S100A8/A9蛋白在心血管疾病中的研究进展

张新鑫，潘一龙，王琳琳，李晓东

(中国医科大学附属盛京医院第一心血管内科，沈阳 110004)

心血管疾病尤其是冠心病造成的巨大经济和健康负担严重影响着人们的生命健康，已成为重大的公共卫生问题[1]。中国心血管疾病的患病率持续上升，据《中国心血管病报告2017》估计，中国心血管疾病的患病人数高达2.9亿，其中高血压患者最多，达2.7亿；其次是脑卒中患者，接近1 300万；冠心病患者约有1 100万；此外，外肺源性心脏病、心力衰竭、风湿性心脏病、先天性心脏病的患者数量都高达数百万[1]。

自2009年起，农村居民心血管疾病死亡率持续高于城市[2]。2015年，农村居民总心血管病死亡率为298.42/10万，其中心脏病和脑血管病的死亡率分别占心血管疾病总死亡率的48.5%和51.5%；城市居民心血管病死亡率为264.84/10万，其中心脏病和脑血管病的死亡率分别占心血管疾病总死亡率的51.6%和48.4%[2]。目前，心血管疾病是城乡居民的首位死亡原因，心血管疾病导致的死亡占农村居民总死亡原因的45.01%，占城市居民总死亡原因的42.61%[2]。未来10年，中国心血管疾病的患病人数仍将快速增长。有研究表明，炎症在冠状动脉粥样硬化的各阶段均发挥重要作用，其中S100A8/A9蛋白参与多种炎症性疾病的病理生理过程，主要由活化的中性粒细胞和单核巨噬细胞分泌产生，并通过募集白细胞以及调控血管炎症的发生导致血管损伤后的生物应答[3]。现就S100A8/A9蛋白在心血管病中的研究进展予以综述。

1 S100A8/A9蛋白概述

S100A8/A9是以共价键结合形成的异二聚体，又称钙卫蛋白。1965年，神经蛋白质S100蛋白首次从牛脑中提取出，其分子量约10 000 Da，可完全溶解于饱和硫酸铵，故命名为S100[3-4]。S100A8和S100A9又称为髓样相关蛋白8/14异源二聚体，是S100家族的Ca2+结合蛋白，通常以异二聚体的形式存在，由于同源二聚体稳定性较差，因而很少存在；人S100A8和S100A9分别由93个和113个氨基酸残基组成，且S100A9具有由110个氨基酸残基组成的亚型[3]。中性粒细胞分离出的S100A8和S100A9以共价键结合形成的异二聚体，可在体内或体外以同源二聚体或异源二聚体的形式稳定存在[4]。S100A8和S100A9均具有由带电荷氨基酸残基组成的螺旋-环-螺旋结构，对二价离子(如Ca2+和Zn2+)具有高度亲和力，与二价离子结合可改变S100A8/A9的空间构象，从而发挥S100A8和S100A9的功能[3]。

多种细胞类型可影响心血管疾病的进展，明确表达和释放S100A8/A9的细胞是阐明S100A8/A9心血管效应的第一步[4]。S100A8/A9被认为仅限在中性粒细胞和单核细胞中表达。然而，有研究强调了S100A8/A9可在一些成熟髓系细胞中持续表达，并可在非髓系心血管细胞中诱导S100A8/A9的表达[4]。成熟髓系细胞和非髓系心血管细胞在心血管生物学和疾病中扮演着不同角色，并受到S100A8/A9的不同影响。S100A8/A9由中性粒细胞和单核细胞分泌，同时受Ca2+的调控。S100A8/A9参与细胞骨架的排列和花生四烯酸的代谢，人体中循环的S100A8/A9水平与中性粒细胞计数呈正相关，其表达随吸烟、肥胖、高血糖和血脂异常等传统心血管危险因素的增多而增加[5]。细胞外S100A8/A9可通过Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)和晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)以及其他受体的调节而发挥作用。已有研究表明，S100A8/A9可促进小鼠动脉粥样硬化的形成[4,6]。临床试验表明，S100A8/A9与冠状动脉和颈动脉粥样硬化的程度及易损斑块的表型相关[3]。S100A8/A9在心肌梗死后局部释放并加重心肌缺血再灌注损伤相关的炎症反应。血浆S100A8/A9水平升高与健康人群及心肌梗死后患者的未来冠状动脉事件的发生风险有关，可能成为新的心血管疾病的生物标志物和治疗靶标[3]。

2 S100A8/A9作用机制

2.1S100A8/A9与炎症 在炎症期间，S100A8/A9由中性粒细胞和单核细胞分泌，并通过刺激白细胞聚集和诱导细胞因子分泌调节炎症反应[3]。S100A8/A9可能成为炎症相关疾病的诊断和治疗效果以及新的随访候选生物标志物。有研究表明，通过小分子抑制剂或抗体阻断鼠模型中S100A8/A9的活性可改善其炎症病理状况，可见S100A8/A9具有作为治疗靶点的潜力，且S100A8/A9阻断剂已研发成功，并已被批准用于临床试验[3,7]。S100A8/A9作为炎症相关疾病的诊断生物标志物和治疗靶标，在炎症生理中发挥重要作用，具有巨大的临床应用潜力[3]。

2.2S100A8/A9与动脉粥样硬化 S100A8/A9作为活跃的中介因子，在多种自身免疫疾病和炎症疾病的发病机制中发挥作用，中性粒细胞和S100A8/A9在心血管疾病发病机制中的作用逐渐受到关注[8-10]。中性粒细胞的致动脉粥样硬化作用现已得到证实[4]。有研究认为，S100A8/A9可通过增加动脉管壁中性粒细胞和单核细胞的聚集和激活加速动脉粥样硬化的发生[4]。S100A8/A9存在于小鼠和人类的动脉粥样硬化斑块中，是治疗动脉粥样硬化斑块形成的潜在靶点，通过TLR4和RAGE信号转导，S100A8/A9作用于内源性受体导致动脉粥样硬化[11-13]。RAGE在糖尿病患者和糖尿病小鼠的动脉粥样硬化斑块中过表达，载体蛋白E缺陷糖尿病小鼠的S100A8/A9通过RAGE信号转导，激活核因子κB、血管细胞黏附分子-1和血浆单核细胞趋化因子-1，导致动脉粥样硬化病变[11]。而阻断RAGE信号转导，S100A8/A9则无法导致动脉粥样硬化病变的发生，表明RAGE及其配体在与糖尿病相关动脉粥样硬化的加速发生过程中发挥重要作用[4]。

进一步的临床研究证实，血浆S100A8/A9与1型糖尿病和2型糖尿病患者冠心病的严重程度呈正相关[14]。无冠心病病史的糖尿病患者以及无心血管病史中年患者的S100A8/A9也与颈动脉内膜-中膜的厚度相关[15]。人体颈动脉斑块免疫组化和生化分析显示，易感人群(如高血脂、巨噬细胞浸润、胶原含量低、炎症细胞因子和基质金属蛋白酶水平升高人群)的S100A8/A9含量增加[16]。研究发现，高浓度S100A8/A9患者的易破裂动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞数量增加，且高浓度S100A8/A9患者的单核细胞会率先聚集到动脉粥样硬化斑块中[16]。对2型糖尿病患者颈动脉斑块的超声分析表明，回声斑块与血浆S100A8/A9水平升高有关，回声斑块通常是易损斑块，在接受颈动脉内膜切除术患者中，血浆和颈动脉斑块中高浓度S100A8/A9与随访期间急性心血管事件(致命或非致命)的发生率相关，与心血管事件的危险因素和C反应蛋白无关[17]。

2.3S100A8/A9与心功能不全 S100A8/A9在受损心脏中具有重要功能，尤其在败血症引起的心血管功能障碍方面[18]。内毒素的作用造成S100A8/A9缺陷小鼠的心肌功能受损，表现为射血分数的降低。将脂多糖注入心肌组织，可激活RAGE信号通路，导致Ca2+内流改变,而S100A8/A9缺陷可阻滞RAGE信号通路，造成心肌收缩功能受损，从而减少Ca2+内流[6]。此外，对实验性自身免疫性心肌炎大鼠模型的研究发现，与0.9%氯化钠注射液对照组相比，重组人S100A8/A9治疗可提高左心室射血分数，减少免疫炎症细胞浸润，降低细胞因子的表达水平[6]。因此，小鼠心脏中S100A8/A9的作用机制可能取决于激活RAGE信号通路或其他受体的作用，但对人类心脏的作用尚不清楚[3]。

2.4S100A8/A9与急性冠状动脉综合征 与稳定型心绞痛或经冠状动脉造影评估为正常冠状动脉形态的患者相比，急性冠状动脉综合征患者的血浆S100A8/A9水平升高[19]。由于缺血心肌细胞中S100A8/A9的信使RNA和蛋白均未升高，故认为S100A8/A9可能由被活化聚集到冠状动脉病变损伤部位的单核细胞和中性粒细胞释放[19]。Altwegg等[19]的研究也表明，ST段抬高型心肌梗死患者冠状动脉闭塞部位的S100A8/A9明显高于体循环部位。此外，在血栓阻塞处和梗死心肌中发现S100A8/A9阳性的中性粒细胞和巨噬细胞[19]。心肌梗死患者血浆S100A8/A9水平在肌钙蛋白T、肌酸激酶等经典心肌损伤标志物出现前升高，较不稳定型心绞痛患者升高更明显[20-21]。但S100A8/A9对急性胸痛心肌梗死患者的诊断性较差，且未对心肌肌钙蛋白提供额外信息[20]。对血小板信使RNA的排列和逆转录聚合酶链反应分析显示，ST段抬高型心肌梗死患者的S100A9信使RNA水平明显高于稳定型心绞痛患者[21]。由于血小板转录直接来自巨噬细胞信使RNA，可反映急性事件发生前的血小板组成，并可能导致心肌梗死患者血小板和对照组血小板功能的差异。

在缺血损伤后数小时内，坏死心肌细胞中心肌肌钙蛋白的释放达到峰值，而S100A8/A9在缺血损伤后3～5 d达到峰值，并在缺血损伤后数周内持续升高[22]。S100A8/A9水平与白细胞峰值和中性粒细胞计数相关，可能与S100A8/A9刺激骨髓中性粒细胞产生的能力有关。心肌梗死患者因S100A8/A9介导的TLR4上调和分泌肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6，增加了单核细胞反应[23-24]。急性心血管事件发生14 d后，血浆单核细胞TLR4表达和炎症细胞因子水平持续升高，并与心力衰竭的发生相关[24-26]。实验数据表明，TLR4缺乏可预防冠状动脉缺血后心功能不全的发生[24]。在冠状动脉闭塞小鼠模型中，S100A8/A9与巨噬细胞的RAGE结合可触发核因子κB激活，促进炎症细胞因子产生，增强免疫细胞向心肌聚集，由此可见，S100A8/A9可加重局部缺血再灌注损伤引起的心肌炎症，加速心肌重塑和心力衰竭的发生[25]。

既往研究表明，健康女性人群血浆S100A9水平可有效地预测未来发生非致死性心肌梗死、非致死性中风和心血管死亡的风险，使人们对S100A8/A9与心血管病相关性研究的兴趣明显增加[21]。随访绝经女性3年的研究发现，S100A8/A9水平在高四分位数范围内绝经后女性发生急性心血管事件的风险较S100A8/A9在低四分位数范围内的绝经后女性高3.8倍，并与其他心血管病风险因素无关[4]。随后，S100A8/A9成为急性冠状动脉综合征的早期检测指标。对急性冠状动脉综合征的PROVE IT-TIMI强化降脂治疗的试验研究发现，随着S100A8/A9的增加，心血管事件的复发风险升高，可见，血浆S100A8/A9浓度升高是发生心血管事件的原因之一[4]。

Morrow等[27]对237例PROVE IT-TIMI他汀类药物治疗试验病例的病例对照研究是目前唯一的S100A8/A9评估试验，可作为急性冠状动脉综合征预后生物标志物价值的研究。对急性心血管事件发生30 d后患者的随访发现，急性心血管事件发生30 d内发生终点事件(心肌梗死或死亡)患者的S100A8/A9升高[27]。S100A8/A9值在最高四分位内患者发生复发事件的风险是最低四分位内患者的2倍，与糖尿病、高血压、既往心血管疾病、心力衰竭和高敏C反应蛋白无关。治疗30 d后，他汀类药物强化治疗组(阿托伐他汀80 mg)血浆S100A8/A9较中度治疗组(阿托伐他汀40 mg)降低。与高血压患者或健康受试者相比，老年人群(>70岁)患严重心力衰竭(纽约心脏病协会心功能分级 Ⅲ～Ⅳ级)患者的S100A8/A9水平明显升高[28]。心力衰竭组S100A8/A9与白细胞介素-6、白细胞介素-8呈正相关，可根据S100A8/A9水平预测1年内患者的死亡风险[28]。

3 S100A8/A9作为心血管病治疗靶点的可能性

S100A8/A9可能参与动脉粥样硬化以及斑块易损性、缺血相关性心肌炎症和心力衰竭，是心血管病的重要靶点[29-30]。Björk等[29]研究发现，S100A9是喹诺酮-3-羧基酰胺的靶点。喹诺林-3-羧基酰胺ABR-215757以Ca2+和Zn2+依赖方式结合小鼠和人S100A9和S100A8/A9，并阻断它们与RAGE和TLR4的相互作用。注射脂多糖的小鼠模型中，ABR-215757抑制肿瘤坏死因子-α产生，可作为抗体片段特定地结合S100A9与其受体[31]。此外，口服ABR-215757可以延缓易发狼疮小鼠的病情发展[30]。由此可见，喹诺林-3-羧基酰胺作为治疗心血管疾病的潜在药物，其中一些化合物已经被批准用于人体，并在多发性硬化、幼年型1型糖尿病、系统性红斑狼疮和抗去势前列腺癌中产生了有前景的初步结果[30]。ABR-215757抑制S100A12、S100A8/A9以及载体蛋白E缺陷小鼠的实验表明，ABR-215757可减小动脉粥样硬化斑块、减轻炎症反应、降低斑块易损性[32]。

4 小 结

S100A8/A9是具有巨大潜力的心血管疾病临床生物标志物和治疗靶点。S100A8/A9与颈动脉和冠状动脉疾病的程度相关，其血浆浓度在心肌缺血和心肌坏死期间迅速增加，并与心肌梗死和心力衰竭患者以及接受颈动脉切除患者的预后相关。S100A8/A9在先天免疫、血管疾病风险因素和心血管疾病之间的复杂相互作用中发挥核心作用。活化的中性粒细胞和单核细胞是细胞外S100A8/A9的主要来源，糖尿病、血脂异常、肥胖和吸烟可使其水平升高。S100A8/A9还参与了动脉粥样硬化、易损斑块的形成和缺血后心肌损伤，具有广阔的临床应用空间。