基質金屬蛋白酶—9在結直腸癌中的研究進展

摘要：基質金屬蛋白酶-9在細胞外基質和基底膜成分的降解過程中起重要作用，而細胞外基質成分的降解對于結直腸癌的生長、浸潤和轉移又是關鍵性的。在結直腸癌中MMP-9很有可能成為新一代的腫瘤標志物。MMP-9的表達對結直腸癌的預后有重要影響。發展新一代MMP-9的選擇性抑制劑，這一藥理學目標在將來會成為熱點與難點。

關鍵詞：基質金屬蛋白酶-9；結直腸癌

在世界范圍內，結直腸癌在男性最常見惡性腫瘤中排第四位，在女性中排第三位。統計數據顯示每年有120萬人新患病例，有超過63萬患者死亡，在所有癌癥死亡病例中占到8%。在過去的10年，盡管診斷、篩查和治療方面有顯著的進步，但患者長期預后并無明顯改善，5年生存率接近60%。超過50%的結直腸癌仍然只有病灶侵及區域或遠處組織時才能被診斷。不同的臨床病理學預后因素已經被揭示：腫瘤部位、浸潤深度、腫瘤分化、腫瘤大小及外科手術方式。以Dukes和TNM分期表現的預測不同腫瘤階段預后的重要性已經被廣泛接受。然而獲取術前預后指標對臨床工作者決定是否行輔助治療或新輔助治療將十分有用。因此，有必要找出結直腸癌的腫瘤相關抗原作為腫瘤標志物和預后指標。

1 MMPs概述

在1962年，MMPs最初在心血管領域被研究。后來逐漸發現MMPs存在于多種生理過程及病理狀態中。

基質金屬蛋白酶（MMPs）是一個Zn2+依賴的肽鏈內切酶大家族，目前已發現有20多個成員。其家族成員具有相似的結構，一般由5個功能不同的結構域組成：①疏水信號肽序列；②前肽區，主要作用是保持酶原的穩定。當該區域被外源性酶切斷后，MMPs酶原被激活；③催化活性區，有鋅離子結合位點，對酶催化作用的發揮至關重要；④富含脯氨酸的鉸鏈區；⑤羧基末端區，與酶的底物特異性有關。其中酶催化活性區和前肽區具有高度保守性。

根據底物和結構的不同，基質金屬蛋白酶家族可以分為以下幾類：膠原酶（MMP-1，MMP-8，MMP-13，MMP-18），明膠酶（MMP-2，MMP-9），基質裂解素（MMP-3，MMP-10，MMP-11），基質溶素（MMP-7），膜型基質金屬蛋白酶（MMP-14，MMP-15，MMP-16，MMP-24，MMP-17，MMP-25），和其他蛋白酶（MMP-12，MMP-19，MMP-20，MMP-21，MMP-23，MMP-27，MMP-28）[1，2]。

一些研究表明，CRC中幾個MMPs和TIMPs的表達會增強。 CRC是由幾個的基質金屬蛋白酶，如MMP-1，MMP-2，MMP-7或MMP-13的增強表達為特征的，但IV型膠原酶，MMP-9（明膠酶B）對CRC的進展有特別的意義。

2 MMP-9與結直腸癌浸潤和轉移中作用機制

惡性腫瘤的浸潤和轉移是一個多步驟、多階段復雜的過程。在這個過程中，腫瘤細胞侵襲細胞外基質的過程可描述為三個步驟：依附，基質降解和遷移。第一步是腫瘤細胞附著到基質。在第二個步驟，腫瘤細胞直接分泌酶降解細胞外基質。這種蛋白酶可以降解基質的結構的膠原蛋白和附著蛋白。在第三個步驟，癌細胞橫跨基底膜和基質通過該區域。浸潤細胞外基質是通過這三個步驟的循環進行完成的。在腫瘤細胞分泌的蛋白水解酶中，MMP-9占有重要地位。MMP-9能夠降解幾乎所有的ECM成分和腫瘤細胞周圍的結締組織與基底膜。

MMPs可以促進腫瘤新生血管的形成。大量研究證實，實體腫瘤的進一步生長、浸潤及血行轉移有賴于腫瘤新生血管的形成。腫瘤血管生成是一個非常復雜的過程，大致分為三個步驟：①血管周圍細胞外基質的降解；②內皮細胞的遷移、增殖；③毛細血管的分化吻合。VEGF（血管內皮生長因子）對血管生成的多個環節，如血管內皮細胞增殖、分化、遷移和管腔狀結構的形成，血管內皮基底膜的降解等均有明顯的促進作用。而研究證明，MMP-9能夠促進VEGF的合成[3]。

3 MMP-9在結直腸癌診斷方面的價值

MMPs作為潛在的腫瘤標志物已經被廣泛研究。一些研究者已明確表示MMP-9有相當的潛力成為結直腸癌的生物標志物。Hurst NG等人研究認為，血清中MMP-9濃度升高對結直腸新生物的出現有重要的預測作用[4]。但是最近Damery S等人的研究顯示MMP9與結直腸新生腫瘤之間并無明確關系。因此他們認為MMP9在作為一項輔助檢查協助診斷并無多大價值[5]。所以目前為止MMP-9能否成為腫瘤標志物尚有爭議，需進一步研究找到更加有力的證據[6]。

4 MMP-9與結直腸癌預后

近幾年，關于MMPs與結直腸癌預后的關系有大量研究文獻。幾乎所有相關文獻均認為MMP-9的表達與結直腸癌患者的預后有明確的關系。結直腸癌患者正常粘膜組織中MMP-9表達與結直腸癌患者預后相關[7]。Li CY通過meta分析共2390位結直腸癌患者的13項研究發現，MMP-9 表達與大腸癌患者的預后相關，并具有較高的MMP-9 表達的患者有較差的存活率[8]。Golovkov DA研究發現：MMP-9的表達增加與某些腫瘤進展過程可能有關，包括腫瘤低分化、浸潤深層腸壁、不好的結局、高肝轉移風險和更差的總生存率。這表示MMP-9對于分析結直腸癌患者手術的預后和肝轉移風險是一個重要的標志物。

甚至有研究者認為MMP-9的重要性遠不止此。在最近的一篇研究中，Chu et al.證明MMP-9的免疫組化表達與結直腸癌浸潤深度、淋巴結轉移、遠處轉移顯著相關。生存曲線的Kaplan-Meier 分析顯示MMP-9陽性染色的患者比陰性染色的患者明顯有更差的生存率。另外，關于年齡、性別、腫瘤部位、分化程度和分期的多變量分析證明MMP-9的表達標志著更差的無病生存期和總生存期，他們認為MMP-9可以作為一種新的預后標志物加入到TNM分期系統中。

5 MMP-9基因多態性與結直腸癌

在基因水平方面，目前有一些文獻顯示了MMP-9基因多態性與結直腸癌發生風險的關系。但尚無明確統一的意見。單核苷酸多態性是最常見的基因變化類型。在結直腸癌中最常研究的MMP-9多態性是啟動基因1526位的C變T。Zhang LF進行了包含4124位腫瘤患者和4728位對照者的meta分析，分析結果顯示MMP-9-1562 C>T多態性可能會降低結直腸癌和肺癌風險。

6展望

MMP-9在結直腸癌的浸潤、轉移中有如此重要的作用，抑制MMP-9的作用自然成為一個腫瘤治療靶點。MMP-9抑制劑將有很好的前景。目前已經有一些MMP-9抑制劑被研究出來，如重組MMP-9拮抗劑、鳥苷酸環化酶、去甲斑蟊素，若能通過嚴格的臨床試驗，很可能成為腫瘤治療的希望。

參考文獻：

[1]Corbel M， Boichot E， Lagente V. Role of gelatinases MMP-2 and MMP-9 in tissue remodeling following acute lung injury. Braz J Med Biol Res. 2000 Jul；33（7）：749-54.

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[3]Hawinkels LJ， Zuidwijk K， Verspaget HW， de Jonge-Muller ES， van Duijn W， Ferreira V， Fontijn RD， David G， Hommes DW， Lamers CB， Sier CF. VEGF release by MMP-9 mediated heparan sulphate cleavage induces colorectal cancer angiogenesis. Eur J Cancer. 2008 Sep；44（13）：1904-13. doi： 10.1016/j.ejca.2008.06.031. Epub 2008 Aug 6.

[4]Hurst NG， Stocken DD， Wilson S， Keh C， Wakelam MJ， Ismail T. Elevated serum matrix metalloproteinase 9 （MMP-9） concentration predicts the presence of colorectal neoplasia in symptomatic patients. Br J Cancer. 2007 Oct 8；97（7）：971-7. Epub 2007 Oct 2.

[5]Damery S， Nichols L， Holder R， Ward ST， Warmington S， Wilson S， Wakelam MJ， James J， Ismail T. Assessing the value of matrix metalloproteinase 9 （MMP9） in improving the appropriateness of referrals forcolorectal cancer. Br J Cancer. 2013 Mar 19；108（5）：1149-56. doi： 10.1038/bjc.2013.49. Epub 2013 Feb 7.

[6]Wilson S， Damery S， Stocken DD， Dowswell G， Holder R， Ward ST， Redman V， Wakelam MJ， James J， Hobbs FD， Ismail T. Serum matrix metalloproteinase 9 and colorectal neoplasia： a community-based evaluation of a potential diagnostic test. Br J Cancer. 2012 Apr 10；106（8）：1431-8. doi： 10.1038/bjc.2012.93. Epub 2012 Mar 20.

[7]Langers AM， Verspaget HW， Hawinkels LJ， Kubben FJ， van Duijn W， van der Reijden JJ， Hardwick JC， Hommes DW， Sier CF. MMP-2 and MMP-9 in normal mucosa are independently associated with outcome of colorectal cancer patients. Br J Cancer. 2012 Apr 24；106（9）：1495-8. doi： 10.1038/bjc.2012.80.

[8]Li CY， Yuan P， Lin SS， Song CF， Guan WY， Yuan L， Lai RB， Gao Y， Wang Y. Matrix metalloproteinase 9 expression and prognosis in colorectal cancer： a meta-analysis. Tumour Biol. 2013 Apr；34（2）：735-41. doi： 10.1007/s13277-012-0601-2. Epub 2012 Dec 27.

編輯/申磊