金屬基質(zhì)蛋白酶-9與食管癌相關(guān)性的研究進(jìn)展

張 林，朱振東，張從海，李 睿*

(1新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003;2菏澤高等醫(yī)學(xué)專科學(xué)校)

食管癌可發(fā)生早期淋巴結(jié)及血行轉(zhuǎn)移的特性使其表現(xiàn)出臨床進(jìn)展迅速并且預(yù)后很差的特性。研究表明，癌細(xì)胞浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移能力與其誘導(dǎo)產(chǎn)生的蛋白酶降解細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、基底膜的能力密切相關(guān)，因此基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)引起了腫瘤學(xué)研究者們的極大興趣。MMP-9基因作為MMPs基因家族中的一員，既有基因家族固有的生物學(xué)特征，同時(shí)又在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮特殊作用。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，就MMP-9在食管癌發(fā)生發(fā)展及其轉(zhuǎn)移過(guò)程的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MMPs家族及MMP-9的結(jié)構(gòu)功能

MMPs是1962年被發(fā)現(xiàn)的一類依賴金屬Zn2+并以ECM組分作為水解底物的蛋白水解酶［1］。MMP-9在家族中屬于明膠酶類，又被稱為明膠酶B，是MMPs家族中分子量最大的酶，依靠Zn2+和Ca2+發(fā)揮降解作用。MMP-9由角化細(xì)胞產(chǎn)生，儲(chǔ)存在中性粒細(xì)胞和酸性粒細(xì)胞的囊粒中。炎癥、腫瘤時(shí)主要由中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞、上皮膠質(zhì)細(xì)胞等以異物活性的酶原形式分泌出來(lái)，在發(fā)揮降解作用時(shí)需要被Zn2+激活。

MMPs的主要功能是降解ECM。一種MMPs可以直接降解某一種或幾種ECM，也可以通過(guò)激活其他類型的MMPs發(fā)揮作用，形成瀑布效應(yīng)。另外，MMPs在細(xì)胞遷移、血管生成、傷口愈合、胚胎發(fā)育、動(dòng)脈粥樣硬化、惡性腫瘤浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移等病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。MMPs主要以3種機(jī)制促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲生長(zhǎng)［2］:首先蛋白酶作用使腫瘤細(xì)胞周圍由基質(zhì)分子形成的物理屏障被破壞;其次，MMPs可以增強(qiáng)細(xì)胞間的黏附能力，以便腫瘤細(xì)胞向周圍生長(zhǎng);再次，MMPs作用于基質(zhì)成分后，激發(fā)其他一些潛在的生物活性，參與腫瘤的免疫過(guò)程。MMP-9在腫瘤中發(fā)揮作用的機(jī)制除了MMPs家族的共同功能外，還有著更多的生物學(xué)功能，包括原發(fā)性和繼發(fā)性腫瘤的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)效應(yīng)、促進(jìn)新生血管形成和調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附等［3］。這樣就使MMP-9在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮更加重要的作用。

2 MMP-9與食管癌關(guān)系研究進(jìn)展

2.1 MMP-9在食管癌組織中表達(dá)的研究 大量研究表明MMP-9在包括食管鱗癌的多種惡性腫瘤［4］中呈過(guò)度表達(dá)。溫洪濤等［5］發(fā)現(xiàn)，食管癌組織金屬蛋白酶抑制劑1(TIMP-1)的蛋白表達(dá)量高于正常組織，但MMP-9明顯高于TIMP-1，印證了MMP-9/TIMP-1的表達(dá)失衡在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用。另一研究指出，MMP-9 mRNA及蛋白主要在食管癌細(xì)胞中強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)，而癌組織中的纖維母細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞中呈現(xiàn)部分弱陽(yáng)性表達(dá)。這些結(jié)果提示，食管癌組織中MMP-9主要由腫瘤細(xì)胞分泌。由此我們可以將MMP-9作為食管癌臨床用藥檢測(cè)指征，并作為預(yù)后推測(cè)指標(biāo)。

2.2 MMP-9有關(guān)食管癌的血清型研究 目前，有關(guān)食管鱗癌血清MMPs含量變化的研究報(bào)道較少。Koyama等［6］發(fā)現(xiàn)，食管鱗癌患者血清MMP-9水平明顯高于正常人，但并未發(fā)現(xiàn)其水平和腫瘤分期相關(guān)。提示MMP-9有望成為食管鱗癌的腫瘤標(biāo)志物，但有關(guān)血清MMP-9水平的變化和病灶大小、臨床特征、病理類型及預(yù)后推斷的關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究。

2.3 MMP-9有關(guān)食管鱗癌細(xì)胞株的研究 Suzuki等［7］研究了5種食管癌細(xì)胞株(TE-series)中MMP-2和MMP-9的表達(dá)情況，結(jié)果顯示其中4種細(xì)胞株(TE-5除外)均表達(dá)MMP-2和MMP-9，其中MMP-9在侵襲能力不同的細(xì)胞株之間的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示MMP-9與食管癌的侵襲能力相關(guān)。

2.4 MMP-9基因單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與食管癌的研究 SNPs是指基因組DNA序列中由于單個(gè)核苷酸轉(zhuǎn)換或顛換而引起的多態(tài)性，它是一種單核苷酸的變異，是酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)及可變串聯(lián)重復(fù)序列(VNTR)和微衛(wèi)星多態(tài)(STR)之后的新一代多態(tài)性遺傳標(biāo)記，自從1994年第1次被提出之后，其漸漸成為與分子標(biāo)記有關(guān)領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。作為第3代遺傳標(biāo)記，SNPs在基因組中具有高密度和高保守的特點(diǎn)，初步估計(jì)在整個(gè)基因組中共有300萬(wàn)個(gè)以上的SNPs。目前很多機(jī)構(gòu)都在檢測(cè)SNPs、做SNPs圖譜、建立SNPs與各種疾病之間的聯(lián)系，如果得出某些SNPs或某些SNPs的特定組合與特定疾病、特定地區(qū)發(fā)病人群、乃至個(gè)別患者有明顯相關(guān)性，疾病的診斷和治療可更有針對(duì)性，甚至做到個(gè)體化。近年來(lái)，SNPs篩查在遺傳病的研究、藥學(xué)的應(yīng)用研究以及腫瘤的研究中都得到廣泛應(yīng)用。

MMP-9定位于20q11.2～13.1，據(jù)報(bào)道在MMP-9基因的啟動(dòng)子區(qū)和13個(gè)外顯子序列先后發(fā)現(xiàn)10個(gè)序列的變異，其中4個(gè)在啟動(dòng)子區(qū)，5個(gè)在編碼區(qū)，1個(gè)在內(nèi)含子區(qū)。位于啟動(dòng)子區(qū)的SNPs可直接使啟動(dòng)子由于自身結(jié)構(gòu)改變無(wú)法啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄而導(dǎo)致無(wú)蛋白表達(dá)，或其堿基變異導(dǎo)致其與各種轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的結(jié)合能力發(fā)生改變從而使轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變，造成該蛋白表達(dá)量上升或下降，進(jìn)一步影響其生物學(xué)功能。MMP-9啟動(dòng)子-1562 bp位點(diǎn)由于胞嘧啶替代胸腺嘧啶而產(chǎn)生多態(tài)，而包含此多態(tài)性位點(diǎn)的長(zhǎng)約9 bp的序列為轉(zhuǎn)錄抑制蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)C→T后，這種DNA-蛋白的相互作用能被消除，影響基因轉(zhuǎn)錄并產(chǎn)生3種啟動(dòng)子基因型，即低活性(C/C)和高活性(T/T)及雜合子(C/T)啟動(dòng)子基因型。有研究表明，T/T啟動(dòng)子基因型啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄活性較C/C增加1.5倍［8］。Medley等［9］研究顯示，攜帶 MMP-9 基因-1562 bp 等位基因者，MMP-9蛋白表達(dá)較-1562 C明顯增高。Marsumura等研究提示，MMP-9啟動(dòng)子中T等位基因和胃癌的侵襲性有關(guān)，但目前尚未有報(bào)道證實(shí)此多態(tài)性位點(diǎn)與食管癌之間的相關(guān)性。

有關(guān)MMP-9基因多態(tài)性與腫瘤相關(guān)性的研究很久以來(lái)都集中在位于啟動(dòng)子區(qū)域的基因變異，而很少有學(xué)者關(guān)注編碼區(qū)基因變異與腫瘤的關(guān)系。編碼區(qū)基因的堿基變異、缺失或插入可能導(dǎo)致翻譯閱讀框架的改變，使所編碼蛋白表達(dá)量改變或蛋白種類改變，最終導(dǎo)致對(duì)特定環(huán)境或病因的反應(yīng)敏感，所以編碼區(qū)序列變異所形成的多態(tài)性同樣值得我們注意。其中位于第6外顯子的R279Q(G/A)，第10外顯子的P574R(C/G)和第12外顯子的R668Q(G/A)是目前有關(guān)MMP-9編碼區(qū)SNP研究的3個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。MMP-9 P574R和R668Q位于血凝酶編碼序列，這一區(qū)域的變異通常會(huì)使其表達(dá)酶與三聯(lián)螺旋蛋白的黏附能力減弱，但不影響該酶對(duì)其眾多酶底物的水解能力;其次，由于P574R中C→G使編碼的氨基酸由疏水性脯氨酸變?yōu)閹д姾删彼幔琑668Q中G→A使正電荷精氨酸變成了不帶電荷的谷氨酰胺，從而影響該結(jié)構(gòu)與TIMP的結(jié)合能力而導(dǎo)致MMP-9的過(guò)度表達(dá)。R279Q位于明膠酶特殊纖連蛋白Ⅱ編碼區(qū)，R279Q中G→A使正電荷精氨酸變成了不帶電荷的谷氨酰胺影響酶底物作用結(jié)合區(qū)的蛋白構(gòu)象。目前，有關(guān)于MMP-9編碼區(qū)SNPs與腫瘤之間的相關(guān)性報(bào)道很少，通過(guò)文獻(xiàn)檢索有Hu等［10］有關(guān)于原發(fā)性肺癌的研究，并發(fā)現(xiàn)其中R279Q和P574R與原發(fā)性肺癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移相關(guān)。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段關(guān)于MMP-9與食管癌的相關(guān)性研究主要集中在組織表達(dá)層面，而有關(guān)基因多態(tài)性與食管癌發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移之間的相關(guān)性研究相對(duì)較少。一方面可能是由于MMP-9 SNPs位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)相對(duì)較晚、數(shù)目較少，研究者們普遍將目光集中在MMPs家族中相對(duì)成熟的MMP-1多態(tài)性;另一方面，可能由于食管癌發(fā)病受環(huán)境因素影響較大，地域性較強(qiáng)，食管癌樣本搜集較為困難，大規(guī)模研究開展存在一定困難。這些因素都一定程度的限制了MMP-9多態(tài)性與食管癌相關(guān)性研究的進(jìn)展。

3 展望

目前，SNPs的篩查技術(shù)和方法越來(lái)越簡(jiǎn)便、精確、高通量，SNPs篩查水平的提高必將為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、惡化、轉(zhuǎn)移等各階段的作用機(jī)制提供一個(gè)更微觀的研究方法和思路。現(xiàn)階段對(duì)MMP-9中的SNPs篩查僅著力于其中的一部分，并且大都集中研究基因啟動(dòng)子的SNPs現(xiàn)象，而對(duì)結(jié)構(gòu)基因的SNPs篩查和研究尚未見報(bào)道。可以預(yù)見，隨著MMP-9對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)水平研究的不斷進(jìn)展，將會(huì)揭示有關(guān)結(jié)構(gòu)基因SNPs影響MMP-9蛋白功能基團(tuán)的氨基酸序列，進(jìn)而影響酶的活性，以及腫瘤轉(zhuǎn)移程度等各方面的信息。另外，現(xiàn)階段大多從研究MMP-9在病理組和正常對(duì)照組之間是否有顯著差異方面入手，今后可進(jìn)一步深入研究MMP-9的SNPs與其他的腫瘤轉(zhuǎn)移因子的相互作用。

總之，隨著研究的進(jìn)展、基因芯片技術(shù)的應(yīng)用以及對(duì)人類基因組的日新月異的深入了解，必將發(fā)現(xiàn)更多MMP-9的SNPs，揭示更多SNPs與腫瘤的相關(guān)性，為腫瘤的診斷、預(yù)后評(píng)估、抗腫瘤藥物研究甚至基因診斷和基因治療提供依據(jù)。

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