鈣結合蛋白S100A12的臨床研究進展

李慕然(綜述)，劉艷迪(審校)

(天津市人民醫(yī)院消化科，天津300121)

S100蛋白是一組低相對分子質(zhì)量的鈣結合蛋白，其家族的不同分子具有廣泛的生物學活性，在細胞增殖、分化、肌肉收縮、基因表達、分泌及細胞凋亡中發(fā)揮重要作用。S100A12具有S100蛋白家族的一些共性，又有其獨有的結構和功能特點，是一種具有促進炎性反應的鈣結合蛋白，其主要作用是使血管內(nèi)皮細胞黏附分子表達上調(diào)、激活炎性細胞、化學趨化和抗微生物作用?，F(xiàn)就S100蛋白的種類、分子結構、生物學特性，特別是S100A12蛋白的臨床應用進展綜述如下。

1 S100蛋白概述

S100蛋白家族是一個鈣結合蛋白家族，其相對分子質(zhì)量為10×103～12×103，其氨基酸序列在脊椎動物中高度保守，與鈣調(diào)蛋白及其他EF手型鈣離子結合蛋白具有高度同源性［1］。目前共發(fā)現(xiàn)有20種結構與功能相似、存在于不同部位的可以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)和細胞外Ca2+的 S100蛋白，包括S100A1～S100A13、S100B、S100C、S100P、鈣粒蛋白 C、鈣結合蛋白3和毛透明蛋白(trichohyalin)等［2］。其成員在氨基酸水平存在20%～80%程度不等的一致性序列［3-4］。

S100蛋白具有兩個EF手型結構，末端序列較短。EF手型結構由具高親和性和選擇性與鈣離子結合的螺旋-環(huán)-螺旋組成，兩側為疏水區(qū)，中間為鉸鏈區(qū)。兩個EF手中間的鉸鏈區(qū)和C端擴展區(qū)在不同成員中多變，產(chǎn)生成員獨特生物活性［5］。S100蛋白是由兩個同分異構的2個亞單位(α，β)組成的同型二聚體或異型二聚體。細胞內(nèi)絕大多數(shù)S100蛋白分子以同型二聚體的形成存在，此外還能形成S100A/S100B、S100A8/S100A9 異 型 二 聚 體［6］，S100A8/S100A9三聚體以及S100A8/S100A9四聚體等，其聚合作用主要依賴于疏水作用力。S100蛋白的生物學功能多涉及蛋白質(zhì)的磷酸化、參與細胞骨架建立、調(diào)節(jié)鈣離子穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)酶活性、作為轉錄因子、調(diào)節(jié)細胞生長分化、參與炎性反應等。

2 S100A12基因概述

S100A12基因定位于人染色體1q21，DNA全長1895 bp，其染色體定位介于 S100A8和 S100A9之間［7］。S100A12蛋白曾有多種命名，如鈣顆粒素C、MRP6、CoAg、CAGC、CGRP、CAAF1 以及 EN-RAGE。S100A12蛋白相對分子質(zhì)量為10.575×103，由92個氨基酸組成，與S100A8、S100A9蛋白分別有40%和46%的一致性氨基酸序列［8］。

與大多數(shù)S100家族蛋白一樣，S100A12蛋白以共價二聚體的形式存在。細胞內(nèi)的S100A12主要以同型二聚體存在，與鈣離子結合后活化，并與靶蛋白結合，調(diào)節(jié)細胞功能。細胞外循環(huán)S100A12大多以同型二聚體和六聚體存在，具有細胞因子樣特征。S100A12基因有3個外顯子，由兩個長度分別為900 bp和400 bp的內(nèi)含子分開。第1個外顯子為非編碼區(qū)，第2和第3外顯子為編碼區(qū)，TATA盒位于轉錄啟動子上游30個核苷酸處，S100A12蛋白的兩個EF手基序分別由第2和第3外顯子編碼。S100A12正常表達于中性粒細胞［9］，同時在淋巴細胞、單核細胞中有低表達。當與鈣離子結合后，S100A12構象發(fā)生改變，暴露與靶蛋白的結合位點，結合后通過與相應的靶蛋白作用發(fā)揮其生物學效應［10］。

3 S100A12臨床的意義

S100A12在炎癥調(diào)節(jié)中起關鍵作用，參與了機體的免疫防御反應或炎性反應，調(diào)節(jié)細胞生長分化、生長抑制、誘導細胞凋亡等，在炎癥性腸病(investment banking division，IBD)、關節(jié)炎、心血管疾病等許多疾病中發(fā)揮著重要作用［11］。

3.1 S100A12與炎癥性腸病的關系 德國明斯特大學的Foell等［12］測定45例IBD患者(其中30例克羅恩病患者、15例潰瘍性結腸炎患者以及30例正常對照者)血清 S100A12的水平，結果顯示 IBD患者S100A12的水平明顯高于正常對照組，提示S100A12可能對IBD的發(fā)病機制起重要的作用，S100A12可能作為IBD疾病活動有用的標志物。

S100A12是一種由粒細胞分泌的促炎性反應蛋白，IBD患者血清及糞便中的S100A12水平增高。Kaiser等［13］研究發(fā)現(xiàn)，通過檢測糞便中粒細胞分泌的促炎癥蛋白S100A12可以幫助鑒別IBD和腸激惹綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)。血清促炎癥蛋白S100A12在IBD患者中明顯上升，并且可能成為這種疾病的非侵入性標志物。為進一步研究，他們檢查了有IBD癥狀的171例患者的糞便標本和24例作為對照的健康者的糞便標本，并且檢測了171例患者的腸活組織標本中的促炎癥蛋白S100A12水平。結果顯示，活動性炎癥性腸病患者糞便中的促炎癥蛋白S100A12的水平(2.45 mg/kg)明顯高于IBS 患者(0.05 mg/kg)和健康人(0.06 mg/kg)。在IBD和IBS對照中，這種標志物具有86%的靈敏度和96%的特異度。而在IBD和健康人對照中，標志物的靈敏度和特異度可以達到86%和100%。他們同時發(fā)現(xiàn)糞便促炎癥蛋白S100A12在細菌性腸炎中也上升，但是在病毒性胃腸炎中無變化。以上證據(jù)表明，如果排除了細菌性腸炎，糞便促炎癥蛋白S100A12可以作為監(jiān)測IBD活動的理想的非侵入性標志物。這種中性粒細胞分泌的蛋白提供了一種新的監(jiān)測IBD的非侵入性生物學指標。

Manolakis等［14］最新研究，用酶聯(lián)免疫吸附法測定64例潰瘍性結腸炎患者、64例克羅恩病患者及73例IBS患者血清S100A12水平，結果分別為68.2、70.0、43.4 μg/L，S100A12 水平在 IBD 患者較 IBS高，且與IBD患者C反應蛋白水平呈正相關，提示對鑒別IBD和IBS有一定的意義，血清S100A12可能作為IBD炎性標志物。

3.2 S100A12與關節(jié)炎的關系 德國Foell等［15］研究顯示，滑膜組織中性粒細胞的浸潤在類風濕性關節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)、銀屑病關節(jié)炎和血清陰性關節(jié)炎的發(fā)病中起至關重要的作用。其中，血管功能改變和內(nèi)皮激活對于疾病的發(fā)生、發(fā)展非常重要。而S100A12(EN-RAGE)由激活的粒細胞分泌并與其受體結合，進一步誘導核因子κB依賴的內(nèi)皮激活。為此，研究人員選取42例患者進行研究，應用免疫組織化學法檢測了滑膜S100A12的表達情況。結果發(fā)現(xiàn)，S100A12在炎癥性滑液組織中強烈表達，但在對照組和已經(jīng)成功控制病情的患者中則幾乎檢測不到。因此推測，血清中的S100A12水平與疾病的活動程度相關，并指出S100A12在炎性組織的局部表達，說明其在滑膜炎中有重要作用，特別是銀屑病關節(jié)炎。而且，活動性關節(jié)炎患者與健康人群或已經(jīng)緩解的患者相比，血清S100A12水平明顯增高，說明其是一項有意義的血清學指標。Foell等［15］認為，對于RA和銀屑病關節(jié)炎患者，S100A12是一項對診斷具有重要意義的血清學指標。

Rouleau等［16］對鼠靜脈注射 S100A12導致了粒細胞由骨髓向外周血的遷移，提示S100A12通過誘導骨髓釋放，激活中性粒細胞黏附和向炎性區(qū)域的遷移刺激了中性粒細胞的募集。Yang等［17］也提出，S100A12在慢性炎性反應中具有白細胞遷移作用。Liao等［18］對RA中具有侵蝕、致殘傾向的蛋白標志物研究篩選出33個可能的預選標志物，其中在侵蝕性RA患者滑膜液中顯著升高的蛋白是C反應蛋白和S100A12的6個S100蛋白家族，同時侵蝕性RA患者血清C反應蛋白、S100A12等的水平較非侵蝕性RA和正常個體也是明顯升高的。

3.3 S100A12與心血管疾病的關系 日本的一項研究顯示，血漿S100A12蛋白水平與血液透析患者的心血管疾病患病率相關［19］。S100A12是一種晚期糖基化終產(chǎn)物的內(nèi)源性受體配體。心血管疾病仍然是慢性腎臟病患者發(fā)病率和病死率的重要原因。這項橫斷面研究納入550例血透患者，并評估血漿S100A12水平和心血管疾病的關系，結果顯示，伴心血管疾病的血透患者血漿S100A12水平［n=197，(33.8±28.1)μg/L］高于無心血管疾病的血透患者［n=353，(20.2 ±16.1)μg/L］;多因素 Logistic回歸分析顯示，血漿 S100A12水平(OR=1.28，P＜0.001)被確定為與心血管疾病患病率相關的獨立因素。與心血管疾病患病率相關的其他因素，包括糖尿病(OR=2.81，P＜0.01)和超敏 C反應蛋白水平(OR=1.02，P=0.046);血漿 S100A12 水平(OR=1.30，P=0.004)與非糖尿病血透患者的心血管疾病顯著相關(n=348)［19］。

Mori等［20］檢測透析患者的血清S100A12水平，并用超聲檢測頸動脈內(nèi)中膜厚度，結果發(fā)現(xiàn)頸動脈內(nèi)中膜厚度的最大值與血漿S100A12水平呈正相關。逐步回歸分析還認為血漿S100A12是反映頸動脈內(nèi)中膜厚度最大值的一個重要的獨立因素，認為S100A12蛋白參與了血液透析患者動脈粥樣硬化發(fā)展進程。

4 結語

S100A12蛋白是一種具有促進炎性反應的鈣結合蛋白，能夠調(diào)節(jié)多種基因的轉錄表達，激活炎性細胞，具有化學趨化和抗微生物作用。S100A12在炎性反應調(diào)節(jié)中起關鍵作用，在諸多疾病中的價值已得到證實。相信隨著對S100A12蛋白研究的不斷深入，勢必對炎癥性腸病、類風濕性關節(jié)炎以及心血管病等疾病的研究和防治起到越來越重要的作用，為這些疾病和相關臨床研究提供一條新的思路。

［1］Moroz OV，Antson AA，Murshudov GN，et al.The three dimensional structure of human S100A12［J］.Acta Crystallogr D Biol Crystallogr，2001，57(Pt 1):20-29.

［2］Ridinger K，Sch?fer BW，Durussel I，et al.S100A13.Biochemical characterization and subcellular localization in different cell lines［J］.J Biol Chem，2000，275(12):8686-8694.

［3］Donato R.S100:a multigenic family of calcium-modulated proteins of the EF-hand type with intracellular and extracellular functional roles［J］.Int J Biochem Cell Biol，2001，33(7):637-668.

［4］Heizmann CW，Ackermann GE，Galichet A.Pathologies involving the S100 proteins and RAGE［J］.Subcell Biochem，2007，45:93-138.

［5］Salama I，Malone PS，Mihaimeed F，et al.A review of the S100 proteins in cancer［J］.Eur J Surg Oncol，2008，34(4):357-364.

［6］Hessian PA，F(xiàn)isher L.The heterodimeric complex of MRP-8(S100A8)and MRP-14(S100A9).Antibody recognition，epitope definition and the implications for structure［J］.Eur J Biochem，2001，268(2):353-363.

［7］Garcia AF，Garcia W，Nonato MC，et al.Structural stability and reversible unfolding of recombinant porcine S100A12［J］.Biophys Chem，2008，134(3):246-253.

［8］Ravasi T，Hsu K，Goyette J，et al.Probing the S100 protein family through genomic and functional analysis［J］.Genomics，2004，84(1):10-22.

［9］Arumugam T，Simeone DM，Schmidt AM，et al.S100P stimulates cell proliferation and survival via receptor for activated glycation end products(RAGE)［J］.J Biol Chem，2004，279(7):5059-5065.

［10］Moroz OV，Dodson GG，Wilson KS，et al.Multiple structural states of S100A12:a key to its functional diversity［J］.Microsc Res Tech，2003，60(6):581-592.

［11］Pietzsch J，Hoppmann S.Human S100A12:a novel key player in inflammation?［J］.Amino Acids，2009，36(3):381-389.

［12］Foell D，Kucharzik T，Kraft M，et al.Neutrophil derived human S100A12(EN-RAGE)is strongly expressed during chronic active inflammatory bowel disease［J］.Gut，2003，52(6):847-853.

［13］Kaiser T，Langhorst J，Wittkowski H，et al.Faecal S100A12 as a non-invasive marker distinguishing inflammatory bowel disease from irritable bowel syndrome［J］.Gut，2007，56(12):1706-1713.

［14］Manolakis AC，Kapsoritakis AN，Georgoulias P，et al.Moderate performance of serum S100A12，in distinguishing inflammatory bowel disease from irritable bowel syndrome［J］.BMC Gastroenterol，2010，10:118.

［15］Foell D，Kane D，Bresnihan B，et al.Expression of the pro-inflammatory protein S100A12(EN-RAGE)in rheumatoid and psoriatic arthritis［J］.Rheumatology(Oxford)，2003，42(11):1383-1389.

［16］Rouleau P，Vandal K，Ryckman C，et al.The calcium-binding protein S100A12 induces neutrophil adhesion，migration，and release from bone marrow in mouse at concentrations similar to those found in human inflammatory arthritis［J］.Clin Immunol，2003，107(1):46-54.

［17］Yang Z，Tao T，Raftery MJ，et al.Proinflammatory properties of the human S100 protein S100A12［J］.J Leukoc Biol，2001，69(6):986-994.

［18］Liao H，Wu J，Kuhn E，et al.Use of mass spectrometry to identify protein biomarkers of disease severity in the synovial fluid and serum of patients with rheumatoid arthritis［J］.Arthritis Rheum，2004，50(12):3792-3803.

［19］Shiotsu Y，Mori Y，Nishimura M，et al.Plasma S100A12 level is associated with cardiovascular disease in hemodialysis patients［J］.Clin J Am Soc Nephrol，2011，6(4):718-723.

［20］Mori Y，Kosaki A，Kishimoto N，et al.Increased plasma S100A12(EN-RAGE)levels in hemodialysis patients with atherosclerosis［J］.Am J Nephroi，2009，29(1):18-24.