基質(zhì)金屬蛋白酶7在前列腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

夏啟龍，章佳禾，鄭婷娟，李蘭蘭

(蘭州大學(xué)： 1第二臨床醫(yī)學(xué)院， 2第二醫(yī)院甘肅省泌尿系統(tǒng)疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 3第二醫(yī)院甘肅省泌尿系疾病臨床醫(yī)學(xué)中心，甘肅 蘭州 730030)

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一系列鋅離子依賴蛋白酶，可降解細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞基底膜的幾乎所有成分。MMP來源于多種組織和細(xì)胞，以酶原形式釋放，經(jīng)蛋白水解酶裂解激活，在胚胎發(fā)育、傷口愈合、血管生成、動脈粥樣硬化、癌癥和組織潰瘍等疾病中發(fā)揮重要的作用[1]。目前已發(fā)現(xiàn)30多個(gè)MMP參與并在前列腺癌(prostate cancer, PCa)患者的腫瘤發(fā)生和生化復(fù)發(fā)中發(fā)揮重要作用。MMP7是MMP家族中分子量最小的成員，人類MMP7基因位于11q21-q22上，cDNA長度為1 094 bp，共編碼267個(gè)氨基酸，表達(dá)的蛋白以酶原形式分泌，經(jīng)蛋白酶剪切激活后參與癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[2]。MMP7促進(jìn)癌細(xì)胞浸潤和血管生成，降解細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞基底膜，促進(jìn)骨質(zhì)溶解，在促進(jìn)PCa的發(fā)生和侵襲發(fā)展中起著重要作用。

1 MMP7在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

MMP7在炎性相關(guān)癌癥中表達(dá)顯著上調(diào)，引起了科研人員的極大關(guān)注。MMP7通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展[3]。結(jié)腸癌患者的血清MMP7水平顯著高于健康人群，且其MMP7水平與結(jié)直腸癌患者的臨床病理特征緊密相關(guān)[4]。腫瘤標(biāo)志物分析顯示，MMP7可作為乳腺癌早期的診斷標(biāo)志物[5]。MMP7可降解腫瘤細(xì)胞中胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂和抗細(xì)胞凋亡，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。此外，MMP7通過多種途徑參與PCa的發(fā)生發(fā)展，我們將進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

2 MMP7促進(jìn)PCa發(fā)生發(fā)展

PCa是男性泌尿生殖系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤，在北歐和美國已經(jīng)成為男性惡性腫瘤之首，致死率排列第2位[6-7]。近年來，我國前列腺癌發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升趨勢，且發(fā)病年齡也呈現(xiàn)年輕化，其死亡率也隨年齡的增長而上升[8]。研究證實(shí)，MMP7在前列腺癌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)[9]，在高分化前列腺癌中表達(dá)最高，表明其參與前列腺癌發(fā)生發(fā)展及遷移侵襲過程。

2.1 MMP7促進(jìn)PCa遷移侵襲

諸多研究顯示MMP7參與PCa侵襲轉(zhuǎn)移過程。MMP7可降解細(xì)胞外基質(zhì)調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移侵襲，可降解細(xì)胞外基質(zhì)的幾乎所有成分及其他可溶性蛋白質(zhì)[10-11]。XIE等[12]發(fā)現(xiàn)，急性腎衰竭可通過降解細(xì)胞黏附來穩(wěn)定SLUG，從而促進(jìn)PCa上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)生長素響應(yīng)因子增強(qiáng)了MMP7在PCa進(jìn)展中的致癌作用。相較于器官局限性PCa和前列腺增生，MMP7在晚期PCa上皮細(xì)胞中表達(dá)顯著上調(diào)，且隨Gleason分級與TNM分期的升高而增高，提示MMP7表達(dá)水平與腫瘤惡性程度呈正相關(guān)[13]。SZARVAS等[9]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移性PCa患者血清MMP7水平顯著升高，轉(zhuǎn)染MMP7可增強(qiáng)免疫缺陷小鼠體內(nèi)人PCa細(xì)胞DU-145的侵襲能力，提示MMP7可作為PCa轉(zhuǎn)移的潛在生物標(biāo)志物。TELLMAN等[14]通過使用計(jì)算機(jī)分析和體外實(shí)驗(yàn)研究了MMP7在骨轉(zhuǎn)移性PCa細(xì)胞中消化PSPN復(fù)合物的能力，發(fā)現(xiàn)即使存在基底膜蛋白聚糖，MMP7也會引發(fā)快速的粘連和遷移。此外，研究還發(fā)現(xiàn)基底膜蛋白聚糖結(jié)構(gòu)域IV中發(fā)現(xiàn)的生物活性肽(纖維蛋白聚糖4肽)與MMP7一起增強(qiáng)了細(xì)胞分散。MMP7在PCa細(xì)胞從黏性、惰性表型轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谘h(huán)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生和骨轉(zhuǎn)移的黏性遷移表型中起到了關(guān)鍵作用[15]。然而，對于MMP7如何促進(jìn)PCa遷移侵襲的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步探究。

2.2 白細(xì)胞介素(interleukins，IL)誘導(dǎo)PCa細(xì)胞MMP7表達(dá)

IL可通過不同通路增強(qiáng)炎癥反應(yīng)、細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化及腫瘤轉(zhuǎn)移等過程。IL-17作為關(guān)鍵的促炎細(xì)胞因子，已被證實(shí)可促進(jìn)PCa[16]、結(jié)腸癌[17]、皮膚癌[18]、肺癌[19]和胰腺癌20]的發(fā)展。PCa中IL-17可作用于信號通路的直接下游靶標(biāo)MMP7，創(chuàng)建免疫耐受和促血管生成的腫瘤微環(huán)境，在去勢條件下促進(jìn)侵襲性PCa的發(fā)展。IL-17RC-小鼠中前列腺周圍相對較厚的纖維肌基質(zhì)與MMP7表達(dá)降低有關(guān)，而重組小鼠IL-17可誘導(dǎo)MMP7在前列腺表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)IL-17促進(jìn)PCa的起始和發(fā)展，并且IL-17-MMP7信號通路對前列腺上皮內(nèi)瘤向腺癌轉(zhuǎn)變過程是必需的[21]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)PCa中IL-17和IL-17R表達(dá)明顯上調(diào)，并伴有炎癥細(xì)胞浸潤，成為促進(jìn)惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素。IL-17誘導(dǎo)MMP7表達(dá)而觸發(fā)上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，以促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡，最終促進(jìn)PCa的發(fā)生發(fā)展[22]。此外，IL-7和其受體IL-7R均在PCa中表達(dá)上調(diào)，二者結(jié)合可誘導(dǎo)PCa細(xì)胞MMP7表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而激活A(yù)KT/NF-κB信號通路，促進(jìn)PCa細(xì)胞侵襲和遷移[23]，提示阻斷IL-7/IL-7R-MMP7相互作用軸可能為治療PCa提供一種潛在的治療策略。

2.3 MMP7對腫瘤血管生成的雙重調(diào)控

血管生成是癌癥進(jìn)展過程中侵襲周圍組織的關(guān)鍵步驟，內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號在生理性和病理性血管生成中起著關(guān)鍵作用，腫瘤微環(huán)境中提供VEGF可刺激新生血管生成。MMP7參與了腫瘤中的“血管形成開關(guān)”，對腫瘤血管生成具有雙向調(diào)控作用，包括促進(jìn)血管生成和抑制血管生成作用。在促進(jìn)血管生成方面，鄰近腫瘤細(xì)胞的血管內(nèi)皮細(xì)胞協(xié)同表達(dá)MMP7和VEGF，VEGF改變內(nèi)皮細(xì)胞的活化形式，增強(qiáng)MMP7釋放，加快基底膜的降解和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，促進(jìn)新血管生成[2]。另外，成纖維細(xì)胞可以在細(xì)胞外環(huán)境以潛在狀態(tài)儲存VEGF，癌細(xì)胞表達(dá)的MMP7能夠激活成纖維細(xì)胞中VEGF的血管生成活性，刺激血管生成。臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中MMP7通過降解VEGF的抑制劑可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體-1( soluble vascular endothelial growth factor receptor-1，sVEGFR-1)而提高內(nèi)皮細(xì)胞周圍VEGF生物利用度，提示在MMP7存在的情況下VEGF能夠逃脫sVEGFR-1的阻斷作用，促進(jìn)血管生成[24]。在抑制腫瘤血管生成方面，包括MMP7在內(nèi)的多種MMP能誘導(dǎo)產(chǎn)生血管生成抑制劑，如血管抑素、腫瘤抑素和內(nèi)皮抑素等，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤所需新血管生長，從而抑制腫瘤侵襲[25]。MMP7誘導(dǎo)產(chǎn)生的內(nèi)皮抑素的抗血管生成機(jī)制涉及直接抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和毛細(xì)血管形成，可能是通過與α5β1整合素結(jié)合并阻斷局部黏著斑激酶FAK的下游磷酸化而抑制抗血管生成[26]。MMP7對腫瘤血管生成的雙向調(diào)控取決于癌癥類型、癌癥發(fā)展階段以及MMP7的底物類型[27]。

2.4 MMP7基因多態(tài)性與PCa發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)

在MMP基因中發(fā)現(xiàn)了數(shù)種位于啟動子區(qū)域的功能性單核苷酸多態(tài)性，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MMP7的兩個(gè)功能性多態(tài)性rs11568818和rs11568819修飾基因轉(zhuǎn)錄活性與多種類型腫瘤發(fā)生有關(guān)[28]。多項(xiàng)研究表明它們可能會通過基因轉(zhuǎn)錄影響PCa發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)。EELES等[29]對來自32項(xiàng)研究的約40 000名歐洲祖先的多中心分析顯示，MMP7的rs11568818與PCa發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)。HOFFMANN等[30]對約3.4萬名非西班牙裔白人進(jìn)行的多中心分析發(fā)現(xiàn)，rs11568818與PCa高發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間存在關(guān)聯(lián)。BIALKOWSKA等[31]以197名波蘭PCa男性患者為研究對象，發(fā)現(xiàn)rs11568818 GG基因型的PCa發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比普通型高出2倍，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)G等位基因與MMP7的高表達(dá)和高度酶活性相關(guān)。此外，rs11568818與PCa病情進(jìn)展顯著相關(guān)，通過影響IL-17的活性，促進(jìn)上皮組織向間質(zhì)組織轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)PCa的發(fā)生[32]。另一項(xiàng)對212位經(jīng)根治性前列腺切除術(shù)治療的PCa患者的研究發(fā)現(xiàn)，MMP7的rs10895304多態(tài)性G等位基因可預(yù)測臨床上局限性PCa患者的局部復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[33]。

2.5 MMP7參與PCa誘導(dǎo)的骨質(zhì)溶解

骨轉(zhuǎn)移是PCa常見的轉(zhuǎn)移，癌細(xì)胞可通過血管轉(zhuǎn)移到盆骨和胸腰椎[34]。有研究發(fā)現(xiàn)MMP7參與了PCa的骨轉(zhuǎn)移過程。破骨細(xì)胞在腫瘤-骨界面產(chǎn)生的MMP7能夠?qū)F-κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand, RANKL)腫瘤壞死因子家族成員如腫瘤壞死因子和凋亡相關(guān)因子配體FasL的膜結(jié)合形式轉(zhuǎn)化為可溶性活性形式，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞活化，促進(jìn)PCa誘導(dǎo)的骨溶解[35]。研究發(fā)現(xiàn)，MMP家族只有MMP7具有切割RANKL的能力。因此，抑制MMP7將有利于治療PCa誘導(dǎo)的骨溶解。

3 靶向MMP7的抗腫瘤研究

鑒于MMP7參與癌癥進(jìn)展及轉(zhuǎn)移過程，通過對MMP7相關(guān)信號通路的干擾或抑制，將在控制癌細(xì)胞遷移侵襲方面發(fā)揮重要作用。目前，已經(jīng)有一些抑制劑被證明可直接或間接作用于MMP7而產(chǎn)生抗癌作用。

3.1 內(nèi)源性抑制劑

組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMP)作為最廣泛的內(nèi)源性MMP7抑制劑，是機(jī)體內(nèi)存在的天然大分子蛋白質(zhì)，用來調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白酶活性，防止過度和有害的組織降解，對維持組織的完整性非常重要。目前發(fā)現(xiàn)4種TIMP (TIMP1～4)在體內(nèi)可逆性抑制MMP活性。其中，TIMP1、TIMP2和TIMP3可分別與MMP9、MMP2和MMP7特異性作用，抑制其活性[36]。

3.2 外源性小分子抑制劑

外源性MMP抑制劑大多是開發(fā)合成的廣譜抑制劑，對各類MMP不具有選擇性。Batimastat是第一代抑制劑的代表藥物，是一種廣譜的MMP抑制劑，可作用于MMP1、MMP2、MMP9、MMP7和MMP3?？梢种艬16-BL6小鼠黑色素瘤的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和生長[37]。Batimastat曾被用于癌癥治療的臨床試驗(yàn)，但由于其低水溶性、無法口服給藥或靜脈滴注以及心力衰竭和腦梗死等嚴(yán)重的副作用而被終止。CGs27023A和Marimastat是第二代MMPs抑制劑，同樣對MMP具有非選擇性。以BAY129566、RS-130830、S3304和AG-3433為代表的第三代抑制劑同樣由于低選擇性而限制其應(yīng)用，此外對這些抑制劑進(jìn)行的臨床實(shí)驗(yàn)未能顯示出陽性的生存結(jié)果導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗[38-39]?？偟膩碚f，這些抑制劑的非特異性靶向及MMP7復(fù)雜的生理性底物可能解釋這些藥物臨床失敗的原因。因此，仍需要新的結(jié)構(gòu)多樣性特異性的MMP7靶向抑制劑。

近年來天然化合物在新藥研發(fā)中展現(xiàn)出巨大的潛能，一系列天然化合物經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，可對一些疾病的藥物研發(fā)提供新的參考方向。已有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)一些天然產(chǎn)物化合物可直接或間接抑制包括PCa在內(nèi)的多種癌細(xì)胞[40]。Celastrol是從中藥雷公藤中衍生而來的一種五環(huán)三萜烯，在慢性炎癥、癌癥和肥胖癥方面顯示出良好的療效。在結(jié)腸癌研究中發(fā)現(xiàn)，MMP7和MMP3作用于PI3K/AKT信號通路的下游，對結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展是必需的[41]。而Celastrol可通過PI3K/AKT信號通路抑制MMP3或MMP7的表達(dá)，進(jìn)一步抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和遷移能力。重樓皂苷I(polyphyllin I，PPI)是從植物南重樓和北重樓的根莖中分離提取出來的具有生物活性的化學(xué)物質(zhì)。研究表明PPI可降低PCa細(xì)胞的增殖、遷移侵襲和EMT轉(zhuǎn)化能力。研究發(fā)現(xiàn)PPI通過下調(diào)CIP2A/PP2A/ERK信號通路來抑制MMP7的表達(dá)，進(jìn)而抑制PCa的轉(zhuǎn)移[42-43]。

4 結(jié)語

隨著對MMP7參與癌癥發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移機(jī)制研究的不斷深入，我們對其在PCa中的作用有了更深的認(rèn)識，對MMP7相關(guān)通路的干預(yù)，能夠?yàn)橹委烶Ca提供參考方向。近些年來已經(jīng)有針對MMP7的小分子化合物不斷被研發(fā)出來。隨著基礎(chǔ)研究的進(jìn)展，MMP7在PCa中的作用機(jī)制必將會更加明確，也會有新的MMP7抑制劑被研發(fā)出來，為PCa的治療帶來新的希望。