S100A8/S100A9在实体恶性肿瘤化疗疗效中的作用

王 静 胡晓丽 朱雪琼

S100蛋白最早在脑组织可溶性蛋白质中发现，被认为是神经系统特有的，由于它可溶于饱和硫酸铵溶液，被称为“S100蛋白”[1]。迄今为止已鉴定出20多种不同的S100蛋白质，编码S100A1～S100A16蛋白的基因位于染色体1q21区带的基因簇中，该区域染色体易发生缺失、重排或易位。每个S100蛋白单体大小约(10～12)kDa，都具有两个EF手型结构，由螺旋-环-螺旋结构组成，能结合钙离子。在细胞内S100蛋白通过与代谢酶、激酶、细胞骨架蛋白或DNA结合蛋白等相互作用，参与细胞周期调控、细胞生长和分化、细胞运动、细胞凋亡、蛋白磷酸化等重要过程。分泌到细胞外的S100蛋白，表现出细胞因子样活性和趋化活性，激活Toll样受体4和晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycated end products，RAGE)等[2]。S100蛋白质涉及许多人类疾病，如不同类型的癌症，神经变性疾病如阿尔茨海默病，炎性和自身免疫性疾病[3～6]。

S100A8(calgranulin A、MRP8)和S100A9(calgranulin B、MRPl4)蛋白是钙结合蛋白S100家族的重要成员，主要来源于中性粒细胞、单核细胞以及肿瘤相关巨噬细胞等骨髓来源的细胞，同时也广泛存在于肿瘤上皮细胞[7,8]。S100A8和S100A9在细胞促炎反应中发挥重要作用，促进白细胞黏附、聚集和迁移从而增强局部炎性微环境[9]。越来越多的研究发现S100A8和S100A9在肿瘤组织及患者血液中明显升高，并且具有促进肿瘤细胞增殖、侵袭转移和诱发肿瘤免疫抑制的作用[1]。当细胞内钙离子浓度增加后，S100A8与S100A9常以同源或异源二聚体形式存在，与单体相比更为稳定[10]。S100A8/9异源二聚体可通过抑制单核细胞和淋巴细胞增殖、抑制巨噬细胞激活、调节骨髓细胞的成熟和功能从而调节炎性微环境，还可介导部分实体恶性肿瘤细胞的化疗抗性，如黑色素瘤等[2,11]。

一、S100A8/9与乳腺癌化疗疗效的相关性

多柔比星和多西紫杉醇是治疗乳腺癌的常用化疗组合，Yang等[12]选取了各种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)联合的新辅助化疗，通过质谱法分析药物敏感和耐药患者化疗前后癌组织中S100A9蛋白的表达情况，发现耐药组S100A9表达下降了2.37倍，并通过Western blot法进一步证实。再利用免疫组织化学染色的图像数据计算诊断值，显示S100A9预测化疗耐药乳腺癌的特异性为81.8%和阳性预测值为81.8%。提示S100A9可能是鉴别耐药与敏感乳腺癌患者的潜在预测标记。

Wang等[13]利用过表达技术增加对他莫昔芬敏感的乳腺癌细胞系MCF7中泛素连接酶(hydroxymethylglutaryl reductase degradation 1, HRD1)的表达量，通过Western blot法分析，发现MCF7细胞中HRD1的过表达以剂量依赖的方式抑制S100A8蛋白的表达。随后分别用siHRD1、siS100A8和siHRD1+siS100A8转染到MCF7细胞内抑制HRD1、S100A8和两者的表达，添加他莫昔芬培养48h后观察细胞存活情况，发现敲除MCF7细胞中的HRD1，他莫昔芬对细胞增殖的抑制作用明显降低，S100A8缺失可反转该效果。利用过表达技术分别增加HRD1、S100A8和两者在MCF7衍生耐药细胞MCF7/Tam中的表达，同样添加他莫昔芬培养48h后观察，发现在MCF7/Tam细胞中过表达HRD1，他莫昔芬抑制细胞增殖的作用显著增加，该作用可被S100A8的过度表达逆转。提示HRD1通过促进S100A8降解使乳腺癌细胞对化疗药物他莫昔芬敏感。Li等[14]观察了接受新辅助化疗的120例非特异性浸润性导管癌患者，采用阿霉素+紫杉醇(AT方案)和环磷酰胺+表阿霉素+氟尿嘧啶(CEF方案)治疗1～6个周期的患者60例，采用多西他赛+表阿霉素+环磷酰胺(TEC方案)治疗4～6个周期的患者60例，通过免疫组织化学方法检测乳腺癌细胞中S100A8蛋白的表达，发现化疗敏感的乳腺癌中S100A8的高表达率54.3%(31/57)明显高于化疗耐药的乳腺癌中S100A8的高表达率23.8%(15/63)，提示S100A8高表达与乳腺癌化疗敏感度相关。

二、S100A8/9与黑色素瘤化疗疗效的相关性

Gebhardt等[11]选取59例Ⅳ期黑色素瘤患者，在伊曲单抗治疗前和治疗的不同时间点利用ELISA法分析患者血清中S100A8/9的表达情况，发现在第一次伊曲单抗(3mg/kg)输注之后，无效患者血清S100A8/9水平显著上调，而有效患者血清S100A8/9浓度明显降低。提示S100A8/9可作为受益于伊曲单抗治疗的晚期黑色素瘤患者的预测标志物之一。

鼠肉瘤病毒致癌基因同系物B的抑制剂凡德他尼已经显示出良好的治疗转移性黑色素瘤的前景，但大多数患者在6个月后出现治疗抵抗力，因此Zeiderman等[15]设计出S100A9脂质体作为新的药物递送载体。通过Western blot法证实，细胞外基质金属蛋白酶诱导物在黑色素瘤凡德他尼耐药细胞表面高度表达。基于S100A9是细胞外基质金属蛋白酶诱导物的配体，该实验组创建了靶向细胞外基质金属蛋白酶诱导物的S100A9脂质体(包封CF-750 近红外染料)，在5只雌性小鼠两侧皮下分别注射黑色素瘤细胞A2058和凡德他尼耐药黑色素瘤细胞A2058PLX，2周后尾静脉注射S100A9脂质体，使用近红外荧光成像评估脂质体在肿瘤的积聚情况，发现S100A9脂质体仅在肿瘤中积累，而且在A2058PLX中的积累与A2058相比显著增加。随后进一步证实，S100A9脂质体与细胞的结合直接对应于先前观察到的细胞外基质金属蛋白酶诱导物表达水平。提示S100A9脂质体可用于转移性黑素瘤细胞特异性药物递送和体内成像，改善凡德他尼的化疗疗效。

三、S100A8/9与宫颈癌化疗疗效的相关性

Zhu等[16]收集同时接受放化疗的中分化宫颈鳞状细胞癌患者为研究对象，根据临床反应分为高敏感组和低敏感组，采用双向凝胶电泳结合质谱分析技术比较两组之间蛋白质组的差异，发现S100A9蛋白在高敏感组中的表达率显著高于低敏感组，后采用Western blot法验证。随后进一步扩大样本，采用免疫组化，发现高敏感组中S100A9表达阳性率(88.3%)明显高于低敏感组的28.6%。在后续的研究中，Zhu等[17]利用shRNA降低SiHa和C-33A宫颈鳞癌细胞系中S100A9的表达，慢病毒空载体转染作为阴性对照，检测10nmol/L紫杉醇处理后细胞活力，发现敲低S100A9可以显著增加细胞活力，增强宫颈鳞癌对紫杉醇的化学耐药性。表明S100A9蛋白的表达与宫颈鳞状细胞癌的化疗或放化疗的敏感度相关。

本课题组观察ⅠB～ⅡA期(原发性肿瘤直径≥4cm)接受新辅助动脉化疗的宫颈鳞癌患者68例，子宫动脉注射顺铂60mg/m2+5-氟尿嘧啶750mg/m2+丝裂霉素8mg/m2，评价化疗疗效与肿瘤细胞和间质细胞中S100A8和S100A9蛋白表达的相关性，发现不管是肿瘤细胞还是间质细胞中S100A8和S100A9蛋白的表达均在化疗后明显增高。肿瘤细胞中S100A8和S100A9蛋白的表达在化疗有效组显著高于化疗无效组，而间质细胞中两者的表达与化疗疗效无明显相关性[18]。提示肿瘤细胞中S100A8和S100A9的表达与宫颈癌新辅助化疗疗效相关。

四、S100A8/9与卵巢癌化疗疗效的相关性

L′Esperance等[19]选取了晚期高分化上皮性卵巢癌患者6例，以铂类(卡铂或顺铂)和紫杉醇联合治疗，使用DNA微阵列筛选化疗前后肿瘤细胞中差异表达的基因，发现肿瘤细胞中S100A9基因在化疗后明显上调。为了鉴定上皮性卵巢癌与铂类化疗耐药相关的差异表达基因，Ju等[20]也利用DNA微阵列，比较了5个铂类敏感和8个铂类耐药的原发性上皮性卵巢癌细胞中差异表达的基因，发现S100A9在化疗耐药细胞中的表达明显高于敏感细胞(耐药组为敏感组的4.17倍)，该结果被实时荧光半定量核酸扩增检测进一步证实。吴文娟等[21]收集卵巢肿瘤患者106例(其中卵巢癌铂类耐药患者44例，铂类敏感患者52例，卵巢良性上皮性肿瘤患者10例)，及33例健康对照的血清，通过同位素标记定量技术进行蛋白质组学筛选，发现铂类耐药组中S100A9蛋白质的表达较铂类敏感组中明显增高，提示S100A9与上皮性卵巢癌铂类药物的耐药相关。

五、S100A8/9与子宫内膜癌化疗疗效的相关性

Lang等[22]利用质粒转染子宫内膜癌细胞系Hec-1A构建miR-24基因高表达模型，用不同浓度(0.1、1、5、10、20、50和100μg/ml)紫杉醇处理24h后，通过MTT法检测细胞增殖能力，发现miR-24高表达的癌细胞的细胞增殖显著抑制。生物信息学软件显示miR-24可以与S100A8基因的3′非翻译区特异性结合，通过Western blot法发现上调细胞miR-24的表达后，S100A8蛋白的表达明显降低。随后作者通过S100A8转染miR-24过表达的HEC-1A，结果发现S100A8的过表达可以逆转miR-24抑制细胞增殖和增强化疗敏感度的作用。提示miR-24作为肿瘤抑制基因，通过沉默S100A8基因抑制子宫内膜癌细胞的增殖，提高细胞对紫杉醇化疗的敏感度。

六、S100A8/9与食管癌化疗疗效的相关性

陈晓兰等[23]建立食管鳞癌和食管鳞癌耐药细胞株，通过Western blot法检测细胞中S100A9的表达水平，结果显示与食管鳞癌细胞比较，S100A9在耐药细胞中的表达显著升高。在食管鳞癌细胞中分别转染空白质粒和S100A9质粒，然后加入顺铂处理，通过MTT法观察肿瘤细胞药物作用前后增殖力的变化，结果显示S100A9过表达后食管鳞癌细胞存活率由51.3%±6.5%增加到87.2%±10.5%。进一步利用非吞噬细胞氧化酶抑制剂DPI处理S100A9过表达的食管鳞癌细胞后，细胞存活率较前降低至51.7%±5.8%，接近单独使用顺铂治疗后的细胞活力。提示S100A9可能通过激活非吞噬细胞氧化酶通路，介导食管鳞癌细胞的顺铂耐药性。

七、S100A8/9与膀胱癌化疗疗效的相关性

Kim等[24]选取接受化疗的肌肉浸润性膀胱癌患者38例，利用免疫组化方法检测癌组织中S100A9的表达情况，结果发现高水平S100A9主要表现在化疗后进展的肌肉浸润性膀胱癌患者(65%，15/23)，而化疗后无进展的患者S100A9高表达比例较低(26%，4/15)。在体外实验中，将S100A9过表达质粒转染到膀胱癌T24细胞中，发现S100A9过表达组肿瘤细胞增殖速率较对照组明显增加。用10μmol/L顺铂处理2天后，肿瘤细胞数降低至20%，而S100A9过表达细胞通过相同的顺铂处理后仍显示60%的活细胞。采用siRNA抑制S100A9在膀胱癌TCCSUP细胞中的表达，经相同药物处理，发现S100A9敲低组细胞凋亡增加。提示S100A9与肌肉浸润性膀胱癌疾病的进展相关，并且S100A9表达会抑制膀胱肿瘤细胞对顺铂的敏感度。

八、S100A8/9与肺癌化疗疗效的相关性

Feng等[25]选取了非小细胞肺癌患者24例，均接受顺铂治疗然后评价疗效，采用流式细胞术测定非小细胞肺癌患者单核细胞中CD11b+CD14+S100A9+细胞所占比例，结果显示非小细胞肺癌患中CD11b+CD14+S100A9+细胞比例为82.9%±6.4%，明显高于健康对照组(39.6%±4.9%)。疾病进行性发展患者单核细胞中CD11b+CD14+S100A9+细胞比例为39.2%±7.1%，与化疗部分反应(17.9%±1.7%)和疾病稳定(19.4%±4.0%)的患者比较明显升高，提示单核细胞中CD11b+CD14+S100A9+细胞的百分比与非小细胞肺癌发生相关，而且与顺铂化疗的疗效负相关。

综上所述，肿瘤细胞中S100A8和S100A9蛋白参与调节细胞的凋亡和增殖等生物学行为。实体恶性肿瘤中S100A8和S100A9蛋白表达量升高，与黑色素瘤、卵巢癌、子宫内膜癌、食管癌、膀胱癌和肺癌化疗耐药性相关，但在化疗耐药宫颈癌患者的肿瘤组织中S100A8和S100A9蛋白呈现低表达，这种不一致的结果可能与纳入研究的患者的种族、人群、研究设计以及样本量的不同有关，有待更多大规模、多样本的临床研究进一步探讨。S100A8与乳腺癌化疗疗效之间的相关性也有待于进一步研究。S100A8和S100A9在多种实体恶性肿瘤化疗疗效中的潜在作用，提示其预测肿瘤耐药性的可能性。深入研究S100A8和S100A9与化疗药物相关的转导通路将为提高肿瘤化疗疗效提供新思路。