S100A9與消化系統腫瘤的關系研究進展

陳亞東，吳東霞，彭婭，劉鵬

(湖南省人民醫院，長沙410000)

國內外專家在消化系統腫瘤領域已開展了大量研究，在消化系統腫瘤的早期診斷、預防及治療方面取得較大進步。然而目前的研究進展仍不能滿足臨床需求，近年來我國消化系統腫瘤發病率、病死率仍呈逐年增高趨勢，在所有惡性腫瘤疾病中占比重最大，承擔的經濟負擔最多。尋找有效的腫瘤分子標志物及治療靶點仍為未來消化系統腫瘤的主要研究方向。目前已有報道S100A9可調節炎癥反應參與慢性炎癥相關性疾病的進程并能調節細胞周期及細胞分化，在腫瘤細胞增殖、侵襲、轉移等過程中起關鍵作用[1]。此外，亦有報道S100A9可作為消化系統腫瘤的分子標志物協助臨床診斷、判斷預后，并可作為腫瘤靶向治療的特異性靶點[2]。本文參考了國內外大量關于S100A9的文獻，擬對S100A9在消化系統腫瘤中的研究進展進行系統綜述。

1　S100A9的生物學特性

S100蛋白為脊椎動物中重要的蛋白家族，其特征為具有螺旋-環-螺旋(“EF手型”)構象2個鈣結合位點。目前發現至少有24種不同的S100蛋白，其基因大多分布于染色體1q21的上皮分化復合物處，提示S100蛋白家族的功能與人上皮分化活動關系密切。S100A9為其中的重要成員，可與鈣離子、鋅離子結合通過構象改變參與細胞活動，并能與S100A8形成二聚體(S100A8/A9)發揮其生物學功能。正常狀態下，S100A9多定位于骨髓來源細胞，細胞內S100A9通過Ca2+依賴性的方式作用于特異性靶位點，可調節骨髓細胞的分化、成熟及遷移，S100A9在其他組織細胞亦有少量表達[3]。腫瘤組織中的S100A9主要位于腫瘤細胞間的基質細胞及炎性細胞中，S100A9可通過自分泌或旁分泌方式作用于細胞外膜受體，通過這種方試調控細胞內信號通路促進下游效應分子的表達[3]。此外，細胞外分泌性的S100A9可作為趨化因子誘導髓源性抑制細胞(MDSC)等炎癥細胞遷移、聚集，調節局部炎癥反應及免疫監視功能，改變腫瘤微環境,促進腫瘤發生、浸潤、轉移[4]。

2　S100A9在消化系統腫瘤中的表達

目前已報道S100A9在食管腺癌、胃癌、肝癌、膽道系統腫瘤、胰腺癌、結直腸癌組織及血清中呈高表達[5]。在非鋅缺乏相關性食管鱗狀上皮細胞癌中表達降低[6]。此外，在消化系統腫瘤相應的體液，如胃液、膽汁、胰液及糞便中S100A9的表達亦高于正常對照[7, 8]。S100A9還與炎癥相關性疾病關系密切，并參與消化系統腫瘤癌前病變及高危因素疾病的發展過程及病情活動。已有報道在巴雷特食管、幽門螺桿菌相關性胃炎、慢性肝炎、原發性硬化性膽管炎等S100A9較正常對照組表達增高[9, 10]，且在BE-上皮異性增生-食管腺癌的分化階段及慢性肝炎-肝硬化-肝癌疾病進展過程中S100A9呈漸進性高表達[9, 11, 12]，S100A9在原發性硬化性膽管炎活動期的表達較靜止期更高，這些結果提示S100A9參與由消化系統慢性炎癥到消化系統腫瘤的整個致病過程。目前的研究結果表明炎癥性腫瘤微環境與MDSC相關。局部組織中的S100A9可誘導MDSC遷移、聚集，并抑制MDSC分化為成熟骨髓細胞，通過抑制T細胞、NK細胞的免疫殺傷功能促進腫瘤免疫逃逸。MDSC本身可合成、釋放S100A9，進一步促進MDSC的遷移、聚集，通過這種方式保證局部環境中MDSC的數量以維持其功能狀態[13]。

3　S100A9相關的信號通路與消化系統腫瘤發生發展的關系

3.1 MAPK信號通路 MAPK信號傳導通路在腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲、轉移及血管形成過程中發揮重要作用。已報道S100A9在食管癌、胃癌、肝癌及結腸癌相關研究中通過作用于細胞表面的RAGE，活化MAPK通路的ERK1/2、p38信號，進一步活化NF-κB促進MMP、CXCL等效應因子的表達，調控腫瘤細胞的增殖、浸潤、轉移[14～16]。但這一過程并不完全依賴于RAGE，當RAGE被特異性物質阻斷時，S100A9亦可與TLR4相互作用激活MAPK信號通路及其下游效應因子[1, 14]。

3.2 TGF-β/Smads信號通路 TGF-β在體內參與調節細胞生長及細胞分化。已有研究報道胰腺導管癌及結腸癌的發病機制與Smad4功能缺失有關，僅Samd4功能存在時S100A8/A9抑制AKT、NF-κB信號通路的激活。TGF-β可調節Smad4的功能，TGF-β信號異常可導致Smad4功能缺失削弱S100A9的抑制作用，從而促使AKT、NF-κB信號通路的活化導致腫瘤增殖、血管生成并促進上皮間質轉化，S100A9水平升高可拮抗TGF-β阻斷上述過程[17]。

3.3 Wnt/β-連環蛋白信號通路 Wnt/β-連環蛋白信號通路被認為是結腸癌發生的中心環節，幾乎在所有結腸癌中均存在該通路激活，在結腸癌中S100A9與β-連環蛋白及其靶基因c-myc和MMP7水平同時升高，表明S100A9與Wnt/β-連環蛋白信號通路在結腸癌腫瘤中關系密切[5]，此前曾有報道S100A4為Wnt /β-連環蛋白/ TCF介導信號通路的直接轉錄靶點，β-連環蛋白的表達直接調控S100A4水平，且已證實S100A4為結腸腫瘤上皮-間充質轉化過程中重要的參與因子[18]，S100A4很可能受Wnt/β-連環蛋白信號通路調控參與結腸腫瘤的發生。S100A4與S100A9為同一家族蛋白，基因位點相鄰、結構相似，其功能亦可能相近，然而S100A9與Wnt/β-連環蛋白信號通路的機制學研究較少，其參與結腸癌進程的具體機制有待更多研究闡明[19]。

3.4 p53信號通路 p53為細胞內的抑癌基因，p53信號通路激活促使細胞凋亡。研究發現S100A9基因中包含p53結合位點，為p53的直接轉錄靶標。p53信號通路激活后可促進S100A9高表達，并以部分p53依賴的方式誘導細胞凋亡。食管鱗狀上皮細胞癌中存在野生型的p53突變，這可能為食管鱗狀上皮細胞癌中S100A9表達降低的原因，食管鱗狀上皮細胞癌中下調S100A9后細胞凋亡受抑，促使腫瘤發生。

4　S100A9與消化系統腫瘤的臨床關系

4.1 S100A9有助于消化系統腫瘤的診斷S100A9在多數腫瘤組織、血清及相應體液中呈高表達，可作為腫瘤分子標志物應用于消化系統腫瘤的診斷中。目前已報道S100A9在胃癌、肝癌、膽管癌、結直腸癌的診斷中受試者工作特征曲線下面積(AUC)可達75.0%～89.4%[9, 20, 21]，聯合其他分子標志物可提高診斷效果。已報道S100A9聯合大便隱血試驗可將結腸癌預測模型AUC由87.78%提高到90.65%，S100A9聯合AAT 可將早期胃癌預測模型AUC值由75.0%提高到81%，聯合GIF后胃癌進展預測模型AUC值提高到92%[21]。隨著更多消化系統腫瘤分子標志物的開發、組合，S100A9在消化系統腫瘤中的診斷意義將進一步提升。

4.2S100A9有助于評估消化系統腫瘤的預后 S100A9與腫瘤的浸潤及轉移能力有一定關系，并能作為預后觀察指標。研究表明外源性S100A9抑制胃癌細胞的侵襲及遷移，沉默S100A9表達后胃癌細胞的侵襲及遷移能力增加，胃癌中基質S100A9的表達與腫瘤大小、浸潤深度、淋巴結轉移呈負相關,同時高表達S100A9者具有更好的預后[7, 22]。研究者還觀察到結腸癌細胞可內化微環境中的S100A9，而其他類型的癌細胞并無此現象，內化S100A9后可抑制腫瘤細胞增殖并促進細胞凋亡[23]，這提示S100A9表達升高可能為機體的自我保護機制。然而，其他的研究更傾向于S100A9的表達促進腫瘤的浸潤、轉移，外源性S100A9促進結腸癌及胰腺癌細胞的增殖、轉移，結直腸癌組織內S100A8/A9陽性細胞計數及血清S100A9水平升高提示更大的腫瘤體積、腫瘤高分化程度及存在轉移灶[24]。提示S100A9能協助判斷消化系統腫瘤預后，可為患者治療方案選擇提供參考依據。

4.3 S100A9有助于消化系統腫瘤的靶向治療S100A9對消化系統腫瘤增殖、浸潤及遷移的影響不盡一致，上調或阻斷S100A9表達及相關信號通路的活化可抑制腫瘤活動，這是S100A9作為靶向治療靶點的支持依據。Tasquinimod為S100A9特異性阻斷劑，可阻斷S100A9與其配體(RAGE/TLR4)的結合，可調節性骨髓細胞亞群的聚集和活化影響IL-12、PD-L1等細胞因子的釋放，具有調節腫瘤微環境、調節免疫、抗血管生成和轉移功能[25]。已報道Tasquinimod的Ⅱ期雙盲隨機研究中，在前列腺癌的治療中Tasquinimod組6個月無進展生存期較安慰劑組顯著提升(69%vs 37%)，有較好的臨床療效，目前已進入Ⅲ期藥物臨床實驗中[26]。Tasquinimod在消化系統腫瘤中的研究尚處于基礎階段，隨著消化系統靶向治療的發展，其價值亦將不斷發掘。

CHAPS被認為是阻斷受體與配體結合的潛在抑制劑。Chang等[27]的研究發現CHAPS可影響S100A9和RAGEV結構域之間的結合并抑制結腸癌SW480細胞增殖活性。進一步改進特異性后，CHAPS有望作為S100A9與RAGE結合的拮抗劑運用于臨床靶向治療。

5　小結與展望

S100A9在多數消化道腫瘤組織及消化液中呈高表達，為新興的腫瘤標志物，結合其他腫瘤特異性分子標志物可對消化道腫瘤作出較為準確的診斷。此外，S100A9的表達還可對消化系統各腫瘤的良惡性、分化程度、浸潤轉移及術后復發、總體預后進行預判，可有效協助臨床醫生對患者病情的把握，可用于指導手術切緣及術式的選擇及術后是否需進行其他治療方式。隨著腫瘤的靶向藥物不斷開發，更多的靶向藥物用于腫瘤晚期治療中，靶向藥物耐藥為不可避免的一個問題[28]。S100A9特異性阻斷劑及其拮抗劑已問世，S100A9及其相關通路為可供選擇的腫瘤靶向治療靶點。當然，S100A9在診斷中的效能和S100A9及其相關信號通路在腫瘤活動中的地位仍有待進一步探究。

參考文獻：

[1] Laouedj M, Tardif MR, Gil L, et al. S100A9 induces differentiation of acute myeloid leukemia cells through TLR4[J]. Blood, 2017,129(14):1980-1990.

[2] Leanderson T, Liberg D, Ivars F. S100A9 as a pharmacological target molecule in inflammation and cancer[J]. Endocr Metab Immune Disord Drug Targets, 2015,15(2):97.

[3] Markowitz J, Carson WE. Review of S100A9 Biology and its Role in Cancer[J]. Biochim Biophys Acta, 2013,1835(1):100-109.

[4] Condamine T, Ramachandran IR, Gabrilovich DI. S100A9, Inflammation, and Regulation of Immune Suppression in Cancer[M]. England:Cambridge University Press, 2014:4088-4092.

[5] Duan L, Wu R, Ye L, et al. S100A8 and S100A9 are associated with colorectal carcinoma progression and contribute to colorectal carcinoma cell survival and migration via Wnt/beta-catenin pathway[J]. PLoS One, 2013,8(4):e62092.

[6] Pawar H, Srikanth SM, Kashyap MK, et al. Downregulation of S100 Calcium Binding Protein A9 in Esophageal Squamous Cell Carcinoma[J]. The Scientific World Journal, 2015(3):1-10.

[7] Choi JH, Shin NR, Moon HJ, et al. Identification of S100A8 and S100A9 as negative regulators for lymph node metastasis of gastric adenocarcinoma[J]. Histology & Histopathology, 2012,27(11):1439-1448.

[8] Chen KT, Kim PD, Jones KA, et al. Potential prognostic biomarkers of pancreatic cancer[J]. Pancreas, 2014,43(1):22-27.

[9] Sun W, Xing B, Guo L, et al. Quantitative Proteomics Analysis of Tissue Interstitial Fluid for Identification of Novel Serum Candidate Diagnostic Marker for Hepatocellular Carcinoma[J]. Scientific Reports, 2016,6:26499.

[10] Reinhard L, Rupp C, Riedel HD, et al. S100A9 is a biliary protein marker of disease activity in primary sclerosing cholangitis[J]. PLoS One, 2012,7(1):e29821.

[11] Zaidi AH, Gopalakrishnan V, Kasi PM, et al. Evaluation of a 4-protein serum biomarker panel-biglycan, annexin-A6, myeloperoxidase, and protein S100-A9 (B-AMP)-for the detection of esophageal adenocarcinoma[J]. Cancer, 2014,120(24):3902-3913.

[12] Serhal R, Hilal G, Boutros G, et al. Nonalcoholic Steatohepatitis: Involvement of the Telomerase and Proinflammatory Mediators[J]. Biomed Research International, 2015(11):850246.

[13] Ruoting Z, Shiyi C, Shenren C. Correlation between myeloid-derived suppressor cells and S100A8/A9 in tumor and autoimmune diseases[J]. International Immunol Pharmacology, 2015,29(2):919.

[14] Mark R, Bermejo JL, Bierhaus A, et al. The receptor for advanced glycation end products is dispensable in a mouse model of oral and esophageal carcinogenesis[J]. Histology & Histopathology, 2013,28(12):1585-1594.

[15] Kwon CH, Moon HJ, Park HJ, et al. S100A8 and S100A9 Promotes Invasion and Migration through p38 Mitogen-Activated Protein Kinase-Dependent NF-κB Activation in Gastric Cancer Cells[J]. Molecules & Cells, 2013,35(3):226-234.

[16] Wu R, Duan L, Cui F, et al. S100A9 promotes human hepatocellular carcinoma cell growth and invasion through RAGE-mediated ERK1/2 and p38 MAPK pathways[J]. Experimental Cell Research, 2015,334(2):228-238.

[17] Basso D, Bozzato D, Padoan A, et al. Inflammation and pancreatic cancer: molecular and functional interactions between S100A8, S100A9, NT-S100A8 and TGF-β1[J]. Cell Communication & Signaling Ccs, 2014,12(1):20.

[18] He Z, Yu L, Luo S, et al. miR-296 inhibits the metastasis and epithelial-mesenchymal transition of colorectal cancer by targeting S100A4[J]. BMC Cancer, 2017,17(1):140.

[19] Mathias D, Dennis K, Wolfgang W, et al. S100A4 in Cancer Metastasis: Wnt Signaling-Driven Interventions for Metastasis Restriction[J]. Cancers, 2016,8(6):59.

[20] Kim BC, Joo J, Chang HJ, et al. A predictive model combining fecal calgranulin B and fecal occult blood tests can improve the diagnosis of colorectal cancer[J]. PLoS One, 2014,9(9):e106182.

[21] Wu W, Juan WC, Liang CR, et al. S100A9, GIF and AAT as potential combinatorial biomarkers in gastric cancer diagnosis and prognosis[J]. Proteomics Clin Appl, 2012,6(3-4):152-162.

[22] Fan B, Zhang LH, Jia YN, et al. Presence of S100A9-positive inflammatory cells in cancer tissues correlates with an early stage cancer and a better prognosis in patients with gastric cancer[J]. BMC Cancer, 2012,12(1):316.

[23] Kim K, Kim KH, Roh K, et al. Antitumor effects of calgranulin B internalized in human colon cancer cells [J]. Oncotarget, 2016,7(15):20368-20380.

[24] Shu P, Zhao L, Wagn J, et al. Association between serum levels of S100A8/S100A9 and clinical features of colorectal cancer patients[J]. Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban, 2016,41(6):553-559.

[25] Anders O, Jessica N, Anette S, et al. Tasquinimod triggers an early change in the polarization of tumor associated macrophages in the tumor microenvironment[J]. J Immunother Cancer, 2015,3(1):53.

[26] Mehta AR, Armstrong AJ. Tasquinimod in the treatment of castrate-resistant prostate cancer -current status and future prospects[J]. Ther Adv Urol, 2016,8(1):9-18.

[27] Chang CC, Khan I, Tsai KL, et al. Blocking the interaction between S100A9 and RAGE V domain using CHAPS molecule: A novel route to drug development against cell proliferation[J]. Biochim Biophys Acta, 2016,1864(11):1558-1569.

[28] Galun D, Srdicrajic T, Bogdanovic A, et al. Targeted therapy and personalized medicine in hepatocellular carcinoma: drug resistance, mechanisms, and treatment strategies[J]. J Hepatocell Carcinoma, 2017,4:93-103.