基質金屬蛋白酶與食管癌相關性的研究進展

羅昊

(樂山職業技術學院護理系,四川 樂山614000)

食管癌(Esophageal cancer,ECC)是世界上最常見的惡性腫瘤之一,惡性程度高,5年生存率不到15%。目前普遍認為食管癌是多因素作用、多基因參與、多階段發展的疾病。環境因素是食管癌發生的原因之一,但暴露于相似環境因素的人群,只有少數人發病,提示個人對食管癌存在遺傳易感性。MMPs是一類依賴金屬離子鋅(Zn2+)并以細胞外基作為水解底物的蛋白水解酶[1],在基膜和細胞外基質的降解過程中起著至關重要的作用,與食管癌的發生發展有一定關系。

1 MMPS的分類和結構

1962年,Gross和Lapiere發現第一種 MMP,迄今為止在人類至少發現有26余種MM Ps,按作用底物不同和內部同源性主要分為六大類:

1.1 膠原酶(Collagenases)

包括 MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18,主要降 解 Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ型等多種類型間質膠原和蛋白多糖的核心蛋白。MMP-2、MMP-14都有降解膠原酶的作用,但由于結構不同被劃分到其他類。

1.2 明膠酶(Gelatinases)

包括 MMP-2和MMP-9,主要降解IV、V、XI型膠原,層粘蛋白以及蛋白多糖的核心蛋白等。最新的研究表明MMP-2能消化Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原,而MMP-9缺乏這個能力[2-3]。

1.3 間質溶解素

包括 MMP-3、MMP-10、MMP-11,雖然具有與膠原酶相同的結構但是不能降解間質膠原,MMP-3和MMP-10結構和底物的特異性都較為相似,能降解大多數基質蛋白,MMP-10降解基質蛋白的能力較弱[4]。

1.4 溶解因子(Matrilysins)

包括MMP-7和MMP-26,MMP-7降解細胞外基質和細胞表面因子。MM P-26在一些正常細胞如子宮內膜和一些腫瘤細胞中表達,大部分存在細胞內,只能降解少數幾種細胞外基質[5]。

1.5 膜型基質金屬蛋白酶(MT-MMP)

包括 MTI-M MP(MMP-14)、MT2-MMP(MMP-15)、M T3-MMP(MMP-16)、(MMP-24)、MT4-MMP(MMP-17)、MMP-25,除能降解細胞外基質外,也能活化其他MMPs。

1.6 其他酶類

包括 MMP-18/19,MMP-20,MMP-23/24,目前作用不詳[6]。

所有MMPs均由具有同源性的10個外顯子和9個內含子組成,基質金屬蛋白酶在結構(見圖1)上有以下區域[7]:信號肽區域和酶原肽段區域;催化活性區域;羧基端區域;明膠結合區域;膠原同源區域;另外,膜型金屬蛋白酶還有三個獨特區域:在前肽區及催化區之間有一個含蛋白酶識別部位(RXKR)的結構區;在催化區域有一個含8個氨基酸的序列,其功能目前尚未明確;C末端的疏水跨膜區,該結構使其錨于細胞膜上,也因此而得名。

圖1 MMPs家族的結構域

2 MMPS在腫瘤中的作用

MMPs的主要功能是對細胞外基質成分進行降解,這一特性為腫瘤細胞的侵襲轉移創造了良好的條件,同時,這些細胞外基質分子降解后的片段又具有趨化作用,可促進腫瘤細胞移動。另外MMPs既可促進血管形成,也有抑制血管形成的作用:一方面降解ECM的組分,產生敏感的整合素結合位點,促進整合素信號轉導或直接與內皮細胞內部受體A、B及C三結合促進其信號轉導導有助于內皮細胞的存活和增殖;促進與ECM相關的血管形成因子的釋放。另一方面,又從大前體細胞釋放血管形成抑制因子。在腫瘤的發生發展中,前者起主導作用,為腫瘤細胞的生長和遠處轉移提供了微環境。早期的研究認為,MMPs只在腫瘤侵襲與轉移中發揮重要作用;但是,最近的研究表明MMPs還參與了腫瘤發生發展過程中的其它許多步驟,包括腫瘤細胞的生長、分化、凋亡、腫瘤血管形成的調節以及免疫監視。

3 MMPS基因與食管癌

3.1 MMPS有關食管癌組織表達研究

目前,很多研究表明MMPS在惡性腫瘤組織有較高表達。Hmashita等[8]用RT-PCR方法研究51例食管鱗癌標本中的MMP-1 mRNA發現,MMP-1在腫瘤細胞中表達,而在正常食管粘膜細胞不表達;Samantaray等[9]應用免疫組化法檢測58例食管鱗癌和44例遠端的增生組織中MMP-2、MMP-9的表達,發現在食管癌組織及增生組織中MMP-2、MMP-9的表達明顯高于正常組織,提示食管上皮增生是食管惡性腫瘤發生的早期事件。Shima[10]等實驗發現 MMP-2、MM P-3在食管癌中高表達;Murray[11]等報道MMP-1與食管癌患者不良預后相關聯。郭文忠[12]等人在研究血管內皮細胞生長因子和MMP-9在食管癌中的表達及低氧調節中,食管癌組織中MMP-9的表達顯著高于癌旁組織,但MMP-9的表達與食管癌的血管形成、腫瘤的分化程度、淋巴結轉移情況等無相關性,MMP-9基因表達水平不能預測食管癌的進展和轉移潛能。Imai[13]等對早期食管癌研究發現,腫瘤細胞中MMP-7、MMP-9和M T1-MM P高表達,且與浸潤深度、靜脈轉移密切相關,同時發現基質金屬蛋白酶抑制物 TIMP-1表達減弱,檢測食管腫瘤中MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9的陽性反應均位于腫瘤細胞胞漿和胞膜,表達明顯高于癌旁正常組織。

3.2 MMPS有關食管癌的血清型研究

目前,有關食管鱗癌血清MMP含量變化的研究報道較少。Koyama[14]等用明膠電泳酶譜法對30例食管鱗癌病人進行血清MMP-9檢測時發現,食管鱗癌患者血清MMP-9水平明顯高于正常人,但并未發現其水平和腫瘤分期相關。提示MMP-9有望成為ESCC的腫瘤標志物,有關血清MMP-9水平的變化和病灶大小、臨床特征、病理類型及預后推斷中的應用有待于進一步研究。

3.3 MMPS有關食管鱗癌細胞株研究

Suzuki[15]等研究了五種食管癌細胞株(TE-series)中MMP-2,9的表達情況,結果顯示其中四種細胞株(TE-5除外)均表達MMP-2和MMP-9,其中MMP-9在侵襲能力不同的細胞株之間的表達差異有統計學意義,提示MMP-9與食管癌的侵襲能力相關。

3.4 基因多態性與食管癌的相關性

近年來研究表明,MMPs在包括食管癌在內的多種腫瘤的發病機制中起著極為重要的作用,MM Ps成為腫瘤的候選易感基因,在對于多個MM P基因的啟動子區域鑒定了一些單核苷酸多態性(Single nucleotide polymorphism,SNP)位點,這些多態性可能影響相應MMPs的表達,也有越來越多的證據顯示這些遺傳多態性可能在腫瘤的發生發展中導致個體間的差異[16-17]。

MMP-1(間質膠原酶)基因定位于染色體11q22-33,MMP-1可通過改變細胞的微環境作用于腫瘤發生的初始階段,從而有利于腫瘤的形成,并參與多種腫瘤的侵襲及轉移,較多的研究是針對M MP-1-1607 1G/2G,認為等位基因2G可能與腫瘤的發生或侵襲有關。這個觀點已在乳腺癌、宮頸癌、腎細胞癌、結腸癌、肺癌等報道中得到證實。Jin等[18]對中國北方人群的研究結果顯示MMP-1-1607 1G/2G的多態與食管鱗狀細胞癌及賁門腺癌的發病風險無關,MM P-3-1612 5A/6A與MMP-9-1562C/T與乳腺癌[19]、胃癌[20]的易感性及預后有關。

MMP-3(間質溶素1)的基因位于染色體11q22,MMP-3基因啟動子區上游–1171bp處存在著一個A核甘酸插入(5A/6A)多態性。對中國河北人群的研究顯示,攜帶MMP-3 5A等位基因可增加吸煙個體患食管癌、非小細胞肺癌的易感性,并增加該兩種腫瘤患者發生淋巴結轉移的風險。Zhang[19]等研究證明,MMP-3啟動子區-1171 bp處5A/6A SNP 5A等位基因能增加ESCC易感性和淋巴結轉移的風險。MMP-3基因啟動子區上游-1613bp處還存在著一個T核甘酸插入(5T/6T)多態性,減少m RNA的轉錄。Martin[21]等研究表明,MMP-3-1613bp的5T5T基因型的克隆氏病患者更容易并發狹窄。

MMP-9基因位于染色體20q12-q13,MMP-9 C/T多態位于啟動子區轉錄起始點-1562bp處,為轉錄抑制因子的識別位點,C→T的改變破壞了抑制因子的識別結合序列,從而顯著增加了啟動子的活性[22],MMP-9 C-1562T與乳腺癌[23]、胃癌[24]的易感性及預后有關,并可能改變非腫瘤性疾病如冠狀動脈疾病的易感性[25]。而在中國河北人群的研究中,并未發現MMP-9-1562 C/T多態性與非小細胞肺癌等腫瘤相關[26]。羅等對中國四川人群的研究中,MMP-9基因外顯子上R279Q,P574R,R668Q多態性進行了研究,結果顯示 MMP-9基因P574R中含有突變等位基因G的基因型GG、GG&CG的頻率在健康對照組和病例組分布差異具有統計學意義。

4 問題與展望

通過查閱大量專業文獻,我們發現由于MMPS SNP位點發現相對較晚,數目較少,目前,關于MMPS與食管癌的相關性研究主要集中在組織表達層面,而有關基因多態性與食管癌發生、發展和轉移之間的相關性研究相對較少。但隨著SNP的篩查技術和方法越來越簡便,精確,高通量,SNP篩查水平的提高必將為食管癌的發生、發展、惡化、轉移等各階段的作用機制提供一個更微觀的研究方法和思路。

由于食管癌是多基因、多階段、進行性演變的過程,是多種基因變化累積或綜合作用的結果。在醫學研究中,必須積極尋找、研究食管癌相關基因,并通過分子生物學的基礎研究來實現食管癌的早期篩查和臨床治療。

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