基質(zhì)金屬蛋白酶14在腫瘤中的研究進(jìn)展*

潘成云 綜述,劉 萍,王季石 審校

(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院血液科,貴陽 550004)

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移是由腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境共同參與的多步驟、復(fù)雜的病理過程。在這過程中,基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)是降解、破壞細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)和基底膜,為腫瘤細(xì)胞解除屏障進(jìn)而促進(jìn)腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵蛋白酶。

MMP是一組鋅依賴性內(nèi)肽酶,除可以降解ECM外,還可以作用于蛋白激酶、細(xì)胞表面分子、生長(zhǎng)因子及趨化因子等。根據(jù)底物的特異性和序列的相似性,MMP主要分為5類:膠原酶、明膠酶、間質(zhì)溶解素、基質(zhì)溶解素和膜型MMP。其中膠原酶包括MMP-1、MMP-8及MMP-13,能夠降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原,同時(shí)可以消化一些ECM及非ECM分子;明膠酶又稱為Ⅳ型膠原酶,包含MMP-2和MMP-9,能夠降解Ⅳ型膠原蛋白;間質(zhì)溶解素及基質(zhì)溶解素(MMP-3、MMP-10、MMP-11、MMP-7、MMP-26等)可降解蛋白多糖、纖維連接蛋白和Ⅳ型膠原等;膜型MMP(MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17等)則不同于其他MMP,該類酶表達(dá)在細(xì)胞膜表面,具有跨膜功能區(qū)域,能夠降解明膠、纖維連接蛋白、蛋白聚糖等ECM成分。

在基因結(jié)構(gòu)上,MMP家族成員具有一定的相似性,其主要由5個(gè)功能不同的結(jié)構(gòu)域所組成:(1)疏水信號(hào)肽序列;(2)前肽區(qū),主要起著維持酶原穩(wěn)定性的功能,當(dāng)外源性的酶切斷前肽區(qū)后,MMP酶原能夠被激活;(3)催化活性區(qū),該區(qū)域含鋅離子結(jié)合位點(diǎn),對(duì)酶的催化具有至關(guān)重要的作用;(4)鉸鏈區(qū);(5)羧基末端區(qū),該區(qū)域與酶的底物特異性相關(guān)。

在多種MMP中,MMP-14為一種錨定膜蛋白,也稱為膜型MMP,與其他MMP成員具有類似的基本結(jié)構(gòu)域,同時(shí)在前肽區(qū)和催化活性區(qū)之間存在一個(gè)RRKR基序,該基序能夠被弗林蛋白酶識(shí)別并水解,進(jìn)而激活MMP-14。在功能上,MMP-14能夠消化Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原及其他ECM成分(蛋白多糖、纖維連接蛋白等),并通過激活MMP-2,分解Ⅳ型膠原導(dǎo)致基底膜重構(gòu)。在腫瘤進(jìn)展過程中,MMP-14除能夠降解ECM和激活MMP-2以外,還可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞間相互作用、促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等方式促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和轉(zhuǎn)移。目前的研究中,針對(duì)MMP-14在腫瘤中的探索主要通過生物信息學(xué)分析篩選、臨床標(biāo)本檢測(cè)及體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)等方式對(duì)MMP-14扮演的角色進(jìn)行披露。本文就MMP-14在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的研究和意義做一綜述。

1 生物信息學(xué)分析篩選MMP-14在腫瘤中的表達(dá)及意義

在關(guān)于MMP-14的探索中,多項(xiàng)研究通過生物信息學(xué)分析探討了其與腫瘤發(fā)生、進(jìn)展的相關(guān)性及潛在的預(yù)后價(jià)值。LI等[1]通過整合分析TCGA、Oncomine及Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫的研究分析,發(fā)現(xiàn)MMP-14的表達(dá)與多種腫瘤的預(yù)后及免疫侵襲高度相關(guān)。對(duì)于消化系統(tǒng)腫瘤更具體化的數(shù)據(jù),DUAN等[2]通過納入20項(xiàng)研究對(duì)消化系統(tǒng)腫瘤進(jìn)行meta分析,同時(shí)結(jié)合GEPIA和Kaplan-Meier Plotter數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生存分析,發(fā)現(xiàn)MMP-14在正常組織中的表達(dá)水平高于消化系統(tǒng)腫瘤組織,但腫瘤中高表達(dá)MMP-14往往與消化系統(tǒng)腫瘤不良預(yù)后相關(guān)。隨后,多個(gè)研究探討了MMP-14在不同消化系統(tǒng)腫瘤中的表達(dá)和作用。WANG等[3]在胃癌中的研究發(fā)現(xiàn),MMP-14在胃癌組織中高表達(dá),其與胃癌患者較短的總生存(overall survival,OS)率和無復(fù)發(fā)生存(recurrence-free survival,RFS)率相關(guān)。且MMP-14高表達(dá)患者的腫瘤分化程度較差、腫瘤浸潤(rùn)較深、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移較早,臨床分期較晚。在胰腺腺癌的研究中,LI等[4]通過GEPIA數(shù)據(jù)庫探索發(fā)現(xiàn),MMP-14和膠原蛋白COL12A1高表達(dá)的胰腺腺癌患者預(yù)后較差。另兩項(xiàng)關(guān)于胰腺癌的研究亦顯示,MMP-14與胰腺癌的病理分期及不良預(yù)后密切相關(guān)[5-6]。而在直腸癌中,YU等[7]研究顯示,高表達(dá)MMP-11、MMP-14、MMP-16、MMP-17、MMP-19及MMP-23B與較高的腫瘤分期相關(guān)。其中,高表達(dá)MMP-11、MMP-14、MMP-17及MMP-19與更短的無進(jìn)展生存(progression-free survival,PFS)率和RFS率相關(guān)。這些研究表明,MMP-14能成為上述消化系統(tǒng)腫瘤患者的預(yù)后判別因子及潛在的干預(yù)靶標(biāo)。

在其他腫瘤的研究中,WANG等[8]通過GEO和Oncomine數(shù)據(jù)庫中獲取基因表達(dá)數(shù)據(jù),分析MMP在葡萄膜黑色素瘤中的表達(dá)及預(yù)后價(jià)值,發(fā)現(xiàn)與正常的組織相比,包括MMP-14在內(nèi)的多種MMP在葡萄膜黑色素瘤組織中表達(dá)增加,并在葡萄膜黑色素瘤病程進(jìn)程中發(fā)揮了重要的作用。而在血液系統(tǒng)腫瘤的研究中,YIN等[9]通過GEO數(shù)據(jù)庫獲取3個(gè)數(shù)據(jù)集以探索彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤患者M(jìn)MP-14的表達(dá)和意義,結(jié)果發(fā)現(xiàn)MMP-14在彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤組織中的表達(dá)明顯高于正常組織,但與實(shí)體瘤中研究結(jié)果所不同的是,高表達(dá)MMP-14與彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤更好的OS率和PFS率相關(guān)。

2 MMP-14在腫瘤組織中的表達(dá)及意義

腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲是由某些基質(zhì)成分的選擇性和特異性蛋白水解所推進(jìn)或促成的。在該過程中,MMP對(duì)ECM的破壞尤為重要,其可能對(duì)ECM具有明膠分解及膠原蛋白分解的活性。MMP-14作為一種膜型MMP,在這方面起了關(guān)鍵性的作用,其通常在正常細(xì)胞中低表達(dá),但在腫瘤細(xì)胞中往往高表達(dá),且高表達(dá)MMP-14可能與腫瘤晚期TNM分期、腫瘤分級(jí)和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)[10-12]。OGAWA等[13]通過檢測(cè)96例胃癌組織及20例正常腹膜組織中的MMP-14表達(dá),發(fā)現(xiàn)胃癌組織中MMP-14的表達(dá)水平明顯高于正常組織,MMP-14高表達(dá)患者的OS率明顯低于MMP-14低表達(dá)的患者。在多變量分析中,MMP-14 表達(dá)是胃癌患者OS的獨(dú)立影響因素。KASURINEN等[14]的研究亦顯示,高表達(dá)MMP-14的胃癌患者5年疾病特異性生存率僅為35.9%,而低表達(dá)MMP-14的患者5年疾病特異性生存率達(dá)45.3%。該研究還表明,胃癌患者血清中可溶性MMP-14 的高表達(dá)可作為預(yù)后不良的標(biāo)志,且預(yù)示著腫瘤存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[15]。在另一項(xiàng)消化系統(tǒng)腫瘤的研究中,ZHANG等[16]通過檢測(cè)142例食管鱗狀細(xì)胞癌組織中MMP-14的表達(dá),發(fā)現(xiàn)MMP-14在食管鱗狀細(xì)胞癌瘤組織中高表達(dá),且與食管鱗狀細(xì)胞癌患者更差的疾病分期和更短的OS率相關(guān)。

在其他腫瘤的研究中,WANG等[17]通過臨床隨訪數(shù)據(jù)及TCGA數(shù)據(jù)評(píng)估MMP-14在肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌中的短期預(yù)后價(jià)值發(fā)現(xiàn),MMP-14在肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌中高度表達(dá),高表達(dá)MMP-14的肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌患者預(yù)后較差。進(jìn)一步體外研究發(fā)現(xiàn),下調(diào)MMP-14能夠有效抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移進(jìn)程。PIETRZAK等[18]在非小細(xì)胞肺癌的研究中通過檢測(cè)腫瘤切除術(shù)前和術(shù)后100 d MMP的表達(dá)變化,發(fā)現(xiàn)有效的治療能夠使MMP基因表達(dá)趨向正?；Ｇ腋弑磉_(dá)MMP-14及MMP-15與疾病進(jìn)展和侵襲密切相關(guān)。而在卵巢癌的研究中,VOS等[19]通過系統(tǒng)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)MMP-14在卵巢癌的增殖、侵襲、血管生成和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用,且在大多數(shù)具有不良預(yù)后特征的卵巢癌患者中,MMP-14往往高表達(dá)。同時(shí),MMP-14與CD44雙表達(dá)的卵巢癌患者亞組預(yù)后較差[20]。這些研究表明,在多種實(shí)體腫瘤中,高表達(dá)MMP-14可能是導(dǎo)致腫瘤不良預(yù)后的重要因素。

3 MMP-14在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)及意義

基于生物信息學(xué)分析及臨床標(biāo)本檢測(cè)數(shù)據(jù),MMP-14可能是介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展、導(dǎo)致不良預(yù)后的關(guān)鍵因素。由此,多項(xiàng)研究探討了MMP-14在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)及其可能產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)。CHEN等[21]在食管鱗狀細(xì)胞癌的研究中發(fā)現(xiàn),MMP-14的表達(dá)主要局限于食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì),而在正常食管組織標(biāo)本中基本檢測(cè)不到。該研究組進(jìn)一步通過siRNA法敲除食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中的MMP-14后檢測(cè)食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲性變化,發(fā)現(xiàn)敲除食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中的MMP-14能夠削弱腫瘤細(xì)胞的增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯,并降低腫瘤細(xì)胞的侵襲能力。在胰腺癌的研究中,敲低MMP-14和抑制素A亦能夠有效抑制胰腺癌的侵襲[22]。而在胰腺導(dǎo)管腺癌的研究中,MMP-14被認(rèn)為是外泌體介導(dǎo)吉西他濱耐藥的關(guān)鍵因子[23]。

在血液系統(tǒng)腫瘤的研究中,SHIRVAIKAR等[24]發(fā)現(xiàn)MMP-14在白血病細(xì)胞株THP-1、U937、HEL、K562及AML骨髓標(biāo)本中高表達(dá),且MMP-14 的表達(dá)受腫瘤壞死因子-α調(diào)節(jié),這種狀態(tài)有助于AML中保持高度蛋白水解的骨髓微環(huán)境及侵襲性表型。WANG等[25]的研究亦顯示,MMP-14在白血病細(xì)胞中高表達(dá),下調(diào)MMP-14能夠降低白血病細(xì)胞的侵襲能力。這些結(jié)果提示腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)MMP-14可能是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲的重要因素。

4 MMP-14促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的可能分子機(jī)制

MMP-14作為MMP家族中重要的成員,已被證實(shí)能夠通過降解ECM成分、激活MMP-2及促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等方式促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。新近的研究多聚焦于MMP-14的上游調(diào)控因子及潛在的分子機(jī)制。

氯離子通道蛋白2作為氯離子通道蛋白家族成員之一,OZAKI等[26]在腦腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)其能與MMP-14結(jié)合,阻止MMP-14在質(zhì)膜中的定位、抑制其酶活性進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。CD276(B7-H3)是B7超家族的重要成員,研究發(fā)現(xiàn)其可通過激活PI3K/AKT/MMP(MMP-14、MMP-2和MMP-9)通路并誘導(dǎo)肝細(xì)胞癌中的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化來促進(jìn)血管生成擬態(tài)形成進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[27]。此外,考慮腫瘤進(jìn)展過程中腫瘤組織趨于變硬,由此底物硬度可能是參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞侵襲性改變的另一重要因素。ZHAO等[28]根據(jù)這一猜測(cè),探討了不同底物硬度對(duì)人唾液腺腺樣囊性癌細(xì)胞遷移和侵襲的影響,發(fā)現(xiàn)底物硬度能夠正性調(diào)節(jié)MMP-2、MMP-9及MMP-14的表達(dá),并負(fù)性調(diào)節(jié)MMP組織抑制物TIMP1、TIMP2和TIMP4的表達(dá)以促進(jìn)ACC2細(xì)胞的遷移和侵襲。此外,長(zhǎng)鏈非編碼RNA CCAT1[29]、miR-26a[30]等亦可作為MMP-14的上游調(diào)控因子參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲過程。

在MMP-14作為上游因子促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的可能分子機(jī)制研究中。除前述提到的可能機(jī)制外,STAWOWCZYK等[31]關(guān)于非小細(xì)胞肺癌的研究發(fā)現(xiàn),MMP-14 能夠介導(dǎo)人肝素結(jié)合性表皮生長(zhǎng)因子的激活及蛋白水解過程,并刺激表皮生長(zhǎng)因子受體信號(hào)通路以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖,提示MMP-14在腫瘤進(jìn)展中可能通過多個(gè)途徑介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。

5 MMP-14作為潛在治療靶點(diǎn)的探索

介于MMP-14被闡明為促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和侵襲的關(guān)鍵因子,多項(xiàng)研究探討了不同的藥物對(duì)MMP-14的抑制效應(yīng)及對(duì)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性的影響。KAIMAL等[32]通過使用能夠抑制MMP-14的MMP抑制劑馬立馬司他,發(fā)現(xiàn)其可誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞周期停滯并減緩腫瘤進(jìn)展。另一特異性MMP-14抑制劑NS405020在非小細(xì)胞肺癌的研究中亦顯示對(duì)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力產(chǎn)生明顯的抑制效應(yīng)[31]。在其他能夠抑制MMP-14的治療方式中,MOHANTY等[33]關(guān)于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究顯示,交聯(lián)氧化鐵納米粒子與高效血管破壞劑的結(jié)合能夠破壞表達(dá)MMP-14的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤脈管系統(tǒng),進(jìn)而誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤起始細(xì)胞凋亡,并明顯抑制腫瘤的生長(zhǎng)。人基膜聚糖作為一種富含亮氨酸的小蛋白聚糖,STASIAK等[34]的研究發(fā)現(xiàn)其能夠抑制MMP-14的活性及黑色素瘤細(xì)胞的遷移。此外,使用阻斷S100鈣結(jié)合蛋白A4與蛋氨酸氨基肽酶2相互作用的合成肽(NBD肽)[35],亦能夠有效抑制MMP-14的表達(dá)進(jìn)而阻止腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。

6 總結(jié)與展望

MMP-14作為一種具有膠原酶活性的膜型金屬蛋白酶,其在多種腫瘤中顯示出促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移及侵襲的特性,在臨床數(shù)據(jù)中亦發(fā)現(xiàn)與更短的遠(yuǎn)期生存和不良預(yù)后密切相關(guān)。靶向MMP-14可能是阻止腫瘤細(xì)胞發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、改善治療療效的有效干預(yù)措施。目前,針對(duì)MMP-14的不同靶點(diǎn)抑制劑或新型藥物正在探索過程中,但大多數(shù)仍處于臨床前研究階段,未來還需要更進(jìn)一步的臨床研究證實(shí)靶向MMP-14對(duì)不同腫瘤的治療療效。