段雨含，李楠，陈蕾，张琨

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）是指子宫内膜组织（腺体和间质细胞）出现在子宫以外的部位，主要症状为盆腔疼痛、继发性痛经和不孕，也可引起迁延不愈、复发，甚至恶变等不良预后，近年来发病率呈明显上升趋势。EMs 的发生与性激素、免疫、炎症、遗传、环境和手术等因素有关，与新血管生成、细胞及炎症因子的迁移和侵袭等密切相关。EMs形态学上呈良性表现，但在临床行为学上具有类似恶性肿瘤的特点，所以被认为是从良性疾病到肿瘤的过渡形式[1]。腹腔镜检查与病灶活组织检查是目前确诊EMs 的最佳方法，但患者术后更易发生粘连、不孕等并发症[2]，迫切需要可靠的非侵入性生物标志物检测用于早期发现EMs。近年S100 蛋白家族与疾病关系的研究不断深入，尤其在很多肿瘤的发生、发展及治疗中取得了新的研究成果，一种靶向细胞外S100A7 的单克隆抗体6F5 可以阻断S100A7 和晚期糖基化终末产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）的相互作用，从而抑制S100A7介导的基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）活性，减少异种移植癌症模型中的肿瘤生长、细胞迁移和血管生成[3]。另外，S100 蛋白家族成员也与某些非肿瘤疾病的病理生理过程有关。例如，细胞外S100A4 通过激活p38 丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、细胞外信号调控的激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和c-Jun 氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal protein kinase，JNK）等途径触发白细胞迁移和募集，上调各种促炎细胞因子、其他免疫细胞相关因子以及S100A8 和S100A9 等炎症相关S100 蛋白表达，从而促进炎症环境的发展[4]。综述S100 蛋白家族成员对EMs 的炎症、血管生成、细胞及炎症因子的迁移和侵袭相关的关键机制及在诊断和治疗方面的可能应用。

1 S100 蛋白概述

1.1 S100蛋白的结构1965 年，布雷克·W·摩尔（Blake W.Moore）从牛脑中分离出一种蛋白质，以鉴定神经系统的特定蛋白质。由于该蛋白在中性pH环境下溶于100%饱和硫酸铵，因此被命名为S100[3]。目前已确认S100 蛋白不仅在神经组织中出现，在脊椎动物的各种组织中均有发现。人类S100 蛋白家族是一组低分子质量的钙结合蛋白，这些成员表现出高度的结构相似性，但在功能上不可互换[5]。S100 蛋白被归类为EF-hand 基序钙结合蛋白，代表EF-hand超家族中最大的亚群。每个S100 蛋白由2 个EFhand 基序组成，其中每个EF-hand 基序由1 个Ca2+结合环组成，两侧是α-螺旋（螺旋-环-螺旋）。氨基（N）端EF-hand 具有14 个氨基酸残基，有较低的Ca2+结合亲和力，而羧基（C）端EF-hand 具有12 个氨基酸残基，具有高Ca2+结合亲和力。因为S100 蛋白独特的EF-hand 结构，使其能够充当Ca2+传感器，将细胞内Ca2+水平的波动转化为细胞反应。EF-hand中有2 个特异性功能区，分别为C 端延伸区和铰链区，不同S100 蛋白在这2 个功能区具有变异性，因此发挥出不同的生物学功能。在细胞中，大多数S100 蛋白以同源二聚体的形式存在，而少数形成异二聚体、三聚体和四聚体。它们可以在特殊条件下以单体的形式存在，但二聚体表现出重要的生物学功能[6]。例如，S100A8/A9 通过刺激白细胞募集和诱导细胞因子分泌在调节炎症反应中发挥关键作用[7]。

1.2 S100蛋白的功能研究表明，S100 蛋白家族包含25 个已知成员，其中19 个位于染色体1q21，另6 个成员S100A11P、S100B、S100G、S100P、S100Z和钙结合蛋白3（calbindin 3，CALB3）位于其他染色体的不同区域[4]。S100 蛋白主要调节多种细胞过程，包括增殖、分化、炎症、迁移和（或）侵袭、细胞凋亡、Ca2+稳态和能量代谢[4]。S100 蛋白兼具细胞内、外功能，可同时或单独发挥作用。细胞内功能涉及与细胞内受体的相互作用、膜蛋白的募集或转运、酶或核酸的整合、转录调控以及DNA 修复；细胞外功能即从细胞质中释放出来，由细胞损伤和细胞应激诱导。

细胞外S100 蛋白对于调节免疫稳态、创伤后损伤和炎症至关重要[8]。如损伤相关分子模式（damageassociated molecular patterns，DAMP）是从受损组织或死细胞的细胞外和细胞内空间释放的内源性危险分子，DAMP 在细胞坏死后迅速释放，激活免疫系统，从而直接或间接地促进适应性免疫反应，促进非传染性疾病中的防御和病理性炎症反应，最后通过促进组织重建来恢复体内平衡，DAMP 是免疫反应的重要促炎因子，其对机体的长期损伤和刺激会导致免疫系统适应不良和炎症失调[9]。因此，DAMP 在许多炎症性疾病的发病机制中起重要作用，包括类风湿性关节炎、骨关节炎和动脉粥样硬化。此外，DAMP识别的一个新兴概念涉及RAGE 和Toll 样受体（Tolllike receptor，TLR），它们不仅能感知致病相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP），还能感知内源性DAMP，包括S100 蛋白。其中，S100A8、S100A9 和S100A12 是在吞噬细胞的细胞质中表达并在局部炎症部位过度表达的钙结合蛋白，它们发挥独立的细胞内、外功能，在吞噬细胞应激释放后变成DAMP[10]。

2 S100 蛋白参与EMs 发病机制

EMs 发病机制复杂，关于异位病灶的来源目前普遍认同的有3 种学说：经血逆流学说、体腔上皮化生学说以及淋巴和血管转移学说。随着对发病机制研究的不断深入，有学者提出“在位内膜决定论”揭示了在位子宫内膜在EMs 发病中的重要作用，修正和补充了经血逆流学说。“在位内膜决定论”将既往多种发病机制的理论统一起来，在此基础上提出“黏附-侵袭-血管形成（adhere-affect-angiogenesis）”的“3A 模式”[11]，同时炎症机制贯穿于整个异位病灶形成的过程，它们共同成为EMs 病灶形成的关键生物学进程。

2.1 S100蛋白参与EMs炎症反应EMs 作为慢性炎症性疾病，子宫内膜异位组织产生多种促炎细胞因子、趋化因子和前列腺素等引发局部炎症反应[12]。炎症导致的疼痛也是EMs 的主要临床表现。有研究检测了274 例具有不同疾病的慢性疼痛女性患者（骨关节炎88 例、EMs 36 例、纤维肌痛117 例和慢性紧张性头痛33 例）及41 例健康女性（对照组）的血清S100B 浓度，其中骨关节炎和EMs 统称为结构性病变组，纤维肌痛和慢性紧张性头痛统称为无结构性病变组。对照组、无结构性病变组和结构性病变组的S100B 浓度分别为14.34 pg/mL、18.22 pg/mL 和22.64 pg/mL，差异有统计学意义（P＜0.01），提示这种结构性病变对S100B 水平有一定影响[13]。另有研究发现，在神经细胞和平滑肌细胞中，S100B 可激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）并诱导促炎介质白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的释放[14]，这可能是EMs 患者产生疼痛症状的重要机制。S100A7在EMs 患者子宫内膜异位组织和子宫内膜基质细胞（endometrial stromal cells，ESC）中的表达均增加，并且S100A7 在ESC 的过度表达激活了NF-κB 信号传导，导致TNF-α 和IL-6 水平升高并促进炎症的发生[15]。NF-κB 是Rel 基因家族的一个调控转录因子，该家族包括p50、c-Rel、RelB 和p65 亚基，其中p65 蛋白是NF-κB 信号传导的重要要素，它们组成的NF-κB-p65 通路介导多种疾病的炎症反应过程[16]。一项以EMs 大鼠为动物模型的实验应用免疫荧光技术检测到TLR4 和NF-κB 信号通路下游p65的磷酸化，该研究为EMs 慢性机械性疼痛的治疗提供了新的思路[17]。未来的研究可以利用细胞免疫荧光技术评估S100 蛋白作用于人体组织细胞TLR 和NF-κB-p65 信号通路的作用，以帮助更深入地了解S100 蛋白参与EMs 患者炎症反应的发生机制。有学者选取38 例轻度EMs（Ⅰ～Ⅱ期）患者和59 例严重EMs（Ⅲ～Ⅳ期）患者的子宫内膜组织检测S100A8 的表达情况，其中大多数有不同类型的子宫内膜异位病变（78/97，80.4%），9 例仅有浅表子宫内膜异位病变，7 例仅有深部子宫内膜异位病变。S100A8 在Ⅲ～Ⅳ期EMs 患者子宫内膜组织中的表达高于Ⅰ～Ⅱ期EMs 患者（P＜0.001），同时，在有深部EMs 病灶患者的盆腔积液中S100A8 表达远高于仅有浅表EMs 病灶者（P=0.004）[18]。但由于炎症发生机制的复杂性，S100A8 参与EMs 炎症生成过程及其与疾病分期的相关性还需进一步明确。

S100A8/A9 是一种异源二聚体，主要在活化的巨噬细胞和中性粒细胞中表达，可以介导炎症因子的分泌并级联放大炎性反应。随着S100A8/A9 释放增加，其与炎性细胞表面的TLR4 结合并激活TLR4信号通路，进一步诱发炎性反应，激活TNF-α、IL-6和MMP 等，这一过程在很多其他疾病中得以验证，如心肌梗死后心脏破裂、慢性阻塞性肺疾病和免疫性疾病（关节炎、滑膜炎等）[19-21]。虽然S100A8/A9 及其下游的通路和炎症因子参与EMs 患者炎症反应过程还少有研究验证，但是S100A8/A9 在炎症反应过程中大量释放并且高度稳定（人类S100A8/A9 的转变温度＞50 ℃），可以耐受样品的多次冷冻/解冻循环[19]。因此，S100A8/A9 可能成为EMs 患者非侵入性血液诊断标志物，但具体诊断的敏感度和特异度还有待进一步研究。

2.2 S100蛋白参与EMs血管生成 EMs 的病变形成过程中，血管新生在其建立、存活和生长中起着重要作用，且血管生成与炎症、神经纤维生长都有密切联系，这可以解释EMs 患者疼痛的产生机制[22-23]，其中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在血管生成中的作用极为重要。在人乳腺癌细胞系MDA-MB-231 中，内皮联蛋白（endoglin）可通过调节转化生长因子β2（transforming growth factor-β2，TGF-β2）诱导VEGF 生成，从而参与血管生成[24]。目前内皮联蛋白已被确立为活跃的新血管生成和活化内皮的标志物，在EMs 血管生成的过程中发挥积极作用。

研究发现，采用互补DNA（complementary DNA，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 蛋白出现上调[25]。通过检测EMs 患者子宫内膜腺体与正常子宫内膜腺体中S100A13 和内皮联蛋白的表达发现，S100A13 在正常子宫内膜腺体中呈中度表达，但在EMs 标本中呈高表达，甚至比内皮联蛋白表达水平更高，说明S100A13 可能成为血管生成过程中的重要标志物，该研究还发现S100A13可促进成纤维细胞生长因子1（fibroblast growth factor-1，FGF-1）的释放，参与EMs 血管生成中的血管重塑，在血管壁形成、内皮细胞及血管平滑肌细胞的迁移中发挥作用[26]。FGF-1 只有在热休克、血清饥饿和低氧等多种应激情况下才能从细胞中释放，而在正常培养条件下不释放。短发夹RNA（short hairpin RNA，shRNA）慢病毒载体可以有效抑制S100A13 基因的表达，在无血清的应激诱导下使FGF-1 于人脐静脉内皮细胞中释放[27]。该研究证明了通过靶向S100A13 基因下调作用可以阻断FGF-1 的释放，从而抑制血管生成，这可能成为通过阻碍新生血管生成以靶向治疗EMs 的有效方法。

因此，VEGF、S100A13、FGF-1 和内皮联蛋白等因素的协同作用可能是EMs 血管生成的基础，参与血管生成的起始阶段，今后需要进一步的细胞研究以明确EMs 血管生成的相关机制。

2.3 S100蛋白参与EMs迁移和侵袭 S100A4 是一种成熟的肿瘤转移介质，在多种肿瘤形成包括在子宫内膜恶变为子宫内膜癌时的迁移和转移过程中发挥重要作用[28]。值得思考的是，是否在未发生恶变时，S100A4 在EMs 患者异位内膜随经血逆行过程中可发挥侵袭特性，这将有助于早期发现异位子宫内膜的异常变化，阻止或减少肿瘤的发生。唐莉等[29]收集了42 例EMs 患者的异位子宫内膜组织、22 例EMs 患者的在位子宫内膜组织和33 例正常女性的子宫内膜组织（对照组），检测S100A4 在子宫内膜组织中的表达发现，无论是在月经周期的增生期还是分泌期，EMs 异位子宫内膜组织中S100A4 的相对表达量均高于EMs 在位子宫内膜组织和同期的正常子宫内膜组织（P＜0.05）。另有研究发现S100P 与血清糖类抗原125（carbohydrate antigen 125，CA125）水平升高、上皮性卵巢癌患者的生存率降低和疾病进展呈正相关[30]。因此，推测进一步研究S100P 与血清CA125 的联合检测可能对EMs 的疾病分期和不良预后评估具有参考价值。

研究表明，S100A6 在所有内皮细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞等基质细胞以及神经鞘细胞中呈阳性表达，在子宫内膜间质细胞中也呈阳性表达，且分泌期明显高于增殖期[31]。另有学者发现，S100A6 在异位ESC 中过度表达，其生物学特性可能通过p38MAPK途径调节钙周期素结合蛋白（calcyclin binding protein，CacyBP）磷酸酶活性而发挥作用，从而增强异位ESC的细胞活力、迁移和侵袭能力[32]。此外，S100A6 可促进β-连环蛋白（β-catenin）的表达，从而影响Wnt 信号通路[33]。Wnt/β-catenin 信号通路已被证实可促进ESC 迁移和纤维化[34]。这提示S100A6 可能通过p38 MAPK 途径和Wnt/β-catenin 途径共同诱导ESC 的迁移，继而促进EMs 的发展。目前关于EMs 这种类似肿瘤的迁移和侵袭特性及有关SA100 蛋白在此过程中发挥的作用还需进一步研究探讨。

3 S100 蛋白在EMs 发病机制中的应用研究

由于EMs 发病机制的复杂性，其诊断和治疗方面也存在较大的难度。目前S100 蛋白在EMs 治疗方面的应用主要分为两个方面，一方面是从发病机制的角度探索新的治疗方法，另一方面是从改善EMs患者痛经、不孕等症状的角度提高女性生活质量。EMs最常见的发病部位是卵巢，具有恶变潜能。近年卵巢癌新病因学说兴起，研究表明EMs 与某些特殊病理类型的卵巢癌关系密切。有研究利用免疫组织化学方法检测卵巢型EMs 组织与EMs 相关性卵巢癌（endometriosis associated ovarian carcinoma，EAOC）组织以及健康人群卵巢组织中S100A14 的表达情况，S100A14 的阳性表达率在EAOC 组、卵巢型EMs 组、健康对照组3 组中呈递减趋势，分别为87.8%（43/49）、63.3%（19/30）和61.1%（22/36），推测S100A14 可能参与卵巢型EMs 恶变，对今后卵巢型EMs 的治疗如选择手术时机及手术方式具有指导意义[35]。另有研究显示，肌纤维痛存在于各种慢性炎症疾病中，而这种疼痛对多种非甾体抗炎药具有耐药作用，而S100B与神经细胞细胞质膜上的TLR2、TLR4 和RAGE 等受体结合，这些受体激活磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3-kinase/proteinkinaseB/mammaliantargetofrapamycin，PI3K/Akt/mTOR）和MAPK 通路，MAPK 信号又激活转录因子NF-κB，产生更多炎症因子和受体，从而导致肌纤维痛[36]。因此S100B 可能成为EMs 所致剧烈痛经的治疗靶点。除了治疗方面，S100 蛋白也可能作为新型诊断标志物有助于疾病的早期诊断，并且联合CA125 等指标作为EMs 的非侵入性诊断的血液生物标志物可能会具有更高的诊断效能。目前尚无确切的非侵入性的EMs 早期诊断方法，S100 蛋白在EMs 的诊疗方面有重要研究价值，为此进一步大样本的研究和监测能够为全面研究和管理EMs提供新的思路。

4 结语

S100 蛋白家族在很多肿瘤及炎症相关疾病中发挥重要作用，也有越来越多的证据表明其在EMs的发病机制中有重要作用。EMs 的病因、早期无创诊断和有效治疗的研究仍处于摸索阶段。目前的研究提出了某些S100 蛋白家族成员在EMs 患者的血清、组织和细胞中发生变化，但由于样本量较少，需要增加样本量，并对比不同层次的表达量的差异性，以验证其作为诊断标志物及治疗靶点的有效性和特异性。另外，卵巢是EMs 最常累及的器官，卵巢型EMs 患者囊液的变化可以更直接反映局部异位病变的病理变化，目前相关研究较少，囊液中S100 蛋白的检测为进一步探索EMs 的发病机制提供了思路。有研究对参与EMs 发生、发展的传导通路和因子进行了预测，但它们之间的关联性还需进一步研究确认。此外，分子探针（如抗体和小分子抑制剂）的开发将有助于破译特定S100 蛋白的体内功能，以及区分细胞内和细胞外S100 蛋白的作用，仍需通过大量基础及临床研究进一步明确，对于探究精准诊断和治疗靶点也可能具有潜在应用价值。