金屬基質(zhì)蛋白酶-9與食管癌相關(guān)性的研究進展

張 林，朱振東，張從海，李 睿*

(1新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003;2菏澤高等醫(yī)學(xué)專科學(xué)校)

食管癌可發(fā)生早期淋巴結(jié)及血行轉(zhuǎn)移的特性使其表現(xiàn)出臨床進展迅速并且預(yù)后很差的特性。研究表明，癌細胞浸潤轉(zhuǎn)移能力與其誘導(dǎo)產(chǎn)生的蛋白酶降解細胞外基質(zhì)(ECM)、基底膜的能力密切相關(guān)，因此基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)引起了腫瘤學(xué)研究者們的極大興趣。MMP-9基因作為MMPs基因家族中的一員，既有基因家族固有的生物學(xué)特征，同時又在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮特殊作用。本文結(jié)合國內(nèi)外文獻，就MMP-9在食管癌發(fā)生發(fā)展及其轉(zhuǎn)移過程的研究進展作一綜述。

1 MMPs家族及MMP-9的結(jié)構(gòu)功能

MMPs是1962年被發(fā)現(xiàn)的一類依賴金屬Zn2+并以ECM組分作為水解底物的蛋白水解酶［1］。MMP-9在家族中屬于明膠酶類，又被稱為明膠酶B，是MMPs家族中分子量最大的酶，依靠Zn2+和Ca2+發(fā)揮降解作用。MMP-9由角化細胞產(chǎn)生，儲存在中性粒細胞和酸性粒細胞的囊粒中。炎癥、腫瘤時主要由中性粒細胞和巨噬細胞、上皮膠質(zhì)細胞等以異物活性的酶原形式分泌出來，在發(fā)揮降解作用時需要被Zn2+激活。

MMPs的主要功能是降解ECM。一種MMPs可以直接降解某一種或幾種ECM，也可以通過激活其他類型的MMPs發(fā)揮作用，形成瀑布效應(yīng)。另外，MMPs在細胞遷移、血管生成、傷口愈合、胚胎發(fā)育、動脈粥樣硬化、惡性腫瘤浸潤與轉(zhuǎn)移等病理生理過程中發(fā)揮重要作用。MMPs主要以3種機制促進腫瘤細胞的侵襲生長［2］:首先蛋白酶作用使腫瘤細胞周圍由基質(zhì)分子形成的物理屏障被破壞;其次，MMPs可以增強細胞間的黏附能力，以便腫瘤細胞向周圍生長;再次，MMPs作用于基質(zhì)成分后，激發(fā)其他一些潛在的生物活性，參與腫瘤的免疫過程。MMP-9在腫瘤中發(fā)揮作用的機制除了MMPs家族的共同功能外，還有著更多的生物學(xué)功能，包括原發(fā)性和繼發(fā)性腫瘤的生長調(diào)節(jié)效應(yīng)、促進新生血管形成和調(diào)節(jié)細胞黏附等［3］。這樣就使MMP-9在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮更加重要的作用。

2 MMP-9與食管癌關(guān)系研究進展

2.1 MMP-9在食管癌組織中表達的研究 大量研究表明MMP-9在包括食管鱗癌的多種惡性腫瘤［4］中呈過度表達。溫洪濤等［5］發(fā)現(xiàn)，食管癌組織金屬蛋白酶抑制劑1(TIMP-1)的蛋白表達量高于正常組織，但MMP-9明顯高于TIMP-1，印證了MMP-9/TIMP-1的表達失衡在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用。另一研究指出，MMP-9 mRNA及蛋白主要在食管癌細胞中強陽性表達，而癌組織中的纖維母細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞中呈現(xiàn)部分弱陽性表達。這些結(jié)果提示，食管癌組織中MMP-9主要由腫瘤細胞分泌。由此我們可以將MMP-9作為食管癌臨床用藥檢測指征，并作為預(yù)后推測指標(biāo)。

2.2 MMP-9有關(guān)食管癌的血清型研究 目前，有關(guān)食管鱗癌血清MMPs含量變化的研究報道較少。Koyama等［6］發(fā)現(xiàn)，食管鱗癌患者血清MMP-9水平明顯高于正常人，但并未發(fā)現(xiàn)其水平和腫瘤分期相關(guān)。提示MMP-9有望成為食管鱗癌的腫瘤標(biāo)志物，但有關(guān)血清MMP-9水平的變化和病灶大小、臨床特征、病理類型及預(yù)后推斷的關(guān)系還有待于進一步研究。

2.3 MMP-9有關(guān)食管鱗癌細胞株的研究 Suzuki等［7］研究了5種食管癌細胞株(TE-series)中MMP-2和MMP-9的表達情況，結(jié)果顯示其中4種細胞株(TE-5除外)均表達MMP-2和MMP-9，其中MMP-9在侵襲能力不同的細胞株之間的表達差異有統(tǒng)計學(xué)意義，提示MMP-9與食管癌的侵襲能力相關(guān)。

2.4 MMP-9基因單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與食管癌的研究 SNPs是指基因組DNA序列中由于單個核苷酸轉(zhuǎn)換或顛換而引起的多態(tài)性，它是一種單核苷酸的變異，是酶切片段長度多態(tài)性(RFLP)及可變串聯(lián)重復(fù)序列(VNTR)和微衛(wèi)星多態(tài)(STR)之后的新一代多態(tài)性遺傳標(biāo)記，自從1994年第1次被提出之后，其漸漸成為與分子標(biāo)記有關(guān)領(lǐng)域研究的焦點。作為第3代遺傳標(biāo)記，SNPs在基因組中具有高密度和高保守的特點，初步估計在整個基因組中共有300萬個以上的SNPs。目前很多機構(gòu)都在檢測SNPs、做SNPs圖譜、建立SNPs與各種疾病之間的聯(lián)系，如果得出某些SNPs或某些SNPs的特定組合與特定疾病、特定地區(qū)發(fā)病人群、乃至個別患者有明顯相關(guān)性，疾病的診斷和治療可更有針對性，甚至做到個體化。近年來，SNPs篩查在遺傳病的研究、藥學(xué)的應(yīng)用研究以及腫瘤的研究中都得到廣泛應(yīng)用。

MMP-9定位于20q11.2～13.1，據(jù)報道在MMP-9基因的啟動子區(qū)和13個外顯子序列先后發(fā)現(xiàn)10個序列的變異，其中4個在啟動子區(qū)，5個在編碼區(qū)，1個在內(nèi)含子區(qū)。位于啟動子區(qū)的SNPs可直接使啟動子由于自身結(jié)構(gòu)改變無法啟動轉(zhuǎn)錄而導(dǎo)致無蛋白表達，或其堿基變異導(dǎo)致其與各種轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的結(jié)合能力發(fā)生改變從而使轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變，造成該蛋白表達量上升或下降，進一步影響其生物學(xué)功能。MMP-9啟動子-1562 bp位點由于胞嘧啶替代胸腺嘧啶而產(chǎn)生多態(tài)，而包含此多態(tài)性位點的長約9 bp的序列為轉(zhuǎn)錄抑制蛋白的結(jié)合位點，當(dāng)C→T后，這種DNA-蛋白的相互作用能被消除，影響基因轉(zhuǎn)錄并產(chǎn)生3種啟動子基因型，即低活性(C/C)和高活性(T/T)及雜合子(C/T)啟動子基因型。有研究表明，T/T啟動子基因型啟動轉(zhuǎn)錄活性較C/C增加1.5倍［8］。Medley等［9］研究顯示，攜帶 MMP-9 基因-1562 bp 等位基因者，MMP-9蛋白表達較-1562 C明顯增高。Marsumura等研究提示，MMP-9啟動子中T等位基因和胃癌的侵襲性有關(guān)，但目前尚未有報道證實此多態(tài)性位點與食管癌之間的相關(guān)性。

有關(guān)MMP-9基因多態(tài)性與腫瘤相關(guān)性的研究很久以來都集中在位于啟動子區(qū)域的基因變異，而很少有學(xué)者關(guān)注編碼區(qū)基因變異與腫瘤的關(guān)系。編碼區(qū)基因的堿基變異、缺失或插入可能導(dǎo)致翻譯閱讀框架的改變，使所編碼蛋白表達量改變或蛋白種類改變，最終導(dǎo)致對特定環(huán)境或病因的反應(yīng)敏感，所以編碼區(qū)序列變異所形成的多態(tài)性同樣值得我們注意。其中位于第6外顯子的R279Q(G/A)，第10外顯子的P574R(C/G)和第12外顯子的R668Q(G/A)是目前有關(guān)MMP-9編碼區(qū)SNP研究的3個多態(tài)性位點。MMP-9 P574R和R668Q位于血凝酶編碼序列，這一區(qū)域的變異通常會使其表達酶與三聯(lián)螺旋蛋白的黏附能力減弱，但不影響該酶對其眾多酶底物的水解能力;其次，由于P574R中C→G使編碼的氨基酸由疏水性脯氨酸變?yōu)閹д姾删彼?，R668Q中G→A使正電荷精氨酸變成了不帶電荷的谷氨酰胺，從而影響該結(jié)構(gòu)與TIMP的結(jié)合能力而導(dǎo)致MMP-9的過度表達。R279Q位于明膠酶特殊纖連蛋白Ⅱ編碼區(qū)，R279Q中G→A使正電荷精氨酸變成了不帶電荷的谷氨酰胺影響酶底物作用結(jié)合區(qū)的蛋白構(gòu)象。目前，有關(guān)于MMP-9編碼區(qū)SNPs與腫瘤之間的相關(guān)性報道很少，通過文獻檢索有Hu等［10］有關(guān)于原發(fā)性肺癌的研究，并發(fā)現(xiàn)其中R279Q和P574R與原發(fā)性肺癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移相關(guān)。

通過查閱文獻，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段關(guān)于MMP-9與食管癌的相關(guān)性研究主要集中在組織表達層面，而有關(guān)基因多態(tài)性與食管癌發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移之間的相關(guān)性研究相對較少。一方面可能是由于MMP-9 SNPs位點發(fā)現(xiàn)相對較晚、數(shù)目較少，研究者們普遍將目光集中在MMPs家族中相對成熟的MMP-1多態(tài)性;另一方面，可能由于食管癌發(fā)病受環(huán)境因素影響較大，地域性較強，食管癌樣本搜集較為困難，大規(guī)模研究開展存在一定困難。這些因素都一定程度的限制了MMP-9多態(tài)性與食管癌相關(guān)性研究的進展。

3 展望

目前，SNPs的篩查技術(shù)和方法越來越簡便、精確、高通量，SNPs篩查水平的提高必將為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、惡化、轉(zhuǎn)移等各階段的作用機制提供一個更微觀的研究方法和思路。現(xiàn)階段對MMP-9中的SNPs篩查僅著力于其中的一部分，并且大都集中研究基因啟動子的SNPs現(xiàn)象，而對結(jié)構(gòu)基因的SNPs篩查和研究尚未見報道。可以預(yù)見，隨著MMP-9對腫瘤轉(zhuǎn)移的作用機制在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)水平研究的不斷進展，將會揭示有關(guān)結(jié)構(gòu)基因SNPs影響MMP-9蛋白功能基團的氨基酸序列，進而影響酶的活性，以及腫瘤轉(zhuǎn)移程度等各方面的信息。另外，現(xiàn)階段大多從研究MMP-9在病理組和正常對照組之間是否有顯著差異方面入手，今后可進一步深入研究MMP-9的SNPs與其他的腫瘤轉(zhuǎn)移因子的相互作用。

總之，隨著研究的進展、基因芯片技術(shù)的應(yīng)用以及對人類基因組的日新月異的深入了解，必將發(fā)現(xiàn)更多MMP-9的SNPs，揭示更多SNPs與腫瘤的相關(guān)性，為腫瘤的診斷、預(yù)后評估、抗腫瘤藥物研究甚至基因診斷和基因治療提供依據(jù)。

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