馮娟, 李東芳
1.湖南中醫(yī)藥大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410208;2.中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院,湖南 長(zhǎng)沙 410006
胃癌是人類(lèi)第四大惡性腫瘤,死亡率位居癌癥死亡率第二位,具有很強(qiáng)的侵襲力,易發(fā)生血行轉(zhuǎn)移與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。外科手術(shù)是目前根治胃癌的最有效方法。但在我國(guó),由于早期篩查并不普及,大部分胃癌診斷時(shí)已是晚期,且胃癌的惡性程度較高,易發(fā)生復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移,預(yù)后往往不佳。目前我們只知道少數(shù)與胃癌相關(guān)的生物標(biāo)志物,最顯著的是癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)和碳水化合物抗原19-9(Carbohydrate antigen 19-9,CA19-9),但敏感性和特異性較低[1-2]。為了更早期地檢測(cè)胃癌的發(fā)生,并更準(zhǔn)確地跟蹤疾病的進(jìn)展和預(yù)后,我們需要敏感度和特異性更高的生物標(biāo)記物。基質(zhì)金屬蛋白被認(rèn)為是潛在的腫瘤生物學(xué)標(biāo)志物,其中MMP2、MMP9 是目前研究較多的腫瘤標(biāo)記物及治療靶點(diǎn)。MMP2、MMP9 的過(guò)表達(dá)在腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著重要的作用[3-4],且MMP2、MMP9與胃癌的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)[5-6]。本研究旨在闡明MMP2、MMP9在胃癌組織中表達(dá)的意義、生物學(xué)功能及其影響胃癌發(fā)生發(fā)展的可能作用機(jī)制。
基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)是一種重要的內(nèi)源性蛋白酶,有25 個(gè)以上的成員,根據(jù)其底物特異性、序列相似性和結(jié)構(gòu)域,分為膠原酶(MMP-1、-8 和-13)、明膠酶(MMP-2 和-9)、基質(zhì)蛋白酶(MMP-3、-10 和-11)、膜型(MMP-14、-15、-16 和-17)和其他MMPs。MMPs 是鋅依賴(lài)的內(nèi)切肽酶,其特征是催化結(jié)構(gòu)域存在鋅離子,維系細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡。由五個(gè)部分組成:與酶原分泌有關(guān)的前肽域、能自發(fā)抑制的前結(jié)構(gòu)域、含鋅離子的催化域、與識(shí)別定位底物相關(guān)的C端區(qū)域和C端與催化域之間相連的鉸鏈區(qū)[7]。MMPs 的作用基本與基質(zhì)重建相關(guān),例如分解細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和細(xì)胞表面的分裂受體,特別是與癌細(xì)胞增殖有關(guān)的受體,影響腫瘤細(xì)胞的微環(huán)境,促進(jìn)腫瘤侵襲、血管生成和轉(zhuǎn)移[8]。其中MMP-2 和MMP-9 的催化域中含有膠原結(jié)合區(qū)域(Collagen binding domain,CBD),能特異性的降解基底膜(basement membrane,BM)和細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM)的主要成分Ⅳ型膠原,因此它們被認(rèn)為是腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移中最重要的基質(zhì)金屬蛋白酶。
目前,MMPs在腫瘤的進(jìn)展、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移中的作用已經(jīng)得到公認(rèn);多項(xiàng)研究顯示MMPs 在肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、甲狀腺癌、卵巢癌、前列腺癌等均有應(yīng)用,并且研究顯示MMPs與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)[9-12]。MMPs 除了降解基底膜的能力外,還參與調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、血管生成、侵襲、免疫應(yīng)答、存活和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換[13]。MMPs家族可促進(jìn)細(xì)胞的增殖,抑制細(xì)胞的凋亡,輔助腫瘤細(xì)胞免疫逃逸,并能促進(jìn)胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。MMPs 檢測(cè)對(duì)胃癌的診斷和預(yù)后監(jiān)測(cè)具有重要的臨床價(jià)值。胃癌患者血清MMP-2 和MMP-9 含量均顯著高于正常人,而與癌胚抗原無(wú)相關(guān)性,故認(rèn)為檢測(cè)血清MMP-2 和MMP-9 前體水平可作為不依賴(lài)于CEA 的腫瘤標(biāo)志物[14]。MMP-2、MMP-9 促進(jìn)胃癌侵襲轉(zhuǎn)移,對(duì)胃癌的分期及治療方式的選擇至關(guān)重要。因此,對(duì)于MMP-2 和MMP-9 的調(diào)控,有可能為胃癌的靶向治療提供新的途徑。
MMP-2、MMP-9 是基質(zhì)金屬蛋白酶家族的重要成員,又稱(chēng)明膠水解酶,是Ⅳ型膠原蛋白水解酶,主要降解基底膜中的Ⅳ型膠原蛋白,溶解細(xì)胞周基質(zhì)成分,如趨化因子,脫落細(xì)胞外顯子。MMP-2、MMP-9 通過(guò)整合素參與血管生成[15],侵犯淋巴管及小血管[16-17],從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。MMP-2 還可水解其他的生物活性分子,是與腫瘤侵襲關(guān)系最為密切的一種基質(zhì)金屬蛋白酶,并可激活MMP-9。MMP-9 是其中分子量最大的MMPs,幾乎能夠降解所有的細(xì)胞外基質(zhì)成分,為癌細(xì)胞離開(kāi)原發(fā)宿主向遠(yuǎn)處擴(kuò)散轉(zhuǎn)移提供了足夠的空間。
幽門(mén)螺旋桿菌(helicobacter pylori,HP)是唯一存活于人體胃內(nèi)的微生物種,幽門(mén)螺旋桿菌的感染會(huì)引起體內(nèi)幽門(mén)螺旋桿菌損傷胃腸道黏膜,加快了胃腸細(xì)胞更新速度,提高了損傷DNA 的機(jī)率,在胃癌演變過(guò)程中發(fā)揮重要作用[18]。1994 年WHO 宣布HP 是人類(lèi)胃癌的Ⅰ類(lèi)致癌原?;|(zhì)金屬蛋白(MMPs)與幽門(mén)螺旋桿菌也相關(guān),幽門(mén)螺旋桿菌可上調(diào)MMPs的表達(dá)與活性[19-20]。HP感染還可能通過(guò)促進(jìn)MMPs分泌等方式與多種因素共同作用促進(jìn)胃癌的侵襲與轉(zhuǎn)移,進(jìn)一步促進(jìn)胃癌的進(jìn)展。HP 感染可增加細(xì)胞的增殖活性,使抑癌基因失活和癌基因激活而導(dǎo)致胃癌[21],還可刺激胃癌組織分泌MMPs,MMP-2、9 表達(dá)與胃癌侵襲轉(zhuǎn)移正相關(guān)[22]。一般認(rèn)為胃癌的演變規(guī)律為:正常胃黏膜→淺表性胃炎→萎縮性胃炎→腸上皮化生→異型增生→胃癌。在封慧等[23]研究中發(fā)現(xiàn),胃黏膜中MMP-2 陽(yáng)性染色主要定位于胞質(zhì)。正常組胃黏膜MMP-2呈現(xiàn)陰性表達(dá);模型組MMP-2陽(yáng)性表達(dá)與正常組相比顯著升高,整個(gè)胃黏膜都呈現(xiàn)深棕黃色。李文會(huì)等[24]研究發(fā)現(xiàn),MMP-9 免疫反應(yīng)主要位于細(xì)胞漿。胃癌組織中MMP-9 的陽(yáng)性表達(dá)率(78.40%,127/162)顯著高于正常黏膜(31.48%,51/162)和慢性萎縮性胃炎(52.38%,22/42)。慢性萎縮性胃炎(52.38%,22/42)、腸上皮化生(68.82%,64/93)的表達(dá)也顯著高于正常胃黏膜。腸上皮化生和異型增生(60%,9/15)與胃癌中MMP-9 的表達(dá)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。研究顯示,益氣化瘀解毒方治療萎縮性胃炎癌前病變患者可保護(hù)胃黏膜,治療6 個(gè)療程后,觀察組總有效率93.33%高于對(duì)照組的66.67%,可降低胃組織MMP-9蛋白表達(dá),減少侵襲轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)[25]。同時(shí)有多項(xiàng)研究提示MMP-2、MMP-9表達(dá)與胃黏膜由癌前病變向非典型腺細(xì)胞(atypical glandular cells,AGC)演變過(guò)程正相關(guān)[26-28]。因此掌握它們的相關(guān)性,可在初期階段阻斷胃癌轉(zhuǎn)移,以此提高患者根治機(jī)率。
侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的本質(zhì)特性,惡性腫瘤細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞通路,促進(jìn)細(xì)胞凋亡、血管生成,從而促進(jìn)細(xì)胞的入侵與轉(zhuǎn)移[29],也是腫瘤治療失敗和致死的主要原因。腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移受多種因素的共同調(diào)控,MMP-2、9是目前發(fā)現(xiàn)其家族中與腫瘤侵襲關(guān)系最為密切的基質(zhì)金屬蛋白酶,MMP-2、9能特異性地降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜中的Ⅳ型膠原,分解纖維連接蛋白和層粘連蛋白,在腫瘤細(xì)胞突破基底膜屏障而發(fā)生浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移的過(guò)程中起著十分重要的作用[30-33]。MMP-2、9 產(chǎn)生多種水解酶,如纖溶酶、透明質(zhì)酸酶能降解細(xì)胞外基質(zhì)和基膜,重塑局部微循環(huán),從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移和浸潤(rùn)[34]。胃癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是影響預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,對(duì)胃癌的分期及治療方式的選擇至關(guān)重要。胃癌病人術(shù)后生存時(shí)間和淋巴結(jié)有無(wú)轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)移程度均有關(guān),N分期是預(yù)測(cè)胃癌病人術(shù)后生存時(shí)間的病理學(xué)指標(biāo)[35]。手術(shù)前的影像學(xué)檢查對(duì)判定腫瘤有無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有一定價(jià)值,但胃癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)以小淋巴結(jié)為主(≤5 mm)的特點(diǎn)造成術(shù)前影像學(xué)檢查確定淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)量的難度。MMP-2、9與胃癌組織的浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān),其表達(dá)的檢測(cè)對(duì)評(píng)估胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移程度有重要意義[36-37]。癌細(xì)胞進(jìn)入淋巴管需要特異性的酶降解淋巴管壁,基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)在增加腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移方面具有重要作用,MMP-2 和MMP-9 血清學(xué)水平也與胃癌的侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)。王海波等[38]研究證實(shí),MMP9在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組中的陽(yáng)性率(87.5%)顯著高于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組(36%),在有淋巴管侵犯病例中的表達(dá)率(83.3%)顯著高于無(wú)淋巴管侵犯的病例(30%),差異均有統(tǒng)計(jì)意義(P <0.05),提示MMP-9表達(dá)與淋巴管侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移存在相關(guān)性,這些結(jié)果顯示MMP-9可能作為粘膜內(nèi)胃癌進(jìn)展的標(biāo)志物。
胃癌新生血管的生成是一個(gè)多因素、多環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,受多種因子的聯(lián)合調(diào)控。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可促進(jìn)新生血管的形成及淋巴管增殖,并與增加血管通透性密切相關(guān),是腫瘤血管生成非常重要的調(diào)控因子。黃柳向等[39]研究顯示,莪蠶健胃方的MVD和MMP-2蛋白及其mRNA均過(guò)度表達(dá)(P<0.05),并隨異型增生級(jí)別的升高而增強(qiáng)。MMP-2 蛋白與MVD 正相關(guān)(r = 0.560,P<0.05),大鼠胃癌前病變組織中MMP-2在蛋白水平與MVD呈正相關(guān),提示MMP-2 主要在蛋白層面參與了血管生成。Zhang L 等[40]研究顯示,Westernblotting 和免疫熒光結(jié)果顯示,As2O3 下調(diào)了核內(nèi)p-AKT 的表達(dá),上調(diào)了FOXO 3a 的表達(dá),降低了VEGF 和MMP-9 的表達(dá)。上述研究顯示MMP-2、9 能有效降解基底細(xì)胞膜及細(xì)胞外基質(zhì),促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管重塑,并能上調(diào)VEGF,促進(jìn)腫瘤血管新生,是啟動(dòng)血管生成的重要因子。
已有大量研究證明,MMPs的過(guò)表達(dá)能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的脫落和轉(zhuǎn)移,與惡性腫瘤的預(yù)后不良密切相關(guān)。研究顯示,MMP-2、MMP-9 在胃癌組的表達(dá)陽(yáng)性率分別為80.7%和83.4%,高于切緣對(duì)照組的43.4%和47.8%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);MMP-2、MMP-9 的表達(dá)強(qiáng)度與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、組織學(xué)分級(jí)、漿膜侵犯、臨床分期指標(biāo)呈正相關(guān)(P <0.05)[41]。MMP-2、MMP-9蛋白的表達(dá)是與腫瘤浸潤(rùn)深度相關(guān)的危險(xiǎn)因素(P <0.05);MMP-2、9 與胃癌臨床病理性質(zhì)、WHO 組織病理學(xué)類(lèi)型、Lauren-Jinrvi分類(lèi)、腫瘤大小、分級(jí)、胃癌的侵入(原發(fā)腫瘤,PT)、血管侵襲、淋巴結(jié)受累(區(qū)域淋巴結(jié),PN)、病因背景(Epstein-Barr 病毒或幽門(mén)螺桿菌)和HER2 表達(dá)等密切相關(guān)[42-45]。MMP-2、MMP-9 的表達(dá)水平對(duì)胃癌生物學(xué)特征判斷和預(yù)后評(píng)估均有重要作用。
MMPs 幾乎能降解所有的ECM 及血管基底膜,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移;基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子(TIMPs)是MMPs 的天然抑制劑,它可與活化狀態(tài)的MMPs非共價(jià)結(jié)合,這種結(jié)合是不可逆且穩(wěn)定的,從而使MMPs不能發(fā)揮作用,是MMPs 的負(fù)調(diào)控因子[46]。TIMPs 可抑制ECM 蛋白的水解,穩(wěn)定ECM 結(jié)構(gòu),當(dāng)TIMPs 過(guò)度表達(dá)時(shí)會(huì)增加ECM積聚。TIMPs通過(guò)抑制MMPs從而發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移的作用[47]。在正常的生理?xiàng)l件下,MMPs 的蛋白水解活性在以下任何階段被控制,包括轉(zhuǎn)錄、酶原的活化以及各種組織抑制劑對(duì)MMPs的活性形式的抑制。在病理?xiàng)l件下,這種平衡向增加MMPs活性的方向轉(zhuǎn)變,從而導(dǎo)致組織退化。基底金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)結(jié)合于MMPs 的催化部位,下調(diào)MMPs 的活性,抑制MMPs 對(duì)ECM 降解,MMPs 具有精確的調(diào)控機(jī)制,保證了體內(nèi)生理狀態(tài)下ECM 的重建與穩(wěn)定。專(zhuān)家認(rèn)為,在過(guò)去的30年中,MMPs被認(rèn)為是有吸引力的癌癥靶點(diǎn),許多不同類(lèi)型的合成和天然MMPs抑制劑被認(rèn)為是細(xì)胞抑制和抗血管生成藥物[48]。但TIMPs運(yùn)用于治療癌癥仍處于早期發(fā)展階段,現(xiàn)需探尋更有效的抑制劑以降低侵襲轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。
有研究報(bào)道,MAPKs 通路促進(jìn)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的作用是通過(guò)激活MMP-2、MMP-9引發(fā)細(xì)胞外基質(zhì)的降解[49]。李佳等[50]研究顯示,中藥復(fù)方胃腸安高劑量組RUFY3、p-EK、p-MEK、Twist1、N-鈣粘蛋白及波形蛋白蛋白表達(dá)降低,E-鈣粘蛋白表達(dá)升高(P<0.05);5-FU 組E-鈣粘蛋白表達(dá)升高(P<0.05)。與空白組比較,胃腸安高劑量組和5-FU 組MMP-2、MMP-9 表達(dá)均降低(P<0.05)。上述研究顯示胃腸安高劑量組可能通過(guò)調(diào)控MAPKs通路從而降低VEGF、MMP-2、MMP-9 的表達(dá)。健脾化毒方聯(lián)合化療較單用化療治療進(jìn)展期胃癌,能顯著下調(diào)MMP-9、VEGF 的表達(dá),并更好地控制胃癌的進(jìn)展,顯著降低血液、消化道化療不良反應(yīng)[51]。李春杰等[52]實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),胃癌MKN-45 細(xì)胞中存在著活化的NF-JB 及高表達(dá)的PCNA,并且存在線性相關(guān),可能是NF-JB 的活化促進(jìn)了PCNA 的表達(dá)上調(diào)而促進(jìn)胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛、增殖活躍;由此揭示NF-JB 可能成為胃癌治療的新靶點(diǎn),提示抑制NF-JB 的激活可能成為胃癌的一個(gè)新途徑。在他們同期研究還發(fā)現(xiàn)消痰散結(jié)方能下調(diào)胃癌組織MMP-2 的表達(dá),觀察結(jié)果提示,中藥組細(xì)胞膜(漿)中MMP-2的陽(yáng)性表達(dá)率為26.67%,與生理鹽水組(73.33 %)和空白組(86.67%)比較,其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P <0.01 或P <0.05);提示中藥組能降低腫瘤細(xì)胞MMP-2 的表達(dá)。NF-JB 信號(hào)通路的調(diào)控是否能影響MMP-2蛋白從而抑制胃癌的侵襲轉(zhuǎn)移仍值得進(jìn)一步研究。但現(xiàn)大量研究表明中藥復(fù)方在逆轉(zhuǎn)癌前病變,抑制細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,抑制侵襲及轉(zhuǎn)移,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)功能,增效減毒,逆轉(zhuǎn)耐藥等方面有顯著作用[53]。因此研究細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)機(jī)制將對(duì)胃癌等多種腫瘤的防治產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
中藥復(fù)方是在整體觀念與辨證施治的原則下由臨床中醫(yī)師根據(jù)患者的個(gè)體情況開(kāi)具的處方。中藥復(fù)方在臨床應(yīng)用廣泛,其在治療胃癌時(shí)可發(fā)揮多靶點(diǎn)、多層次、多環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì),能夠充分調(diào)動(dòng)機(jī)體的免疫防御機(jī)制,在胃癌的治療中產(chǎn)生綜合調(diào)控作用。中藥復(fù)方改善患者各種臨床癥狀與提高患者生存質(zhì)量乃至生存率方面都取得了良好的效果。大量研究顯示中藥復(fù)方能夠通過(guò)調(diào)控MMP-2、MMP-9 影響胃癌的侵襲轉(zhuǎn)移[54-55]。中醫(yī)藥治療胃癌上,以辨證論治為原則,以復(fù)方治療為特征,抑制腫瘤細(xì)胞增殖、預(yù)防轉(zhuǎn)移,延長(zhǎng)生存期等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),已成為我國(guó)胃癌臨床治療中的一大特色。
綜上所述,MMP-2、MMP-9 與胃癌密切相關(guān),其通過(guò)調(diào)節(jié)血管生成、淋巴管轉(zhuǎn)移等影響胃癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。因此,對(duì)MMP-2、MMP-9的深入研究,可為胃癌轉(zhuǎn)移的評(píng)估提供有用的工具,以預(yù)測(cè)胃癌的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移。MMP-2、9 可能成為胃癌的潛在生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn),為早期診斷胃癌患者和進(jìn)一步研究胃癌轉(zhuǎn)移機(jī)制提供了新的研究方向。大量研究顯示中藥復(fù)方可以下調(diào)MMP-2、MMP-9從而抑制胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移,通過(guò)探討其潛在的作用機(jī)制對(duì)MMP-2、MMP-9 的影響,我們可將MMP-2、MMP-9 作為指標(biāo)以篩選出中藥復(fù)方中明確的有效藥物和成分,充分發(fā)揮中醫(yī)藥特色,為中藥復(fù)方治療胃癌提供新的思路。