基質(zhì)金屬蛋白酶在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

趙津，丁佩劍 （通信作者）

承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 （河北承德 067000）

結(jié)直腸癌又稱大腸癌，為常見的消化道惡性腫瘤。我國結(jié)直腸癌的發(fā)病率和病死率在全部惡性腫瘤中均居第5位，呈逐年上升趨勢，且多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)時已屬中晚期，成為嚴(yán)重的社會公共衛(wèi)生問題［1］。對結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制的研究表明其發(fā)生是多基因、多因子共同作用的復(fù)雜過程，其中基質(zhì)金屬蛋白酶 （MMPs）與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

1 MMPs的結(jié)構(gòu)和分類

MMPs是由20多個內(nèi)肽蛋白水解酶組成的家族，其穩(wěn)定性及活性表達(dá)依賴鋅離子，因此得名為金屬蛋白酶。MMPs是在結(jié)構(gòu)和功能上同源性的蛋白酶，根據(jù)底物特異性，MMPs大致可以分為5類［2］：（1）膠原酶，如間質(zhì)膠原酶 （MMP-1）、多形核膠原酶 （MMP-8）等，降解的底物為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原和明膠； （2）明膠酶，包括MMP-2和MMP-9等，主要降解Ⅳ、Ⅴ型膠原、明膠和彈性纖維；（3）間質(zhì)溶解素，包括MMP-3、MMP-7、MMP-10和MMP-11，降解底物為蛋白聚糖、層粘連蛋白、纖維連接蛋白和蛋彈性蛋白，可廣泛裂解細(xì)胞外基質(zhì)； （4）膜型基質(zhì)金屬蛋白酶，包括MMP-14、MMP-15、MMP-16及MMP-17，其降解底物為明膠；（5）其他，金屬彈力蛋白酶、釉質(zhì)溶解素等。

2 MMPs與腫瘤的關(guān)系

MMPs在多種細(xì)胞的生理過程中發(fā)揮作用，在某些惡性腫瘤細(xì)胞中過度表達(dá)。既往研究認(rèn)為MMPs可降解細(xì)胞外基質(zhì)成分，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移［3］，隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)MMPs在腫瘤中的作用機(jī)制非常復(fù)雜，在腫瘤發(fā)生、生長、血管生成及轉(zhuǎn)移的多個階段均發(fā)揮作用。

2.1 MMPs與腫瘤細(xì)胞生長的關(guān)系

MMPs可促進(jìn)細(xì)胞分泌各類生長因子，如表皮生長因子（EGF）、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）和胰島素樣生長因子（IGF），這些生長因子通過促進(jìn)細(xì)胞分裂和細(xì)胞生長完成腫瘤細(xì)胞的增殖［4］。

2.2 MMPs與腫瘤血管生成的關(guān)系

腫瘤細(xì)胞能誘導(dǎo)微血管的生成并建立腫瘤微環(huán)境的血液循環(huán)。Bergers等［5］在結(jié)腸癌動物模型中發(fā)現(xiàn)，隨著MMPs表達(dá)的上調(diào)，血管內(nèi)皮生長因子 （VEGF）表達(dá)也相應(yīng)增加，這是腫瘤血管新生的必要因素。

2.3 MMPs與腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)降解的關(guān)系

細(xì)胞外基質(zhì) （ECM）是細(xì)胞賴以生存的場所，能為正常細(xì)胞提供屏障和保護(hù)作用，防止內(nèi)皮細(xì)胞遷移或腫瘤細(xì)胞侵襲。激活的MMPs能降解細(xì)胞外基質(zhì)［3］，幫助癌細(xì)胞突破細(xì)胞外基質(zhì)屏障，為癌細(xì)胞運(yùn)動清掃路徑，促進(jìn)惡性腫瘤的侵蝕和轉(zhuǎn)移。

3 MMPs的調(diào)節(jié)

MMPs的調(diào)節(jié)主要通過3種途徑［6］。（1）基因表達(dá)：正常組織功能需要嚴(yán)格控制MMPs表達(dá)的遺傳調(diào)節(jié)，當(dāng)機(jī)體組織惡變時該控制機(jī)制失去作用，MMPs出現(xiàn)過表達(dá)。在癌組織中細(xì)胞因子、癌基因的激活、生長因子如TGF-β、白細(xì)胞介素 （IL）-1和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等都可能誘導(dǎo)增強(qiáng)的MMPs表達(dá)。（2）MMPs以酶原的形式分泌，通過半胱氨酸轉(zhuǎn)換，使分子結(jié)構(gòu)變化并實(shí)現(xiàn)酶的活化。（3）MMPs功能受其抑制劑的特異性抑制，這種抑制劑稱為MMPs組織抑制劑（TIMP），TIMP抑制MMPs家族的所有已知成員，到目前為止發(fā)現(xiàn)了4種 TIMP，即 TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4。

4 MMPs在結(jié)直腸癌中的表達(dá)及意義

MMPs在結(jié)直腸癌中高表達(dá)，且與結(jié)直腸癌的關(guān)系非常密切。

4.1 膠原酶

MMP-1即基質(zhì)金屬蛋白酶1，是膠原酶的重要成員，也是表達(dá)最廣泛的金屬蛋白酶。Baker等［7］實(shí)驗(yàn)證明結(jié)直腸癌腫瘤組織中MMP-1的水平顯著高于正常結(jié)腸組織，MMP-1的濃度與Dukes分期、腫瘤分化程度和淋巴管浸潤呈正相關(guān)，MMP-1在結(jié)直腸癌進(jìn)展中起重要作用。Sunami等［8］通過免疫組化研究發(fā)現(xiàn)MMP-1在癌細(xì)胞、部分間質(zhì)細(xì)胞和部分正常上皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，并證明MMP-1表達(dá)與結(jié)直腸癌血行轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)，可能是結(jié)直腸癌血行轉(zhuǎn)移的新標(biāo)記。Langenski ld等［9］研究表明MMP-1與結(jié)腸癌患者的癌癥特異性生存 （CSS）獨(dú)立相關(guān)，MMP-1在無腫瘤黏膜中的表達(dá)，可以篩選出需要強(qiáng)化輔助治療、CSS較差的結(jié)腸癌患者，而且MMP-1在增強(qiáng)腫瘤侵襲方面具有直接作用，其過度表達(dá)提示患者預(yù)后不良。

4.2 明膠酶

MMP-2和MMP-9又名明膠酶A和明膠酶B，其具有明膠結(jié)構(gòu)。目前已有很多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃团R床研究證實(shí)了MMP-2和MMP-9在腫瘤組織中的高表達(dá)，MMP-2和MMP-9的上調(diào)在結(jié)直腸癌的進(jìn)展、侵襲和轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用。Han等［10］研究表明MMP-2與結(jié)腸癌的組織學(xué)分級和TNM分期顯著相關(guān)。羅沖等［11］研究表明MMP-9在結(jié)直腸中的表達(dá)水平與患者Dukes分期、肝轉(zhuǎn)移相關(guān)，同時與術(shù)后生存時間呈負(fù)相關(guān)。MMP-2、MMP-9的高表達(dá)有可能作為判定大腸癌生物學(xué)行為的臨床參考指標(biāo)。

在MMP-2、MMP-9與大腸癌生物學(xué)行為研究的基礎(chǔ)上，有學(xué)者做了深一步的研究。胞吐作用調(diào)節(jié)蛋白分泌素1（SCRN1）可能影響 MMP-2／9蛋白活性從而加速腫瘤進(jìn)展［12］。IL-17A可能激活 PI3K／AKT／NF-κB轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、調(diào)節(jié)MMP-2／9蛋白表達(dá)，從而誘導(dǎo)結(jié)腸癌SW480細(xì)胞遷移和侵襲［13］。過表達(dá)KiSS-1可通過阻斷PI3K／Akt／NF-κB信號通路下調(diào)MMP-9，從而減少結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲［14］?；虺聊私Y(jié)直腸癌SW480細(xì)胞的過氧化物酶1（PRDX1）可通過調(diào)控TIMP-2、MMP-2及MMP-9的表達(dá)有效抑制癌細(xì)胞的侵襲、遷移及轉(zhuǎn)移能力［15］。還有研究發(fā)現(xiàn)人參皂甙20（S） -Rh2可有效抑制MMPs的表達(dá)［16］，包括 MMP-1、MMP-2和MMP-9，從而抑制癌細(xì)胞的侵襲，表明人參皂甙20（S） -Rh2具備治療結(jié)直腸癌患者的潛能。

4.3 基質(zhì)降解酶

基質(zhì)降解酶以MMP-3、MMP-7為代表。結(jié)直腸癌中MMP-3的表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)，MMP-3啟動子區(qū)5A多態(tài)性的存在會促進(jìn)結(jié)直腸腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，并可視為預(yù)后較差的危險因素［17］。MMP-7作為基質(zhì)降解酶代表，可由結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞大量產(chǎn)生，并且MMP-7在結(jié)直腸腺瘤的表達(dá)遠(yuǎn)大于在正常組織中的表達(dá)，特別是在腺瘤的G3、G4期染色明顯增加，因此被認(rèn)為與腺瘤向腺癌轉(zhuǎn)變有關(guān)［18］。Roeb等［19］證實(shí) MMP-3、MMP-7、MMP-13和明膠酶表達(dá)增強(qiáng)是大多數(shù)結(jié)直腸癌發(fā)生的特征，抑制MMP-7及MMP-13表達(dá)可作為結(jié)直腸癌預(yù)防或輔助治療的手段。有關(guān)MMP-7活性調(diào)節(jié)的研究發(fā)現(xiàn)，脂肪氧化酶 （LOX）可能通過調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)因子 （HIF）-1α、MMP-2、MMP-7蛋白表達(dá)參與結(jié)直腸癌的進(jìn)展［20］，底物通過正反饋循環(huán)上調(diào)MMP-7表達(dá)，從而增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞活力［21］。

4.4 膜型MMPs

關(guān)于膜型MMPs（MT-MMPs）在結(jié)直腸癌中的作用研究較少。一些研究表明MT1-MMP（又稱MMP-14）在結(jié)直腸癌中過表達(dá)，孫立園等［22］采用免疫組化MaxVision法檢測70例結(jié)直腸癌、30例結(jié)直腸腺瘤 （CRA）及20例正常腸黏膜組織 （對照組）中MMP-14的蛋白表達(dá)，并進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，發(fā)現(xiàn)MMP-14蛋白在結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)高于結(jié)直腸腺瘤、對照組，且與結(jié)直腸癌浸潤深度、有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及臨床分期有關(guān)，證實(shí)了MMP-14蛋白與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。關(guān)于MT3-MMP（又稱MMP-16）研究結(jié)果表明，在結(jié)直腸癌組織中MT3-MMP啟動子經(jīng)常高度甲基化，MT3-MMP的下調(diào)可能對結(jié)直腸癌的細(xì)胞遷移很重要［23］。

綜上所述，MMPs在蛋白質(zhì)及其生物活性調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用，與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后密切相關(guān)。為腫瘤患者的治療提供了一個新的靶點(diǎn)及思路，相信隨著研究的深入，MMPs在未來的腫瘤防治中會有廣闊的應(yīng)用前景。