血清S100鈣結(jié)合蛋白A9在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

魏 來，王勝軍

（江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

結(jié)直腸癌即大腸癌，包括結(jié)腸癌和直腸癌，是消化系統(tǒng)中常見的惡性腫瘤，早期癥狀不明顯，隨著腫瘤的增大而表現(xiàn)出便血、腹瀉、腹瀉與便秘交替、局部腹痛等癥狀，晚期則表現(xiàn)貧血、體質(zhì)量減輕等全身癥狀。近年來，結(jié)直腸癌發(fā)病率和病死率在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中僅次于胃癌、食管癌及原發(fā)性肝癌，已嚴(yán)重威脅到人們的身體健康[1]。目前對于結(jié)直腸癌的治療手段主要有外科手術(shù)切除（包括Miles手術(shù)、Dixon手術(shù)、Hartmann手術(shù)等）、內(nèi)鏡黏膜下剝離術(shù)、藥物化療、放療及免疫靶向治療，盡管治療技術(shù)不斷發(fā)展，但結(jié)直腸癌的發(fā)病率、死亡率依然居高不下，治療效果并不令人滿意，特別是對晚期患者，其5年生存率仍較低[2]。當(dāng)前迫切需要深入了解結(jié)直腸癌的發(fā)生、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移機(jī)制，并且專注于新的結(jié)直腸癌治療靶點(diǎn)與生物檢測標(biāo)志物的開發(fā)。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)腸癌癌變過程中的基因?qū)W變化已逐漸被認(rèn)識，目前普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為結(jié)直腸癌是一個多步驟、多階段、多基因參與、多分子調(diào)控的惡性疾病[3]。相關(guān)研究顯示，血清S100鈣結(jié)合蛋白A9（S100A9）作為一種重要的鈣離子結(jié)合蛋白，在許多消化道腫瘤，如胃癌、胰腺癌、腸癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用[4]。基于此，現(xiàn)對S100A9的研究現(xiàn)狀及其在結(jié)直腸癌中的作用機(jī)制展開綜述。

1 S100A9概述

1.1 S100A9的分子結(jié)構(gòu)和特征 S100A9是一種低分子量的鈣離子結(jié)合蛋白，屬于S100蛋白家族（S100A1～ S100A13、S100B、S100C、S100P等）。此類蛋白因含有特征性“EF-手”結(jié)構(gòu)，特征為具有螺旋 - 環(huán) - 螺旋序列，該序列含有60個氨基酸的片段，在該片段的上游，堿性氨基酸極為豐富，具有較高的鈣離子親和力。S100A9可以協(xié)助鈣離子依賴性信號的傳導(dǎo)，起到“傳感器”的作用。

在髓系細(xì)胞中，S100A9的表達(dá)量極為豐富，如骨髓造血干細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞中均有表達(dá)，故稱髓樣相關(guān)蛋白，也在鼻息肉、乳頭狀瘤、銀屑病、濕疹、肺癌等多種病理疾病患者機(jī)體中高表達(dá)。而正常情況下，S100A9在內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、血小板中表達(dá)量極少，但當(dāng)細(xì)胞發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)時，如創(chuàng)傷愈合、炎癥反應(yīng)、上皮細(xì)胞分化異常等，S100A9在其組織中表達(dá)明顯增加[5]。

1.2 S100A9的生物學(xué)作用 S100A9參與鈣傳感、介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣信號的釋放，激活煙酰胺、腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，轉(zhuǎn)運(yùn)花生四烯酸（AA）等以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，同時在吞噬細(xì)胞穿越內(nèi)皮細(xì)胞層時，S100A9對細(xì)胞骨架重排也具有重要作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶是一種過氧化物酶，廣泛存在于吞噬細(xì)胞與非吞噬細(xì)胞中，具有5個亞基，S100A9可將AA轉(zhuǎn)移到NADPH復(fù)合物gp91 phox中，形成有氧化活性的復(fù)合體，吞噬細(xì)胞在NADPH氧化酶的催化下產(chǎn)生大量活性氧，參與機(jī)體防御殺滅病原體。在炎癥病灶處，浸潤細(xì)胞可以促進(jìn)S100A9-AA復(fù)合物內(nèi)化，以合成白三烯炎癥介質(zhì)，引起白細(xì)胞脫顆粒，損傷血管內(nèi)皮。另外，S100A9可以通過鈣離子和p38絲裂原活化蛋白激酶實(shí)現(xiàn)磷酸化，逆轉(zhuǎn)微血管的形成過程并重排細(xì)胞骨架，而細(xì)胞骨架與其結(jié)合蛋白組成動力系統(tǒng)，在白細(xì)胞的遷移中發(fā)揮重要作用，由此促進(jìn)炎癥微環(huán)境的形成。

S100A9也可以通過趨化白細(xì)胞，驅(qū)動粒細(xì)胞集落刺激因子的合成，并促進(jìn)細(xì)胞因子分泌，加重機(jī)體炎癥反應(yīng)，這種現(xiàn)象可以作為癌癥的一種危險信號。在吞噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的趨化過程中，S100A9扮演了極為重要的角色，如驅(qū)動粒細(xì)胞集落刺激因子的合成等[6]。S100A9也能夠增強(qiáng)中性粒細(xì)胞表面CD11b蛋白表達(dá)，從而促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集。有研究證實(shí)，S100A8/S100A9可以介導(dǎo)Toll樣受體4（TLR4）/MyD88/核因子κB（NF-κB）炎癥信號通路激活，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-1β分泌；此外，S100A9還可通過與晚期糖基化終產(chǎn)物受體結(jié)合促進(jìn)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）磷酸化和NF-κB活化，從而介導(dǎo)趨化功能[7]。近年來，S100A9在細(xì)胞生長與凋亡中也發(fā)揮重要作用，提示S100A9在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要角色。

2 S100A9對結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展的影響

2.1 S100A9在結(jié)直腸癌發(fā)生中的作用 在結(jié)直腸腫瘤中，“炎 - 癌”演進(jìn)過程是結(jié)腸癌發(fā)生的重要途徑，慢性炎癥對結(jié)直腸黏膜存在長期持續(xù)性刺激，或炎癥微環(huán)境中的固有免疫細(xì)胞激活后釋放活性氧，誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)基因發(fā)生序列突變，促進(jìn)細(xì)胞增殖，破壞組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，提高腫瘤發(fā)生的概率[8]。

S100A9存在于腫瘤微環(huán)境和細(xì)胞外基質(zhì)中，通過自分泌和旁分泌的方式影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。有學(xué)者研究顯示，采用質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)檢測糞便中的結(jié)直腸癌相關(guān)蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)S100A9僅在結(jié)直腸癌患者糞便中表達(dá)，而未在正常對照組研究對象的糞便中檢測到[9]。有研究顯示，可溶性分子淀粉樣蛋白A3、S100A9蛋白表達(dá)量在“炎 - 癌”演進(jìn)全過程持續(xù)升高，NF-κB、MAPK、Wnt/β連環(huán)蛋白（β-catenin）信號通路在浸潤的炎癥細(xì)胞與惡性轉(zhuǎn)化的上皮細(xì)胞中存在階段性活化，提示炎癥微環(huán)境在結(jié)腸癌發(fā)生過程中發(fā)揮了重要作用[10]。

在上述幾種通路中，Wnt/β-catenin信號通路在結(jié)腸癌發(fā)生中起到了關(guān)鍵性作用，大多數(shù)結(jié)直腸癌存在腺瘤性息肉病基因或β-catenin蛋白基因突變。S100家族中的許多蛋白，如S100A6、S100A4、S100B及S100P，這些蛋白都參與調(diào)控介導(dǎo)的Wnt/β-catenin信號通路。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸腫瘤上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）過程中，S100A4起到了極為關(guān)鍵的作用[11]，S100A9蛋白與S100A4、S100A6等蛋白屬于同一家族，具有相鄰的基因位點(diǎn)、相似的結(jié)構(gòu)，功能也高度相似；通過相關(guān)分子的基因?qū)W實(shí)驗(yàn)，作為S100A9與β-catenin的目的基因，c-myc和基質(zhì)金屬蛋白酶-7 （MMP-7）的表達(dá)水平在實(shí)驗(yàn)中均提高[12]。

除Wnt/β-catenin信號通路外，磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶通路（PI3K/AKT）信號通路也是與結(jié)直腸癌發(fā)生關(guān)系密切的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不僅在結(jié)直腸癌腫瘤增殖方面發(fā)揮重要作用，還參與腸道炎癥反應(yīng)與“炎 - 癌”演進(jìn)過程[13]。HUANG等[14]研究表明，使用1 μg/mL小鼠S100A9重組蛋白刺激小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7，作用24 h后抽提細(xì)胞總蛋白，Western blotting檢測發(fā)現(xiàn)，與對照組比，外源性S100A9可導(dǎo)致巨噬細(xì)胞內(nèi)PI3K、AKT的磷酸化水平顯著增加，在S100A9作用細(xì)胞之前使用PI3K/AKT信號通路特異性抑制劑LY294002處理細(xì)胞后，該活化作用被抑制，且該抑制作用與抑制劑濃度成正比。

2.2 S100A9在結(jié)直腸癌進(jìn)展中的作用 近年來發(fā)現(xiàn)，S100A9被認(rèn)為是髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）的一個重要標(biāo)志物，MDSCs是腫瘤免疫治療的一個阻礙，也是一群高度異質(zhì)性且未分化成熟的骨髓細(xì)胞，作為重要的免疫抑制細(xì)胞，其主要通過抑制局部微環(huán)境中的免疫T淋巴細(xì)胞與NK細(xì)胞功能，從而促進(jìn)腫瘤疾病的發(fā)展，在結(jié)直腸癌、膀胱癌等患者的外周血和腫瘤組織浸潤過程中，MDSCs均增多。黃茂等[15]通過檢測繪制出S100A9和MDSCs與其活化分子的頻數(shù)曲線，結(jié)果顯示，隨著S100A9表達(dá)的提升，MDSCs的散點(diǎn)分布也隨之提升，說明S100A9是反映病程進(jìn)展的重要標(biāo)志物，S100A9對于結(jié)直腸癌微環(huán)境中MDSCs的募集有促進(jìn)作用，并激活了結(jié)直腸癌癥因子，促進(jìn)了結(jié)直腸癌的進(jìn)展。另外，腫瘤浸潤的骨髓細(xì)胞可以被肌成纖維細(xì)胞釋放的白細(xì)胞介素-6 （IL-6）和白細(xì)胞介素-8（IL-8）觸發(fā)，導(dǎo)致S100A8/S100A9表達(dá)上調(diào)，而且肌成纖維細(xì)胞可能誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞分化成表達(dá)；此外，S100A9陽性表達(dá)的巨噬細(xì)胞和變形核粒細(xì)胞多聚集于腫瘤邊緣[16]。

巨噬細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中的一種重要的免疫細(xì)胞，在炎癥和腫瘤之間起著關(guān)鍵的紐帶作用，在腫瘤微環(huán)境中多種成分的刺激下，巨噬細(xì)胞的功能會發(fā)生不同的變化，在具核梭桿菌（Fn）的刺激下，腫瘤微環(huán)境中炎癥相關(guān)因子大量分泌，從而形成有利于巨噬細(xì)胞浸潤的炎癥微環(huán)境，促進(jìn)結(jié)直腸癌的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，S100A9在大多數(shù)結(jié)直腸癌組織中均升高，能促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的存活和遷移，S100A9在Fn處理的巨噬細(xì)胞和結(jié)直腸癌細(xì)胞中均上調(diào)，且伴有S100A9高表達(dá)的結(jié)直腸癌組織中，腫瘤浸潤性巨噬細(xì)胞的數(shù)量明顯增多[17]。

2.3 S100A9對結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的影響 對于結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移一直是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，研究表明，結(jié)直腸癌患者血清S100A9水平和MDSCs的數(shù)量呈正相關(guān)，活化分子的數(shù)量也均與S100A9水平呈正相關(guān)[18]。伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者，其外周血中S100A9的水平與MDSCs數(shù)量分別是未發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者的1.40、1.52倍，提示外周血S100A9與MDSCs水平是結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的潛在標(biāo)志物。

近年來，“轉(zhuǎn)移前龕”假說逐漸進(jìn)入研究人員的視野，在結(jié)直腸腫瘤肝轉(zhuǎn)移之前，TNF-α、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等炎癥因子在結(jié)直腸癌微環(huán)境中聚集，使得S100A9在肝臟中表達(dá)含量明顯升高。在S100A9的促進(jìn)下，MDSCs含量升高，機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，由于MDSCs與S100A9的表達(dá)呈正相關(guān)，S100A9進(jìn)一步聚集，形成正反饋環(huán)，肝臟在該循環(huán)作用下形成“轉(zhuǎn)移前微環(huán)境”。有研究報道，結(jié)直腸癌患者體內(nèi)S100A9含量明顯提高，且S100A9的含量與肝轉(zhuǎn)移風(fēng)險成正相關(guān)，而當(dāng)出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移以后，S100A9表達(dá)的升高可以加劇病情發(fā)展[19]。研究證實(shí)，S100A9能通過上調(diào)淀粉樣蛋白A3激活絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（MAPK/ERK）信號通路，增強(qiáng)B淋巴細(xì)胞瘤-2（Bcl-2）、細(xì)胞周期蛋白D2（CCND2）、基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲 轉(zhuǎn)移[20]。

3 S100A9的臨床意義

3.1 S100A9可以協(xié)助結(jié)直腸癌診斷 在絕大多數(shù)結(jié)直腸癌組織和血清中，S100A9的含量比生理狀態(tài)下有明顯提升。根據(jù)相關(guān)研究顯示，如果用受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）評估S100A9對結(jié)直腸癌的診斷效能，試驗(yàn)結(jié)果均大于0.7，如果聯(lián)合大便隱血試驗(yàn)，可將結(jié)果提高至0.9以上，可以協(xié)助診斷中晚期結(jié)直腸癌的淋巴轉(zhuǎn)移[21]。S100A9作為重要的炎癥因子和多種疾病的警報分子，可作為這些疾病的臨床標(biāo)志物，為相關(guān)疾病的診斷和結(jié)腸癌靶向治療提供依據(jù)和指導(dǎo)，也有研究者通過構(gòu)建炎癥性腸病相關(guān)的結(jié)直腸癌模型發(fā)現(xiàn)，在炎癥進(jìn)展至腫瘤的過程中，S100A9在各個病變階段表達(dá)均顯著上調(diào)，并可能發(fā)揮促進(jìn)慢性炎癥向腫瘤轉(zhuǎn)化的過程[22]。

3.2 S100A9可以評估結(jié)腸癌預(yù)后 結(jié)直腸癌腫瘤的浸潤與轉(zhuǎn)移能力與S100A9水平密切相關(guān)，并能作為標(biāo)志物評估患者的預(yù)后。結(jié)腸癌細(xì)胞可內(nèi)化微環(huán)境中的S100A9，這將對腫瘤細(xì)胞增殖產(chǎn)生強(qiáng)大的抑制作用，由兩種鈣結(jié)合蛋白S100A8和S100A9形成的細(xì)胞外S100A8/A9異源二聚體，通過抑制細(xì)胞或與受體相互作用，在各種細(xì)胞中發(fā)揮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，該機(jī)制可使得機(jī)體通過促進(jìn)凋亡維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。束鵬等[23]學(xué)者認(rèn)為S100A9的表達(dá)對于腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移起促進(jìn)作用，比如在結(jié)腸癌、胰腺癌中，外源性S100A9的表達(dá)加速了腫瘤細(xì)胞的增殖，結(jié)直腸癌組織內(nèi)S100A9陽性細(xì)胞計數(shù)、血清S100A9水平升高提示更高的腫瘤分化程度、更大的腫瘤體積與更多的轉(zhuǎn)移灶。

3.3 S100A9可以協(xié)助結(jié)腸癌靶向治療 S100A9也是關(guān)鍵的耐藥靶點(diǎn)，在結(jié)直腸癌中通過調(diào)控淀粉樣蛋白A3表達(dá)，使結(jié)腸癌細(xì)胞對奧沙利鉑的敏感性降低。對于S100A9如何影響結(jié)直腸癌腫瘤的進(jìn)展，研究顯示結(jié)果各不相同，S100A9可通過巨噬細(xì)胞與炎癥微環(huán)境促進(jìn)直腸癌腫瘤的進(jìn)展，無論上調(diào)或下降S100A9表達(dá)，對其信號通路的干擾均可干擾腫瘤活動，這為S100A9的靶向治療提供了理論依據(jù)。

4 小結(jié)與展望

結(jié)直腸癌是常見的惡性腫瘤，目前尚無特殊有效的診治方法。S100A9作為一種特殊的鈣離子結(jié)合蛋白，在結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中起到了重要作用，因此深入研究結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制、尋找新的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，可以為改善結(jié)直腸癌的臨床診治效果提供新的依據(jù)和線索，如通過血清中S100A9濃度診斷結(jié)直腸癌，通過干擾信號進(jìn)行靶向治療。當(dāng)前，通過MDSCs治療結(jié)直腸癌存在一定困難，由于S100A9對于結(jié)直腸癌微環(huán)境中MDSCs的聚集有促進(jìn)作用，MDSCs可在炎癥條件下激活，并積聚在腫瘤微環(huán)境中，這種現(xiàn)象可能促進(jìn)結(jié)直腸癌的進(jìn)展。因此，通過靶向藥物抑制S100A9是一種潛在的且更為可靠的治療方法。目前，S100A9特異性抑制劑與拮抗劑的研發(fā)已經(jīng)取得了一定成果，可選擇S100A9與其相關(guān)通路為靶點(diǎn)。S100A9在癌癥的早期診斷、預(yù)測癌癥的轉(zhuǎn)移和判斷預(yù)后等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，把S100A9作為研究目標(biāo)，可為發(fā)現(xiàn)新的腫瘤標(biāo)志物與新的抗癌治療方法提供依據(jù)。