MMP-1及MMP-1基因多態性在結直腸癌發生發展中的作用及其機制研究進展

武蒙歡，施良 ，張浩，劉寒瓊，劉艷如，張煒

1 江蘇大學附屬醫院消化內科，江蘇鎮江 212000；2 南京第一醫院核醫學科；3 江蘇大學附屬醫院急診科

結直腸癌是全球癌癥相關死亡的第三大原因，發病率為10.2%，病死率為9.2%［1］。結直腸癌是我國最常見癌癥之一，其發病率逐年上升并呈年輕化趨勢［2］。早期發現、早期治療在提高結直腸癌診療效果及降低病死率中具有重要意義。基質金屬蛋白酶-1（MMP-1）是基質金屬蛋白酶（MMPs）家族的一員，又稱間質膠原酶和成纖維細胞膠原酶，是一個功能上依賴Zn2+，結構上包含Ca2+的內源性蛋白酶。生理條件下MMP-1 呈低水平表達，但在病理條件下，其表達水平顯著上升［3］。MMP-1 通過半胱氨酸轉換機制被其他酶或自由基激活，具有廣泛的底物特異性［4］，其促進各種細胞外基質蛋白的降解，包括膠原蛋白、明膠、纖維連接蛋白及層粘連蛋白等，最終導致細胞和組織的結構發生變化。在功能上，MMP-1 參與傷口愈合、關節炎、動脈粥樣硬化和腫瘤進展等多種生理和病理過程［5-10］。近年越來越多的研究表明，MMP-1 在促進結直腸癌細胞生長、間充質轉化（EMT）［11］、侵襲和轉移［12］等方面發揮著重要作用，但仍無此方面的系統總結，本研究就MMP-1 及其基因多態性在結直腸癌發生發展中作用及其機制的研究進展作一綜述。

1 MMP-1 在結直腸癌發生發展中的作用及其機制

近年MMP-1在惡性腫瘤發生發展中作用的相關機制成為研究的熱門領域，它參與了多種惡性腫瘤細胞的增殖、分化、血管生成、細胞侵襲、細胞轉移及EMT 等過程。在結直腸癌中，其通過影響結直腸癌細胞的侵襲、遷移及EMT促進結直腸癌進展。

1.1 MMP-1 促進結直腸癌細胞侵襲和遷移 腫瘤細胞的微環境決定了其能否發生侵襲和轉移，其中細胞外基質的完整性是限制腫瘤侵襲的關鍵因素之一［13］。而MMP-1 能夠降解細胞外基質，在腫瘤侵襲過程中起著顯著的促進作用［14］。研究［15］表明，MMP-1可以促進結直腸癌細胞增殖、侵襲和轉移。在結直腸癌組織中高表達的長鏈非編碼RNA TCONS_00012883 通過活化Yin-Yang 1（YY1），促使MMP-1在轉錄水平上調，進一步激活人膀胱癌磷脂酰肌醇-3-羥激酶（PI3K）/蛋白激酶B（PKB，又稱AKT）通路，從而促進腫瘤細胞生長、侵襲性增強。乙酰肝素酶是目前發現惟一作用于細胞外基質中多聚糖成分的酶，可破壞細胞外基質和基底膜，促進腫瘤細胞侵入基質和血管壁，是引起腫瘤轉移的關鍵酶［16］。有研究［17］表明，乙酰肝素酶通過激活MMP-1 促進結直腸癌細胞的增殖、侵襲和肝轉移，研究者通過基因本體論（GO）分析發現，這一過程可能與細胞外基質重塑的過程相關，包括“膠原降解”和“細胞外基質降解”等過程，進一步表明MMP-1 在結直腸癌侵襲和轉移中的重要性。真核細胞起始因子6（EIF6）是一種翻譯因子，其在蛋白質合成中起作用并在惡性腫瘤中異常表達。有研究基于癌癥基因組圖譜（TCGA）數據庫進行京都基因和基因組百科全書（KEGG）通路和GO分析，發現EIF6通過激活磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）/MMP-1/細胞周期素D1/B 細胞淋巴瘤2（Bcl2）信號通路，促進結直腸癌細胞的增殖、侵襲［18］。人參皂苷（Rh1）是一種具有抗腫瘤活性的傳統藥物單體，LYU 等［11］發現 Rh1 通過抑制 MMP-1和MMP-3的表達，抑制結直腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并可以降低腫瘤的體積和重量。WANG 等［12］研究表明，MMP-1 低表達減弱了p-Akt 信號通路，進而減弱了結直腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力，表明MMP-1是結直腸癌研究中潛在的治療靶點。由于MMP-1可通過增強結直腸癌細胞的侵襲和遷移力促進腫瘤的生長。因此，探尋能夠靶向MMP-1 的藥物將為結直腸癌的治療提供一種新的診療方案。

1.2 MMP-1 促進結直腸癌細胞EMT EMT 是指具有上皮樣表型的細胞向具有間充質樣表型的細胞轉變的一種常見的生物學過程［19］。EMT 發生于許多病理進展中，其具有獨特的基因調控特性，可導致細胞中N-鈣黏蛋白（N-cadherin）、波形蛋白和Twist 相關蛋白1（TWIST）的表達顯著增加，而E-鈣黏蛋白（E-cadherin）［20］表達下調，進而導致細胞黏附能力減弱及基底極性缺失，這個過程有助于實體腫瘤的侵襲和轉移［20-22］。中醫中的黃芩具有清熱解毒、促進血循環和祛瘀的作用。JIN 等［23］采用蛋白印跡方法分析了黃芩干預前后 MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9、MMP-13 和 EMT 調節因子（E-cadherin 和 N-cadherin）在結直腸癌細胞系HCT-8中的表達變化，結果顯示，MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9 和MMP-13的表達受到不同程度的抑制，而間充質標記物N-cadherin 和上皮標記物E-cadherin 的表達水平變化不大。提示黃芩抑制MMPs的表達，而MMPs被抑制后結直腸癌細胞的EMT 過程卻并未受到影響。近期的另一項細胞實驗得出了不同結論。WANG等［12］通過蛋白印跡方法檢測MMP-1 shRNA轉染細胞和空載體轉染細胞中EMT 相關標記物及p-Akt 信號通路的表達，結果表明，與空載體轉染細胞相比，在轉染了shMMP-1 的結直腸癌細胞系HT-29 和SW-480 中，Akt 磷酸化受到抑制，且 MMP-1 表達下調導致N-cadherin、波形蛋白和TWIST 表達顯著下降，E-cadherin表達增加，表明MMP-1參與激活結直腸癌中的Akt信號通路并促進EMT過程。MMP-1是否通過參與EMT 進程進而影響結直腸癌的發生發展，以及其在EMT中的具體調控機制仍需進一步研究。

2 MMP-1 基因多態性在結直腸癌發生發展中的作用及其機制

單核苷酸多態性（SNPs）是指個體間DNA 序列同一個位置單個核苷酸變異引起的基因序列多態性，是實現個體化醫學的一個關鍵因素。SNPs 是導致個體間疾病易感性差異的主要原因，疾病的嚴重程度和機體對治療的反應方式也是遺傳變異的結果［24］。MMP-1位于11q22染色體上，其表達受啟動子區SNPs 的影響。人類MMP-1 基因的啟動子中存在1 607位置的插入/缺失，并產生了兩個不同的等位基因：一個有1 個鳥苷（1G），另一個有2 個鳥苷（2G）。這兩個鳥苷和一個鄰近的腺苷為轉錄因子家族創造了一個核心結合位點（5′-GGA-3′），導致MMP-1 表達水平升高［25］，而MMP-1 的過度表達與腫瘤的侵襲和轉移有關［11］。換言之，與1G核苷酸等位基因相比，2G核苷酸等位基因的轉錄活性增加，攜帶2G等位基因的患者MMP-1 表達水平相對升高，膠原降解水平高。攜帶2G 等位基因的患者MMP-1 使腫瘤細胞組織學屏障降解，細胞外基質破壞，癌癥侵襲、轉移加快［26］。WOO 等［27］對 185 例結直腸癌患者和 304 例健康對照者進行MMP-1 基因型檢測，并比較了結直腸癌患者不同臨床病理特征之間的MMP-1 基因型，結果表明，MMP-1 2G基因型在結直腸癌患者中明顯高于健康對照組，且其在≤50歲的患者以及≥10個轉移淋巴結的患者中出現的頻率較高，提示其與結直腸癌風險及淋巴結轉移密切相關。ELANDE 等［28］分析了127 例結直腸癌患者和208 例健康對照者MMP-1啟動子的SNPs，結果表明，MMP-1 2G 等位基因與結直腸癌的發生顯著相關，同樣提示MMP-1 啟動子多態性與結直腸癌的易感性相關。

MMP1-1607 ins/del G 功能多態性除了與結直腸癌易感性有關外，還與結直腸癌發生、生長、轉移和預后存在一定的相關性。LIèVRE 等［29］為了記錄MMPs 基因多態性在大腸癌發生早期的作用，在295例大腺瘤、302例小腺瘤和568例無息肉對照者的病例對照研究中，研究了它們與大腸腺瘤風險的關系，分析結果顯示，MMP3-1612 ins/del A 基因型與小腺瘤發生風險的增加顯著相關。此外，MMP1-1607 ins/del G-MMP3-1612 ins/del A（2G/2G-6A/6A）聯合基因型與大腺瘤的發生顯著相關，提示其可能通過促進正常結腸上皮細胞腺瘤的發生而在大腸癌發生的早期發揮作用，而MMP1-1607 ins/del G 可能是由于增強了MMP3-1612 ins/del A 多態性的作用，加強了MMP-3 的表達，從而在結直腸癌發生的早期階段起到了間接的促進作用。GHILARD 等［30］研究表明，結直腸癌組中MMP-1 2G 純合子的比例高于無腫瘤對照組，轉移組高于未轉移組，這表明，MMP-1啟動子區2G 多態性的存在可能促進結直腸癌的生長和轉移，可被視為預后不良的危險因素。ZINZINDOHOUé 等［31］進一步證實，MMP1-1607 ins G等位基因數與結直腸癌患者生存率呈負相關關系，首次提出了基因劑量效應。總之，MMP-1 啟動子區多態性可作為結直腸癌早期診斷及預測預后的指標，未來可通過對患者的多基因量化分析，指導臨床上對結直腸癌的預防和治療。

綜上所述，MMP-1在結直腸癌發生發展中起到一定的促進作用。大量研究表明，MMP-1通過與上下游分子協同作用，加速細胞外基質降解，促進結直腸癌細胞增殖、侵襲和遷移。然而其在結直腸癌細胞EMT過程中的作用仍存在爭議，后續還需更詳細、精準的研究進行驗證。MMP-1基因SNPs與結直腸癌發生發展相關，未來可作為結直腸癌篩查指標，并可進行腫瘤風險評估，但SNPs的分布在不同人群、不同地區之間有差異，還需要擴大樣本量進一步隨訪研究。