李俊霖 賈亞泉 張振強 宋軍營 （河南中醫(yī)藥大學(xué)，鄭州 450046）

神經(jīng)退行性疾病是一類由神經(jīng)組織的慢性和進行性變性引起的疾病，主要病理表現(xiàn)為腦和/或脊髓神經(jīng)元變性和喪失，會導(dǎo)致癡呆等認知障礙。在神經(jīng)系統(tǒng)中，各種免疫細胞和分子在炎癥過程中形成一個巨大的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，清除內(nèi)源性和外源性的致病物質(zhì)來保護機體。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不平衡，如過度的炎癥反應(yīng)和持續(xù)的炎癥狀態(tài)，可能會導(dǎo)致進一步的組織損傷和功能失調(diào)。S100A9 是一種屬于S100 蛋白家族的多功能鈣結(jié)合蛋白，在炎癥信號傳導(dǎo)途徑中發(fā)揮著多種作用。S100 蛋白是最早于1965 年從牛腦組織中提取出的一種能夠100%溶解在飽和硫酸銨中性溶液中的神經(jīng)系統(tǒng)特異性蛋白物質(zhì)［1］。目前S100蛋白家族含有25個已知成員，鈣結(jié)合蛋白S100A9 是比較重要的一個［2］。該蛋白主要在多種炎癥狀態(tài)下由巨噬細胞大量產(chǎn)生，在創(chuàng)傷狀態(tài)下表皮形成細胞及內(nèi)皮細胞表達明顯增多。同時也是急慢性炎癥中的重要促炎介質(zhì)，在炎癥過程中，S100A9 被主動釋放，通過刺激白細胞募集和誘導(dǎo)細胞因子分泌，在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。隨著對S100A9的關(guān)注增多，越來越多的研究表明S100A9 是某些炎癥發(fā)生時的標志物，通過結(jié)合Ca2+、Zn2+、Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4），膜蛋白晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（advanced glyca?tion end products receptor，RAGE）等，S100A9 具有細胞內(nèi)和細胞外調(diào)節(jié)活性，參與細胞骨架重排、炎癥反應(yīng)、花生四烯酸代謝和骨髓細胞成熟等多種生物學(xué)過程［3-4］。此外，S100A9 在細胞內(nèi)和細胞外微環(huán)境中具有雙重且相關(guān)的功能。鑒于S100A9 在炎癥生理學(xué)中的重要作用，其作為炎癥相關(guān)疾病的診斷生物標志物和治療靶點，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

1 S100A9的分子結(jié)構(gòu)

鈣結(jié)合蛋白S100A9 又稱為骨髓相關(guān)蛋白-14（myeloid related protein-14，MRP-14）、細胞遷移抑制因子相關(guān)蛋白-14（migration inhibitory factor-related protein-14，MRP14）等。S100A9常與S100A8通過非共價鍵結(jié)合形成特殊的異源二聚體（S100A8/A9）發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，又稱鈣衛(wèi)蛋白（calprotectin）［5］。S100A9蛋白的相對分子質(zhì)量較小，為13 200。其編碼基因位于人染色體1q21和小鼠第3號染色體上的基因簇上［6］。S100A9多肽鏈含有兩個EF手型結(jié)構(gòu)，其中起重要作用的結(jié)構(gòu)為鉸鏈區(qū)和羧基末端序列，羧基端的EF手型是鈣離子的結(jié)合部位，氨基末端的EF手型表達S100A9蛋白的結(jié)構(gòu)特異性［7］。無鈣離子時，S100A9可與S100A8結(jié)合形成異源二聚體，存在鈣離子時，S100A9和S100A8可與鈣衛(wèi)蛋白結(jié)合形成異源四聚體［8］。S100A9具有帶電荷氨基酸殘基的螺旋環(huán)螺旋基序，這是S100家族成員的共同特征，導(dǎo)致它對二價離子如Ca2+和Zn2+具有高度親和力。與二價離子結(jié)合則改變了S100A9的構(gòu)象，為其發(fā)揮相應(yīng)的功能奠定了基礎(chǔ)。

2 S100A9的定位

S100A9 主要來源于中性粒細胞和單核細胞等免疫細胞，這些細胞含有豐富的S100A9，參與炎癥過程。S100A9在中性粒細胞中，約占細胞質(zhì)蛋白質(zhì)的45%［9］。S100A9 在組織的單核/巨噬細胞系中誘導(dǎo)表達，在中性粒細胞、表皮細胞、軟骨細胞以及特定病理狀態(tài)下的角質(zhì)化細胞中與S100A8 組成性表達。在正常生理條件下，中性粒細胞和髓系樹突狀細胞中儲備有足夠的S100A9，而單核細胞中有低水平的S100A8/A9組成性表達［10］。

3 S100A9在神經(jīng)退行性疾病中的作用

促炎蛋白S100A9 參與神經(jīng)炎癥性疾病和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展，這提示S100A9可能是一種普遍的炎癥生物標志物［11］。神經(jīng)炎癥是與許多神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的病理變化的主要組成部分。S100A8/A9結(jié)合RAGE和TLR4，啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過NF-κB 通路促進S100A9轉(zhuǎn)錄增加，在細胞膜附近介導(dǎo)炎癥級聯(lián)反應(yīng)。淀粉樣級聯(lián)反應(yīng)和神經(jīng)炎癥是阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）和帕金森?。≒arkinson's disease，PD）等進行性神經(jīng)退行性疾病最明顯和密切相關(guān)的病理表現(xiàn)［12］。S100A9 具有淀粉樣變性、神經(jīng)毒性和信號傳導(dǎo)功能，其活性失調(diào)或異常分布均對正常生理活動有毒害作用，并可能形成一些神經(jīng)退行性疾病如AD、PD、腦損傷、腦缺血等重要病理基礎(chǔ)［13-14］。

3.1 S100A9 與AD AD 作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的慢性退行性疾病之一，以神經(jīng)原纖維纏結(jié)（neurofi?brillary tangles，NFTs）、老年斑（senile plaque，SPs）、炎癥損傷及神經(jīng)元死亡為主要病理特征，Aβ 沉積、氧化應(yīng)激、細胞外基質(zhì)變化均是AD 促發(fā)因素［14］。S100A9是斑塊形成和神經(jīng)毒性的重要觸發(fā)因素，也是炎癥相關(guān)神經(jīng)退行性級聯(lián)反應(yīng)中的一個關(guān)鍵因素。S100A9 在AD 腦中表達高度豐富，在AD 患者和AD 模型鼠大腦中大量表達引發(fā)炎癥，損壞認知功能。從AD 早期階段，如輕度認知障礙（mild cog?nitive impairment，MCI）開始，炎癥過程在認知障礙的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，促炎因子S100A9可能是參與早期AD 認知障礙的生物蛋白［11］。對腦脊液和腦組織的研究發(fā)現(xiàn)，從MCI 到AD 癡呆的發(fā)展過程中，腦脊液中S100A9 和Aβ 伴隨減少，與腦組織中兩者的相結(jié)合的淀粉聚集有關(guān)［15］。在AD 腦組織及海馬和皮層神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)了S100A9和Aβ共定位的多個淀粉斑塊。在Tg2576 小鼠中，S100A9 基因敲除可改善小鼠的學(xué)習(xí)和記憶功能，減輕淀粉樣斑塊的沉積［16］。在淀粉樣前體蛋白/早老蛋白1（APP/PS1）小鼠模型中靶向基因破壞導(dǎo)致S100A9的丟失，引起促炎細胞因子的產(chǎn)生減少［17］。S100A9 能夠介導(dǎo)炎癥因子如TNF-α、IL-1β 和MCP-1 等的表達，也可通過與TLR4 或CD33 結(jié)合，激活NLRP3 誘導(dǎo)炎性小體組裝活化與細胞焦亡［18-19］。目前，對S100A9 在AD 中作用機制的認識尚處于早期階段，有待于深入研究。這將為S100A9 在AD 的診斷和治療中既可以作為危險因素，也可以作為治療靶點提供理論支持［18］。

3.2 S100A9 與PD PD 是一種運動功能失調(diào)且最終進展成認知能力失調(diào)的疾病。PD 的主要組織學(xué)特征是出現(xiàn)Lewy 小體，而纖維化的α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）是形成Lewy 小體的主要成分，在PD 腦組織中形成細胞毒性淀粉樣低聚物和成熟纖維［20］。

S100A9 具有促炎癥介質(zhì)和淀粉樣蛋白的雙重特性［18］。慢性神經(jīng)炎癥是PD 病理生理學(xué)的特征之一，與PD 腦組織中促炎癥介質(zhì)水平升高有關(guān)［21］。

持續(xù)的神經(jīng)炎癥促進淀粉樣蛋白S100A9 在腦組織中的擴散可能會觸發(fā)淀粉樣蛋白級聯(lián)反應(yīng)，涉及α-syn，并導(dǎo)致PD 的發(fā)展。由于其固有的淀粉樣變性，S100A9 可能在PD 病理過程中扮演更重要的角色，而不僅僅是疾病相關(guān)的促炎癥介質(zhì)之一。越來越多的證據(jù)表明，S100A9 可能是導(dǎo)致或啟動α-syn淀粉樣蛋白聚集病理級聯(lián)反應(yīng)的重要相關(guān)物質(zhì)。在包括PD 和AD 在內(nèi)的主要神經(jīng)退行性疾病中，最明顯的共同點是神經(jīng)炎癥［22］。APPswe/PS1DeltaE9小鼠的實驗數(shù)據(jù)表明，淀粉樣蛋白對多巴胺功能障礙的致病作用［23］。GRUDEN 等［11］證明了S100A9 對多巴胺能系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響。但HORVATH 等［24］經(jīng)過α-syn 與S100A9 體內(nèi)外共聚集實驗后發(fā)現(xiàn)，與單個蛋白質(zhì)的自組裝相比，兩者的共聚體在體外較快發(fā)生，并導(dǎo)致形成更大的淀粉樣聚集體。S100A9淀粉樣低聚物比α-syn 的毒性更大，而兩者的共同聚集減輕了S100A9 低聚物的細胞毒性。這可能為靶向S100A9 的治療干預(yù)和預(yù)防其在受損傷腦組織中進行淀粉樣蛋白自組裝開辟新途徑。

3.3 S100A9 與創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI） TBI 的病理生理學(xué)主要包括兩個階段：原發(fā)性腦損傷，即損傷的初級階段，機械沖擊直接導(dǎo)致大腦神經(jīng)元損傷、血腫和腫脹；繼發(fā)性腦損傷，通過興奮性氨基酸神經(jīng)毒性、自由基生成、氧化應(yīng)激、鈣離子介導(dǎo)的損傷和炎癥反應(yīng)等不同的分子機制發(fā)生［25］。S100A9 是在TBI 后立即由神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞誘導(dǎo)產(chǎn)生，并在受影響的區(qū)域內(nèi)擴散。同時，在TBI 后S100A9 可在一些細胞中自組裝成淀粉樣蛋白，可能擾亂細胞、組織穩(wěn)態(tài)，觸發(fā)淀粉樣神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)［26］。S100A9 基因敲除實驗已證明S100A9 在TBI 中的有害作用。S100A9 的缺失可導(dǎo)致神經(jīng)炎癥減輕，神經(jīng)保護增強，TBI 后功能轉(zhuǎn)歸改善［27］。目前研究表明TBI是AD 和PD 等神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的一個重要危險因素。TBI 可通過改變腦內(nèi)酸堿平衡，導(dǎo)致腦組織酸中毒，從而導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和不良的結(jié)果［28］。同時，TBI 后S100A9 驅(qū)動淀粉樣神經(jīng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，隨著S100A9 大量產(chǎn)生沉積，產(chǎn)生長期繼發(fā)性炎癥反應(yīng)，則可能導(dǎo)致Aβ 和S100A9淀粉樣低聚物、原纖維和斑塊的形成和沉積等為特征的神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?9］。以上研究為探討S100A9 在TBI 中的病理作用提供了新的思路，為減輕腦損傷提供了新的治療靶點。

4 展望

關(guān)于S100A9 對神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的影響越來越受到重視，促炎蛋白S100A9逐漸被認為是導(dǎo)致炎性神經(jīng)性病變的重要因素。隨著S100 蛋白進一步深入的研究，闡明S100A9在這些疾病病理生理學(xué)中的作用機制，可能導(dǎo)致新的更有效的治療方法的發(fā)展和應(yīng)用。因此，未來的研究應(yīng)側(cè)重于驗證S100A9蛋白作為早期疾病檢測和預(yù)后的生物標志物，以及開發(fā)基于抗S100A9療法的新策略。