钙卫蛋白在膀胱癌中的研究进展▲

徐 希 李向阳 张 波 向远刚 阳 攀 张振声 许传亮

(1 海军军医大学第一附属医院泌尿外科,上海市 200433;2 中国人民解放军31635部队保障部,广西桂林市 541000)

【提要】 钙卫蛋白是S100蛋白家族中的一种钙与锌结合蛋白,主要由受到刺激的单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞分泌。尿液钙卫蛋白浓度受泌尿系统炎症反应和泌尿系统肿瘤发生、发展的影响。尿液钙卫蛋白作为一种有效的膀胱癌分子标志物,在评估膀胱癌的病情进展和复发方面具有一定的潜力。本文对钙卫蛋白的结构和特征、在膀胱癌中的作用机制、在膀胱癌诊断和预后评估中的应用价值,以及作为膀胱癌分子标志物的应用前景和局限性的最新研究进展进行综述,以期为其临床应用提供参考。

膀胱癌是一种常见的恶性肿瘤,发病率逐年升高[1]。尿路上皮癌是膀胱癌主要的组织学类型,约占90%,超过70%的膀胱癌患者在诊断时为非肌层浸润性膀胱癌,其余为肌层浸润性膀胱癌[2]。由于高级别膀胱癌的复发和进展风险较高,早期预测复发和进展风险在临床实践中具有重要意义[3]。近年来,尿液钙卫蛋白作为一种有效的膀胱癌分子标志物,在预测膀胱癌病情进展和复发方面显示出一定的潜力[4]。因此,本文对钙卫蛋白的结构和特征、在膀胱癌中的作用机制、在膀胱癌诊断和预后评估中的应用价值,以及作为膀胱癌分子标志物的应用前景的最新研究进展进行综述,以期为其临床应用提供参考。

1 钙卫蛋白的结构和特征

钙卫蛋白是S100蛋白家族中的一种钙与锌结合蛋白,是由具有抗菌特性的S100A8蛋白和S100A9蛋白组成的异源二聚体[5]。人体内钙卫蛋白主要由受到刺激的单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞分泌,其水平受到多种因素的影响,如纤维摄入量、体育锻炼情况和年龄情况等[6]。S100A8蛋白和S100A9蛋白的表达与环氧化酶-2/环磷酸腺苷信号通路间接相关,在炎症条件下特征性表达[7]。钙卫蛋白通过转录调控机制促进白细胞募集、影响白细胞的存活时间,从而调节局部炎症,该作用机制与类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、巨细胞动脉炎、囊性纤维化和炎症性肠病等疾病相关[8-9]。

2 钙卫蛋白在膀胱癌中的作用机制

2.1 基因调控机制 基因突变是癌症的主要标志,膀胱癌的体细胞突变较其他泌尿生殖系统恶性肿瘤更为常见[10]。S100A8基因和S100A9基因是促进钙卫蛋白产生的基因之一。Lyu等[11]对99例膀胱癌患者的测序数据进行深入分析,发现18%的患者锌指蛋白83 (zinc finger protein 83,ZNF83)基因存在细胞突变,而ZNF83基因突变与尿路上皮癌患者预后不良相关,具体机制为突变的ZNF83基因抑制S100A8基因的转录,激活核因子κB,诱导尿路上皮肿瘤生长。Kim等[12]发现S100A8基因可能是决定高危膀胱癌患者病情进展的重要因素。Minami等[13]发现S100A8蛋白表达升高与膀胱癌侵袭性及复发相关,S100A9蛋白表达升高与膀胱癌分级相关(均P<0.05)。目前,有关S100A8基因和S100A9基因影响膀胱癌的具体机制研究较少,但在乳腺癌和胃癌中的研究较多且相关机制较为明确。糖基化终产物与S100A8基因和S100A9基因的结合可增强细胞间充质特性,介导上皮-间质转化;上皮-间质转化是一个上皮细胞层在细胞与细胞接触时失去极性的过程,导致细胞骨架的重塑,在乳腺癌转移中起着重要作用[14]。此外,S100A8蛋白和S100A9蛋白的过表达可促进胃癌细胞的增殖、转移和侵袭,且与多种实体癌患者的低生存率相关,可作为胃癌预后的潜在生物标志物[15]。今后,或许可从上皮-间质转化及调控癌细胞恶性生物学行为方面着手,探讨S100A8和S100A9基因影响膀胱癌的机制,从而深入了解钙卫蛋白在膀胱癌中的作用。

2.2 炎症相关效应 钙卫蛋白主要由中性粒细胞分泌,可根据血液中钙卫蛋白浓度来估算中性粒细胞数量,钙卫蛋白的功能与中性粒细胞产生的炎症效应高度相关[16]。而中性粒细胞与淋巴细胞、单核细胞等其他细胞群相互作用产生细胞因子和效应分子[17-18],如中性粒细胞通过产生基质金属蛋白酶9、组织蛋白酶G、弹性蛋白酶等多种促血管生成蛋白酶作用于实体肿瘤细胞,诱导实体肿瘤细胞的增殖和转移[19]。

目前,鲜见钙卫蛋白影响膀胱癌炎症反应的具体机制研究,但涉及骨肿瘤、肠癌和正常体细胞的相关研究较多。钙卫蛋白的释放、核因子κB的下游因子活化,以及炎症因子和趋化因子的表达可导致慢性炎症持续存在,从而形成骨髓肿瘤细胞周围的免疫微环境[20]。Luley等[21]发现结直肠癌组织中毛细血管周围密集分布着钙卫蛋白阳性的髓样细胞,这些细胞似乎向结直肠癌组织内迁移,钙卫蛋白含量反映了结直肠癌的炎症浸润和进展的程度。S100A8蛋白通过与正常体细胞表面受体结合,触发环氧化酶-2/环磷酸腺苷信号通路来参与炎症反应,在许多正常体细胞过程包括细胞生存、细胞周期进展、分化、增殖和细胞迁移中发挥着关键作用[22]。上述研究结果可为钙卫蛋白影响膀胱癌炎症反应的机制研究提供思路。

3 钙卫蛋白在膀胱癌诊断和预后评估中的应用价值

Ebbing等[23]对包括46例膀胱癌患者在内的181例受试者进行尿液钙卫蛋白(urinary calprotectin,UCP)浓度测定,发现膀胱癌组的UCP浓度明显高于健康对照组(P<0.05);以140 ng/mL为截断值进行膀胱癌诊断,UCP的敏感性和特异性分别为80.4%和92.5%;低级别膀胱癌患者UCP浓度显著低于高级别膀胱癌患者(P<0.05);在尿路上皮癌标本中,部分癌细胞和浸润的髓样细胞的钙卫蛋白免疫染色显著。上述研究结果表明,UCP是诊断膀胱癌的潜在生物标志物,尿路上皮恶性肿瘤进展与UCP浓度增高有关。Sahin等[24]对52例原发性膀胱癌患者和30例健康对照者的UCP进行检测,发现UCP诊断原发性膀胱癌的敏感性和特异性分别为100.0%和96.7%,诊断高分级和分期膀胱癌的敏感性和特异性分别为70.0%和74.2%、80.0%和84.8%,故提出UCP作为诊断原发性膀胱癌的重要指标具有较高的敏感性和特异性,可用于膀胱癌的分级和分期。

然而,Soukup等[25]和Yasar等[26]并不认同Ebbing等[23]和Sahin等[24]的研究结论。Soukup等[25]检测了255例泌尿系疾病患者的UCP,包括60例非恶性泌尿系统疾病的患者(对照组)、61例细胞学检查和膀胱镜检查均为阴性但有膀胱癌病史的患者和134例膀胱癌患者,结果显示,UCP诊断膀胱癌的敏感性为39.4%,特异性为87.7%,复发肿瘤患者的UCP水平与未复发患者无显著差异(P>0.05),故认为UCP可用于初发膀胱癌诊断,但不适用于复发性泌尿系统肿瘤的评估,不推荐UCP作为膀胱镜的合适替代品。Yasar等[26]纳入82例未接受任何治疗的膀胱癌患者和52例健康对照者进行分析,发现UCP诊断膀胱癌的敏感性为81%,特异性为84%,而在低级别和高级别膀胱癌中UCP的表达水平差异无统计学意义(P>0.05)。

亦有研究结果与上述研究结果[23-26]均不一致。Bausch等[27]开展的一项前瞻性研究纳入52例膀胱癌患者和40例健康对照者,将脓尿定义为每高倍镜视野下尿常规白细胞≥5个,结果显示低级别膀胱癌组和高级别膀胱癌组患者的脓尿率相似,而高级别膀胱癌组患者的中位尿绝对白细胞计数明显高于低级别膀胱癌组(P<0.05),UCP浓度与尿白细胞计数显著相关(P<0.05),膀胱癌伴脓尿患者中位UCP浓度是未伴脓尿患者的4.5倍(P=0.03),尿白细胞计数是UCP浓度的唯一显著的影响因素(P<0.05)。免疫组化结果显示,高级别膀胱癌伴脓尿患者的癌组织中,中性粒细胞和癌细胞存在钙卫蛋白阳性表达,而无脓尿患者膀胱癌组织中几乎没有中性粒细胞浸润,癌细胞中钙卫蛋白阴性表达。上述研究提示,UCP或许不能作为膀胱癌的特异性肿瘤标志物,而只能作为肿瘤炎症的替代参数。

4 钙卫蛋白作为膀胱癌分子标志物的应用前景

由于膀胱癌复发率高,长期和规律的膀胱镜随访是必要的,尽管膀胱镜检查价格昂贵且增加患者痛苦,但迄今为止还没能被其他方法取代[28]。欧洲泌尿外科协会不推荐在膀胱癌诊断中使用尿液生物标志物,因为没有一种尿液标志物具有足够的诊断准确性从而能够取代膀胱镜检查[29]。尿液脱落细胞学检查可能是诊断膀胱癌的有力依据,但其诊断膀胱癌的敏感度和特异度均不高[30]。Huang等[31]对13项独立研究纳入的2 817例实体癌症患者进行分析,结果表明钙卫蛋白的高表达水平与膀胱癌患者总生存期和无病生存期缩短显著相关, 钙卫蛋白过表达与膀胱癌患者肿瘤低分化、淋巴转移等临床不良预后有显著相关性。这说明钙卫蛋白可作为膀胱癌的预后生物标志物,可以帮助医生预测膀胱癌病情进展和复发的可能性,并最终决定最合适的治疗方法[32]。此外,UCP是一种快速、容易获得的生物标志物,且检测UCP价格低廉,易于在临床应用推广。

5 钙卫蛋白用于评估膀胱癌的局限性

急性肾损伤可引起尿液中钙卫蛋白浓度升高,而慢性肾脏疾病对钙卫蛋白的影响仍有待进一步研究[33]。首先,在钙卫蛋白评估膀胱癌的研究中要将肾功能明显恶化的患者纳入排除标准。其次,尿路感染伴随着钙卫蛋白浓度的增加,其原因是尿液中的中性粒细胞可能会释放钙卫蛋白[34],故亦应将尿路感染作为排除标准,需要采用试纸检查和血清肌酐评估确定钙卫蛋白浓度。再次,卡介苗或其他药物膀胱内灌注治疗可引起局部炎症[35],因此使用钙卫蛋白对这些膀胱癌患者进行监测会导致结果偏倚。最后,钙卫蛋白可能与胰岛素抵抗和2型糖尿病有关[36],合并糖尿病的膀胱癌患者体内的钙卫蛋白水平不能反映膀胱癌的严重程度。

虽然UCP诊断膀胱癌的敏感性和特异性高于尿沉渣细胞学检查,但仍无法区分炎症反应相关细胞与肿瘤细胞[37]。

6 小 结

钙卫蛋白通过S100A8基因和S100A9基因调控,以及炎症反应来参与膀胱癌的发生和发展,是膀胱癌的有效尿液生物标志物之一,可促进膀胱癌的治疗及其临床决策。近年来,学界对于钙卫蛋白对膀胱癌的评估价值并未达成共识。在临床实践中,尿脱落细胞检测可部分取代必要的膀胱镜检查。目前,有关钙卫蛋白的研究还存在样本量较小、缺少原发性膀胱癌患者与其他泌尿系统疾病患者的比较等的不足。既往研究中钙卫蛋白对膀胱癌的评估结果不尽相同,每个特定队列均需采用不同敏感性和特异性的方法来确定钙卫蛋白的临界值,用于膀胱癌诊断和预后评估的理想UCP临界值仍未明确。今后有必要进一步开展随访时间较长的大样本前瞻性研究,采用临床决策分析来验证钙卫蛋白的膀胱癌患者风险分层和预后评估中的应用价值。