S100与子宫内膜异位症的相关性研究进展

高菊梅(综述),张晓玲(审校)

(1.南昌大学研究生院医学部2009级;2.江西省妇幼保健院妇科,南昌330006)

子宫内膜异位症(endometrisis,EMs)是指具有生长功能的子宫内膜组织(腺体和间质)出现在子宫腔被覆黏膜以外的身体其他部位,并在局部生长、浸润、反复出血,从而引起疼痛、包块、不孕等临床表现的妇科常见疾病。EMs的发病率近年来明显增高,但迄今为止,其发病机制仍不清楚。EMS虽为良性疾病,却具有类似恶性肿瘤的侵袭和转移能力[1]。S100A6即钙结合蛋白,是S100蛋白家族的成员之一,在细胞增殖、细胞骨架力学及肿瘤细胞的侵袭和转移中起重要作用[2]。本文就S100蛋白家族,特别是S100A6的结构和分子生物学特点、S100A6在细胞内的功能、S100A6与各种肿瘤之间的关系以及S100蛋白家族成员与EMs的关系做一综述。

1 S100蛋白家族的结构和生物学特点

S100蛋白是一个酸性的钙离子结合蛋白家族,主要存在于脊椎动物中,是钙离子结合蛋白家族中最大的家族,于1965年由B.W.Moore[3]首先在牛脑中发现,因其能完全溶解于中性饱和硫酸铵中而得名。迄今为止,发现的S100蛋白家族成员已有二十多个,其成员在氨基酸水平存在20%～80%程度不等的一致性序列[4]。每个S100蛋白多肽由2个EF手型钙离子结合区域和与之相连的中央铰链区组成,形成螺旋-环-螺旋结构。一个S100蛋白特有的EF手位于N端,也称假EF手,由14个氨基酸组成,侧翼是螺旋HⅠ和HⅡ。C端有一个经典的钙离子结合性EF手,是所有EF手型蛋白都具有的结构,由12个氨基酸组成,侧翼是螺旋HⅢ和HⅣ。与钙离子结合后S100蛋白构象发生改变,暴露出一个较大的疏水性裂隙。这个裂隙由铰链区、螺旋HⅢ和C端的环构成。这个疏水区代表了S100蛋白与靶蛋白相互作用的靶点。S100蛋白多数成员以反向平行“捆扎”的同源二聚体形式存在,少数以异源二聚体、三聚体、四聚体的形式存在,特殊情况下还可以以单体形式存在,这与它们的分化功能有关。目前认为,二聚体是S100蛋白发挥生物学功能的重要形式,以钙或非钙形式与靶蛋白结合,作为2种同源或异源靶蛋白的横桥发挥非常广泛的作用。S100蛋白家族在表达上具有细胞、组织特异性,有特殊的亚细胞定位。S100蛋白还与免疫反应、分化、酶活力、钙离子稳态以及生长有关。S100蛋白在细胞凋亡和存活中也发挥重要的作用[5],这些都可能是促进子宫内膜异位症发生的机制之一。

2 S100A6的结构和生物学特性

S100A6蛋白最初由埃列希腹水肿瘤细胞(Ehrlich ascites tumor,EAT)中分离出来,主要存在于细胞的胞质,胞膜以及核被膜上包括核膜的内表面[6]。S100A6基因位于人1号染色体长臂2区1带(1q21)的250～350 kb之间,与S100A1-5、S100A7-10、S100C等S100基因家族成员、表皮分化基因及原癌基因ski邻近,全长470个氨基酸。该染色体稳定性差,易发生染色体重排,肿瘤在此区的基因常频繁重组,引起S100基因表达失控。S100A6是单拷贝基因,S.Ferrari等[7]于1987年取得了S100A6基因的cDNA全长,证实该基因包含3个外显子,被2个内显子所分隔。起始密码TGA位于103 bp处,终止密码位于373 bp处。因此开放阅读框为270个核苷酸,共编码90个氨基酸。转录因子中的上游刺激因子(Upstream stimulatory factor,USF)可以结合S100A6基因启动子中位于-283/-278和-593/-588的2个E-box,从而启动转录;用deoy寡核苷酸去除USF,则抑制S100A6基因启动子活性;软脂酸盐也可以作用于这2个E-box激活转录,但不能与突变的-283/-278E-box序列结合[8]。引起氧化应激的因子也可与位于S100A6基因中的-290/-281的抗氧化应答元件(Antioxidant response element,ARE)结合,启动S100A6的转录;突变的ARE则抑制转录[9]。此外,NF-Kβ还能结合位于启动子-460/-451的区域,促进S100A6的转录,该转录激活参与肝癌细胞HepG2对TNF的应答[10]。

S100A6蛋白相对分子质量为10 235,与大多数S100蛋白家族成员类似,其活性形式是同源二聚体,S100A6蛋白与钙离子结合后暴露出EF手型经典区,该区可与多种靶蛋白结合,如钙调结合蛋白、原肌球蛋白、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、膜联蛋白Ⅱ、膜联蛋白Ⅵ、膜联蛋白Ⅺ(又称为CAP-50)及钙周期蛋白结合蛋白(Calcyclin binding protein,CacyBP)等[11]。

3 S100A6在细胞内的功能

S100A6在细胞内与膜联蛋白家族成员相互作用,特别是膜联蛋白Ⅺ。膜联蛋白Ⅺ在细胞有丝分裂过程中会改变其细胞定位,围绕纺锤体形成一弧形结构。分裂间期和前期,膜联蛋白Ⅺ位于细胞核中;中前期从核内转移到核膜上,与S100A6位于相同的位置;中后期当核膜裂解时,二者开始聚集在连接多肽2和核膜皱褶的片层上,此后至末期,S100A6裂解;分裂后期膜联蛋白Ⅺ参与了核膜重建,间期又回到核中。S100A6与有丝分裂关系密切,在S期(即细胞分裂的合成期)表达水平最高,提示S100A6可能与有丝分裂有关[12]。由于膜联蛋白、原肌球蛋白、钙调结合蛋白和溶酶菌素均属于肌动蛋白结合蛋白,推测S100A6可能在细胞骨架肌动蛋白中起调节作用。而因为S100A6能够与膜联蛋白及磷脂质结合的蛋白相互作用,可以推测S100A6可能在膜动力学中起作用。S100A6还和p53相互作用,主要通过对p53域的四聚化过程的影响,导致p53低聚和活性减低[13],而p53是抑癌基因,所以可以间接得出结论:S100A6促进癌症的发生。

4 S100A6蛋白与肿瘤的关系

已经发现S100A6的2条作用通路,提示其有抗凋亡和促进增殖的作用。一是S100A6可能与RAGE发生作用,引起依赖活性氧的氨基酸激酶及凋亡蛋白酶3和7的激活来引起神经细胞凋亡,从而激活下游的NF-κ β转录因子调节的一些促进生存和(或)抗凋亡通路[14];二是发现S100A6能够与CacyBP/SIP蛋白作用,影响β-catenin磷酸化,使βcatenin增多,而后者是Wnt信号通路的关键分子,该信号通路在肿瘤的发生、侵袭和转移中有重要作用[15]。

有研究发现,S100A6的减少使细胞形态改变,增生速度变慢,许多缺乏S100A6的细胞停留在G0/G1期。S100A6的缺乏还可引起肌动蛋白骨架的变化,对细胞的黏附和迁移有重要影响[16]。当静止细胞在生理或病理条件下受到血清、表皮生长因子、血小板源生长因子、神经生长因子、视黄醇、缺血性损伤等刺激时,胞内S100A6的表达会有显著的升高[17]。

S100A6蛋白在上皮细胞、成纤维细胞及各种不同的肿瘤细胞中表达水平较高[2]。S100A6在子宫内膜的上皮细胞内呈阳性,在分泌期子宫内膜基质细胞中表达较多[18]。S100A6在卵巢癌性组织中表达高于正常卵巢组织,在晚期卵巢癌患者的组织中表达高于早期患者,在大鼠体内植入卵巢癌细胞越多,血清中检测到的S100A6越多[19]。甲状腺癌组织中S100A6蛋白表达明显多于甲状腺滤泡型腺瘤和癌旁正常的甲状腺组织;甲状腺癌组织中S100A6蛋白的表达阳性率和表达强度与病理类型有关,乳头状癌表达阳性率和表达强度明显高于滤泡状癌[20]。

S100A6与肿瘤侵袭迁移有关。M.A.Weterman等[21]发现,S100A6在黑色素瘤中的表达高于痣细胞,S100A6与黑色素瘤的恶性程度成正相关,且其在裸鼠体内转移的高转移黑色素瘤中表达高于低转移黑色素瘤。胃癌淋巴结转移灶中S100A6的表达高于癌灶,而癌灶中S100A6的表达又高于正常胃黏膜,癌灶中S100A6的表达与肿瘤的大小、侵袭程度相关,癌灶直径越大S100A6表达越高,侵袭肌层及浆膜层者的S100A6表达显著高于只侵袭黏膜下层者[22]。

S100A6与肿瘤的预后有关。通过对正常胰腺组织、胰腺癌前病变、胰腺癌组织的比较可以发现,S100A6在三者中的表达差异有统计学意义,在胰腺癌组织中表达最强烈。而且发现S100A6在细胞核中的表达与胰腺癌的预后呈负相关,但S100A6在细胞质中的表达与胰腺癌的预后没有相关性[23]。非小细胞肺癌的患者中S100A6表达高的生存时间比表达低的长,差异有统计学意义[24]。

S100A6与细胞生长有关。S100A6表达增加的肝癌细胞株,细胞生存率降低,S100A6表达减少的肝癌细胞株细胞生存率提高[25]。敲除S100A6基因的胃癌细胞株,细胞生长缓慢,各时间点计数显著低于未敲除S100A6基因的对照组,加入S100A6基因的胃癌细胞株的生长显著快于未经处理的胃癌细胞株,经过处理的菌落形成率很高,上调S100A6基因能增加G2期的细胞数量,却不能增加S期的细胞数量[26]。加入S100A6基因的胃癌细胞株的细胞凋亡率显著高于未经处理的对照组[27]。

S100A6的表达程度不同,可以用来区分肿瘤类型,如区分胆管细胞型肝癌和肝细胞型肝癌[28]。S100A6蛋白表达程度的不同还可用来区分肿瘤的来源,如区分肝细胞性肝癌和结直肠癌转移性肝癌[29]。

在对S100A6与骨肉瘤的研究中发现,外源性S100A6抑制人骨肉瘤细胞株U2OS的增殖,可促进U2OS的细胞凋亡[30]。S100A6对骨肉瘤的转移有抑制作用,与骨肉瘤的转移程度成负相关[31]。Hue H.L.等[32]研究发现,S100A6在骨肉瘤中过度表达,阻碍了肿瘤细胞的移动和定位,降低肿瘤发生转移的概率。有学者通过敲除S100A6基因,发现骨肉瘤细胞的黏附被抑制,细胞的转移被促进[33]。至今为止,在S100A6与肿瘤关系的研究中发现,只有前列腺癌中S100A6不表达[34],前列腺癌中S100A6的表达缺失可能与S100A6基因启动子的高甲基化有关[35]。

5 S100蛋白家族成员与EMs

S100蛋白是有髓鞘神经的敏感标志物,V.Anaf等[36]对直肠阴道隔的子宫内膜异位结节用S100单抗标记神经进行免疫组化实验,发现子宫内膜异位结节中异位内膜与神经分布有密切的关系,也可以从另一方面说明S100与EMs有着密切的关系。

T.Arimoto等[37]用cDNA微阵列技术检测到S100A13基因在卵巢子宫内膜异位囊肿中表达升高,并且在月经周期分泌期时S100A13蛋白才出现上调。S.Hayrabedyan等[38]采用免疫组织化学方法检测到子宫内膜异位病灶中S100A13蛋白过度表达,S100A13蛋白表达于子宫内膜腺体、子宫内皮细胞、血管平滑肌细胞和间质细胞的胞浆中。S100A13在正常的子宫内膜的腺上皮细胞胞浆中为中等程度染色,在一些异位上皮腺细胞中则过度表达。S100A13在正常子宫内膜的微血管上仅轻微染色,在异位内膜的微血管上染色强阳性,可认为S100A13可能通过促进EMs子宫内膜细胞和血管的生成,促进EMs的发展。

唐莉等[39]用RT-PCT方法检测到正常子宫内膜、EMs的在位内膜和异位内膜组织上均有S100A4 mRNA表达。无论是增生期还是分泌期,异位内膜S100A4 mRNA的相对表达量均显著高于其在位内膜和正常子宫内膜。EMs的在位内膜与正常子宫内膜上S100A4 mRNA的表达量的差异无统计学意义。用免疫组化方法检测到S100A4蛋白在正常子宫内膜、EMs的在位内膜和异位内膜组织中主要表达于腺上皮细胞、血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和一些散在的间质细胞的胞浆中,胞核中未见表达。S100A4蛋白在正常子宫内膜和内异症在位内膜的腺上皮上呈中等程度阳性表达,在异位内膜上呈中等-强阳性表达。S100A4蛋白在正常子宫内膜和EMs在位内膜的血管上为中等-强阳性表达,在异位内膜的血管上为强阳性表达。提示S100A4可能通过促进EMs患者子宫内膜腺上皮细胞的浸润,血管内皮细胞的增生,进而促进EMs的发生发展。异位内膜S100A4蛋白的表达量高于其在位内膜和正常子宫内膜。EMs在位内膜与正常子宫内膜上S100A4蛋白的表达量的差异无统计学意义。

S.Ferrero等[40]的研究发现,S100A8蛋白在EMs患者组织中的表达远高于非EMs患者;在Ⅲ-Ⅳ期的EMs组织中表达高于Ⅰ-Ⅱ期的EMs组织(按rAFS分期)。S100A8在有深部EMs病灶患者的腹水中表达远远高于只有表浅转移的EMs病灶的患者[41]。

6 展望

S100A6与肿瘤的侵袭和转移能力密切相关,而EMs是由多因素引起的良性疾病,却具有类似于恶性肿瘤的侵袭和转移能力。故检测S100A6在EMs的表达,可为进一步揭示EMs的发病机制提供理论依据。

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