MMP-1及MMP-1基因多態(tài)性在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其機(jī)制研究進(jìn)展

武蒙歡，施良 ，張浩，劉寒瓊，劉艷如，張煒

1 江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，江蘇鎮(zhèn)江 212000；2 南京第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科；3 江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院急診科

結(jié)直腸癌是全球癌癥相關(guān)死亡的第三大原因，發(fā)病率為10.2%，病死率為9.2%［1］。結(jié)直腸癌是我國最常見癌癥之一，其發(fā)病率逐年上升并呈年輕化趨勢［2］。早期發(fā)現(xiàn)、早期治療在提高結(jié)直腸癌診療效果及降低病死率中具有重要意義。基質(zhì)金屬蛋白酶-1（MMP-1）是基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）家族的一員，又稱間質(zhì)膠原酶和成纖維細(xì)胞膠原酶，是一個功能上依賴Zn2+，結(jié)構(gòu)上包含Ca2+的內(nèi)源性蛋白酶。生理條件下MMP-1 呈低水平表達(dá)，但在病理條件下，其表達(dá)水平顯著上升［3］。MMP-1 通過半胱氨酸轉(zhuǎn)換機(jī)制被其他酶或自由基激活，具有廣泛的底物特異性［4］，其促進(jìn)各種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的降解，包括膠原蛋白、明膠、纖維連接蛋白及層粘連蛋白等，最終導(dǎo)致細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在功能上，MMP-1 參與傷口愈合、關(guān)節(jié)炎、動脈粥樣硬化和腫瘤進(jìn)展等多種生理和病理過程［5-10］。近年越來越多的研究表明，MMP-1 在促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞生長、間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）［11］、侵襲和轉(zhuǎn)移［12］等方面發(fā)揮著重要作用，但仍無此方面的系統(tǒng)總結(jié)，本研究就MMP-1 及其基因多態(tài)性在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MMP-1 在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其機(jī)制

近年MMP-1在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的相關(guān)機(jī)制成為研究的熱門領(lǐng)域，它參與了多種惡性腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、血管生成、細(xì)胞侵襲、細(xì)胞轉(zhuǎn)移及EMT 等過程。在結(jié)直腸癌中，其通過影響結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲、遷移及EMT促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展。

1.1 MMP-1 促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞侵襲和遷移 腫瘤細(xì)胞的微環(huán)境決定了其能否發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移，其中細(xì)胞外基質(zhì)的完整性是限制腫瘤侵襲的關(guān)鍵因素之一［13］。而MMP-1 能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)，在腫瘤侵襲過程中起著顯著的促進(jìn)作用［14］。研究［15］表明，MMP-1可以促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)的長鏈非編碼RNA TCONS_00012883 通過活化Yin-Yang 1（YY1），促使MMP-1在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，進(jìn)一步激活人膀胱癌磷脂酰肌醇-3-羥激酶（PI3K）/蛋白激酶B（PKB，又稱AKT）通路，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、侵襲性增強(qiáng)。乙酰肝素酶是目前發(fā)現(xiàn)惟一作用于細(xì)胞外基質(zhì)中多聚糖成分的酶，可破壞細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵入基質(zhì)和血管壁，是引起腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵酶［16］。有研究［17］表明，乙酰肝素酶通過激活MMP-1 促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲和肝轉(zhuǎn)移，研究者通過基因本體論（GO）分析發(fā)現(xiàn)，這一過程可能與細(xì)胞外基質(zhì)重塑的過程相關(guān)，包括“膠原降解”和“細(xì)胞外基質(zhì)降解”等過程，進(jìn)一步表明MMP-1 在結(jié)直腸癌侵襲和轉(zhuǎn)移中的重要性。真核細(xì)胞起始因子6（EIF6）是一種翻譯因子，其在蛋白質(zhì)合成中起作用并在惡性腫瘤中異常表達(dá)。有研究基于癌癥基因組圖譜（TCGA）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行京都基因和基因組百科全書（KEGG）通路和GO分析，發(fā)現(xiàn)EIF6通過激活磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）/MMP-1/細(xì)胞周期素D1/B 細(xì)胞淋巴瘤2（Bcl2）信號通路，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲［18］。人參皂苷（Rh1）是一種具有抗腫瘤活性的傳統(tǒng)藥物單體，LYU 等［11］發(fā)現(xiàn) Rh1 通過抑制 MMP-1和MMP-3的表達(dá)，抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并可以降低腫瘤的體積和重量。WANG 等［12］研究表明，MMP-1 低表達(dá)減弱了p-Akt 信號通路，進(jìn)而減弱了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，表明MMP-1是結(jié)直腸癌研究中潛在的治療靶點(diǎn)。由于MMP-1可通過增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲和遷移力促進(jìn)腫瘤的生長。因此，探尋能夠靶向MMP-1 的藥物將為結(jié)直腸癌的治療提供一種新的診療方案。

1.2 MMP-1 促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT EMT 是指具有上皮樣表型的細(xì)胞向具有間充質(zhì)樣表型的細(xì)胞轉(zhuǎn)變的一種常見的生物學(xué)過程［19］。EMT 發(fā)生于許多病理進(jìn)展中，其具有獨(dú)特的基因調(diào)控特性，可導(dǎo)致細(xì)胞中N-鈣黏蛋白（N-cadherin）、波形蛋白和Twist 相關(guān)蛋白1（TWIST）的表達(dá)顯著增加，而E-鈣黏蛋白（E-cadherin）［20］表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞黏附能力減弱及基底極性缺失，這個過程有助于實體腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移［20-22］。中醫(yī)中的黃芩具有清熱解毒、促進(jìn)血循環(huán)和祛瘀的作用。JIN 等［23］采用蛋白印跡方法分析了黃芩干預(yù)前后 MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9、MMP-13 和 EMT 調(diào)節(jié)因子（E-cadherin 和 N-cadherin）在結(jié)直腸癌細(xì)胞系HCT-8中的表達(dá)變化，結(jié)果顯示，MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9 和MMP-13的表達(dá)受到不同程度的抑制，而間充質(zhì)標(biāo)記物N-cadherin 和上皮標(biāo)記物E-cadherin 的表達(dá)水平變化不大。提示黃芩抑制MMPs的表達(dá)，而MMPs被抑制后結(jié)直腸癌細(xì)胞的EMT 過程卻并未受到影響。近期的另一項細(xì)胞實驗得出了不同結(jié)論。WANG等［12］通過蛋白印跡方法檢測MMP-1 shRNA轉(zhuǎn)染細(xì)胞和空載體轉(zhuǎn)染細(xì)胞中EMT 相關(guān)標(biāo)記物及p-Akt 信號通路的表達(dá)，結(jié)果表明，與空載體轉(zhuǎn)染細(xì)胞相比，在轉(zhuǎn)染了shMMP-1 的結(jié)直腸癌細(xì)胞系HT-29 和SW-480 中，Akt 磷酸化受到抑制，且 MMP-1 表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致N-cadherin、波形蛋白和TWIST 表達(dá)顯著下降，E-cadherin表達(dá)增加，表明MMP-1參與激活結(jié)直腸癌中的Akt信號通路并促進(jìn)EMT過程。MMP-1是否通過參與EMT 進(jìn)程進(jìn)而影響結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展，以及其在EMT中的具體調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2 MMP-1 基因多態(tài)性在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其機(jī)制

單核苷酸多態(tài)性（SNPs）是指個體間DNA 序列同一個位置單個核苷酸變異引起的基因序列多態(tài)性，是實現(xiàn)個體化醫(yī)學(xué)的一個關(guān)鍵因素。SNPs 是導(dǎo)致個體間疾病易感性差異的主要原因，疾病的嚴(yán)重程度和機(jī)體對治療的反應(yīng)方式也是遺傳變異的結(jié)果［24］。MMP-1位于11q22染色體上，其表達(dá)受啟動子區(qū)SNPs 的影響。人類MMP-1 基因的啟動子中存在1 607位置的插入/缺失，并產(chǎn)生了兩個不同的等位基因：一個有1 個鳥苷（1G），另一個有2 個鳥苷（2G）。這兩個鳥苷和一個鄰近的腺苷為轉(zhuǎn)錄因子家族創(chuàng)造了一個核心結(jié)合位點(diǎn)（5′-GGA-3′），導(dǎo)致MMP-1 表達(dá)水平升高［25］，而MMP-1 的過度表達(dá)與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)［11］。換言之，與1G核苷酸等位基因相比，2G核苷酸等位基因的轉(zhuǎn)錄活性增加，攜帶2G等位基因的患者M(jìn)MP-1 表達(dá)水平相對升高，膠原降解水平高。攜帶2G 等位基因的患者M(jìn)MP-1 使腫瘤細(xì)胞組織學(xué)屏障降解，細(xì)胞外基質(zhì)破壞，癌癥侵襲、轉(zhuǎn)移加快［26］。WOO 等［27］對 185 例結(jié)直腸癌患者和 304 例健康對照者進(jìn)行MMP-1 基因型檢測，并比較了結(jié)直腸癌患者不同臨床病理特征之間的MMP-1 基因型，結(jié)果表明，MMP-1 2G基因型在結(jié)直腸癌患者中明顯高于健康對照組，且其在≤50歲的患者以及≥10個轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的患者中出現(xiàn)的頻率較高，提示其與結(jié)直腸癌風(fēng)險及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。ELANDE 等［28］分析了127 例結(jié)直腸癌患者和208 例健康對照者M(jìn)MP-1啟動子的SNPs，結(jié)果表明，MMP-1 2G 等位基因與結(jié)直腸癌的發(fā)生顯著相關(guān)，同樣提示MMP-1 啟動子多態(tài)性與結(jié)直腸癌的易感性相關(guān)。

MMP1-1607 ins/del G 功能多態(tài)性除了與結(jié)直腸癌易感性有關(guān)外，還與結(jié)直腸癌發(fā)生、生長、轉(zhuǎn)移和預(yù)后存在一定的相關(guān)性。LIèVRE 等［29］為了記錄MMPs 基因多態(tài)性在大腸癌發(fā)生早期的作用，在295例大腺瘤、302例小腺瘤和568例無息肉對照者的病例對照研究中，研究了它們與大腸腺瘤風(fēng)險的關(guān)系，分析結(jié)果顯示，MMP3-1612 ins/del A 基因型與小腺瘤發(fā)生風(fēng)險的增加顯著相關(guān)。此外，MMP1-1607 ins/del G-MMP3-1612 ins/del A（2G/2G-6A/6A）聯(lián)合基因型與大腺瘤的發(fā)生顯著相關(guān)，提示其可能通過促進(jìn)正常結(jié)腸上皮細(xì)胞腺瘤的發(fā)生而在大腸癌發(fā)生的早期發(fā)揮作用，而MMP1-1607 ins/del G 可能是由于增強(qiáng)了MMP3-1612 ins/del A 多態(tài)性的作用，加強(qiáng)了MMP-3 的表達(dá)，從而在結(jié)直腸癌發(fā)生的早期階段起到了間接的促進(jìn)作用。GHILARD 等［30］研究表明，結(jié)直腸癌組中MMP-1 2G 純合子的比例高于無腫瘤對照組，轉(zhuǎn)移組高于未轉(zhuǎn)移組，這表明，MMP-1啟動子區(qū)2G 多態(tài)性的存在可能促進(jìn)結(jié)直腸癌的生長和轉(zhuǎn)移，可被視為預(yù)后不良的危險因素。ZINZINDOHOUé 等［31］進(jìn)一步證實，MMP1-1607 ins G等位基因數(shù)與結(jié)直腸癌患者生存率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，首次提出了基因劑量效應(yīng)?？傊琈MP-1 啟動子區(qū)多態(tài)性可作為結(jié)直腸癌早期診斷及預(yù)測預(yù)后的指標(biāo)，未來可通過對患者的多基因量化分析，指導(dǎo)臨床上對結(jié)直腸癌的預(yù)防和治療。

綜上所述，MMP-1在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中起到一定的促進(jìn)作用。大量研究表明，MMP-1通過與上下游分子協(xié)同作用，加速細(xì)胞外基質(zhì)降解，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、侵襲和遷移。然而其在結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT過程中的作用仍存在爭議，后續(xù)還需更詳細(xì)、精準(zhǔn)的研究進(jìn)行驗證。MMP-1基因SNPs與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)，未來可作為結(jié)直腸癌篩查指標(biāo)，并可進(jìn)行腫瘤風(fēng)險評估，但SNPs的分布在不同人群、不同地區(qū)之間有差異，還需要擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步隨訪研究。