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(duì)分子質(zhì)量的鈣結(jié)合蛋白,其家族的不同分子具有廣泛的生物學(xué)活性,在細(xì)胞增殖、分化、肌肉收縮、基因表達(dá)、分泌及細(xì)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(dú)有的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn),是一種具有促進(jìn)炎性反應(yīng)的鈣結(jié)合蛋白,其主要作用是使血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá)上調(diào)、激活炎性細(xì)胞、化學(xué)趨化和抗微生物作用?,F(xiàn)就S100蛋白的種類、分子結(jié)構(gòu)、生物學(xué)特性,特別是S100A12蛋白的臨床應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。
S100蛋白家族是一個(gè)鈣結(jié)合蛋白家族,其相對(duì)分子質(zhì)量為10×103~12×103,其氨基酸序列在脊椎動(dòng)物中高度保守,與鈣調(diào)蛋白及其他EF手型鈣離子結(jié)合蛋白具有高度同源性[1]。目前共發(fā)現(xiàn)有20種結(jié)構(gòu)與功能相似、存在于不同部位的可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外Ca2+的 S100蛋白,包括S100A1~S100A13、S100B、S100C、S100P、鈣粒蛋白 C、鈣結(jié)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(gè)EF手型結(jié)構(gòu),末端序列較短。EF手型結(jié)構(gòu)由具高親和性和選擇性與鈣離子結(jié)合的螺旋-環(huán)-螺旋組成,兩側(cè)為疏水區(qū),中間為鉸鏈區(qū)。兩個(gè)EF手中間的鉸鏈區(qū)和C端擴(kuò)展區(qū)在不同成員中多變,產(chǎn)生成員獨(dú)特生物活性[5]。S100蛋白是由兩個(gè)同分異構(gòu)的2個(gè)亞單位(α,β)組成的同型二聚體或異型二聚體。細(xì)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(xué)功能多涉及蛋白質(zhì)的磷酸化、參與細(xì)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(zhuǎn)錄因子、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)分化、參與炎性反應(yīng)等。
S100A12基因定位于人染色體1q21,DNA全長(zhǎng)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(duì)分子質(zhì)量為10.575×103,由92個(gè)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(jià)二聚體的形式存在。細(xì)胞內(nèi)的S100A12主要以同型二聚體存在,與鈣離子結(jié)合后活化,并與靶蛋白結(jié)合,調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。細(xì)胞外循環(huán)S100A12大多以同型二聚體和六聚體存在,具有細(xì)胞因子樣特征。S100A12基因有3個(gè)外顯子,由兩個(gè)長(zhǎng)度分別為900 bp和400 bp的內(nèi)含子分開。第1個(gè)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(zhuǎn)錄啟動(dòng)子上游30個(gè)核苷酸處,S100A12蛋白的兩個(gè)EF手基序分別由第2和第3外顯子編碼。S100A12正常表達(dá)于中性粒細(xì)胞[9],同時(shí)在淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞中有低表達(dá)。當(dāng)與鈣離子結(jié)合后,S100A12構(gòu)象發(fā)生改變,暴露與靶蛋白的結(jié)合位點(diǎn),結(jié)合后通過(guò)與相應(yīng)的靶蛋白作用發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)[10]。
S100A12在炎癥調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用,參與了機(jī)體的免疫防御反應(yīng)或炎性反應(yīng),調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)分化、生長(zhǎng)抑制、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等,在炎癥性腸病(investment banking division,IBD)、關(guān)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(guān)系 德國(guó)明斯特大學(xué)的Foell等[12]測(cè)定45例IBD患者(其中30例克羅恩病患者、15例潰瘍性結(jié)腸炎患者以及30例正常對(duì)照者)血清 S100A12的水平,結(jié)果顯示 IBD患者S100A12的水平明顯高于正常對(duì)照組,提示S100A12可能對(duì)IBD的發(fā)病機(jī)制起重要的作用,S100A12可能作為IBD疾病活動(dòng)有用的標(biāo)志物。
S100A12是一種由粒細(xì)胞分泌的促炎性反應(yīng)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(guò)檢測(cè)糞便中粒細(xì)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(biāo)志物。為進(jìn)一步研究,他們檢查了有IBD癥狀的171例患者的糞便標(biāo)本和24例作為對(duì)照的健康者的糞便標(biāo)本,并且檢測(cè)了171例患者的腸活組織標(biāo)本中的促炎癥蛋白S100A12水平。結(jié)果顯示,活動(dòng)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(duì)照中,這種標(biāo)志物具有86%的靈敏度和96%的特異度。而在IBD和健康人對(duì)照中,標(biāo)志物的靈敏度和特異度可以達(dá)到86%和100%。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)糞便促炎癥蛋白S100A12在細(xì)菌性腸炎中也上升,但是在病毒性胃腸炎中無(wú)變化。以上證據(jù)表明,如果排除了細(xì)菌性腸炎,糞便促炎癥蛋白S100A12可以作為監(jiān)測(cè)IBD活動(dòng)的理想的非侵入性標(biāo)志物。這種中性粒細(xì)胞分泌的蛋白提供了一種新的監(jiān)測(cè)IBD的非侵入性生物學(xué)指標(biāo)。
Manolakis等[14]最新研究,用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定64例潰瘍性結(jié)腸炎患者、64例克羅恩病患者及73例IBS患者血清S100A12水平,結(jié)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(yīng)蛋白水平呈正相關(guān),提示對(duì)鑒別IBD和IBS有一定的意義,血清S100A12可能作為IBD炎性標(biāo)志物。
3.2 S100A12與關(guān)節(jié)炎的關(guān)系 德國(guó)Foell等[15]研究顯示,滑膜組織中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)、銀屑病關(guān)節(jié)炎和血清陰性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病中起至關(guān)重要的作用。其中,血管功能改變和內(nèi)皮激活對(duì)于疾病的發(fā)生、發(fā)展非常重要。而S100A12(EN-RAGE)由激活的粒細(xì)胞分泌并與其受體結(jié)合,進(jìn)一步誘導(dǎo)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(jìn)行研究,應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)了滑膜S100A12的表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),S100A12在炎癥性滑液組織中強(qiáng)烈表達(dá),但在對(duì)照組和已經(jīng)成功控制病情的患者中則幾乎檢測(cè)不到。因此推測(cè),血清中的S100A12水平與疾病的活動(dòng)程度相關(guān),并指出S100A12在炎性組織的局部表達(dá),說(shuō)明其在滑膜炎中有重要作用,特別是銀屑病關(guān)節(jié)炎。而且,活動(dòng)性關(guān)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(shuō)明其是一項(xiàng)有意義的血清學(xué)指標(biāo)。Foell等[15]認(rèn)為,對(duì)于RA和銀屑病關(guān)節(jié)炎患者,S100A12是一項(xiàng)對(duì)診斷具有重要意義的血清學(xué)指標(biāo)。
Rouleau等[16]對(duì)鼠靜脈注射 S100A12導(dǎo)致了粒細(xì)胞由骨髓向外周血的遷移,提示S100A12通過(guò)誘導(dǎo)骨髓釋放,激活中性粒細(xì)胞黏附和向炎性區(qū)域的遷移刺激了中性粒細(xì)胞的募集。Yang等[17]也提出,S100A12在慢性炎性反應(yīng)中具有白細(xì)胞遷移作用。Liao等[18]對(duì)RA中具有侵蝕、致殘傾向的蛋白標(biāo)志物研究篩選出33個(gè)可能的預(yù)選標(biāo)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(yīng)蛋白和S100A12的6個(gè)S100蛋白家族,同時(shí)侵蝕性RA患者血清C反應(yīng)蛋白、S100A12等的水平較非侵蝕性RA和正常個(gè)體也是明顯升高的。
3.3 S100A12與心血管疾病的關(guān)系 日本的一項(xiàng)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(guān)[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(xiàng)橫斷面研究納入550例血透患者,并評(píng)估血漿S100A12水平和心血管疾病的關(guān)系,結(jié)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(wú)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(guān)的獨(dú)立因素。與心血管疾病患病率相關(guān)的其他因素,包括糖尿病(OR=2.81,P<0.01)和超敏 C反應(yīng)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(guān)(n=348)[19]。
Mori等[20]檢測(cè)透析患者的血清S100A12水平,并用超聲檢測(cè)頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度的最大值與血漿S100A12水平呈正相關(guān)。逐步回歸分析還認(rèn)為血漿S100A12是反映頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度最大值的一個(gè)重要的獨(dú)立因素,認(rèn)為S100A12蛋白參與了血液透析患者動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展進(jìn)程。
S100A12蛋白是一種具有促進(jìn)炎性反應(yīng)的鈣結(jié)合蛋白,能夠調(diào)節(jié)多種基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá),激活炎性細(xì)胞,具有化學(xué)趨化和抗微生物作用。S100A12在炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用,在諸多疾病中的價(jià)值已得到證實(shí)。相信隨著對(duì)S100A12蛋白研究的不斷深入,勢(shì)必對(duì)炎癥性腸病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎以及心血管病等疾病的研究和防治起到越來(lái)越重要的作用,為這些疾病和相關(guān)臨床研究提供一條新的思路。
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