S100 蛋白在子宮內(nèi)膜異位癥中的作用

段雨含，李楠，陳蕾，張琨

子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）是指子宮內(nèi)膜組織（腺體和間質(zhì)細胞）出現(xiàn)在子宮以外的部位，主要癥狀為盆腔疼痛、繼發(fā)性痛經(jīng)和不孕，也可引起遷延不愈、復發(fā)，甚至惡變等不良預后，近年來發(fā)病率呈明顯上升趨勢。EMs 的發(fā)生與性激素、免疫、炎癥、遺傳、環(huán)境和手術(shù)等因素有關(guān)，與新血管生成、細胞及炎癥因子的遷移和侵襲等密切相關(guān)。EMs形態(tài)學上呈良性表現(xiàn)，但在臨床行為學上具有類似惡性腫瘤的特點，所以被認為是從良性疾病到腫瘤的過渡形式[1]。腹腔鏡檢查與病灶活組織檢查是目前確診EMs 的最佳方法，但患者術(shù)后更易發(fā)生粘連、不孕等并發(fā)癥[2]，迫切需要可靠的非侵入性生物標志物檢測用于早期發(fā)現(xiàn)EMs。近年S100 蛋白家族與疾病關(guān)系的研究不斷深入，尤其在很多腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及治療中取得了新的研究成果，一種靶向細胞外S100A7 的單克隆抗體6F5 可以阻斷S100A7 和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）的相互作用，從而抑制S100A7介導的基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）活性，減少異種移植癌癥模型中的腫瘤生長、細胞遷移和血管生成[3]。另外，S100 蛋白家族成員也與某些非腫瘤疾病的病理生理過程有關(guān)。例如，細胞外S100A4 通過激活p38 絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、細胞外信號調(diào)控的激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和c-Jun 氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal protein kinase，JNK）等途徑觸發(fā)白細胞遷移和募集，上調(diào)各種促炎細胞因子、其他免疫細胞相關(guān)因子以及S100A8 和S100A9 等炎癥相關(guān)S100 蛋白表達，從而促進炎癥環(huán)境的發(fā)展[4]。綜述S100 蛋白家族成員對EMs 的炎癥、血管生成、細胞及炎癥因子的遷移和侵襲相關(guān)的關(guān)鍵機制及在診斷和治療方面的可能應用。

1 S100 蛋白概述

1.1 S100蛋白的結(jié)構(gòu)1965 年，布雷克·W·摩爾（Blake W.Moore）從牛腦中分離出一種蛋白質(zhì)，以鑒定神經(jīng)系統(tǒng)的特定蛋白質(zhì)。由于該蛋白在中性pH環(huán)境下溶于100%飽和硫酸銨，因此被命名為S100[3]。目前已確認S100 蛋白不僅在神經(jīng)組織中出現(xiàn)，在脊椎動物的各種組織中均有發(fā)現(xiàn)。人類S100 蛋白家族是一組低分子質(zhì)量的鈣結(jié)合蛋白，這些成員表現(xiàn)出高度的結(jié)構(gòu)相似性，但在功能上不可互換[5]。S100 蛋白被歸類為EF-hand 基序鈣結(jié)合蛋白，代表EF-hand超家族中最大的亞群。每個S100 蛋白由2 個EFhand 基序組成，其中每個EF-hand 基序由1 個Ca2+結(jié)合環(huán)組成，兩側(cè)是α-螺旋（螺旋-環(huán)-螺旋）。氨基（N）端EF-hand 具有14 個氨基酸殘基，有較低的Ca2+結(jié)合親和力，而羧基（C）端EF-hand 具有12 個氨基酸殘基，具有高Ca2+結(jié)合親和力。因為S100 蛋白獨特的EF-hand 結(jié)構(gòu)，使其能夠充當Ca2+傳感器，將細胞內(nèi)Ca2+水平的波動轉(zhuǎn)化為細胞反應。EF-hand中有2 個特異性功能區(qū)，分別為C 端延伸區(qū)和鉸鏈區(qū)，不同S100 蛋白在這2 個功能區(qū)具有變異性，因此發(fā)揮出不同的生物學功能。在細胞中，大多數(shù)S100 蛋白以同源二聚體的形式存在，而少數(shù)形成異二聚體、三聚體和四聚體。它們可以在特殊條件下以單體的形式存在，但二聚體表現(xiàn)出重要的生物學功能[6]。例如，S100A8/A9 通過刺激白細胞募集和誘導細胞因子分泌在調(diào)節(jié)炎癥反應中發(fā)揮關(guān)鍵作用[7]。

1.2 S100蛋白的功能研究表明，S100 蛋白家族包含25 個已知成員，其中19 個位于染色體1q21，另6 個成員S100A11P、S100B、S100G、S100P、S100Z和鈣結(jié)合蛋白3（calbindin 3，CALB3）位于其他染色體的不同區(qū)域[4]。S100 蛋白主要調(diào)節(jié)多種細胞過程，包括增殖、分化、炎癥、遷移和（或）侵襲、細胞凋亡、Ca2+穩(wěn)態(tài)和能量代謝[4]。S100 蛋白兼具細胞內(nèi)、外功能，可同時或單獨發(fā)揮作用。細胞內(nèi)功能涉及與細胞內(nèi)受體的相互作用、膜蛋白的募集或轉(zhuǎn)運、酶或核酸的整合、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及DNA 修復；細胞外功能即從細胞質(zhì)中釋放出來，由細胞損傷和細胞應激誘導。

細胞外S100 蛋白對于調(diào)節(jié)免疫穩(wěn)態(tài)、創(chuàng)傷后損傷和炎癥至關(guān)重要[8]。如損傷相關(guān)分子模式（damageassociated molecular patterns，DAMP）是從受損組織或死細胞的細胞外和細胞內(nèi)空間釋放的內(nèi)源性危險分子，DAMP 在細胞壞死后迅速釋放，激活免疫系統(tǒng)，從而直接或間接地促進適應性免疫反應，促進非傳染性疾病中的防御和病理性炎癥反應，最后通過促進組織重建來恢復體內(nèi)平衡，DAMP 是免疫反應的重要促炎因子，其對機體的長期損傷和刺激會導致免疫系統(tǒng)適應不良和炎癥失調(diào)[9]。因此，DAMP 在許多炎癥性疾病的發(fā)病機制中起重要作用，包括類風濕性關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎和動脈粥樣硬化。此外，DAMP識別的一個新興概念涉及RAGE 和Toll 樣受體（Tolllike receptor，TLR），它們不僅能感知致病相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP），還能感知內(nèi)源性DAMP，包括S100 蛋白。其中，S100A8、S100A9 和S100A12 是在吞噬細胞的細胞質(zhì)中表達并在局部炎癥部位過度表達的鈣結(jié)合蛋白，它們發(fā)揮獨立的細胞內(nèi)、外功能，在吞噬細胞應激釋放后變成DAMP[10]。

2 S100 蛋白參與EMs 發(fā)病機制

EMs 發(fā)病機制復雜，關(guān)于異位病灶的來源目前普遍認同的有3 種學說：經(jīng)血逆流學說、體腔上皮化生學說以及淋巴和血管轉(zhuǎn)移學說。隨著對發(fā)病機制研究的不斷深入，有學者提出“在位內(nèi)膜決定論”揭示了在位子宮內(nèi)膜在EMs 發(fā)病中的重要作用，修正和補充了經(jīng)血逆流學說?！霸谖粌?nèi)膜決定論”將既往多種發(fā)病機制的理論統(tǒng)一起來，在此基礎(chǔ)上提出“黏附-侵襲-血管形成（adhere-affect-angiogenesis）”的“3A 模式”[11]，同時炎癥機制貫穿于整個異位病灶形成的過程，它們共同成為EMs 病灶形成的關(guān)鍵生物學進程。

2.1 S100蛋白參與EMs炎癥反應EMs 作為慢性炎癥性疾病，子宮內(nèi)膜異位組織產(chǎn)生多種促炎細胞因子、趨化因子和前列腺素等引發(fā)局部炎癥反應[12]。炎癥導致的疼痛也是EMs 的主要臨床表現(xiàn)。有研究檢測了274 例具有不同疾病的慢性疼痛女性患者（骨關(guān)節(jié)炎88 例、EMs 36 例、纖維肌痛117 例和慢性緊張性頭痛33 例）及41 例健康女性（對照組）的血清S100B 濃度，其中骨關(guān)節(jié)炎和EMs 統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)性病變組，纖維肌痛和慢性緊張性頭痛統(tǒng)稱為無結(jié)構(gòu)性病變組。對照組、無結(jié)構(gòu)性病變組和結(jié)構(gòu)性病變組的S100B 濃度分別為14.34 pg/mL、18.22 pg/mL 和22.64 pg/mL，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），提示這種結(jié)構(gòu)性病變對S100B 水平有一定影響[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)細胞和平滑肌細胞中，S100B 可激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）并誘導促炎介質(zhì)白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的釋放[14]，這可能是EMs 患者產(chǎn)生疼痛癥狀的重要機制。S100A7在EMs 患者子宮內(nèi)膜異位組織和子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞（endometrial stromal cells，ESC）中的表達均增加，并且S100A7 在ESC 的過度表達激活了NF-κB 信號傳導，導致TNF-α 和IL-6 水平升高并促進炎癥的發(fā)生[15]。NF-κB 是Rel 基因家族的一個調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子，該家族包括p50、c-Rel、RelB 和p65 亞基，其中p65 蛋白是NF-κB 信號傳導的重要要素，它們組成的NF-κB-p65 通路介導多種疾病的炎癥反應過程[16]。一項以EMs 大鼠為動物模型的實驗應用免疫熒光技術(shù)檢測到TLR4 和NF-κB 信號通路下游p65的磷酸化，該研究為EMs 慢性機械性疼痛的治療提供了新的思路[17]。未來的研究可以利用細胞免疫熒光技術(shù)評估S100 蛋白作用于人體組織細胞TLR 和NF-κB-p65 信號通路的作用，以幫助更深入地了解S100 蛋白參與EMs 患者炎癥反應的發(fā)生機制。有學者選取38 例輕度EMs（Ⅰ～Ⅱ期）患者和59 例嚴重EMs（Ⅲ～Ⅳ期）患者的子宮內(nèi)膜組織檢測S100A8 的表達情況，其中大多數(shù)有不同類型的子宮內(nèi)膜異位病變（78/97，80.4%），9 例僅有淺表子宮內(nèi)膜異位病變，7 例僅有深部子宮內(nèi)膜異位病變。S100A8 在Ⅲ～Ⅳ期EMs 患者子宮內(nèi)膜組織中的表達高于Ⅰ～Ⅱ期EMs 患者（P＜0.001），同時，在有深部EMs 病灶患者的盆腔積液中S100A8 表達遠高于僅有淺表EMs 病灶者（P=0.004）[18]。但由于炎癥發(fā)生機制的復雜性，S100A8 參與EMs 炎癥生成過程及其與疾病分期的相關(guān)性還需進一步明確。

S100A8/A9 是一種異源二聚體，主要在活化的巨噬細胞和中性粒細胞中表達，可以介導炎癥因子的分泌并級聯(lián)放大炎性反應。隨著S100A8/A9 釋放增加，其與炎性細胞表面的TLR4 結(jié)合并激活TLR4信號通路，進一步誘發(fā)炎性反應，激活TNF-α、IL-6和MMP 等，這一過程在很多其他疾病中得以驗證，如心肌梗死后心臟破裂、慢性阻塞性肺疾病和免疫性疾?。P(guān)節(jié)炎、滑膜炎等）[19-21]。雖然S100A8/A9 及其下游的通路和炎癥因子參與EMs 患者炎癥反應過程還少有研究驗證，但是S100A8/A9 在炎癥反應過程中大量釋放并且高度穩(wěn)定（人類S100A8/A9 的轉(zhuǎn)變溫度＞50 ℃），可以耐受樣品的多次冷凍/解凍循環(huán)[19]。因此，S100A8/A9 可能成為EMs 患者非侵入性血液診斷標志物，但具體診斷的敏感度和特異度還有待進一步研究。

2.2 S100蛋白參與EMs血管生成 EMs 的病變形成過程中，血管新生在其建立、存活和生長中起著重要作用，且血管生成與炎癥、神經(jīng)纖維生長都有密切聯(lián)系，這可以解釋EMs 患者疼痛的產(chǎn)生機制[22-23]，其中血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在血管生成中的作用極為重要。在人乳腺癌細胞系MDA-MB-231 中，內(nèi)皮聯(lián)蛋白（endoglin）可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子β2（transforming growth factor-β2，TGF-β2）誘導VEGF 生成，從而參與血管生成[24]。目前內(nèi)皮聯(lián)蛋白已被確立為活躍的新血管生成和活化內(nèi)皮的標志物，在EMs 血管生成的過程中發(fā)揮積極作用。

研究發(fā)現(xiàn)，采用互補DNA（complementary DNA，cDNA）微陣列技術(shù)檢測到S100A13 基因在卵巢子宮內(nèi)膜異位囊腫中表達升高，并且在月經(jīng)周期分泌期時S100A13 蛋白出現(xiàn)上調(diào)[25]。通過檢測EMs 患者子宮內(nèi)膜腺體與正常子宮內(nèi)膜腺體中S100A13 和內(nèi)皮聯(lián)蛋白的表達發(fā)現(xiàn)，S100A13 在正常子宮內(nèi)膜腺體中呈中度表達，但在EMs 標本中呈高表達，甚至比內(nèi)皮聯(lián)蛋白表達水平更高，說明S100A13 可能成為血管生成過程中的重要標志物，該研究還發(fā)現(xiàn)S100A13可促進成纖維細胞生長因子1（fibroblast growth factor-1，F(xiàn)GF-1）的釋放，參與EMs 血管生成中的血管重塑，在血管壁形成、內(nèi)皮細胞及血管平滑肌細胞的遷移中發(fā)揮作用[26]。FGF-1 只有在熱休克、血清饑餓和低氧等多種應激情況下才能從細胞中釋放，而在正常培養(yǎng)條件下不釋放。短發(fā)夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）慢病毒載體可以有效抑制S100A13 基因的表達，在無血清的應激誘導下使FGF-1 于人臍靜脈內(nèi)皮細胞中釋放[27]。該研究證明了通過靶向S100A13 基因下調(diào)作用可以阻斷FGF-1 的釋放，從而抑制血管生成，這可能成為通過阻礙新生血管生成以靶向治療EMs 的有效方法。

因此，VEGF、S100A13、FGF-1 和內(nèi)皮聯(lián)蛋白等因素的協(xié)同作用可能是EMs 血管生成的基礎(chǔ)，參與血管生成的起始階段，今后需要進一步的細胞研究以明確EMs 血管生成的相關(guān)機制。

2.3 S100蛋白參與EMs遷移和侵襲 S100A4 是一種成熟的腫瘤轉(zhuǎn)移介質(zhì)，在多種腫瘤形成包括在子宮內(nèi)膜惡變?yōu)樽訉m內(nèi)膜癌時的遷移和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用[28]。值得思考的是，是否在未發(fā)生惡變時，S100A4 在EMs 患者異位內(nèi)膜隨經(jīng)血逆行過程中可發(fā)揮侵襲特性，這將有助于早期發(fā)現(xiàn)異位子宮內(nèi)膜的異常變化，阻止或減少腫瘤的發(fā)生。唐莉等[29]收集了42 例EMs 患者的異位子宮內(nèi)膜組織、22 例EMs 患者的在位子宮內(nèi)膜組織和33 例正常女性的子宮內(nèi)膜組織（對照組），檢測S100A4 在子宮內(nèi)膜組織中的表達發(fā)現(xiàn)，無論是在月經(jīng)周期的增生期還是分泌期，EMs 異位子宮內(nèi)膜組織中S100A4 的相對表達量均高于EMs 在位子宮內(nèi)膜組織和同期的正常子宮內(nèi)膜組織（P＜0.05）。另有研究發(fā)現(xiàn)S100P 與血清糖類抗原125（carbohydrate antigen 125，CA125）水平升高、上皮性卵巢癌患者的生存率降低和疾病進展呈正相關(guān)[30]。因此，推測進一步研究S100P 與血清CA125 的聯(lián)合檢測可能對EMs 的疾病分期和不良預后評估具有參考價值。

研究表明，S100A6 在所有內(nèi)皮細胞、成纖維細胞和肌成纖維細胞等基質(zhì)細胞以及神經(jīng)鞘細胞中呈陽性表達，在子宮內(nèi)膜間質(zhì)細胞中也呈陽性表達，且分泌期明顯高于增殖期[31]。另有學者發(fā)現(xiàn)，S100A6 在異位ESC 中過度表達，其生物學特性可能通過p38MAPK途徑調(diào)節(jié)鈣周期素結(jié)合蛋白（calcyclin binding protein，CacyBP）磷酸酶活性而發(fā)揮作用，從而增強異位ESC的細胞活力、遷移和侵襲能力[32]。此外，S100A6 可促進β-連環(huán)蛋白（β-catenin）的表達，從而影響Wnt 信號通路[33]。Wnt/β-catenin 信號通路已被證實可促進ESC 遷移和纖維化[34]。這提示S100A6 可能通過p38 MAPK 途徑和Wnt/β-catenin 途徑共同誘導ESC 的遷移，繼而促進EMs 的發(fā)展。目前關(guān)于EMs 這種類似腫瘤的遷移和侵襲特性及有關(guān)SA100 蛋白在此過程中發(fā)揮的作用還需進一步研究探討。

3 S100 蛋白在EMs 發(fā)病機制中的應用研究

由于EMs 發(fā)病機制的復雜性，其診斷和治療方面也存在較大的難度。目前S100 蛋白在EMs 治療方面的應用主要分為兩個方面，一方面是從發(fā)病機制的角度探索新的治療方法，另一方面是從改善EMs患者痛經(jīng)、不孕等癥狀的角度提高女性生活質(zhì)量。EMs最常見的發(fā)病部位是卵巢，具有惡變潛能。近年卵巢癌新病因?qū)W說興起，研究表明EMs 與某些特殊病理類型的卵巢癌關(guān)系密切。有研究利用免疫組織化學方法檢測卵巢型EMs 組織與EMs 相關(guān)性卵巢癌（endometriosis associated ovarian carcinoma，EAOC）組織以及健康人群卵巢組織中S100A14 的表達情況，S100A14 的陽性表達率在EAOC 組、卵巢型EMs 組、健康對照組3 組中呈遞減趨勢，分別為87.8%（43/49）、63.3%（19/30）和61.1%（22/36），推測S100A14 可能參與卵巢型EMs 惡變，對今后卵巢型EMs 的治療如選擇手術(shù)時機及手術(shù)方式具有指導意義[35]。另有研究顯示，肌纖維痛存在于各種慢性炎癥疾病中，而這種疼痛對多種非甾體抗炎藥具有耐藥作用，而S100B與神經(jīng)細胞細胞質(zhì)膜上的TLR2、TLR4 和RAGE 等受體結(jié)合，這些受體激活磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3-kinase/proteinkinaseB/mammaliantargetofrapamycin，PI3K/Akt/mTOR）和MAPK 通路，MAPK 信號又激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，產(chǎn)生更多炎癥因子和受體，從而導致肌纖維痛[36]。因此S100B 可能成為EMs 所致劇烈痛經(jīng)的治療靶點。除了治療方面，S100 蛋白也可能作為新型診斷標志物有助于疾病的早期診斷，并且聯(lián)合CA125 等指標作為EMs 的非侵入性診斷的血液生物標志物可能會具有更高的診斷效能。目前尚無確切的非侵入性的EMs 早期診斷方法，S100 蛋白在EMs 的診療方面有重要研究價值，為此進一步大樣本的研究和監(jiān)測能夠為全面研究和管理EMs提供新的思路。

4 結(jié)語

S100 蛋白家族在很多腫瘤及炎癥相關(guān)疾病中發(fā)揮重要作用，也有越來越多的證據(jù)表明其在EMs的發(fā)病機制中有重要作用。EMs 的病因、早期無創(chuàng)診斷和有效治療的研究仍處于摸索階段。目前的研究提出了某些S100 蛋白家族成員在EMs 患者的血清、組織和細胞中發(fā)生變化，但由于樣本量較少，需要增加樣本量，并對比不同層次的表達量的差異性，以驗證其作為診斷標志物及治療靶點的有效性和特異性。另外，卵巢是EMs 最常累及的器官，卵巢型EMs 患者囊液的變化可以更直接反映局部異位病變的病理變化，目前相關(guān)研究較少，囊液中S100 蛋白的檢測為進一步探索EMs 的發(fā)病機制提供了思路。有研究對參與EMs 發(fā)生、發(fā)展的傳導通路和因子進行了預測，但它們之間的關(guān)聯(lián)性還需進一步研究確認。此外，分子探針（如抗體和小分子抑制劑）的開發(fā)將有助于破譯特定S100 蛋白的體內(nèi)功能，以及區(qū)分細胞內(nèi)和細胞外S100 蛋白的作用，仍需通過大量基礎(chǔ)及臨床研究進一步明確，對于探究精準診斷和治療靶點也可能具有潛在應用價值。