S100B蛋白的生物學(xué)功能及其在阿爾茨海默病中的作用研究

徐小童，李曉駟，張?jiān)S來

(合肥市第四人民醫(yī)院，安徽 合肥 230022*通信作者：李曉駟，E-mail:lixiaosi888@126.com)

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是老年性癡呆的常見類型之一，是以認(rèn)知功能逐漸喪失為主要特征的進(jìn)行性、慢性神經(jīng)退行性疾病。自1906年德國(guó)神經(jīng)病理學(xué)家Alois Alzheimer在南德地區(qū)精神病學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)首次報(bào)道以來，人類對(duì)AD的認(rèn)識(shí)不斷加深。2016年世界阿爾茨海默病報(bào)告顯示，中國(guó)AD患者超過800萬，年齡>65歲老年人群中AD的發(fā)病率為4%～6%[1]。AD發(fā)病隱匿、病程較長(zhǎng)、治療效果不佳，給患者及其家庭和社會(huì)帶來沉重負(fù)擔(dān)。美國(guó)國(guó)立老化研究所與AD協(xié)會(huì)工作組于2011年對(duì)AD的治療指南進(jìn)行了修訂。新修訂的治療指南認(rèn)為AD分為輕度認(rèn)知障礙前期(pre-MCI)、輕度認(rèn)知功能損害和癡呆三個(gè)階段[2-3]。提高AD的早期診斷率是進(jìn)行早期治療以延緩病情發(fā)展、改善患者生活質(zhì)量的重要前提。AD的臨床診斷需要詳細(xì)的病史資料，目前用于對(duì)AD進(jìn)行輔助診斷的工具和檢查方法主要包括簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查表(Mini-Mental State Examination，MMSE)、長(zhǎng)谷川癡呆量表(Hastgawa Dementia Scale，HDS)、蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)、神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查和影像學(xué)檢查等。臨床上迫切需要高特異性、高敏感性，并能準(zhǔn)確反映病程分期的診斷指標(biāo)。隨著新的靶向蛋白如Tau蛋白、β淀粉樣蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)、嗜鉻粒蛋白A(chromogranin A，CGA)、S100蛋白家族等在AD病理生理學(xué)中的作用被揭示，越來越多的研究開始探索AD的診斷標(biāo)記物[4]。S100蛋白家族中的S100B蛋白是一種可以在腦組織和腦脊液中被檢測(cè)到的腦內(nèi)特異性蛋白，在人體的神經(jīng)發(fā)育和退行性改變中發(fā)揮重要作用，與AD的病理生理學(xué)進(jìn)程密切相關(guān)[5]。S100B蛋白易于檢測(cè)、特異性高，近年來，S100B蛋白與AD之間的關(guān)系已被初步證實(shí)，但相關(guān)研究較少，本文對(duì)S100B蛋白的生物學(xué)功能及其在AD中的作用進(jìn)行綜述，以期為AD的診療提供參考。

1 S100B蛋白命名及分布

S100蛋白又被稱為鈣粒蛋白，1965年Moore等[6]研究顯示，幾乎在所有物種的大腦內(nèi)都存在該蛋白，其溶于飽和硝酸銨溶液，故稱之為S100蛋白。S100蛋白含有α和β兩種亞基，包括三種組合形式：S100αβ、S100αα和S100ββ。S100家族分布于多種組織，其中一些蛋白存在于特定的組織中。如S100ββ主要存在于雪旺氏細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，S100αβ主要存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，S100αα主要存在于大多數(shù)橫紋肌和腎臟中[7]。S100蛋白可被分泌到細(xì)胞外環(huán)境中，并可作為危險(xiǎn)因素影響神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理生理過程。S100B蛋白包括S100αβ和S100ββ兩個(gè)亞型，其分子量約21KD，多分布于細(xì)胞漿與細(xì)胞核內(nèi)，主要由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞合成和分泌，尤其是星形膠質(zhì)細(xì)胞[8]。其分泌與白介素-2、應(yīng)激、促炎細(xì)胞因子、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)相關(guān)，可能是依賴于細(xì)胞表面受體和晚期糖基化終產(chǎn)物受體的存在而激活，受絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)及NF-κB受體激活蛋白(RANK)信號(hào)通路調(diào)控[9-11]。在哺乳動(dòng)物中，S100B蛋白通過腎臟代謝和排泄，生物半衰期為2 h。S100B蛋白約96%存在于腦內(nèi)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的含量豐富(3500 ng/mg蛋白)，占腦內(nèi)可溶性蛋白總量的0.1%～0.2%，遠(yuǎn)高于其他組織含量(100～200 ng/mg蛋白)。被認(rèn)為是腦內(nèi)特異性蛋白，研究顯示S100B與神經(jīng)退行性病變、損傷密切相關(guān)[12]。

2 S100B蛋白的生物學(xué)功能

S100B蛋白是一種鈣傳感蛋白，在細(xì)胞的增殖、分化、能量代謝、細(xì)胞膜構(gòu)成、抗氧化性損傷、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)中均發(fā)揮重要作用[8]。細(xì)胞外的S100B蛋白通過旁分泌作用于神經(jīng)元、星狀膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞，進(jìn)而參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維護(hù)。細(xì)胞內(nèi)的S100B蛋白參與鈣離子穩(wěn)定、蛋白磷酸化，調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、分化及代謝過程。

S100B蛋白具有劑量依賴的雙重功能。在生理濃度即皮摩爾或納摩爾水平，S100B蛋白具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用；在微摩爾水平，S100B蛋白具有神經(jīng)毒性作用，可誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子釋放，如白介素1β(IL-1β)、TNF-α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶等，通過一氧化氮依賴途徑誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞死亡，過度表達(dá)的S100B蛋白可通過鈣依賴途徑誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)退行性變[11-13]。

3 S100B蛋白在AD中的作用

在AD的病理生理過程中，神經(jīng)纖維團(tuán)塊及老年斑的形成是兩個(gè)重要的病理特征，神經(jīng)炎癥反應(yīng)貫穿于AD發(fā)展的病理過程。膠質(zhì)細(xì)胞激活引發(fā)的反應(yīng)性膠質(zhì)增生是神經(jīng)炎癥反應(yīng)的重要標(biāo)志。β淀粉樣蛋白可導(dǎo)致反應(yīng)性膠質(zhì)增生，并引起炎性反應(yīng)釋放神經(jīng)毒性因子，是導(dǎo)致AD及引發(fā)疾病的重要因素[14]。在AD的進(jìn)程中，反應(yīng)性膠質(zhì)增生的一個(gè)重要特征是S100B過度表達(dá)。當(dāng)細(xì)胞外釋放的S100B蛋白濃度累積達(dá)到微摩爾量級(jí)時(shí)，S100B蛋白在晚期糖基化終末產(chǎn)物受體表面引發(fā)MAPK磷酸化，激活NF-κB，該過程將進(jìn)一步促進(jìn)促炎細(xì)胞因子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的轉(zhuǎn)錄，并加重細(xì)胞損傷、促發(fā)炎癥反應(yīng)過程[15-16]。

Son等[17]對(duì)一般人群中的S100B蛋白及其相關(guān)生理特征進(jìn)行探索，結(jié)果顯示S100B蛋白的表達(dá)與年齡相關(guān)。Wu等[18]研究顯示，在發(fā)育過程中增加S100B蛋白表達(dá)對(duì)大腦發(fā)育和大腦功能的建立至關(guān)重要，隨著年齡的增加，AD的發(fā)生率也逐漸增高，這可能與S100B蛋白的過度表達(dá)有關(guān)。與之類似的研究結(jié)果還有，伴隨著衰老過程，S100B蛋白的表達(dá)水平顯著升高，老年期S100B蛋白的過度表達(dá)可能會(huì)增加腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)某些病理性作用因子的易患性，在AD患者的老年斑區(qū)及彌散性Aβ沉積區(qū)域常存在S100B蛋白大量聚集[19]。

1994年Barger等[20]首次報(bào)道，S100B蛋白在AD患者的腦部淀粉樣斑塊和腦積液中均有表達(dá)。Petzold等[21]將AD患者的腦脊液與非AD型癡呆、非炎性神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的腦脊液進(jìn)行比較，結(jié)果顯示前者腦脊液中的S100B蛋白水平較后者高，提示S100B蛋白對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變具有較好的特異性。此后多項(xiàng)研究探索S100B蛋白在AD診斷中的作用以及通過AD患者外周靜脈血檢測(cè)S100B蛋白水平的可行性，結(jié)果顯示S100B蛋白可較為靈敏地反映中樞神經(jīng)退行性病變[14]。

此外，研究者還對(duì)S100B蛋白與AD發(fā)展階段的關(guān)系進(jìn)行了探索性研究。主要是對(duì)臨床癡呆評(píng)定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)、MoCA等工具與S100B蛋白水平進(jìn)行量化分析。Peskind等[22]根據(jù)CDR評(píng)分將AD患者分為早、中、晚期，對(duì)不同分期AD患者的S100B蛋白表達(dá)水平進(jìn)行研究，結(jié)果顯示早、中期患者腦脊液的S100B蛋白濃度高于晚期患者。提示可將S100B蛋白作為反映AD患者認(rèn)知狀態(tài)及判斷疾病進(jìn)展的標(biāo)志物。李清華等[23]探索AD患者、輕度認(rèn)知功能障礙患者和正常對(duì)照組血清S100B蛋白水平與MoCA評(píng)分的關(guān)系，結(jié)果顯示AD患者的血清S100B蛋白水平與MoCA評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。Chen等[24]關(guān)于靜脈注射利多卡因?qū)夏昙怪中g(shù)后早期認(rèn)知功能障礙的保護(hù)作用研究顯示，S100B蛋白水平與CDR評(píng)分呈正相關(guān)，與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。黃雋超等[25]對(duì)AD患者血清S100B蛋白、抗腦抗體濃度與認(rèn)知功能的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果顯示與無認(rèn)知功能損傷的老年人群相比，AD患者血清S100B蛋白、抗腦抗體濃度更高。

在敲除S100B蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠中，其海馬CA1區(qū)的空間記憶、恐懼記憶、長(zhǎng)期增益效應(yīng)明顯增強(qiáng)，這一效應(yīng)可以通過對(duì)海馬進(jìn)行S100B再灌注而得到逆轉(zhuǎn)。在S100B基因敲除的小鼠模型中，腦部淀粉樣斑塊的蓄積量減少[26]。通過arundic酸抑制S100B蛋白，可使阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因模型Tg2576小鼠中的腦內(nèi)淀粉斑塊含量下降，而過度表達(dá)S100B蛋白將通過強(qiáng)化星狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的功能加速AD患者的神經(jīng)病理生理過程[27]。

4 結(jié) 論

S100B是一種具有濃度依賴性的腦內(nèi)特異性蛋白，在神經(jīng)細(xì)胞增殖、分化、能量代謝、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、抗氧化損傷及細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)等過程中起正性或負(fù)性調(diào)控作用。游離型S100B蛋白的表達(dá)水平與AD相關(guān)，可作為反映AD病變性質(zhì)和判斷疾病進(jìn)展的標(biāo)志物。外周血檢測(cè)具有創(chuàng)傷小、檢測(cè)便捷的優(yōu)點(diǎn)，是具有臨床應(yīng)用前景的檢測(cè)方式，但存在限制性：首先，S100B蛋白是一種大分子量蛋白，完整通過血腦屏障較為困難，故外周血S100B蛋白水平可能難以反映腦脊液中的水平[27]；其次，外周血中S100B蛋白的來源尚不完全明確，研究顯示在椎體、骨質(zhì)損傷及劇烈運(yùn)動(dòng)后也可引起外周血S100B蛋白水平升高，原因可能與體溫升高或血腦屏障改變可引起進(jìn)入外周血的S100B蛋白含量增加有關(guān)[28]。因此，腦脊液檢測(cè)仍是目前反映游離S100B蛋白水平較為可靠和精確的方式[29]。在今后的研究中，建議對(duì)S100B蛋白水平與AD間的關(guān)系進(jìn)一步量化，建立外周血與腦脊液中S100B蛋白水平的關(guān)系，提升檢測(cè)的精確性、可靠性及可操作性，以期為AD的臨床診斷和治療提供更有價(jià)值的參考。