S100B蛋白的生物学功能及其在阿尔茨海默病中的作用研究

徐小童，李晓驷，张许来

(合肥市第四人民医院，安徽 合肥 230022*通信作者：李晓驷，E-mail:lixiaosi888@126.com)

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是老年性痴呆的常见类型之一，是以认知功能逐渐丧失为主要特征的进行性、慢性神经退行性疾病。自1906年德国神经病理学家Alois Alzheimer在南德地区精神病学学术年会首次报道以来，人类对AD的认识不断加深。2016年世界阿尔茨海默病报告显示，中国AD患者超过800万，年龄>65岁老年人群中AD的发病率为4%～6%[1]。AD发病隐匿、病程较长、治疗效果不佳，给患者及其家庭和社会带来沉重负担。美国国立老化研究所与AD协会工作组于2011年对AD的治疗指南进行了修订。新修订的治疗指南认为AD分为轻度认知障碍前期(pre-MCI)、轻度认知功能损害和痴呆三个阶段[2-3]。提高AD的早期诊断率是进行早期治疗以延缓病情发展、改善患者生活质量的重要前提。AD的临床诊断需要详细的病史资料，目前用于对AD进行辅助诊断的工具和检查方法主要包括简易精神状态检查表(Mini-Mental State Examination，MMSE)、长谷川痴呆量表(Hastgawa Dementia Scale，HDS)、蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)、神经系统体格检查和影像学检查等。临床上迫切需要高特异性、高敏感性，并能准确反映病程分期的诊断指标。随着新的靶向蛋白如Tau蛋白、β淀粉样蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)、嗜铬粒蛋白A(chromogranin A，CGA)、S100蛋白家族等在AD病理生理学中的作用被揭示，越来越多的研究开始探索AD的诊断标记物[4]。S100蛋白家族中的S100B蛋白是一种可以在脑组织和脑脊液中被检测到的脑内特异性蛋白，在人体的神经发育和退行性改变中发挥重要作用，与AD的病理生理学进程密切相关[5]。S100B蛋白易于检测、特异性高，近年来，S100B蛋白与AD之间的关系已被初步证实，但相关研究较少，本文对S100B蛋白的生物学功能及其在AD中的作用进行综述，以期为AD的诊疗提供参考。

1 S100B蛋白命名及分布

S100蛋白又被称为钙粒蛋白，1965年Moore等[6]研究显示，几乎在所有物种的大脑内都存在该蛋白，其溶于饱和硝酸铵溶液，故称之为S100蛋白。S100蛋白含有α和β两种亚基，包括三种组合形式：S100αβ、S100αα和S100ββ。S100家族分布于多种组织，其中一些蛋白存在于特定的组织中。如S100ββ主要存在于雪旺氏细胞和神经胶质细胞中，S100αβ主要存在于神经胶质细胞中，S100αα主要存在于大多数横纹肌和肾脏中[7]。S100蛋白可被分泌到细胞外环境中，并可作为危险因素影响神经系统疾病的病理生理过程。S100B蛋白包括S100αβ和S100ββ两个亚型，其分子量约21KD，多分布于细胞浆与细胞核内，主要由神经胶质细胞合成和分泌，尤其是星形胶质细胞[8]。其分泌与白介素-2、应激、促炎细胞因子、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)相关，可能是依赖于细胞表面受体和晚期糖基化终产物受体的存在而激活，受丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及NF-κB受体激活蛋白(RANK)信号通路调控[9-11]。在哺乳动物中，S100B蛋白通过肾脏代谢和排泄，生物半衰期为2 h。S100B蛋白约96%存在于脑内，在中枢神经系统中的含量丰富(3500 ng/mg蛋白)，占脑内可溶性蛋白总量的0.1%～0.2%，远高于其他组织含量(100～200 ng/mg蛋白)。被认为是脑内特异性蛋白，研究显示S100B与神经退行性病变、损伤密切相关[12]。

2 S100B蛋白的生物学功能

S100B蛋白是一种钙传感蛋白，在细胞的增殖、分化、能量代谢、细胞膜构成、抗氧化性损伤、细胞凋亡及细胞内信号传导中均发挥重要作用[8]。细胞外的S100B蛋白通过旁分泌作用于神经元、星状胶质细胞、小胶质细胞，进而参与中枢神经系统的发育和稳态维护。细胞内的S100B蛋白参与钙离子稳定、蛋白磷酸化，调控细胞生长、分化及代谢过程。

S100B蛋白具有剂量依赖的双重功能。在生理浓度即皮摩尔或纳摩尔水平，S100B蛋白具有神经营养作用；在微摩尔水平，S100B蛋白具有神经毒性作用，可诱导促炎细胞因子释放，如白介素1β(IL-1β)、TNF-α、诱导型一氧化氮合酶等，通过一氧化氮依赖途径诱导神经元细胞死亡，过度表达的S100B蛋白可通过钙依赖途径诱导神经系统退行性变[11-13]。

3 S100B蛋白在AD中的作用

在AD的病理生理过程中，神经纤维团块及老年斑的形成是两个重要的病理特征，神经炎症反应贯穿于AD发展的病理过程。胶质细胞激活引发的反应性胶质增生是神经炎症反应的重要标志。β淀粉样蛋白可导致反应性胶质增生，并引起炎性反应释放神经毒性因子，是导致AD及引发疾病的重要因素[14]。在AD的进程中，反应性胶质增生的一个重要特征是S100B过度表达。当细胞外释放的S100B蛋白浓度累积达到微摩尔量级时，S100B蛋白在晚期糖基化终末产物受体表面引发MAPK磷酸化，激活NF-κB，该过程将进一步促进促炎细胞因子和诱导型一氧化氮合酶的转录，并加重细胞损伤、促发炎症反应过程[15-16]。

Son等[17]对一般人群中的S100B蛋白及其相关生理特征进行探索，结果显示S100B蛋白的表达与年龄相关。Wu等[18]研究显示，在发育过程中增加S100B蛋白表达对大脑发育和大脑功能的建立至关重要，随着年龄的增加，AD的发生率也逐渐增高，这可能与S100B蛋白的过度表达有关。与之类似的研究结果还有，伴随着衰老过程，S100B蛋白的表达水平显著升高，老年期S100B蛋白的过度表达可能会增加脑内神经细胞对某些病理性作用因子的易患性，在AD患者的老年斑区及弥散性Aβ沉积区域常存在S100B蛋白大量聚集[19]。

1994年Barger等[20]首次报道，S100B蛋白在AD患者的脑部淀粉样斑块和脑积液中均有表达。Petzold等[21]将AD患者的脑脊液与非AD型痴呆、非炎性神经系统疾病患者的脑脊液进行比较，结果显示前者脑脊液中的S100B蛋白水平较后者高，提示S100B蛋白对中枢神经系统病变具有较好的特异性。此后多项研究探索S100B蛋白在AD诊断中的作用以及通过AD患者外周静脉血检测S100B蛋白水平的可行性，结果显示S100B蛋白可较为灵敏地反映中枢神经退行性病变[14]。

此外，研究者还对S100B蛋白与AD发展阶段的关系进行了探索性研究。主要是对临床痴呆评定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)、MoCA等工具与S100B蛋白水平进行量化分析。Peskind等[22]根据CDR评分将AD患者分为早、中、晚期，对不同分期AD患者的S100B蛋白表达水平进行研究，结果显示早、中期患者脑脊液的S100B蛋白浓度高于晚期患者。提示可将S100B蛋白作为反映AD患者认知状态及判断疾病进展的标志物。李清华等[23]探索AD患者、轻度认知功能障碍患者和正常对照组血清S100B蛋白水平与MoCA评分的关系，结果显示AD患者的血清S100B蛋白水平与MoCA评分呈负相关。Chen等[24]关于静脉注射利多卡因对老年脊柱手术后早期认知功能障碍的保护作用研究显示，S100B蛋白水平与CDR评分呈正相关，与MMSE评分呈负相关。黄隽超等[25]对AD患者血清S100B蛋白、抗脑抗体浓度与认知功能的关系进行研究，结果显示与无认知功能损伤的老年人群相比，AD患者血清S100B蛋白、抗脑抗体浓度更高。

在敲除S100B蛋白的转基因小鼠中，其海马CA1区的空间记忆、恐惧记忆、长期增益效应明显增强，这一效应可以通过对海马进行S100B再灌注而得到逆转。在S100B基因敲除的小鼠模型中，脑部淀粉样斑块的蓄积量减少[26]。通过arundic酸抑制S100B蛋白，可使阿尔茨海默病转基因模型Tg2576小鼠中的脑内淀粉斑块含量下降，而过度表达S100B蛋白将通过强化星状神经胶质细胞和小神经胶质细胞的功能加速AD患者的神经病理生理过程[27]。

4 结 论

S100B是一种具有浓度依赖性的脑内特异性蛋白，在神经细胞增殖、分化、能量代谢、细胞膜结构、抗氧化损伤及细胞凋亡信号传导等过程中起正性或负性调控作用。游离型S100B蛋白的表达水平与AD相关，可作为反映AD病变性质和判断疾病进展的标志物。外周血检测具有创伤小、检测便捷的优点，是具有临床应用前景的检测方式，但存在限制性：首先，S100B蛋白是一种大分子量蛋白，完整通过血脑屏障较为困难，故外周血S100B蛋白水平可能难以反映脑脊液中的水平[27]；其次，外周血中S100B蛋白的来源尚不完全明确，研究显示在椎体、骨质损伤及剧烈运动后也可引起外周血S100B蛋白水平升高，原因可能与体温升高或血脑屏障改变可引起进入外周血的S100B蛋白含量增加有关[28]。因此，脑脊液检测仍是目前反映游离S100B蛋白水平较为可靠和精确的方式[29]。在今后的研究中，建议对S100B蛋白水平与AD间的关系进一步量化，建立外周血与脑脊液中S100B蛋白水平的关系，提升检测的精确性、可靠性及可操作性，以期为AD的临床诊断和治疗提供更有价值的参考。