S100A9与消化系统肿瘤的关系研究进展

陈亚东，吴东霞，彭娅，刘鹏

(湖南省人民医院，长沙410000)

国内外专家在消化系统肿瘤领域已开展了大量研究，在消化系统肿瘤的早期诊断、预防及治疗方面取得较大进步。然而目前的研究进展仍不能满足临床需求，近年来我国消化系统肿瘤发病率、病死率仍呈逐年增高趋势，在所有恶性肿瘤疾病中占比重最大，承担的经济负担最多。寻找有效的肿瘤分子标志物及治疗靶点仍为未来消化系统肿瘤的主要研究方向。目前已有报道S100A9可调节炎症反应参与慢性炎症相关性疾病的进程并能调节细胞周期及细胞分化，在肿瘤细胞增殖、侵袭、转移等过程中起关键作用[1]。此外，亦有报道S100A9可作为消化系统肿瘤的分子标志物协助临床诊断、判断预后，并可作为肿瘤靶向治疗的特异性靶点[2]。本文参考了国内外大量关于S100A9的文献，拟对S100A9在消化系统肿瘤中的研究进展进行系统综述。

1　S100A9的生物学特性

S100蛋白为脊椎动物中重要的蛋白家族，其特征为具有螺旋-环-螺旋(“EF手型”)构象2个钙结合位点。目前发现至少有24种不同的S100蛋白，其基因大多分布于染色体1q21的上皮分化复合物处，提示S100蛋白家族的功能与人上皮分化活动关系密切。S100A9为其中的重要成员，可与钙离子、锌离子结合通过构象改变参与细胞活动，并能与S100A8形成二聚体(S100A8/A9)发挥其生物学功能。正常状态下，S100A9多定位于骨髓来源细胞，细胞内S100A9通过Ca2+依赖性的方式作用于特异性靶位点，可调节骨髓细胞的分化、成熟及迁移，S100A9在其他组织细胞亦有少量表达[3]。肿瘤组织中的S100A9主要位于肿瘤细胞间的基质细胞及炎性细胞中，S100A9可通过自分泌或旁分泌方式作用于细胞外膜受体，通过这种方试调控细胞内信号通路促进下游效应分子的表达[3]。此外，细胞外分泌性的S100A9可作为趋化因子诱导髓源性抑制细胞(MDSC)等炎症细胞迁移、聚集，调节局部炎症反应及免疫监视功能，改变肿瘤微环境,促进肿瘤发生、浸润、转移[4]。

2　S100A9在消化系统肿瘤中的表达

目前已报道S100A9在食管腺癌、胃癌、肝癌、胆道系统肿瘤、胰腺癌、结直肠癌组织及血清中呈高表达[5]。在非锌缺乏相关性食管鳞状上皮细胞癌中表达降低[6]。此外，在消化系统肿瘤相应的体液，如胃液、胆汁、胰液及粪便中S100A9的表达亦高于正常对照[7, 8]。S100A9还与炎症相关性疾病关系密切，并参与消化系统肿瘤癌前病变及高危因素疾病的发展过程及病情活动。已有报道在巴雷特食管、幽门螺杆菌相关性胃炎、慢性肝炎、原发性硬化性胆管炎等S100A9较正常对照组表达增高[9, 10]，且在BE-上皮异性增生-食管腺癌的分化阶段及慢性肝炎-肝硬化-肝癌疾病进展过程中S100A9呈渐进性高表达[9, 11, 12]，S100A9在原发性硬化性胆管炎活动期的表达较静止期更高，这些结果提示S100A9参与由消化系统慢性炎症到消化系统肿瘤的整个致病过程。目前的研究结果表明炎症性肿瘤微环境与MDSC相关。局部组织中的S100A9可诱导MDSC迁移、聚集，并抑制MDSC分化为成熟骨髓细胞，通过抑制T细胞、NK细胞的免疫杀伤功能促进肿瘤免疫逃逸。MDSC本身可合成、释放S100A9，进一步促进MDSC的迁移、聚集，通过这种方式保证局部环境中MDSC的数量以维持其功能状态[13]。

3　S100A9相关的信号通路与消化系统肿瘤发生发展的关系

3.1 MAPK信号通路 MAPK信号传导通路在肿瘤细胞增殖、凋亡、侵袭、转移及血管形成过程中发挥重要作用。已报道S100A9在食管癌、胃癌、肝癌及结肠癌相关研究中通过作用于细胞表面的RAGE，活化MAPK通路的ERK1/2、p38信号，进一步活化NF-κB促进MMP、CXCL等效应因子的表达，调控肿瘤细胞的增殖、浸润、转移[14～16]。但这一过程并不完全依赖于RAGE，当RAGE被特异性物质阻断时，S100A9亦可与TLR4相互作用激活MAPK信号通路及其下游效应因子[1, 14]。

3.2 TGF-β/Smads信号通路 TGF-β在体内参与调节细胞生长及细胞分化。已有研究报道胰腺导管癌及结肠癌的发病机制与Smad4功能缺失有关，仅Samd4功能存在时S100A8/A9抑制AKT、NF-κB信号通路的激活。TGF-β可调节Smad4的功能，TGF-β信号异常可导致Smad4功能缺失削弱S100A9的抑制作用，从而促使AKT、NF-κB信号通路的活化导致肿瘤增殖、血管生成并促进上皮间质转化，S100A9水平升高可拮抗TGF-β阻断上述过程[17]。

3.3 Wnt/β-连环蛋白信号通路 Wnt/β-连环蛋白信号通路被认为是结肠癌发生的中心环节，几乎在所有结肠癌中均存在该通路激活，在结肠癌中S100A9与β-连环蛋白及其靶基因c-myc和MMP7水平同时升高，表明S100A9与Wnt/β-连环蛋白信号通路在结肠癌肿瘤中关系密切[5]，此前曾有报道S100A4为Wnt /β-连环蛋白/ TCF介导信号通路的直接转录靶点，β-连环蛋白的表达直接调控S100A4水平，且已证实S100A4为结肠肿瘤上皮-间充质转化过程中重要的参与因子[18]，S100A4很可能受Wnt/β-连环蛋白信号通路调控参与结肠肿瘤的发生。S100A4与S100A9为同一家族蛋白，基因位点相邻、结构相似，其功能亦可能相近，然而S100A9与Wnt/β-连环蛋白信号通路的机制学研究较少，其参与结肠癌进程的具体机制有待更多研究阐明[19]。

3.4 p53信号通路 p53为细胞内的抑癌基因，p53信号通路激活促使细胞凋亡。研究发现S100A9基因中包含p53结合位点，为p53的直接转录靶标。p53信号通路激活后可促进S100A9高表达，并以部分p53依赖的方式诱导细胞凋亡。食管鳞状上皮细胞癌中存在野生型的p53突变，这可能为食管鳞状上皮细胞癌中S100A9表达降低的原因，食管鳞状上皮细胞癌中下调S100A9后细胞凋亡受抑，促使肿瘤发生。

4　S100A9与消化系统肿瘤的临床关系

4.1 S100A9有助于消化系统肿瘤的诊断S100A9在多数肿瘤组织、血清及相应体液中呈高表达，可作为肿瘤分子标志物应用于消化系统肿瘤的诊断中。目前已报道S100A9在胃癌、肝癌、胆管癌、结直肠癌的诊断中受试者工作特征曲线下面积(AUC)可达75.0%～89.4%[9, 20, 21]，联合其他分子标志物可提高诊断效果。已报道S100A9联合大便隐血试验可将结肠癌预测模型AUC由87.78%提高到90.65%，S100A9联合AAT 可将早期胃癌预测模型AUC值由75.0%提高到81%，联合GIF后胃癌进展预测模型AUC值提高到92%[21]。随着更多消化系统肿瘤分子标志物的开发、组合，S100A9在消化系统肿瘤中的诊断意义将进一步提升。

4.2S100A9有助于评估消化系统肿瘤的预后 S100A9与肿瘤的浸润及转移能力有一定关系，并能作为预后观察指标。研究表明外源性S100A9抑制胃癌细胞的侵袭及迁移，沉默S100A9表达后胃癌细胞的侵袭及迁移能力增加，胃癌中基质S100A9的表达与肿瘤大小、浸润深度、淋巴结转移呈负相关,同时高表达S100A9者具有更好的预后[7, 22]。研究者还观察到结肠癌细胞可内化微环境中的S100A9，而其他类型的癌细胞并无此现象，内化S100A9后可抑制肿瘤细胞增殖并促进细胞凋亡[23]，这提示S100A9表达升高可能为机体的自我保护机制。然而，其他的研究更倾向于S100A9的表达促进肿瘤的浸润、转移，外源性S100A9促进结肠癌及胰腺癌细胞的增殖、转移，结直肠癌组织内S100A8/A9阳性细胞计数及血清S100A9水平升高提示更大的肿瘤体积、肿瘤高分化程度及存在转移灶[24]。提示S100A9能协助判断消化系统肿瘤预后，可为患者治疗方案选择提供参考依据。

4.3 S100A9有助于消化系统肿瘤的靶向治疗S100A9对消化系统肿瘤增殖、浸润及迁移的影响不尽一致，上调或阻断S100A9表达及相关信号通路的活化可抑制肿瘤活动，这是S100A9作为靶向治疗靶点的支持依据。Tasquinimod为S100A9特异性阻断剂，可阻断S100A9与其配体(RAGE/TLR4)的结合，可调节性骨髓细胞亚群的聚集和活化影响IL-12、PD-L1等细胞因子的释放，具有调节肿瘤微环境、调节免疫、抗血管生成和转移功能[25]。已报道Tasquinimod的Ⅱ期双盲随机研究中，在前列腺癌的治疗中Tasquinimod组6个月无进展生存期较安慰剂组显著提升(69%vs 37%)，有较好的临床疗效，目前已进入Ⅲ期药物临床实验中[26]。Tasquinimod在消化系统肿瘤中的研究尚处于基础阶段，随着消化系统靶向治疗的发展，其价值亦将不断发掘。

CHAPS被认为是阻断受体与配体结合的潜在抑制剂。Chang等[27]的研究发现CHAPS可影响S100A9和RAGEV结构域之间的结合并抑制结肠癌SW480细胞增殖活性。进一步改进特异性后，CHAPS有望作为S100A9与RAGE结合的拮抗剂运用于临床靶向治疗。

5　小结与展望

S100A9在多数消化道肿瘤组织及消化液中呈高表达，为新兴的肿瘤标志物，结合其他肿瘤特异性分子标志物可对消化道肿瘤作出较为准确的诊断。此外，S100A9的表达还可对消化系统各肿瘤的良恶性、分化程度、浸润转移及术后复发、总体预后进行预判，可有效协助临床医生对患者病情的把握，可用于指导手术切缘及术式的选择及术后是否需进行其他治疗方式。随着肿瘤的靶向药物不断开发，更多的靶向药物用于肿瘤晚期治疗中，靶向药物耐药为不可避免的一个问题[28]。S100A9特异性阻断剂及其拮抗剂已问世，S100A9及其相关通路为可供选择的肿瘤靶向治疗靶点。当然，S100A9在诊断中的效能和S100A9及其相关信号通路在肿瘤活动中的地位仍有待进一步探究。

参考文献：

[1] Laouedj M, Tardif MR, Gil L, et al. S100A9 induces differentiation of acute myeloid leukemia cells through TLR4[J]. Blood, 2017,129(14):1980-1990.

[2] Leanderson T, Liberg D, Ivars F. S100A9 as a pharmacological target molecule in inflammation and cancer[J]. Endocr Metab Immune Disord Drug Targets, 2015,15(2):97.

[3] Markowitz J, Carson WE. Review of S100A9 Biology and its Role in Cancer[J]. Biochim Biophys Acta, 2013,1835(1):100-109.

[4] Condamine T, Ramachandran IR, Gabrilovich DI. S100A9, Inflammation, and Regulation of Immune Suppression in Cancer[M]. England:Cambridge University Press, 2014:4088-4092.

[5] Duan L, Wu R, Ye L, et al. S100A8 and S100A9 are associated with colorectal carcinoma progression and contribute to colorectal carcinoma cell survival and migration via Wnt/beta-catenin pathway[J]. PLoS One, 2013,8(4):e62092.

[6] Pawar H, Srikanth SM, Kashyap MK, et al. Downregulation of S100 Calcium Binding Protein A9 in Esophageal Squamous Cell Carcinoma[J]. The Scientific World Journal, 2015(3):1-10.

[7] Choi JH, Shin NR, Moon HJ, et al. Identification of S100A8 and S100A9 as negative regulators for lymph node metastasis of gastric adenocarcinoma[J]. Histology & Histopathology, 2012,27(11):1439-1448.

[8] Chen KT, Kim PD, Jones KA, et al. Potential prognostic biomarkers of pancreatic cancer[J]. Pancreas, 2014,43(1):22-27.

[9] Sun W, Xing B, Guo L, et al. Quantitative Proteomics Analysis of Tissue Interstitial Fluid for Identification of Novel Serum Candidate Diagnostic Marker for Hepatocellular Carcinoma[J]. Scientific Reports, 2016,6:26499.

[10] Reinhard L, Rupp C, Riedel HD, et al. S100A9 is a biliary protein marker of disease activity in primary sclerosing cholangitis[J]. PLoS One, 2012,7(1):e29821.

[11] Zaidi AH, Gopalakrishnan V, Kasi PM, et al. Evaluation of a 4-protein serum biomarker panel-biglycan, annexin-A6, myeloperoxidase, and protein S100-A9 (B-AMP)-for the detection of esophageal adenocarcinoma[J]. Cancer, 2014,120(24):3902-3913.

[12] Serhal R, Hilal G, Boutros G, et al. Nonalcoholic Steatohepatitis: Involvement of the Telomerase and Proinflammatory Mediators[J]. Biomed Research International, 2015(11):850246.

[13] Ruoting Z, Shiyi C, Shenren C. Correlation between myeloid-derived suppressor cells and S100A8/A9 in tumor and autoimmune diseases[J]. International Immunol Pharmacology, 2015,29(2):919.

[14] Mark R, Bermejo JL, Bierhaus A, et al. The receptor for advanced glycation end products is dispensable in a mouse model of oral and esophageal carcinogenesis[J]. Histology & Histopathology, 2013,28(12):1585-1594.

[15] Kwon CH, Moon HJ, Park HJ, et al. S100A8 and S100A9 Promotes Invasion and Migration through p38 Mitogen-Activated Protein Kinase-Dependent NF-κB Activation in Gastric Cancer Cells[J]. Molecules & Cells, 2013,35(3):226-234.

[16] Wu R, Duan L, Cui F, et al. S100A9 promotes human hepatocellular carcinoma cell growth and invasion through RAGE-mediated ERK1/2 and p38 MAPK pathways[J]. Experimental Cell Research, 2015,334(2):228-238.

[17] Basso D, Bozzato D, Padoan A, et al. Inflammation and pancreatic cancer: molecular and functional interactions between S100A8, S100A9, NT-S100A8 and TGF-β1[J]. Cell Communication & Signaling Ccs, 2014,12(1):20.

[18] He Z, Yu L, Luo S, et al. miR-296 inhibits the metastasis and epithelial-mesenchymal transition of colorectal cancer by targeting S100A4[J]. BMC Cancer, 2017,17(1):140.

[19] Mathias D, Dennis K, Wolfgang W, et al. S100A4 in Cancer Metastasis: Wnt Signaling-Driven Interventions for Metastasis Restriction[J]. Cancers, 2016,8(6):59.

[20] Kim BC, Joo J, Chang HJ, et al. A predictive model combining fecal calgranulin B and fecal occult blood tests can improve the diagnosis of colorectal cancer[J]. PLoS One, 2014,9(9):e106182.

[21] Wu W, Juan WC, Liang CR, et al. S100A9, GIF and AAT as potential combinatorial biomarkers in gastric cancer diagnosis and prognosis[J]. Proteomics Clin Appl, 2012,6(3-4):152-162.

[22] Fan B, Zhang LH, Jia YN, et al. Presence of S100A9-positive inflammatory cells in cancer tissues correlates with an early stage cancer and a better prognosis in patients with gastric cancer[J]. BMC Cancer, 2012,12(1):316.

[23] Kim K, Kim KH, Roh K, et al. Antitumor effects of calgranulin B internalized in human colon cancer cells [J]. Oncotarget, 2016,7(15):20368-20380.

[24] Shu P, Zhao L, Wagn J, et al. Association between serum levels of S100A8/S100A9 and clinical features of colorectal cancer patients[J]. Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban, 2016,41(6):553-559.

[25] Anders O, Jessica N, Anette S, et al. Tasquinimod triggers an early change in the polarization of tumor associated macrophages in the tumor microenvironment[J]. J Immunother Cancer, 2015,3(1):53.

[26] Mehta AR, Armstrong AJ. Tasquinimod in the treatment of castrate-resistant prostate cancer -current status and future prospects[J]. Ther Adv Urol, 2016,8(1):9-18.

[27] Chang CC, Khan I, Tsai KL, et al. Blocking the interaction between S100A9 and RAGE V domain using CHAPS molecule: A novel route to drug development against cell proliferation[J]. Biochim Biophys Acta, 2016,1864(11):1558-1569.

[28] Galun D, Srdicrajic T, Bogdanovic A, et al. Targeted therapy and personalized medicine in hepatocellular carcinoma: drug resistance, mechanisms, and treatment strategies[J]. J Hepatocell Carcinoma, 2017,4:93-103.