基質(zhì)金屬蛋白酶與食管癌相關(guān)性的研究進展

羅昊

(樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院護理系,四川 樂山614000)

食管癌(Esophageal cancer,ECC)是世界上最常見的惡性腫瘤之一,惡性程度高,5年生存率不到15%。目前普遍認為食管癌是多因素作用、多基因參與、多階段發(fā)展的疾病。環(huán)境因素是食管癌發(fā)生的原因之一,但暴露于相似環(huán)境因素的人群,只有少數(shù)人發(fā)病,提示個人對食管癌存在遺傳易感性。MMPs是一類依賴金屬離子鋅(Zn2+)并以細胞外基作為水解底物的蛋白水解酶[1],在基膜和細胞外基質(zhì)的降解過程中起著至關(guān)重要的作用,與食管癌的發(fā)生發(fā)展有一定關(guān)系。

1 MMPS的分類和結(jié)構(gòu)

1962年,Gross和Lapiere發(fā)現(xiàn)第一種 MMP,迄今為止在人類至少發(fā)現(xiàn)有26余種MM Ps,按作用底物不同和內(nèi)部同源性主要分為六大類:

1.1 膠原酶(Collagenases)

包括 MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18,主要降 解 Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ型等多種類型間質(zhì)膠原和蛋白多糖的核心蛋白。MMP-2、MMP-14都有降解膠原酶的作用,但由于結(jié)構(gòu)不同被劃分到其他類。

1.2 明膠酶(Gelatinases)

包括 MMP-2和MMP-9,主要降解IV、V、XI型膠原,層粘蛋白以及蛋白多糖的核心蛋白等。最新的研究表明MMP-2能消化Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原,而MMP-9缺乏這個能力[2-3]。

1.3 間質(zhì)溶解素

包括 MMP-3、MMP-10、MMP-11,雖然具有與膠原酶相同的結(jié)構(gòu)但是不能降解間質(zhì)膠原,MMP-3和MMP-10結(jié)構(gòu)和底物的特異性都較為相似,能降解大多數(shù)基質(zhì)蛋白,MMP-10降解基質(zhì)蛋白的能力較弱[4]。

1.4 溶解因子(Matrilysins)

包括MMP-7和MMP-26,MMP-7降解細胞外基質(zhì)和細胞表面因子。MM P-26在一些正常細胞如子宮內(nèi)膜和一些腫瘤細胞中表達,大部分存在細胞內(nèi),只能降解少數(shù)幾種細胞外基質(zhì)[5]。

1.5 膜型基質(zhì)金屬蛋白酶(MT-MMP)

包括 MTI-M MP(MMP-14)、MT2-MMP(MMP-15)、M T3-MMP(MMP-16)、(MMP-24)、MT4-MMP(MMP-17)、MMP-25,除能降解細胞外基質(zhì)外,也能活化其他MMPs。

1.6 其他酶類

包括 MMP-18/19,MMP-20,MMP-23/24,目前作用不詳[6]。

所有MMPs均由具有同源性的10個外顯子和9個內(nèi)含子組成,基質(zhì)金屬蛋白酶在結(jié)構(gòu)(見圖1)上有以下區(qū)域[7]:信號肽區(qū)域和酶原肽段區(qū)域;催化活性區(qū)域;羧基端區(qū)域;明膠結(jié)合區(qū)域;膠原同源區(qū)域;另外,膜型金屬蛋白酶還有三個獨特區(qū)域:在前肽區(qū)及催化區(qū)之間有一個含蛋白酶識別部位(RXKR)的結(jié)構(gòu)區(qū);在催化區(qū)域有一個含8個氨基酸的序列,其功能目前尚未明確;C末端的疏水跨膜區(qū),該結(jié)構(gòu)使其錨于細胞膜上,也因此而得名。

圖1 MMPs家族的結(jié)構(gòu)域

2 MMPS在腫瘤中的作用

MMPs的主要功能是對細胞外基質(zhì)成分進行降解,這一特性為腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了良好的條件,同時,這些細胞外基質(zhì)分子降解后的片段又具有趨化作用,可促進腫瘤細胞移動。另外MMPs既可促進血管形成,也有抑制血管形成的作用:一方面降解ECM的組分,產(chǎn)生敏感的整合素結(jié)合位點,促進整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或直接與內(nèi)皮細胞內(nèi)部受體A、B及C三結(jié)合促進其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)有助于內(nèi)皮細胞的存活和增殖;促進與ECM相關(guān)的血管形成因子的釋放。另一方面,又從大前體細胞釋放血管形成抑制因子。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中,前者起主導(dǎo)作用,為腫瘤細胞的生長和遠處轉(zhuǎn)移提供了微環(huán)境。早期的研究認為,MMPs只在腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用;但是,最近的研究表明MMPs還參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的其它許多步驟,包括腫瘤細胞的生長、分化、凋亡、腫瘤血管形成的調(diào)節(jié)以及免疫監(jiān)視。

3 MMPS基因與食管癌

3.1 MMPS有關(guān)食管癌組織表達研究

目前,很多研究表明MMPS在惡性腫瘤組織有較高表達。Hmashita等[8]用RT-PCR方法研究51例食管鱗癌標本中的MMP-1 mRNA發(fā)現(xiàn),MMP-1在腫瘤細胞中表達,而在正常食管粘膜細胞不表達;Samantaray等[9]應(yīng)用免疫組化法檢測58例食管鱗癌和44例遠端的增生組織中MMP-2、MMP-9的表達,發(fā)現(xiàn)在食管癌組織及增生組織中MMP-2、MMP-9的表達明顯高于正常組織,提示食管上皮增生是食管惡性腫瘤發(fā)生的早期事件。Shima[10]等實驗發(fā)現(xiàn) MMP-2、MM P-3在食管癌中高表達;Murray[11]等報道MMP-1與食管癌患者不良預(yù)后相關(guān)聯(lián)。郭文忠[12]等人在研究血管內(nèi)皮細胞生長因子和MMP-9在食管癌中的表達及低氧調(diào)節(jié)中,食管癌組織中MMP-9的表達顯著高于癌旁組織,但MMP-9的表達與食管癌的血管形成、腫瘤的分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況等無相關(guān)性,MMP-9基因表達水平不能預(yù)測食管癌的進展和轉(zhuǎn)移潛能。Imai[13]等對早期食管癌研究發(fā)現(xiàn),腫瘤細胞中MMP-7、MMP-9和M T1-MM P高表達,且與浸潤深度、靜脈轉(zhuǎn)移密切相關(guān),同時發(fā)現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物 TIMP-1表達減弱,檢測食管腫瘤中MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9的陽性反應(yīng)均位于腫瘤細胞胞漿和胞膜,表達明顯高于癌旁正常組織。

3.2 MMPS有關(guān)食管癌的血清型研究

目前,有關(guān)食管鱗癌血清MMP含量變化的研究報道較少。Koyama[14]等用明膠電泳酶譜法對30例食管鱗癌病人進行血清MMP-9檢測時發(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ESCC的腫瘤標志物,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)后推斷中的應(yīng)用有待于進一步研究。

3.3 MMPS有關(guān)食管鱗癌細胞株研究

Suzuki[15]等研究了五種食管癌細胞株(TE-series)中MMP-2,9的表達情況,結(jié)果顯示其中四種細胞株(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)。

3.4 基因多態(tài)性與食管癌的相關(guān)性

近年來研究表明,MMPs在包括食管癌在內(nèi)的多種腫瘤的發(fā)病機制中起著極為重要的作用,MM Ps成為腫瘤的候選易感基因,在對于多個MM P基因的啟動子區(qū)域鑒定了一些單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphism,SNP)位點,這些多態(tài)性可能影響相應(yīng)MMPs的表達,也有越來越多的證據(jù)顯示這些遺傳多態(tài)性可能在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中導(dǎo)致個體間的差異[16-17]。

MMP-1(間質(zhì)膠原酶)基因定位于染色體11q22-33,MMP-1可通過改變細胞的微環(huán)境作用于腫瘤發(fā)生的初始階段,從而有利于腫瘤的形成,并參與多種腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移,較多的研究是針對M MP-1-1607 1G/2G,認為等位基因2G可能與腫瘤的發(fā)生或侵襲有關(guān)。這個觀點已在乳腺癌、宮頸癌、腎細胞癌、結(jié)腸癌、肺癌等報道中得到證實。Jin等[18]對中國北方人群的研究結(jié)果顯示MMP-1-1607 1G/2G的多態(tài)與食管鱗狀細胞癌及賁門腺癌的發(fā)病風(fēng)險無關(guān),MM P-3-1612 5A/6A與MMP-9-1562C/T與乳腺癌[19]、胃癌[20]的易感性及預(yù)后有關(guān)。

MMP-3(間質(zhì)溶素1)的基因位于染色體11q22,MMP-3基因啟動子區(qū)上游–1171bp處存在著一個A核甘酸插入(5A/6A)多態(tài)性。對中國河北人群的研究顯示,攜帶MMP-3 5A等位基因可增加吸煙個體患食管癌、非小細胞肺癌的易感性,并增加該兩種腫瘤患者發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。Zhang[19]等研究證明,MMP-3啟動子區(qū)-1171 bp處5A/6A SNP 5A等位基因能增加ESCC易感性和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。MMP-3基因啟動子區(qū)上游-1613bp處還存在著一個T核甘酸插入(5T/6T)多態(tài)性,減少m RNA的轉(zhuǎn)錄。Martin[21]等研究表明,MMP-3-1613bp的5T5T基因型的克隆氏病患者更容易并發(fā)狹窄。

MMP-9基因位于染色體20q12-q13,MMP-9 C/T多態(tài)位于啟動子區(qū)轉(zhuǎn)錄起始點-1562bp處,為轉(zhuǎn)錄抑制因子的識別位點,C→T的改變破壞了抑制因子的識別結(jié)合序列,從而顯著增加了啟動子的活性[22],MMP-9 C-1562T與乳腺癌[23]、胃癌[24]的易感性及預(yù)后有關(guān),并可能改變非腫瘤性疾病如冠狀動脈疾病的易感性[25]。而在中國河北人群的研究中,并未發(fā)現(xiàn)MMP-9-1562 C/T多態(tài)性與非小細胞肺癌等腫瘤相關(guān)[26]。羅等對中國四川人群的研究中,MMP-9基因外顯子上R279Q,P574R,R668Q多態(tài)性進行了研究,結(jié)果顯示 MMP-9基因P574R中含有突變等位基因G的基因型GG、GG&CG的頻率在健康對照組和病例組分布差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

4 問題與展望

通過查閱大量專業(yè)文獻,我們發(fā)現(xiàn)由于MMPS SNP位點發(fā)現(xiàn)相對較晚,數(shù)目較少,目前,關(guān)于MMPS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。但隨著SNP的篩查技術(shù)和方法越來越簡便,精確,高通量,SNP篩查水平的提高必將為食管癌的發(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。

由于食管癌是多基因、多階段、進行性演變的過程,是多種基因變化累積或綜合作用的結(jié)果。在醫(yī)學(xué)研究中,必須積極尋找、研究食管癌相關(guān)基因,并通過分子生物學(xué)的基礎(chǔ)研究來實現(xiàn)食管癌的早期篩查和臨床治療。

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