基質(zhì)金屬蛋白酶9在頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

薛繼堯 吳春萍 周梁

·綜 述·

基質(zhì)金屬蛋白酶9在頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

薛繼堯 吳春萍 周梁

頭頸鱗癌為頭頸部常見的惡性腫瘤，近年來雖然手術(shù)聯(lián)合輔助治療取得了一定的進(jìn)展，但是總體生存率并沒有顯著提高。研究表明，基質(zhì)金屬蛋白酶9不僅與頭頸鱗癌的發(fā)生、發(fā)展、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化及血管生成相關(guān)，而且能通過多種方式促進(jìn)腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移，是頭頸鱗癌患者預(yù)后不良的主要因素。(中國眼耳鼻喉科雜志，2015，15：434-436)

頭頸鱗癌為人群中高發(fā)的惡性腫瘤之一，近年來頭頸鱗癌的治療水平已取得明顯提高，然而生存率卻無明顯變化，主要原因為頭頸鱗癌易轉(zhuǎn)移且缺乏早期診斷依據(jù)。在原位癌轉(zhuǎn)移過程中，首先是癌細(xì)胞自原發(fā)灶脫落，隨后進(jìn)入血道或淋巴道，從而形成遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，其中基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)已被證實在惡性腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。因此本文就MMP-9介導(dǎo)的頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移關(guān)系和臨床意義研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MMP-9結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

MMP-9屬于明膠酶類B，又稱V型膠原酶，基因定位于染色體29q11.2-q13.1之間，相對分子質(zhì)量為92×103，其中包含13個外顯子與9個內(nèi)含子，主要底物包括明膠、Ⅳ型膠原、V型膠原及彈性蛋白等。MMP-9基因可轉(zhuǎn)錄單鏈2.4 kb mRNA，MMP-9的3′-UTR功能區(qū)片段包含miR-491-5p、miR-885-5p與miR-211。MMP-9包含多種結(jié)構(gòu)域的金屬酶類。MMP-9結(jié)構(gòu)域的組成由疏水信號肽序列、前導(dǎo)肽、催化活性區(qū)、鉸鏈區(qū)和類血紅素結(jié)合域所構(gòu)成。前導(dǎo)肽結(jié)構(gòu)域含有一個保守的半胱氨酸開關(guān)調(diào)節(jié)催化物鋅，主要作用保持酶原的穩(wěn)定。當(dāng)該區(qū)域被外源性酶切斷后，MMP-9酶原被激活。催化活性區(qū)有3個重復(fù)的纖維蛋白結(jié)合區(qū)插入，可促進(jìn)大分子底物的降解，例如彈性蛋白與變性的膠原蛋白。位于中心的鉸鏈區(qū)結(jié)構(gòu)域提供分子伸展性，不僅可以與基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMP)相互作用，還可以調(diào)節(jié)MMP-9底物特異性、MMP-9侵襲力和細(xì)胞表面定位。該域便于MMP-9沿著大分子底物移動并依靠其他酶類展開膠原，從而允許MMP-9介導(dǎo)降解[1]。MMP-9C末端含有血紅素結(jié)合域，可與抑制劑及促細(xì)胞表面結(jié)合劑相互反應(yīng)，從中調(diào)解與底物的結(jié)合能力。

MMPs在人體多種生物學(xué)過程中起重要作用，例如胚胎形成、正常組織重建、組織修復(fù)和新生血管生成等。近年來，MMPs已被認(rèn)為在惡性腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移中扮演極為重要的角色。MMPs為能降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的含鋅蛋白酶家族，隨著ECM的重組在惡性腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移中起重要作用。而且MMPs還參與腫瘤生長、調(diào)節(jié)生長因子和誘導(dǎo)腫瘤的血管形成等，所以MMPs在惡性腫瘤進(jìn)展的各個階段中起重要作用[2]。至今，在脊髓動物上已了解了24種不同的MMPs，其中人體占23種MMPs。根據(jù)MMPs基底特征與所在細(xì)胞的部位，脊髓動物的MMPs可被區(qū)分為6類，分別是膠原酶(MMP-1,8,13,18)、明膠酶(MMP-2,9)、間質(zhì)溶解素(MMP-3,10,11)、基質(zhì)溶解酶(MMP-7,26)、膜性MMPs(MMP-14,15,16,17,24,25)和其他(MMP-12,19,20,21,23,27,28)。在頭頸鱗癌中，常伴有腫瘤組織的侵襲和轉(zhuǎn)移，然而頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移和其他惡性腫瘤一樣，并非某單一MMP起作用，而是多種MMPs共同作用的結(jié)果。因為MMP-9能對構(gòu)成腫瘤轉(zhuǎn)移阻滯屏障的主要成分Ⅳ型膠原降解，所以MMP-9被認(rèn)為與腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移關(guān)系非常密切。

2 MMP-9介導(dǎo)的頭頸鱗癌侵襲及轉(zhuǎn)移效應(yīng)

2.1 MMP-9促進(jìn)頭頸鱗癌上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 MMP-9能通過細(xì)胞因子、細(xì)胞表面蛋白和生長因子相互作用引起上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)，導(dǎo)致頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。EMT指上皮細(xì)胞通過多種途徑轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程，改變上皮細(xì)胞之間的錨定連接，使上皮細(xì)胞的極性與凝聚消失、增強(qiáng)運(yùn)動性和間充質(zhì)的表型獲得，在胚胎發(fā)育、慢性炎癥、組織重建及癌癥轉(zhuǎn)移等中發(fā)揮了重要作用。Mandal等[3]研究表明，EMT的表型修飾特征為鈣黏蛋白的降解。Zuo等[4]研究表明，表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)激活通過ERK-1/2與PI3K信號通路，使MMP-9介導(dǎo)鈣黏蛋白降解為可溶性上皮鈣黏蛋白(sE-cadherin, sE-cad)，從而促進(jìn)頭頸鱗癌細(xì)胞SCC10A的EMT。因此MMP-9是EMT重要相關(guān)基因，MMP-9不僅可以作為EMT的標(biāo)志物,又可以作為EMT的誘發(fā)因素[5]。王爽等[6]研究認(rèn)為，通過CD44信號通路促進(jìn)MMP-9表達(dá)，調(diào)控鼻咽癌EMT。而且Yu等[7]研究表明，CD44與MMP-9在細(xì)胞膜表面交聯(lián)能激活TGF-β1。Qiao等[8]研究表明，TGF-β1可調(diào)節(jié)Snail轉(zhuǎn)錄因子與Slug轉(zhuǎn)錄因子，Snail轉(zhuǎn)錄因子可能上調(diào)MMP-9引起口腔鱗癌細(xì)胞EMT，而且Slug轉(zhuǎn)錄因子可能依靠刺激MMP-9表達(dá)與Slug轉(zhuǎn)錄因子保持更長時間的口腔鱗癌細(xì)胞EMT。綜上所述，CD44與MMP-9關(guān)系密切，促使頭頸鱗癌EMT,導(dǎo)致頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。

2.2 MMP-9促進(jìn)頭頸鱗癌血管生成 MMP-9通過降解ECM釋放生長因子調(diào)控血管生成，引起頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。Andisheh-Tadbir等[9]研究表明，頭頸鱗癌組織中VEGF高表達(dá)，與頭頸鱗癌的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。而且Bergers等[10]研究表明，MMP-9能裂解血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)亞型的肝素結(jié)合域,從而增加血管VEGF溶解度，促使新生血管生成。因此MMP-9不僅為降解基底膜與ECM的關(guān)鍵酶，而且在腫瘤間質(zhì)血管生成中起重要作用[11]。Yang等[12]研究表明，腫瘤組織隨著微血管密度增大，腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)與淋巴循環(huán)的機(jī)會隨之增大，引起淋巴結(jié)與鄰近臟器侵襲與轉(zhuǎn)移的機(jī)會也增大。所以MMP-9促使新生血管生成，是頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素之一。在頭頸鱗癌中，Wittekindt等[13]研究喉鱗癌發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)部MMP-9與血管密度呈正相關(guān)，均位于腫瘤細(xì)胞生長活躍的癌巢邊緣，提示喉鱗癌侵襲生長過程中，新生血管同步進(jìn)行。產(chǎn)松苗等[14]研究發(fā)現(xiàn)，食管鱗癌組織中MMP-9與微血管密度呈顯著正相關(guān)，提示MMP-9可促進(jìn)食管鱗癌的血管生成而加速腫瘤的進(jìn)展。Henriques等[15]研究表明，轉(zhuǎn)移性舌鱗癌中MMP-9與VEGF呈高表達(dá)，而且實質(zhì)和間質(zhì)中MMP-9的表達(dá)與伴隨的VEGF有相似的免疫組織化學(xué)染色強(qiáng)度，提示MMP-9與VEGF可能存在相互作用。

2.3 MMP-9促進(jìn)ECM的降解 MMP-9促進(jìn)ECM與基底膜降解，導(dǎo)致頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。MMP-9參與ECM成分的降解中，MMP-9起初被識別是依靠Ras轉(zhuǎn)化的成纖維細(xì)胞所分泌的Ⅳ型膠原蛋白酶，涉及腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移所需的基底膜分解[16]。腫瘤與癌周基質(zhì)的相互作用調(diào)控中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞分泌MMP-9的表達(dá)水平，降解基底膜層主要成分的黏蛋白與Ⅳ型膠原蛋白，破壞基底膜的正常結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)腫瘤的侵襲性。Fan等[17]實驗表明在舌鱗癌中，MMP-9表達(dá)增強(qiáng)與Ⅳ型膠原的降解有顯著聯(lián)系，MMP-9依靠降解Ⅳ型膠原，引起MMP-9在舌鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。還表明MMP-9高表達(dá)不僅位于腫瘤細(xì)胞內(nèi)，還位于巨噬細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)，共同參與了基底膜與ECM的降解。Cao等[18]的實驗也表明，MMP-9降解Ⅳ型膠原導(dǎo)致了喉鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。

2.4 上游調(diào)控因子介導(dǎo)MMP-9促進(jìn)頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移 頭頸鱗癌還可以依靠調(diào)整促炎細(xì)胞因子、趨化因子、生長因子、基質(zhì)成分、整合素與非整合素受體、蛋白酶與其抑制劑和細(xì)胞活動反應(yīng)，引起MMP-9的表達(dá)增強(qiáng)，從而增強(qiáng)腫瘤的侵襲能力。Koontongkaew等[19]研究顯示，Ⅰ型膠原能與其整合素α2β1結(jié)合，引起細(xì)胞內(nèi)PTK、PKC和MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使MMP-9表達(dá)增高，引起ECM降解，導(dǎo)致頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移。Sen等[20]研究表明，在Hep-2細(xì)胞中，纖連蛋白與其整合素α5β1結(jié)合，引起FAK/PI-3K/ERK信號激活，也可參與ILK介導(dǎo)的信號通路引起增效作用，最終增強(qiáng)AP-1/NFκB/Sp1基因結(jié)合能力，提高M(jìn)MP-9轉(zhuǎn)活，導(dǎo)致MMP-9基因及蛋白表達(dá)增高可能促進(jìn)Hep-2細(xì)胞侵襲能力。Fan等[21]研究表明，音猬因子(sonic hedgehog, SHH)信號通路能轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子Gli-1，促進(jìn)MMP-9及減少鈣黏蛋白表達(dá)，導(dǎo)致口腔鱗癌的侵襲及轉(zhuǎn)移。

3 MMP-9在頭頸鱗癌中的臨床意義

3.1 MMP-9與頭頸鱗癌分期 MMP-9表達(dá)與頭頸鱗癌的TNM分期密切相關(guān)。Colovic等[22]對196例喉鱗癌患者應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測MMP-9表達(dá)，顯示MMP-9的表達(dá)與喉鱗癌組織病理學(xué)評分水平、階段和轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)。Elahi等[23]對48例口腔鱗癌患者應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測MMP-9表達(dá)，顯示MMP-9表達(dá)與口腔鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。Bodnar等[24]對37例喉鱗癌患者應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測MMP-9表達(dá)，顯示MMP-9表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)。而且MMP-9/TIMP-1比值可能預(yù)測喉鱗癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

3.2 MMP-9與頭頸鱗癌治療與預(yù)后 MMP-9表達(dá)與頭頸鱗癌治療和預(yù)后密切相關(guān)。抑制MMP-9表達(dá)方法分為限制MMP-9轉(zhuǎn)錄、抑制MMP-9酶原激活與阻礙MMP-9與受體結(jié)合。在頭頸鱗癌中，Yang等[25]研究認(rèn)為鹽酸埃克替尼(Icotinib)通過抑制NF-κB信號通路活性，使舌鱗癌中MMP-9下調(diào)，從而限制舌鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。Lin等[26]研究表明，白藜蘆醇(resveratrol)通過抑制JNK1/2和ERK1/2信號通路，從而限制MMP-9表達(dá)與轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致限制口腔鱗癌轉(zhuǎn)移。Viros等[27]對105例已接受放療或化療的頭頸鱗癌患者應(yīng)用RT-PCR技術(shù)檢測MMP-9mRNA表達(dá)水平，顯示MMP-9轉(zhuǎn)錄水平與接校正生存相關(guān)。Cao等[18]對44例喉鱗癌患者喉癌組織及其22例相鄰非癌組織應(yīng)用免疫組織化學(xué)法測定4種蛋白表達(dá)(MMP-2、MMP-9、IV型膠原及TIMP)，再與喉鱗癌組織臨床病理學(xué)特征進(jìn)行分析，顯示喉鱗癌組織內(nèi)MMP-2、MMP-9和TIMP-1與相鄰非鱗癌組織表達(dá)有顯著差別，也顯示(MMP-2+MMP-9)/TIMP-1評分與喉鱗癌預(yù)后有顯著聯(lián)系，表明了(MMP-2+MMP-9)/TIMP-1評分與喉鱗癌的預(yù)后呈正相關(guān)。

4 結(jié)論與展望

MMP-9參與頭頸鱗癌的侵襲與轉(zhuǎn)移是一個復(fù)雜的過程。MMP-9不僅能降解ECM與基底膜導(dǎo)致頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移，還可通過細(xì)胞因子、細(xì)胞表面蛋白、細(xì)胞黏附蛋白及生長因子與細(xì)胞表面等相互反應(yīng)，加強(qiáng)頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移。因此闡明MMP-9在頭頸鱗癌中調(diào)控機(jī)制，對頭頸鱗癌臨床分期指標(biāo)、抗腫瘤藥物及預(yù)防性化療標(biāo)靶研發(fā)有指導(dǎo)意義，從而提高頭頸鱗癌患者的生存率。MMP-9在頭頸鱗癌中未來的研究方向：①針對MMP-9的轉(zhuǎn)錄、激活、抑制水平設(shè)計特異性的抗腫瘤藥物,可為抗頭頸鱗癌治療提供新方法；②將MMP-9確定為頭頸鱗癌侵襲與轉(zhuǎn)移標(biāo)志物。

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(本文編輯 楊美琴)

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻咽喉科 上海 200031

周梁(Email: zhoulent@126.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2015.06.019

2014-12-23)