基質金屬蛋白酶在結直腸癌中的研究進展

趙津，丁佩劍 （通信作者）

承德醫學院附屬醫院 （河北承德 067000）

結直腸癌又稱大腸癌，為常見的消化道惡性腫瘤。我國結直腸癌的發病率和病死率在全部惡性腫瘤中均居第5位，呈逐年上升趨勢，且多數患者發現時已屬中晚期，成為嚴重的社會公共衛生問題［1］。對結直腸癌發病機制的研究表明其發生是多基因、多因子共同作用的復雜過程，其中基質金屬蛋白酶 （MMPs）與結直腸癌的發生、發展密切相關。

1 MMPs的結構和分類

MMPs是由20多個內肽蛋白水解酶組成的家族，其穩定性及活性表達依賴鋅離子，因此得名為金屬蛋白酶。MMPs是在結構和功能上同源性的蛋白酶，根據底物特異性，MMPs大致可以分為5類［2］：（1）膠原酶，如間質膠原酶 （MMP-1）、多形核膠原酶 （MMP-8）等，降解的底物為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原和明膠； （2）明膠酶，包括MMP-2和MMP-9等，主要降解Ⅳ、Ⅴ型膠原、明膠和彈性纖維；（3）間質溶解素，包括MMP-3、MMP-7、MMP-10和MMP-11，降解底物為蛋白聚糖、層粘連蛋白、纖維連接蛋白和蛋彈性蛋白，可廣泛裂解細胞外基質； （4）膜型基質金屬蛋白酶，包括MMP-14、MMP-15、MMP-16及MMP-17，其降解底物為明膠；（5）其他，金屬彈力蛋白酶、釉質溶解素等。

2 MMPs與腫瘤的關系

MMPs在多種細胞的生理過程中發揮作用，在某些惡性腫瘤細胞中過度表達。既往研究認為MMPs可降解細胞外基質成分，從而促進癌細胞的侵襲和轉移［3］，隨著研究深入，發現MMPs在腫瘤中的作用機制非常復雜，在腫瘤發生、生長、血管生成及轉移的多個階段均發揮作用。

2.1 MMPs與腫瘤細胞生長的關系

MMPs可促進細胞分泌各類生長因子，如表皮生長因子（EGF）、轉化生長因子β（TGF-β）和胰島素樣生長因子（IGF），這些生長因子通過促進細胞分裂和細胞生長完成腫瘤細胞的增殖［4］。

2.2 MMPs與腫瘤血管生成的關系

腫瘤細胞能誘導微血管的生成并建立腫瘤微環境的血液循環。Bergers等［5］在結腸癌動物模型中發現，隨著MMPs表達的上調，血管內皮生長因子 （VEGF）表達也相應增加，這是腫瘤血管新生的必要因素。

2.3 MMPs與腫瘤細胞外基質降解的關系

細胞外基質 （ECM）是細胞賴以生存的場所，能為正常細胞提供屏障和保護作用，防止內皮細胞遷移或腫瘤細胞侵襲。激活的MMPs能降解細胞外基質［3］，幫助癌細胞突破細胞外基質屏障，為癌細胞運動清掃路徑，促進惡性腫瘤的侵蝕和轉移。

3 MMPs的調節

MMPs的調節主要通過3種途徑［6］。（1）基因表達：正常組織功能需要嚴格控制MMPs表達的遺傳調節，當機體組織惡變時該控制機制失去作用，MMPs出現過表達。在癌組織中細胞因子、癌基因的激活、生長因子如TGF-β、白細胞介素 （IL）-1和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等都可能誘導增強的MMPs表達。（2）MMPs以酶原的形式分泌，通過半胱氨酸轉換，使分子結構變化并實現酶的活化。（3）MMPs功能受其抑制劑的特異性抑制，這種抑制劑稱為MMPs組織抑制劑（TIMP），TIMP抑制MMPs家族的所有已知成員，到目前為止發現了4種 TIMP，即 TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4。

4 MMPs在結直腸癌中的表達及意義

MMPs在結直腸癌中高表達，且與結直腸癌的關系非常密切。

4.1 膠原酶

MMP-1即基質金屬蛋白酶1，是膠原酶的重要成員，也是表達最廣泛的金屬蛋白酶。Baker等［7］實驗證明結直腸癌腫瘤組織中MMP-1的水平顯著高于正常結腸組織，MMP-1的濃度與Dukes分期、腫瘤分化程度和淋巴管浸潤呈正相關，MMP-1在結直腸癌進展中起重要作用。Sunami等［8］通過免疫組化研究發現MMP-1在癌細胞、部分間質細胞和部分正常上皮細胞的細胞質中表達，并證明MMP-1表達與結直腸癌血行轉移顯著相關，可能是結直腸癌血行轉移的新標記。Langenski ld等［9］研究表明MMP-1與結腸癌患者的癌癥特異性生存 （CSS）獨立相關，MMP-1在無腫瘤黏膜中的表達，可以篩選出需要強化輔助治療、CSS較差的結腸癌患者，而且MMP-1在增強腫瘤侵襲方面具有直接作用，其過度表達提示患者預后不良。

4.2 明膠酶

MMP-2和MMP-9又名明膠酶A和明膠酶B，其具有明膠結構。目前已有很多學者通過實驗模型和臨床研究證實了MMP-2和MMP-9在腫瘤組織中的高表達，MMP-2和MMP-9的上調在結直腸癌的進展、侵襲和轉移中起關鍵作用。Han等［10］研究表明MMP-2與結腸癌的組織學分級和TNM分期顯著相關。羅沖等［11］研究表明MMP-9在結直腸中的表達水平與患者Dukes分期、肝轉移相關，同時與術后生存時間呈負相關。MMP-2、MMP-9的高表達有可能作為判定大腸癌生物學行為的臨床參考指標。

在MMP-2、MMP-9與大腸癌生物學行為研究的基礎上，有學者做了深一步的研究。胞吐作用調節蛋白分泌素1（SCRN1）可能影響 MMP-2／9蛋白活性從而加速腫瘤進展［12］。IL-17A可能激活 PI3K／AKT／NF-κB轉導通路、調節MMP-2／9蛋白表達，從而誘導結腸癌SW480細胞遷移和侵襲［13］。過表達KiSS-1可通過阻斷PI3K／Akt／NF-κB信號通路下調MMP-9，從而減少結直腸癌細胞的侵襲［14］?；虺聊私Y直腸癌SW480細胞的過氧化物酶1（PRDX1）可通過調控TIMP-2、MMP-2及MMP-9的表達有效抑制癌細胞的侵襲、遷移及轉移能力［15］。還有研究發現人參皂甙20（S） -Rh2可有效抑制MMPs的表達［16］，包括 MMP-1、MMP-2和MMP-9，從而抑制癌細胞的侵襲，表明人參皂甙20（S） -Rh2具備治療結直腸癌患者的潛能。

4.3 基質降解酶

基質降解酶以MMP-3、MMP-7為代表。結直腸癌中MMP-3的表達與不良預后相關，MMP-3啟動子區5A多態性的存在會促進結直腸腫瘤的生長和轉移，并可視為預后較差的危險因素［17］。MMP-7作為基質降解酶代表，可由結直腸腫瘤細胞大量產生，并且MMP-7在結直腸腺瘤的表達遠大于在正常組織中的表達，特別是在腺瘤的G3、G4期染色明顯增加，因此被認為與腺瘤向腺癌轉變有關［18］。Roeb等［19］證實 MMP-3、MMP-7、MMP-13和明膠酶表達增強是大多數結直腸癌發生的特征，抑制MMP-7及MMP-13表達可作為結直腸癌預防或輔助治療的手段。有關MMP-7活性調節的研究發現，脂肪氧化酶 （LOX）可能通過調節低氧誘導因子 （HIF）-1α、MMP-2、MMP-7蛋白表達參與結直腸癌的進展［20］，底物通過正反饋循環上調MMP-7表達，從而增強結直腸癌細胞活力［21］。

4.4 膜型MMPs

關于膜型MMPs（MT-MMPs）在結直腸癌中的作用研究較少。一些研究表明MT1-MMP（又稱MMP-14）在結直腸癌中過表達，孫立園等［22］采用免疫組化MaxVision法檢測70例結直腸癌、30例結直腸腺瘤 （CRA）及20例正常腸黏膜組織 （對照組）中MMP-14的蛋白表達，并進行統計學處理，發現MMP-14蛋白在結直腸癌組織中的表達高于結直腸腺瘤、對照組，且與結直腸癌浸潤深度、有無淋巴結轉移及臨床分期有關，證實了MMP-14蛋白與結直腸癌的發生、發展密切相關。關于MT3-MMP（又稱MMP-16）研究結果表明，在結直腸癌組織中MT3-MMP啟動子經常高度甲基化，MT3-MMP的下調可能對結直腸癌的細胞遷移很重要［23］。

綜上所述，MMPs在蛋白質及其生物活性調節方面發揮重要作用，與結直腸癌的發生、發展、預后密切相關。為腫瘤患者的治療提供了一個新的靶點及思路，相信隨著研究的深入，MMPs在未來的腫瘤防治中會有廣闊的應用前景。