S100A8/A9蛋白在心血管疾病中的研究進(jìn)展

張新鑫，潘一龍，王琳琳，李曉東

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院第一心血管內(nèi)科，沈陽 110004)

心血管疾病尤其是冠心病造成的巨大經(jīng)濟(jì)和健康負(fù)擔(dān)嚴(yán)重影響著人們的生命健康，已成為重大的公共衛(wèi)生問題[1]。中國心血管疾病的患病率持續(xù)上升，據(jù)《中國心血管病報(bào)告2017》估計(jì)，中國心血管疾病的患病人數(shù)高達(dá)2.9億，其中高血壓患者最多，達(dá)2.7億；其次是腦卒中患者，接近1 300萬；冠心病患者約有1 100萬；此外，外肺源性心臟病、心力衰竭、風(fēng)濕性心臟病、先天性心臟病的患者數(shù)量都高達(dá)數(shù)百萬[1]。

自2009年起，農(nóng)村居民心血管疾病死亡率持續(xù)高于城市[2]。2015年，農(nóng)村居民總心血管病死亡率為298.42/10萬，其中心臟病和腦血管病的死亡率分別占心血管疾病總死亡率的48.5%和51.5%；城市居民心血管病死亡率為264.84/10萬，其中心臟病和腦血管病的死亡率分別占心血管疾病總死亡率的51.6%和48.4%[2]。目前，心血管疾病是城鄉(xiāng)居民的首位死亡原因，心血管疾病導(dǎo)致的死亡占農(nóng)村居民總死亡原因的45.01%，占城市居民總死亡原因的42.61%[2]。未來10年，中國心血管疾病的患病人數(shù)仍將快速增長。有研究表明，炎癥在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的各階段均發(fā)揮重要作用，其中S100A8/A9蛋白參與多種炎癥性疾病的病理生理過程，主要由活化的中性粒細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞分泌產(chǎn)生，并通過募集白細(xì)胞以及調(diào)控血管炎癥的發(fā)生導(dǎo)致血管損傷后的生物應(yīng)答[3]。現(xiàn)就S100A8/A9蛋白在心血管病中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 S100A8/A9蛋白概述

S100A8/A9是以共價(jià)鍵結(jié)合形成的異二聚體，又稱鈣衛(wèi)蛋白。1965年，神經(jīng)蛋白質(zhì)S100蛋白首次從牛腦中提取出，其分子量約10 000 Da，可完全溶解于飽和硫酸銨，故命名為S100[3-4]。S100A8和S100A9又稱為髓樣相關(guān)蛋白8/14異源二聚體，是S100家族的Ca2+結(jié)合蛋白，通常以異二聚體的形式存在，由于同源二聚體穩(wěn)定性較差，因而很少存在；人S100A8和S100A9分別由93個(gè)和113個(gè)氨基酸殘基組成，且S100A9具有由110個(gè)氨基酸殘基組成的亞型[3]。中性粒細(xì)胞分離出的S100A8和S100A9以共價(jià)鍵結(jié)合形成的異二聚體，可在體內(nèi)或體外以同源二聚體或異源二聚體的形式穩(wěn)定存在[4]。S100A8和S100A9均具有由帶電荷氨基酸殘基組成的螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)，對二價(jià)離子(如Ca2+和Zn2+)具有高度親和力，與二價(jià)離子結(jié)合可改變S100A8/A9的空間構(gòu)象，從而發(fā)揮S100A8和S100A9的功能[3]。

多種細(xì)胞類型可影響心血管疾病的進(jìn)展，明確表達(dá)和釋放S100A8/A9的細(xì)胞是闡明S100A8/A9心血管效應(yīng)的第一步[4]。S100A8/A9被認(rèn)為僅限在中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞中表達(dá)。然而，有研究強(qiáng)調(diào)了S100A8/A9可在一些成熟髓系細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，并可在非髓系心血管細(xì)胞中誘導(dǎo)S100A8/A9的表達(dá)[4]。成熟髓系細(xì)胞和非髓系心血管細(xì)胞在心血管生物學(xué)和疾病中扮演著不同角色，并受到S100A8/A9的不同影響。S100A8/A9由中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞分泌，同時(shí)受Ca2+的調(diào)控。S100A8/A9參與細(xì)胞骨架的排列和花生四烯酸的代謝，人體中循環(huán)的S100A8/A9水平與中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān)，其表達(dá)隨吸煙、肥胖、高血糖和血脂異常等傳統(tǒng)心血管危險(xiǎn)因素的增多而增加[5]。細(xì)胞外S100A8/A9可通過Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)以及其他受體的調(diào)節(jié)而發(fā)揮作用。已有研究表明，S100A8/A9可促進(jìn)小鼠動(dòng)脈粥樣硬化的形成[4,6]。臨床試驗(yàn)表明，S100A8/A9與冠狀動(dòng)脈和頸動(dòng)脈粥樣硬化的程度及易損斑塊的表型相關(guān)[3]。S100A8/A9在心肌梗死后局部釋放并加重心肌缺血再灌注損傷相關(guān)的炎癥反應(yīng)。血漿S100A8/A9水平升高與健康人群及心肌梗死后患者的未來冠狀動(dòng)脈事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，可能成為新的心血管疾病的生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)[3]。

2 S100A8/A9作用機(jī)制

2.1S100A8/A9與炎癥 在炎癥期間，S100A8/A9由中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞分泌，并通過刺激白細(xì)胞聚集和誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[3]。S100A8/A9可能成為炎癥相關(guān)疾病的診斷和治療效果以及新的隨訪候選生物標(biāo)志物。有研究表明，通過小分子抑制劑或抗體阻斷鼠模型中S100A8/A9的活性可改善其炎癥病理狀況，可見S100A8/A9具有作為治療靶點(diǎn)的潛力，且S100A8/A9阻斷劑已研發(fā)成功，并已被批準(zhǔn)用于臨床試驗(yàn)[3,7]。S100A8/A9作為炎癥相關(guān)疾病的診斷生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)，在炎癥生理中發(fā)揮重要作用，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力[3]。

2.2S100A8/A9與動(dòng)脈粥樣硬化 S100A8/A9作為活躍的中介因子，在多種自身免疫疾病和炎癥疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用，中性粒細(xì)胞和S100A8/A9在心血管疾病發(fā)病機(jī)制中的作用逐漸受到關(guān)注[8-10]。中性粒細(xì)胞的致動(dòng)脈粥樣硬化作用現(xiàn)已得到證實(shí)[4]。有研究認(rèn)為，S100A8/A9可通過增加動(dòng)脈管壁中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的聚集和激活加速動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[4]。S100A8/A9存在于小鼠和人類的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中，是治療動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成的潛在靶點(diǎn)，通過TLR4和RAGE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，S100A8/A9作用于內(nèi)源性受體導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化[11-13]。RAGE在糖尿病患者和糖尿病小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中過表達(dá)，載體蛋白E缺陷糖尿病小鼠的S100A8/A9通過RAGE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活核因子κB、血管細(xì)胞黏附分子-1和血漿單核細(xì)胞趨化因子-1，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化病變[11]。而阻斷RAGE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，S100A8/A9則無法導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生，表明RAGE及其配體在與糖尿病相關(guān)動(dòng)脈粥樣硬化的加速發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用[4]。

進(jìn)一步的臨床研究證實(shí)，血漿S100A8/A9與1型糖尿病和2型糖尿病患者冠心病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[14]。無冠心病病史的糖尿病患者以及無心血管病史中年患者的S100A8/A9也與頸動(dòng)脈內(nèi)膜-中膜的厚度相關(guān)[15]。人體頸動(dòng)脈斑塊免疫組化和生化分析顯示，易感人群(如高血脂、巨噬細(xì)胞浸潤、膠原含量低、炎癥細(xì)胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶水平升高人群)的S100A8/A9含量增加[16]。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度S100A8/A9患者的易破裂動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，且高濃度S100A8/A9患者的單核細(xì)胞會(huì)率先聚集到動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中[16]。對2型糖尿病患者頸動(dòng)脈斑塊的超聲分析表明，回聲斑塊與血漿S100A8/A9水平升高有關(guān)，回聲斑塊通常是易損斑塊，在接受頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)患者中，血漿和頸動(dòng)脈斑塊中高濃度S100A8/A9與隨訪期間急性心血管事件(致命或非致命)的發(fā)生率相關(guān)，與心血管事件的危險(xiǎn)因素和C反應(yīng)蛋白無關(guān)[17]。

2.3S100A8/A9與心功能不全 S100A8/A9在受損心臟中具有重要功能，尤其在敗血癥引起的心血管功能障礙方面[18]。內(nèi)毒素的作用造成S100A8/A9缺陷小鼠的心肌功能受損，表現(xiàn)為射血分?jǐn)?shù)的降低。將脂多糖注入心肌組織，可激活RAGE信號通路，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流改變,而S100A8/A9缺陷可阻滯RAGE信號通路，造成心肌收縮功能受損，從而減少Ca2+內(nèi)流[6]。此外，對實(shí)驗(yàn)性自身免疫性心肌炎大鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，與0.9%氯化鈉注射液對照組相比，重組人S100A8/A9治療可提高左心室射血分?jǐn)?shù)，減少免疫炎癥細(xì)胞浸潤，降低細(xì)胞因子的表達(dá)水平[6]。因此，小鼠心臟中S100A8/A9的作用機(jī)制可能取決于激活RAGE信號通路或其他受體的作用，但對人類心臟的作用尚不清楚[3]。

2.4S100A8/A9與急性冠狀動(dòng)脈綜合征 與穩(wěn)定型心絞痛或經(jīng)冠狀動(dòng)脈造影評估為正常冠狀動(dòng)脈形態(tài)的患者相比，急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者的血漿S100A8/A9水平升高[19]。由于缺血心肌細(xì)胞中S100A8/A9的信使RNA和蛋白均未升高，故認(rèn)為S100A8/A9可能由被活化聚集到冠狀動(dòng)脈病變損傷部位的單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放[19]。Altwegg等[19]的研究也表明，ST段抬高型心肌梗死患者冠狀動(dòng)脈閉塞部位的S100A8/A9明顯高于體循環(huán)部位。此外，在血栓阻塞處和梗死心肌中發(fā)現(xiàn)S100A8/A9陽性的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[19]。心肌梗死患者血漿S100A8/A9水平在肌鈣蛋白T、肌酸激酶等經(jīng)典心肌損傷標(biāo)志物出現(xiàn)前升高，較不穩(wěn)定型心絞痛患者升高更明顯[20-21]。但S100A8/A9對急性胸痛心肌梗死患者的診斷性較差，且未對心肌肌鈣蛋白提供額外信息[20]。對血小板信使RNA的排列和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)分析顯示，ST段抬高型心肌梗死患者的S100A9信使RNA水平明顯高于穩(wěn)定型心絞痛患者[21]。由于血小板轉(zhuǎn)錄直接來自巨噬細(xì)胞信使RNA，可反映急性事件發(fā)生前的血小板組成，并可能導(dǎo)致心肌梗死患者血小板和對照組血小板功能的差異。

在缺血損傷后數(shù)小時(shí)內(nèi)，壞死心肌細(xì)胞中心肌肌鈣蛋白的釋放達(dá)到峰值，而S100A8/A9在缺血損傷后3～5 d達(dá)到峰值，并在缺血損傷后數(shù)周內(nèi)持續(xù)升高[22]。S100A8/A9水平與白細(xì)胞峰值和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)相關(guān)，可能與S100A8/A9刺激骨髓中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的能力有關(guān)。心肌梗死患者因S100A8/A9介導(dǎo)的TLR4上調(diào)和分泌腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-6，增加了單核細(xì)胞反應(yīng)[23-24]。急性心血管事件發(fā)生14 d后，血漿單核細(xì)胞TLR4表達(dá)和炎癥細(xì)胞因子水平持續(xù)升高，并與心力衰竭的發(fā)生相關(guān)[24-26]。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，TLR4缺乏可預(yù)防冠狀動(dòng)脈缺血后心功能不全的發(fā)生[24]。在冠狀動(dòng)脈閉塞小鼠模型中，S100A8/A9與巨噬細(xì)胞的RAGE結(jié)合可觸發(fā)核因子κB激活，促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，增強(qiáng)免疫細(xì)胞向心肌聚集，由此可見，S100A8/A9可加重局部缺血再灌注損傷引起的心肌炎癥，加速心肌重塑和心力衰竭的發(fā)生[25]。

既往研究表明，健康女性人群血漿S100A9水平可有效地預(yù)測未來發(fā)生非致死性心肌梗死、非致死性中風(fēng)和心血管死亡的風(fēng)險(xiǎn)，使人們對S100A8/A9與心血管病相關(guān)性研究的興趣明顯增加[21]。隨訪絕經(jīng)女性3年的研究發(fā)現(xiàn)，S100A8/A9水平在高四分位數(shù)范圍內(nèi)絕經(jīng)后女性發(fā)生急性心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)較S100A8/A9在低四分位數(shù)范圍內(nèi)的絕經(jīng)后女性高3.8倍，并與其他心血管病風(fēng)險(xiǎn)因素?zé)o關(guān)[4]。隨后，S100A8/A9成為急性冠狀動(dòng)脈綜合征的早期檢測指標(biāo)。對急性冠狀動(dòng)脈綜合征的PROVE IT-TIMI強(qiáng)化降脂治療的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著S100A8/A9的增加，心血管事件的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)升高，可見，血漿S100A8/A9濃度升高是發(fā)生心血管事件的原因之一[4]。

Morrow等[27]對237例PROVE IT-TIMI他汀類藥物治療試驗(yàn)病例的病例對照研究是目前唯一的S100A8/A9評估試驗(yàn)，可作為急性冠狀動(dòng)脈綜合征預(yù)后生物標(biāo)志物價(jià)值的研究。對急性心血管事件發(fā)生30 d后患者的隨訪發(fā)現(xiàn)，急性心血管事件發(fā)生30 d內(nèi)發(fā)生終點(diǎn)事件(心肌梗死或死亡)患者的S100A8/A9升高[27]。S100A8/A9值在最高四分位內(nèi)患者發(fā)生復(fù)發(fā)事件的風(fēng)險(xiǎn)是最低四分位內(nèi)患者的2倍，與糖尿病、高血壓、既往心血管疾病、心力衰竭和高敏C反應(yīng)蛋白無關(guān)。治療30 d后，他汀類藥物強(qiáng)化治療組(阿托伐他汀80 mg)血漿S100A8/A9較中度治療組(阿托伐他汀40 mg)降低。與高血壓患者或健康受試者相比，老年人群(>70歲)患嚴(yán)重心力衰竭(紐約心臟病協(xié)會(huì)心功能分級 Ⅲ～Ⅳ級)患者的S100A8/A9水平明顯升高[28]。心力衰竭組S100A8/A9與白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8呈正相關(guān)，可根據(jù)S100A8/A9水平預(yù)測1年內(nèi)患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)[28]。

3 S100A8/A9作為心血管病治療靶點(diǎn)的可能性

S100A8/A9可能參與動(dòng)脈粥樣硬化以及斑塊易損性、缺血相關(guān)性心肌炎癥和心力衰竭，是心血管病的重要靶點(diǎn)[29-30]。Bj?rk等[29]研究發(fā)現(xiàn)，S100A9是喹諾酮-3-羧基酰胺的靶點(diǎn)。喹諾林-3-羧基酰胺ABR-215757以Ca2+和Zn2+依賴方式結(jié)合小鼠和人S100A9和S100A8/A9，并阻斷它們與RAGE和TLR4的相互作用。注射脂多糖的小鼠模型中，ABR-215757抑制腫瘤壞死因子-α產(chǎn)生，可作為抗體片段特定地結(jié)合S100A9與其受體[31]。此外，口服ABR-215757可以延緩易發(fā)狼瘡小鼠的病情發(fā)展[30]。由此可見，喹諾林-3-羧基酰胺作為治療心血管疾病的潛在藥物，其中一些化合物已經(jīng)被批準(zhǔn)用于人體，并在多發(fā)性硬化、幼年型1型糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和抗去勢前列腺癌中產(chǎn)生了有前景的初步結(jié)果[30]。ABR-215757抑制S100A12、S100A8/A9以及載體蛋白E缺陷小鼠的實(shí)驗(yàn)表明，ABR-215757可減小動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、減輕炎癥反應(yīng)、降低斑塊易損性[32]。

4 小 結(jié)

S100A8/A9是具有巨大潛力的心血管疾病臨床生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。S100A8/A9與頸動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈疾病的程度相關(guān)，其血漿濃度在心肌缺血和心肌壞死期間迅速增加，并與心肌梗死和心力衰竭患者以及接受頸動(dòng)脈切除患者的預(yù)后相關(guān)。S100A8/A9在先天免疫、血管疾病風(fēng)險(xiǎn)因素和心血管疾病之間的復(fù)雜相互作用中發(fā)揮核心作用?；罨闹行粤＜?xì)胞和單核細(xì)胞是細(xì)胞外S100A8/A9的主要來源，糖尿病、血脂異常、肥胖和吸煙可使其水平升高。S100A8/A9還參與了動(dòng)脈粥樣硬化、易損斑塊的形成和缺血后心肌損傷，具有廣闊的臨床應(yīng)用空間。