MMP-9在口腔癌轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

高瑞琪，姜智雯，秦高偉，劉 新

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 口腔科，吉林 長(zhǎng)春130033)

從世界范圍看，頭頸部惡性腫瘤的發(fā)病率較高，口腔惡性腫瘤屬于頭頸部腫瘤，位居全身惡性腫瘤的第六位。在我國(guó)，口腔頜面部的惡性腫瘤以鱗狀細(xì)胞癌最為多見，占80%以上?？谇话?OSCC)轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者死亡的主要原因，在腫瘤轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)血管的形成、腫瘤細(xì)胞黏附能力的變化、破壞細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力和逃避免疫監(jiān)視對(duì)腫瘤的轉(zhuǎn)移也起了重要作用。基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)能降解細(xì)胞外基質(zhì)，破壞物理屏障，有利于腫瘤細(xì)胞的移動(dòng)，并為新生的血管提供空間。在不同的惡性腫瘤中，經(jīng)?？梢杂^察到MMPS的過(guò)度表達(dá)[1],而MMP-9因其在腫瘤的侵襲，以及轉(zhuǎn)移中重要的作用使得它成為研究最廣泛的MMPs之一。近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)MMP-9可以作為癌癥生物學(xué)標(biāo)志物，用來(lái)明確癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移[2]。本文介紹了MMP-9在口腔癌轉(zhuǎn)移和侵襲中的作用及其在癌癥檢測(cè)診斷和治療中的研究進(jìn)展。

1 MMP-9的生物學(xué)特點(diǎn)

1.1 MMP-9的來(lái)源與結(jié)構(gòu)

MMPs是一個(gè)具有 20 多個(gè)不同成員的鋅依賴性內(nèi)肽酶家族，最初在脊椎動(dòng)物——北美蛙類尾巴中被發(fā)現(xiàn)[3]，可以分明膠酶、膠原酶、溶基質(zhì)素、基質(zhì)溶解素和膜型MMP等[1]。MMPS的表達(dá)受多種因素的影響，包括細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和腫瘤壞死因子等[4]，它可以在中性條件下與Zn2+或Ca2+等金屬離子結(jié)合而發(fā)揮作用。MMP-9是鋅依賴性內(nèi)肽酶家族成員之一，也被稱為明膠酶B,通常在內(nèi)皮細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和惡性腫瘤細(xì)胞中表達(dá)[5]。MMP-9包含血紅素結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域、催化結(jié)構(gòu)域、信號(hào)肽、鉸鏈區(qū)和前肽區(qū)，但其完整的蛋白酶結(jié)構(gòu)仍不清楚。

MMP-9血紅素結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域是一個(gè)由四葉β螺旋槳組成的桶狀結(jié)構(gòu)，可以與明膠或膠原蛋白等物底物相互作用，使得該區(qū)域?qū)τ诘孜镒R(shí)別的特異性有著重要作用；血紅素樣結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)區(qū)域相對(duì)特殊性使得MMP-9在細(xì)胞功能中發(fā)揮不同的生物學(xué)作用。MMP-9的催化域包含Ⅱ型纖連蛋白(FN2)域、活性位點(diǎn)和鋅結(jié)合區(qū)，這些催化結(jié)構(gòu)區(qū)域在該酶的催化活動(dòng)中起著關(guān)鍵作用[6]，其中FN2域?qū)δ承┑孜锏慕Y(jié)合和降解有著非常重要的作用。MMP-9的鉸鏈區(qū)則賦予了血紅素結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域之間的靈活性，這對(duì)MMP-9的功能至關(guān)重要。MMP-9前肽區(qū)通過(guò)其半胱氨酸殘基中的巰基與Zn2+協(xié)同作用而調(diào)節(jié)酶的活性[2]。

1.2 MMP-9的激活與抑制

MMP-9由19個(gè)氨基酸組成的N端信號(hào)肽的前酶原在細(xì)胞內(nèi)被合成，隨后它作為無(wú)活性的pro-MMP-9分泌到細(xì)胞外[7]。pro-MMP-9通過(guò)幾種不同的機(jī)制被激活，包括蛋白水解激活、活性氧氧化、蛋白質(zhì)巰基亞硝基化和變構(gòu)激活等。MMP-9需要在pro-MMP-9分泌后被其他蛋白質(zhì)切割后才能激活[8]。MMP-3是MMP-9最有效的激活因子[9]，pro-MMP-9分泌后，MMP-3等蛋白酶可以通過(guò)從 pro-MMP-9 中去除N端前肽區(qū)域來(lái)切割無(wú)活性的 pro-MMP-9 從而產(chǎn)生活性 MMP-9，激活后的MMP-9 可以在 MMP-9 切割位點(diǎn)切割其底物。其他與pro-MMP-9激活有關(guān)的蛋白酶還包括纖溶酶、組織蛋白酶G、MMP-2、MMP-7、MMP-10 和 MMP-13[5]。

金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)是MMPs的特異性內(nèi)源性抑制劑，可以與MMP-9的血紅素結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻止MMP-9的激活[2]。已經(jīng)確定了四種不同的TIMPs,包括TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3 和 TIMP-4。TIMPs的激活和抑制在癌癥的生理病理中發(fā)揮著重要作用。另外一些人工改性的擬肽、非擬肽、化學(xué)改性四環(huán)素等也被用作基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(MMPIs),MMPIs通過(guò)與催化結(jié)構(gòu)域中的Zn2+結(jié)合而發(fā)揮作用，它可以抑制MMPs的活性，從而作為抗腫瘤藥物應(yīng)用于癌癥的治療[10]。

1.3 MMP-9的生物學(xué)功能

MMP-9可以降解基底膜(BM)，并可以使ECM及細(xì)胞外環(huán)境中的蛋白質(zhì)降解，參與ECM的重建[11]，同時(shí)也可以改變細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與ECM的相互作用[4]。通過(guò)這些作用使得MMP-9在癌細(xì)胞及癌癥的遷移和侵襲、腫瘤的轉(zhuǎn)移、血管生成以及腫瘤相關(guān)炎癥中發(fā)揮重要作用。

2 MMP-9與OSCC

2.1 MMP-9與OSCC的侵襲和轉(zhuǎn)移

在正常情況下，MMPs在機(jī)體內(nèi)被嚴(yán)格調(diào)控并低水平表達(dá)，而MMPs的失調(diào)與過(guò)度表達(dá)則會(huì)引起癌癥在內(nèi)的各種疾病[1]。MMP-9與OSCC在內(nèi)的許多癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)。MMP-9在BM的降解中發(fā)揮著重要的作用，BM中的IV型膠原蛋白等可以被MMP-9降解從而使BM遭到破壞，物理屏障——BM的破壞通常被認(rèn)為是腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的重要步驟。MMP-9還可以通過(guò)切割細(xì)胞外基質(zhì)蛋白以調(diào)節(jié)ECM重塑，它通過(guò)對(duì)ECM成分中Ⅱ、IV和V型膠原蛋白以及明膠的蛋白水解，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的擴(kuò)散[12]。除此之外，MMP-9還可以通過(guò)調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、促轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(pro-TGF-β1)和促腫瘤壞死因子(pro-TNF-α)等來(lái)調(diào)節(jié)癌癥的發(fā)展[4]。一些研究發(fā)現(xiàn)OSCC患者中MMP-9的高水平表達(dá)與區(qū)域淋巴結(jié)的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移以及預(yù)后不良有關(guān)。

2.2 MMP-9與OSCC血管生成

實(shí)體腫瘤在沒(méi)有新生血管形成的情況下只能生長(zhǎng)1-2 mm，新生血管的形成可以為腫瘤細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)和氧氣并支持其代謝活動(dòng)，從而能夠支持腫瘤更大的生長(zhǎng)，在OSCC發(fā)展過(guò)程中，血管生成不僅與腫瘤生長(zhǎng)有關(guān)，還與腫瘤的轉(zhuǎn)移有關(guān)。MMP-9在血管生成的調(diào)控中有著雙重作用。一方面，MMP-9通過(guò)從細(xì)胞外多糖中釋放和激活VEGF來(lái)增強(qiáng)血管的生成，從而增強(qiáng)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)并促進(jìn)轉(zhuǎn)移。有研究發(fā)現(xiàn)MMP-9 和 VEGF 在侵襲性 OSCC 和轉(zhuǎn)移性腫瘤中的表達(dá)水平明顯高于非轉(zhuǎn)移性腫瘤[13]。MMP-9還可以通過(guò)調(diào)節(jié)抗血管生成因子來(lái)抑制血管生成。與已發(fā)生多淋巴轉(zhuǎn)移的原發(fā)腫瘤相比，未轉(zhuǎn)移的 OSCC 原發(fā)腫瘤有著較高的內(nèi)皮抑素水平，而在侵襲性腫瘤中可以觀察到XVIII型膠原蛋白表達(dá)水平的降低 。這與MMP-9可以降解XVIII型膠原蛋白有關(guān)。MMP-9降解XVIII型膠原蛋白同時(shí)導(dǎo)致內(nèi)皮抑素的釋放，內(nèi)皮抑素可以抑制血管的生成和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移。MMP-9可以使纖維酶原降解而產(chǎn)生血管抑制素，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[4]。除了內(nèi)皮抑素和血管抑制素，MMP-9 還降解IV型膠原蛋白后還可以產(chǎn)生腫瘤抑素，腫瘤抑素亦可以抑制腫瘤中血管的生長(zhǎng)。

2.3 MMP-9與OSCC相關(guān)的炎癥

MMP-9與急性或慢性炎癥相關(guān)，它可以促進(jìn)炎癥發(fā)展或者發(fā)揮消炎作用[3]。在OSCC中，無(wú)活性的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF- β1)可以被MMP-9激活；腫瘤細(xì)胞可以分泌白細(xì)胞介素1 β(IL-1β)并誘導(dǎo)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2的表達(dá)；脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2、MMP-9 和脂質(zhì)運(yùn)載蛋白 2/MMP-9 復(fù)合物的血漿水平與OSCC患者的腫瘤大小及臨床階段有關(guān)。趨化因子CXCL8可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞釋放MMP-9，CXCL8 表達(dá)增加與癌細(xì)胞遷移，誘導(dǎo)OSCC侵襲有關(guān)；趨化因子受體CXCR4 通過(guò)調(diào)節(jié) MMP-9 表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié) OSCC 的侵襲。在OSCC中TGF-1β的水平升高可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子Snail表達(dá)增強(qiáng)，Snail可以增加MMP-9的表達(dá)并觸發(fā)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，隨后癌細(xì)胞改變它們的形態(tài)并減少它們的細(xì)胞間及細(xì)胞與基質(zhì)的黏附，這使得癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。

3 OSCC中MMP-9的研究進(jìn)展

MMP-9在宮頸癌、卵巢癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌和OSCC中有著重要的預(yù)后意義，有研究表明MMP-9 作為各種癌癥的潛在生物標(biāo)志物有著重要的價(jià)值[2，14]。MMP-9的水平可以通過(guò)免疫組化分析、明膠酶譜、聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)以及酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)來(lái)測(cè)定。一些研究證實(shí)唾液中MMP-9水平可作為OSCC篩選和預(yù)后的標(biāo)志物[15]，這種方法也因其操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)成為了高質(zhì)量醫(yī)療保健領(lǐng)域的研發(fā)前沿。MMP-9因其在腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和調(diào)節(jié)血管生成中的重要作用，被認(rèn)為是OSCC在內(nèi)的多種癌癥抗癌藥物的重要靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)和抑制MMP-9成為了癌癥治療的一種重要方法，這也使得對(duì)該酶家族的臨床有效拮抗劑的開發(fā)引起了極大的關(guān)注。許多MMP-9抑制劑已被用于治療癌癥，但是大多數(shù)的MMP-9抑制劑因其選擇性差、效果不明顯以及抑制其他具有類似親和力的基質(zhì)金屬蛋白酶而使其臨床應(yīng)用受阻。近年來(lái)聯(lián)合分子建模技術(shù)，關(guān)于MMP-9抑制劑的相關(guān)研究取得了一些進(jìn)展。在一些研究中通過(guò)應(yīng)用藥效團(tuán)映射、分子對(duì)接分析、三維定量結(jié)-活性關(guān)系(3D-QSAR)和分子動(dòng)力學(xué)模擬等技術(shù)等來(lái)篩選MMP-9 抑制劑[16-18]。除此之外，定量活性-活性關(guān)系(QAAR) 也被應(yīng)用于設(shè)計(jì)選擇性 MMP-9抑制劑[19-20]。根據(jù)這些分子建模技術(shù)，高效和選擇性強(qiáng)的MMP-9抑制劑被開發(fā)設(shè)計(jì)用于抗癌治療成為了可能。

4 結(jié)語(yǔ)

MMP-9與OSCC的發(fā)生、發(fā)展及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。MMP-9 作為各種癌癥的潛在生物標(biāo)志物，可以檢測(cè)OSCC的進(jìn)展、轉(zhuǎn)移能力及預(yù)后，也可以作為疾病的篩查指標(biāo)以實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)早治療；同時(shí)，針對(duì)MMP-9的靶向抗癌藥物治療策略或者M(jìn)MP-9抑制劑的開發(fā)及使用也為OSCC的臨床治療提供了新的研究方法和方向。