钙卫蛋白的前世今生

文章来源：【公众号】自闭症医学进展；ID号：woniubbhealth

《Calprotectin:from biomarker to biological function》是2021年发表在Gut（IF=23.059）上的一篇综述性文章，作者通过临床和基础研究方面的分析，总结了钙卫蛋白在健康和疾病中的作用。对钙卫蛋白在肠道内外的生物学功能的机制认识，或有助于炎症性肠病患者的个性化治疗。

钙卫蛋白是已经确认的炎症性肠病的生物标志物并行使免疫调节功能。这篇综述将关注钙卫蛋白在炎症性疾病更多的生物学功能和临床应用，以促进它的日常实践。

1.炎症性肠病

炎症的特征是先天性和适应性免疫细胞的激活，以保护宿主免受广泛的潜在威胁。如果该过程失控，就会形成失调的慢性炎症，进而导致各种疾病。

炎症性肠病（inflammatoryboweldiseases，IBD）是一类胃肠道内外慢性炎症性疾病，包括克罗恩病（Crohn'sdisease,CD)和溃疡性结肠炎(Ulcerativecolitis,UC)。目前的研究显示，IBD具有非常复杂的性质，大多数患者的病因不能用遗传因素来解释。另外，IBD的全球患病率和发病率呈逐年上升趋势，生活方式的西方化（相关的饮食和微生物证据）显著促进了IBD的发生和发展。

引发或影响人类IBD发生发展的特定化合物仍有待确定，而小鼠实验研究发现，部分化合物可以通过调节肠道微生物群来加剧肠道炎症过程。

为了准确诊断IBD，临床上常用患者病史、非侵入式和侵入式成像（内窥镜检查）以及组织学检查等联合评估。血清和粪便中的生物标志物有助于选择是否对患者进行侵入式诊断评估。其中，钙卫蛋白（calprotectin，CP）是最常使用的生物标志物之一，其具有稳定性、测定可重复性和低成本等优点。相比之下，临床上对钙卫蛋白在健康和未解炎症（unresolvedinflammation）中的生物学功能了解较少。

2.钙卫蛋白在健康人群中的作用

钙卫蛋白属于钙结合S100白细胞蛋白家族（在脊椎动物中有超过24个家族成员），该家族在进化上是保守的。在哺乳动物（例如人和小鼠）中，CP由S100A8和S100A9两种单体组成。在19世纪80年代被首次发现，并命名为钙卫蛋白，强调了其结合Ca2+的特性和对白色念珠菌的抗真菌活性。

细胞特异性：CP是一种丰富的胞质蛋白复合物（包括S100A8和S100A9），在中性粒细胞中组成性表达，占总胞质蛋白的45%。S100A8和S100A9基因位于人类的1号染色体(q21)和小鼠的3号染色体上。此外，CP在单核细胞、树突细胞、活化的巨噬细胞、口腔角质形成细胞和鳞状黏膜上皮细胞中组成性表达，并可以在炎症期间被特异性地诱导表达。

钙卫蛋白的胞内生物学功能：S100A8/S100A9复合物控制先天性免疫反应细胞的细胞内通路，CP调节细胞骨架重排以允许白细胞募集，并促进花生四烯酸向炎症部位的转运。此外，在炎症过程和恶性转化过程中，核内的S100A9/CP可作为共激活因子调节转录。

钙卫蛋白的胞外生物学功能：S100A8/S100A9复合物易于分泌，以允许由Toll样受体4(TLR4)和晚期糖基化终末产物受体(RAGE)介导的细胞外CP功能。另外，细胞外CP可以形成具有不同生物学功能和等效受体的复杂蛋白质构型；同样，失调的原发性骨髓扩张可由S100A9诱导的CD33信号传导介导，并且S100A9调节TLR2/3级联。因此，S100A8/A9复合物可能通过在特定的细胞类型和组织中参与受体的形成，进而激活先天免疫反应并促进炎症。

3.未解炎症中黏膜上的钙卫蛋白

钙卫蛋白最初可能由骨髓细胞在接收到危险信号时释放，而组织炎症通过上皮细胞中的转录诱导使S100A8和S100A9的释放永久化。炎症反应的最初罪魁祸首源于黏膜表面感染、创伤或环境压力。在未解炎症中，CP会导致黏膜损伤、炎症和疾病，例如在皮肤、肺和肠道中。

在表皮角质形成细胞中，S100A8和S100A9可促进小鼠的趋化性和银屑病。同样在炎症性皮肤病期间，S100A8/A9的释放与组织损伤增加、皮肤完整性降低以及促炎途径增加有关。流感病毒感染引起的肺损伤在一定程度上也是由S100A9驱动的肺部炎症介导的。此外，S100A8/A9被证明在肺结核组织损伤过程中起主要作用。反之亦然，在肺炎链球菌模型中，抗S100A8和抗S100A9抗体会削弱小鼠吞噬细胞向肺泡的迁移。

4.粪便和血清中的钙卫蛋白标志物

健康和疾病个体的粪便钙卫蛋白：

对健康个体的研究发现，其1g粪便中的CP浓度介于10-50ug之间。且与成人相比，4岁以下婴儿的粪便CP浓度呈现上升的趋势。此外，与剖腹产相比，阴道分娩的婴儿的粪便中S100A8和S100A9的浓度相对增加，与分娩相关的压力因素被认为是导致阴道分娩后CP浓度升高的决定性因素。

粪便钙卫蛋白可作为肠道炎症疾病的生物标志物。在粪便中检测CP成为可能之前，临床上常依靠血清学标志物来评估肠道炎症的可能性（或严重程度）。然而，红细胞沉降率和血清C反应蛋白在其他非炎症过程中也会升高，且与患者症状以及肠道疾病活动的相关性较差。相比之下，粪便CP能够区分肠道的炎症和非炎症疾病，并且具有价格低廉、在室温中保存稳定等优点，因此被广泛使用。

血清钙卫蛋白作为肠道内外炎症疾病的生物标志物：

近来，血清CP作为评估IBD和其他炎症性疾病的潜在生物标志物而受到关注。例如，一项包含82名IBD和74名非IBD的健康对照研究发现，血清CP可能是评估炎症状态和病程的有潜力的标志物，另一项在成人和儿童IBD患者中的研究结果也证实了该结论。

5.钙卫蛋白控制肠道炎症进程

①炎症性肠病起因于宿主-微生物相互作用的破坏，导致慢性肠道炎症。

②组织炎症由激活先天免疫和适应性免疫的细胞因子（黄色）驱动。

③急性炎症导致中性粒细胞（紫色）在黏膜募集，这些粒细胞部分迁移到肠腔中。中性粒细胞组成表达和钙卫蛋白的释放（蓝色），可能会加剧黏膜炎症，因为钙卫蛋白可以驱动中性粒细胞趋化性、诱导内皮黏附分子的表达并激活先天性的模式识别受体和适应性免疫细胞。中性粒细胞中的钙卫蛋白通过微管重排（绿色）调节组织黏附，并通过产生活性氧来调节细胞毒性NADPH氧化酶。

④钙卫蛋白还具有抗菌功能。钙卫蛋白还可以螯合必需的二价金属离子（例如钙、铁或锌），从而限制侵入性和共生肠道细菌的生长。

⑤由于其在室温下的稳定性、测定的重现性和低成本，钙卫蛋白被认为是炎症性肠病的一种经过充分研究的炎症生物标志物。然而，在肠道感染、其他胃肠道疾病和药物引起的肠病期间，粪便钙卫蛋白水平也会升高。

关键信息

1.钙卫蛋白是一种已知的、可用于疑似或确诊炎症性肠病患者临床决策的生物标志物；

2.粪便钙卫蛋白水平与炎症性肠病临床或内镜下疾病活动度显著相关；

3.健康状态下，钙卫蛋白具有对免疫防御至关重要的免疫调节功能，如中性粒细胞趋化性和多种二价金属离子的螯合；

4.在慢性炎症性疾病中，钙卫蛋白可能通过细胞因子受体参与和活性氧的产生推动疾病进程；

5.更好地了解肠道中钙卫蛋白的生物学功能可能对未来炎症性肠病的新诊断和治疗进展有重要意义。

参考文献：Jukic, A., Bakiri, L., Wagner, E. F., Tilg, H., & Adolph, T. E. (2021). Calprotectin: from biomarker to biological function. Gut, 70(10), 1978–1988.