Da，通常以二聚体形式存在。S100A8 单体由两个不同的螺旋-环-螺旋配基(EF-手型)组成，两侧为疏水区，中间为9 个氨基酸残基组成的铰链区，其中N-末端结合位点由14 个氨基酸残基组成，C-末端结合位点由12 个氨基酸残基组成，C-末端EF-手型与N-末端EF-手型相比，对Ca2+具有更强的亲和力，是N-末端EF-手型的100 多倍［5］，是主要的Ca2+结合位点。当S100A8 蛋白与Ca2+结合后，蛋白构象发生改变，从而暴露出疏水残基，使其可以与靶蛋白结合，进而通过与相应靶蛋白作用产生不同的生物学效应。

2.2 S100A8 的分布 S100A8 的表达具有组织和细胞特异性，主要在髓样细胞系中表达，在中性粒细胞和单核细胞的胞浆中浓度较高，是中性粒细胞中主要的胞质蛋白，在正常组织的巨噬细胞中不表达，在炎症和氧化应激时S100A8 也表达于巨噬细胞、微血管内皮细胞、成纤维细胞以及角化细胞中。另外，在粘膜上皮细胞及牛皮癣患者病变的上皮中也能检测到S100A8 的表达。静息状态下，S100A8 在细胞浆和细胞核都有分布，内毒素刺激细胞后，静息时位于细胞浆的S100A8 移位入核，但内毒素(LPS)刺激后S100A8 移位入核的机制及意义还不清楚，可能与内毒素刺激下产生的大量氧自由基有关，这些物质可能使S100A8 蛋白质发生修饰，从而改变S100A8 蛋白与离子的结合性质，或与其他靶蛋白的相互作用，从而使S100A8 在细胞内移位。

2.3 S100A8 表达的调节 S100A8 基因的活化依赖于IL-10 的参与，同时也涉及MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)和JNK/p38 途径。体外研究表明，经促炎因子TNF-α 或IL-1 诱导后的小鼠微血管内皮细胞和巨噬细胞能强烈表达S100A8。此外TNF-α 能启动未分化的角蛋白细胞表达S100A8，最终，S100A8 促进微血管内皮细胞分泌TNF-α，形成正反馈效应。S100A8 介导的促细胞因子产生，能够明显的被MAPK 抑制剂所抑制，而核因子-κB(NF-kB)几乎能完全抑制S100A8 的促细胞因子生成作用。由此可能推测出由活化的组织外巨噬细胞分泌的S100A8 能够放大炎症中的细胞因子级联反应，是通过NF-kB 活化和P38 MARK 途径实现的。

2.4 S100A8 的作用 S100A8 以单体、同型二聚体及S100A8/S100A9 异型二聚体形式存在。S100A8具有与Ca2+结合的空间结构，与Ca2+结合后，其蛋白构象发生改变，暴露出靶蛋白的结合位点，通过与靶蛋白作用而发挥生物学效应，如影响细胞骨架形成和改变细胞形状、诱导细胞化学趋化及细胞凋亡等功能。S100A8 蛋白主要通过对中性粒细胞的趋化作用启动炎症细胞和炎性因子、结合并活化膜受体晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和Toll 样受体4 (Tolllike receptor 4，TLR4)，从而介导细胞内的炎症信号转导途径，在炎症中发挥重要的调节作用。有研究表明高浓度S100A8 聚集于急性和慢性感染部位参与炎症反应，妨碍组织修复，可使炎症恶化，具有促炎作用［6］。但Thorey 等报导，S100A8 可通过清除氧化物阻止过度氧化对机体的损伤，促进伤口愈合，表现为抗炎作用［7］。除炎症外，S100A8 在多种原发和浸润性肿瘤、多种自身免疫性疾病以及心血管疾病中发挥重要作用。

3 S100A8 的临床应用前景

3.1 S100A8 在脓毒症中的应用 近来有研究表明［8～10］，在炎症的急性期中性粒细胞、巨噬细胞等吞噬细胞在炎症因子刺激下能分泌大量S100A8，作为内源性DAMP 参与TLR4 信号传导通路，促进更多炎症因子的释放，从而形成正反馈效应，导致过度炎症反应及炎症损伤。Ryckman 等［10］对临床脓毒症病人研究，发现血浆S100A8 浓度在感染0 ～72 h处于高表达，对静脉注射LPS 的健康志愿者研究发现感染后1．5 h 即可以检测到血浆S100A8 水平升高。故S100A8 可能作为一种用于临床观察感染情况的早期指标，为脓毒症的早期诊断提供帮助。

3.2 S100A8 在自身免疫性疾病中的应用S100A8 在多种自身免疫性疾病中表达增高，有研究报道在抗原诱导的关节炎鼠模型的关节软骨层中S100A8 明显增高，de seny 等［11］对类风湿性关节炎(RA)、银屑病关节炎、强直性脊柱炎、炎症性肠病患者及正常对照者进行分析，发现RA 患者的血清中S100A8 的浓度显著升高，表明其可能作为区分RA、银屑病关节炎、强直性脊柱炎的潜在指标。另有实验发现，新发的RA 患者血清S100A8 明显升高，经过3 个月正规治疗后，其水平显著下降，且与肿胀关节的改善程度相关［12］，该研究提示S100A8 可作为监测类风湿关节炎活动性的指标，判断关节局部炎症程度可能要优于传统的C 反应蛋白和血沉等指标。因此，有学者初步认为，S100A8 可能是评价RA活动性的重要生物标志物之一，但尚需进一步研究以明确其与目前广泛用于临床的类风湿因子、抗环瓜氨酸肽抗体、6-磷酸葡萄糖异构酶等检测指标相比的是否具有优越性。

系统性红斑狼疮(SLE)的病因和发病机制尚未明确，目前认为，SLE 的发病既有遗传、性激素等内在因素，也与环境因素、药物等有关。SLE 患者血清S100A8 水平明显高于原发性干燥综合征(pSS)患者和正常对照组，且该蛋白水平与SLE 活动性评分呈正相关［13］。有实验证实SLE 患者血浆S100A8水平和体内白细胞表面表达的S100A8 蛋白均显著升高，更重要的是，胞浆型树突状细胞(pDC)合成该蛋白增多且经免疫复合物刺激后，pDC 表面亦上调表达该蛋白，pDC 在SLE 免疫发病机制中处于中心环节，提示S100A8 可能参与SLE 的发病过程［14］。

炎症性肠病(IBD)是一种以反复结肠炎症为表现的，由T 细胞介导的自身免疫性疾病。Wassell等［15］测定了克罗恩病、肠易激综合征(IBS)患者及正常对照者粪便中S100A8 的含量，结果表明克罗恩病患者粪便中S100A8 的浓度显著高于IBS 患者和对照组，提示检测粪便中S100A8 水平有助于区分克罗恩病和IBS。Sipponen 等［16］研究发现，粪便中S100A8 含量与克罗恩病病变活动性呈正相关，且与肠镜检查结果相一致，提示检查粪便中S100A8水平可能取代内镜检查来评价克罗恩病疾病活动性。所以，检测粪便中S100A8 有助于鉴别诊断IBD和IBS，该项目有望作为无创性检查来诊断IBD 及判断疾病活动性，并减少创伤性检查带给患者的痛苦。

3.3 S100A8 在肿瘤中的应用 关于S100A8 与肿瘤相关性的研究已涉及多种肿瘤，最近研究发现，S100A8 可在多种原发和浸润性肿瘤中高表达。在对苯二甲酸诱导小鼠皮肤肿瘤的模型中发现恶性肿瘤中S100A8 表达明显升高，而良性肿瘤中无表达［17］;用氧化偶氮甲烷诱导的小鼠结肠癌中S100A8 表达也发现升高［18］;卵巢癌组织冲洗液中S100A8 高表达，而在良性卵巢肿瘤冲洗液中不表达［19］;Arai 等分析肺腺癌及肝细胞癌、乳腺癌患者手术切除标本，研究S100A8 表达与肿瘤分化程度之间的相关性，结果均显示S100A8 在组织中高表达，并与肿瘤组织的分化程度呈负相关。在其他多种肿瘤如胃癌、胰腺癌、膀胱癌、甲状腺癌中也发现S100A8 表达上调。然而，在低分化的头颈部和食道鳞状细胞癌中S100A8 的表达通常是下调的。S100A8 不仅是促肿瘤信号通路的靶点，它还可以活化多种下游基因，促进肿瘤的进展，在肿瘤细胞的恶性转化中发挥正性反馈调节的功能。S100A8 在多种肿瘤中异常表达，为寻找新的肿瘤标志物提供了依据。

S100A8 除与人体的多种实体肿瘤相关，与非实体肿瘤如白血病也有一定关系。S100A8 与白血病的发病及病程有关，并且已有研究提示S100A8 可能是一个影响白血病发病及预后的不良因素。白血病的预后除与自身分型有关，也与白血病细胞自噬及其对化疗药物的敏感性相关，S100A8 通过调节自噬影响白血病细胞对化疗药物的耐药性，随着白血病细胞耐药性的增加，S100A8 表达增高，抑制S100A8 可以增强白血病细胞对化疗药物的敏感性，并抑制自噬的发生;上调S100A8 表达能够诱导自噬并能增加白血病细胞对化疗药物的耐药性，提示S100A8 通过影响自噬对白血病细胞的化疗耐药性起着至关重要的作用，有望成为白血病治疗的靶点。

3.4 S100A8 在心血管疾病方面的应用 S100A8在动脉粥样硬化形成、斑块易损、局部缺血心肌的炎症反应以及心力衰竭等心血管疾病的发生发展中均起着重要作用。有研究发现，在人和老鼠的动脉粥样硬化斑块中均存在S100A8，其主要是通过TRL4(Toll 样受体4)和RAGE 两种受体传递信号导致动脉粥样硬化形成，敲除TRL4 基因的老鼠中动脉粥样硬化斑块面积显著减少，RAGE 基因缺陷的老鼠中动脉粥样硬化进程明显延迟，血管炎症反应也明显减少。S100A8 与人类动脉粥样硬化之间的联系已经被临床研究证实。一个小样本的研究表明，S100A8 与无冠心病的糖尿病患者的颈动脉内中膜厚度有相关性，另一项在无心血管病史的中年人群中研究也证实了颈动脉内中膜厚度与S100A8 有相关性，也有研究发现，心血管疾病的患者血浆S100A8 比健康人普遍升高［20］，这一结论有可能对筛查心血管疾病的高危人群提供帮助。

目前，很多关于S100A8 与急性心血管事件关联性的研究表明，S100A8 被发现是急性冠状动脉综合征(ACS)的早期检测标志物。肌钙蛋白(cTn)是传统的心肌坏死标志物，是心肌坏死的敏感和特异的指标，但它仅提供了不稳定斑块的间接信息，实际上，肌钙蛋白反映心肌坏死是由动脉血栓物质的微小栓塞决定的，这已是ACS 的一个迟发事件了。而炎症是不稳定斑块的启动环节，S100A8 作为急性期炎症因子，可以反应ACS 的早期细胞事件，能在症状出现后马上被检测到，在ACS 患者的冠脉闭塞部位和全身循环中均升高，更值得一提的是，S100A8不仅比心肌坏死标志物如肌红蛋白、CK 一MB、cTn升高的更早，而且S100A8 反应斑块的不稳定，能区分ACS 和稳定的冠状动脉疾病(CAD)或有无CAD。

S100A8 既是心血管疾病的标志物，也是参与心血管疾病的因子，它能否真正成为心血管疾病的一种新的临床治疗靶点尚需进一步验证，但早期的研究成果表明，S100A8 应用前景广泛，然而还需要更多的研究来阐明S100A8 的复杂影响。更好地认识S100A8 在心血管疾病中的作用及其调节生物学效应的机制，有可能对预防、治疗和预测心血管疾病提供新的理论依据。

4 前景与展望

S100A8 作为一种钙结合蛋白，在细胞信号转导过程中发挥重要作用，尽管对其基因结构及功能有了一定的了解，但不够全面，在以后的研究中有待进一步拓展，如其S100 蛋白家族中其他成员的关联和相互协同作用，其在肿瘤发生发展过程中的具体作用及作用机制等。随着双相凝胶电泳、各种质谱鉴定技术(基质辅助激光解析电离飞行时间质谱、电喷雾质谱技术)等蛋白质组学方法、生物信息学工具以及分子生物学技术的进步，S100A8 基因的表达和生物学功能会逐步明朗化，有望应用于多种疾病的诊断及预后判断。

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