脑脊液和血液中S100B蛋白在阿尔茨海默病中的作用

李芳玲 张魏嘉 熊晶

AD作为神经系统退行性疾病，主要表现为进行性的认知功能障碍，伴日常生活能力的缓慢下降。2015年阿尔茨海默病国际协会(ADI)估计全球有将近4700万人患有痴呆症，每年约有1000万新病例被诊断出，预计到2050年患有痴呆症的人数将增加近3倍，这个预测结果是令人担忧的[1]。在国内有学者进行了流行病学分析发现，尽管从2009～2015年，AD和其他形式痴呆的年龄标准化死亡率有所下降，然而，由于人口老龄化的加重，AD和其他形式痴呆症的疾病负担正变得越来越重[2]。随着痴呆患病人数的增加全球治疗痴呆症的成本也不断增加[3]。目前用于治疗AD的药物在延缓疾病进展和治愈疾病中的作用并不是很显著，很多研究者倾向于从危险因素和早期诊断入手，尽早预防和诊断AD。2011年美国国立老化研究所和阿尔茨海默病协会(NIA-AA)将生物标志物及影像学列入AD的诊断中[4]，增加了诊断的准确性，此后不断有学者提出新的生物标记物用于AD的诊断，目前已有研究发现S100B蛋白作为一个生物标志物在AD的发病过程中起作用，本文将对S100B蛋白在AD中的作用进行综述。

1 S100B的起源、分布及发病机制

S100B蛋白又称中枢神经特异性蛋白，由学者Moore在1965年首次发现的，其命名是基于S100蛋白在饱和硫酸铵溶液100%溶解的特性，作为钙粒蛋白家族的一部分[5]，它可以帮助调节细胞内钙的水平，并作为多种脑血管和神经退行性疾病的潜在生物标志物而引起了人们的兴趣。大约80%～90%的S100B蛋白分布于大脑，其分布主要与白质结构有关[6]，细胞S100B蛋白主要表达于胶质细胞的细胞质和(或)细胞核中，包括星形胶质细胞、少突胶质细胞和施万细胞，然而，在脂肪细胞和骨骼肌成肌细胞也发现S100B蛋白的存在[7]。因此，在血清和血浆、尿液、羊水和母乳中也可检测到S100B蛋白，该蛋白通过肾脏排泄。

S100B蛋白具有双重作用，在很大程度上取决于其局部浓度，当以纳摩尔浓度(可能是生理浓度)释放时，S100B发挥营养作用并刺激神经突生长，成为促细胞分裂剂或神经营养因子，而在高微摩尔浓度下，S100B被认为是一种危险相关分子的模式分子，并参与神经炎性过程，导致细胞损伤和凋亡[8]，这种作用是基于S100B诱导促炎细胞因子和氧化应激相关酶的能力，并放大其他针对神经元和神经胶质细胞的信号[9]。

S100B蛋白被认为在多种细胞代谢过程中发挥作用，主要是通过结合关键的突触蛋白并抑制其磷酸化。S100B过度分泌到细胞外的空间，特别是通过星形胶质细胞和小胶质细胞，会导致葡萄糖代谢降低[10]，目前还没有全面了解细胞释放S100B的机制。但是，有学者认为可能与IL、促炎细胞因子、代谢应激、TNF-α、胰岛素释放等相互作用有关[11-12]。先前的研究表明S100B的分泌与MAPK通路有关，可能与NF-κB信号传导有关[13]。在细胞内，它具有钙稳态、蛋白质磷酸化、细胞增殖、转录、分化、酶活性和代谢调节等多种作用[14]。细胞外S100B水平通过高级糖基化终产物受体(RAGE)发挥其生物学效应，RAGE是一种多配体受体，已知可诱导炎症细胞反应[15]。RAGE在病理应激期间也上调，它本身是AD当前的治疗靶点。RAGE是主要的S100B细胞表面受体，并且与配体相互作用触发许多信号级联反应，包括活化β细胞的转录因子NF-κB轻链增强子，导致炎症介质如诱导型一氧化氮合酶和促炎性细胞因子(包括IL-1β、IL-6和TNF-α)的上调[16]。这些细胞因子可引起神经细胞凋亡等神经毒性作用，可促进神经退行性变和神经炎症性疾病的进展,所以S100B蛋白被认为是神经炎症和血脑屏障功能障碍的标志物[17]，并且越来越多的证据表明，S100B在与AD相关的致病过程中起作用。

2 AD和S100B蛋白

2.1 人类研究 目前，有关S100B水平与AD之间的关系的研究还比较少，对临床诊断为AD的病人的脑组织进行尸检后发现，与健康个体相比，S100B过度表达[18]，这可能是由于S100B从活化的星形胶质细胞释放或星形胶质细胞死亡后在细胞外空间积聚。脑脊液(CSF)中较高的S100B水平与AD病人的正常脑容量减少有关，这与神经影像学的研究结果一致，在AD的早期阶段，脑萎缩加速[19]，在近期的一项纵向研究中也发现,S100B可能是脑白质老化的一个信息性生物标志物[20]。根据临床痴呆(CDR)评分，轻中度AD病人的CSF中S100B水平高于严重病例和健康对照组[21]。Christl等[22]也发现，一方面S100B适用于区分轻度/中度AD病人和处于疾病晚期的病人，另一方面可以与健康对照相匹配,还揭示了AD病人的S100B与MMSE评分之间存在显着相关性。总的来说，这些结果表明,CSF中S100B水平升高与AD相关的神经心理症状的出现和AD早期的神经生理改变之间可能存在关联。

与CSF中S100B水平研究相对一致的结果相反，测定AD病人血清S100B水平的研究报告了相互矛盾的结果, Chaves等[23]在2010年进行的一项研究发现，在CDR评分中，轻度AD病人血清S100B最低，中、重度分别升高, 血清S100B水平随着疾病的严重程度而升高，这与Peskind等[13]2001年在CSF中的发现相反。此外，Lam等[7]的研究报道显示，患有AD的个体的血清S100B水平与对照组相比有所增加，但是也有研究显示AD组与健康对照组血清S100B水平差异无统计学意义[24]。CSF和血清中发现的差异被认为与血脑屏障调节颅内和外周S100B差异的动力学有关。也有人提出，S100B低水平分泌以防止Aβ蛋白对脑的的损伤，但随着AD的进展，S100B增加并参与神经元损伤[16]。在健康老年人中，血清S100B与认知功能相关，正常生理浓度(0.24μg/L)下S100B发挥有益作用[7]。这些结果表明，CSF中S100B升高与AD严重程度之间存在联系,但是，血清S100B水平与AD的关系尚需进一步研究。

2.2 体外研究 越来越多的证据表明S100B在与AD相关的致病过程中起作用。20世纪80年代末的研究表明，S100B蛋白在人类组织和AD实验模型中上调[18]，并且，该蛋白质在大脑受最严重影响的区域表现出较高的表达水平，并且S100B标记的星形胶质细胞聚集在Tau-2标记的斑块周围和内部，而没有Tau-2标记的斑块没有S100B标记的星形胶质细胞[25]，此外，经Abeta肽处理的培养星形胶质细胞中S100B的表达已被证明增加，因此可以假设AD过程中涉及星形胶质细胞S100B的致病环[26]。其他学者的体外研究表明，活化的星形胶质细胞过度表达S100B，导致Aβ前体蛋白(β-APP)增加，而β-APP是Aβ肽额外积累的来源，并在诊断为AD的人类颞叶脑组织斑块中形成营养不良的神经轴突[27]。S100B在Aβ沉积附近的反应性星形胶质细胞中高表达，这表明S100B会降低神经元的存活率[28]。S100B(10 ng/mL和100 ng/mL)的添加可以以剂量依赖性的方式直接增加β-APP和β-APP mRNA的表达水平，这可能导致Aβ的产生和沉积增加[29]。IL-1β与S100B一样，也存在于斑块内和斑块附近，可能导致APP mRNA水平升高。在视网膜神经节细胞中，注射IL-1β和Aβ1-42导致APP免疫反应性降低，而S100B似乎增加了APP水平[30]。

2.3 动物实验 很多学者使用小鼠做实验，对S100B过度表达或敲除S100B的小鼠进行了行为学和病理学方面的研究，以了解S100B与AD之间的关系。与非转基因对照组相比，携有多个S100B基因拷贝的转基因小鼠在评估动物模型认知功能的行为测试中表现出记忆和学习障碍[31], 并且增强了胶质细胞的激活，导致了神经炎症过程增强。过表达S100B的转基因小鼠具有海马痴呆样行为障碍，如短期记忆障碍、空间任务解决能力部分障碍、空间和非空间记忆问题、多动[32]，这些小鼠通过增强海马的长期电位表现出更强的空间记忆、增强的联想情绪记忆和突触可塑性。这些动物实验结果表明，S100B的过度表达在行为AD症状学中起作用，并且当S100B不存在时，可能会增强认知能力。

在APP23小鼠的大脑中，AD小鼠模型S100B与Aβ斑块显示出共定位，与星形胶质细胞的激活相容[33]，并且过度表达人S100B的转基因小鼠(TghuS100B小鼠)与Tg2576AD小鼠模型杂交，显示脑实质和脑血管Aβ沉积增加，星形胶质细胞和小胶质细胞反应性增生，S100B高水平表达，促炎细胞因子水平增加[28]。此外，过度表达S100B的小鼠表现出高磷酸化的Tau蛋白结构，S100B参与了5-羟色胺末端的发育，但是过表达会导致5-羟色胺神经支配的减少和海马末端的丧失，小鼠还表现出了AD中观察到的神经炎症改变，包括成熟、稳定的星形胶质细胞数量减少， 激活小胶质细胞，并增加RAGE受体的小胶质细胞表达[34]。一贯地，使用不同的策略抑制S100B可减弱AD样病理。特别是抑制星形胶质细胞S100B合成，阿伦地酸可减少β-淀粉样沉积以及β-淀粉样斑块相关的反应性胶质增生(星形细胞增多症和小胶质细胞增生症)[35]。与此一致，戊烷脒是一种抗疟原虫药物，他还具有阻断S100B和转录因子p53之间相互作用的特性[36]，导致Abeta(1-42)肽诱导的AD小鼠模型的反应性胶质细胞增生减弱和神经元丢失[37]。

综上所述，大部分的人类和动物研究表明S100B蛋白参与AD的发病过程，且可作为CSF和血清中新的生物标志物，以提高诊断和预测结果的准确性,是诊断、预后、甚至治疗的理想中枢神经生化指标。但是，存在假阳性和假阴性实验室错误的风险，应谨慎使用。并且由于CSF和血清中S100B水平的差异，其实用性仍面临挑战。未来需要更多的临床及动物研究来证实S100B蛋白在血清中的作用。