基质金属蛋白酶在结直肠癌中的研究进展

赵津，丁佩剑 （通信作者）

承德医学院附属医院 （河北承德 067000）

结直肠癌又称大肠癌，为常见的消化道恶性肿瘤。我国结直肠癌的发病率和病死率在全部恶性肿瘤中均居第5位，呈逐年上升趋势，且多数患者发现时已属中晚期，成为严重的社会公共卫生问题［1］。对结直肠癌发病机制的研究表明其发生是多基因、多因子共同作用的复杂过程，其中基质金属蛋白酶 （MMPs）与结直肠癌的发生、发展密切相关。

1 MMPs的结构和分类

MMPs是由20多个内肽蛋白水解酶组成的家族，其稳定性及活性表达依赖锌离子，因此得名为金属蛋白酶。MMPs是在结构和功能上同源性的蛋白酶，根据底物特异性，MMPs大致可以分为5类［2］：（1）胶原酶，如间质胶原酶 （MMP-1）、多形核胶原酶 （MMP-8）等，降解的底物为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原和明胶； （2）明胶酶，包括MMP-2和MMP-9等，主要降解Ⅳ、Ⅴ型胶原、明胶和弹性纤维；（3）间质溶解素，包括MMP-3、MMP-7、MMP-10和MMP-11，降解底物为蛋白聚糖、层粘连蛋白、纤维连接蛋白和蛋弹性蛋白，可广泛裂解细胞外基质； （4）膜型基质金属蛋白酶，包括MMP-14、MMP-15、MMP-16及MMP-17，其降解底物为明胶；（5）其他，金属弹力蛋白酶、釉质溶解素等。

2 MMPs与肿瘤的关系

MMPs在多种细胞的生理过程中发挥作用，在某些恶性肿瘤细胞中过度表达。既往研究认为MMPs可降解细胞外基质成分，从而促进癌细胞的侵袭和转移［3］，随着研究深入，发现MMPs在肿瘤中的作用机制非常复杂，在肿瘤发生、生长、血管生成及转移的多个阶段均发挥作用。

2.1 MMPs与肿瘤细胞生长的关系

MMPs可促进细胞分泌各类生长因子，如表皮生长因子（EGF）、转化生长因子β（TGF-β）和胰岛素样生长因子（IGF），这些生长因子通过促进细胞分裂和细胞生长完成肿瘤细胞的增殖［4］。

2.2 MMPs与肿瘤血管生成的关系

肿瘤细胞能诱导微血管的生成并建立肿瘤微环境的血液循环。Bergers等［5］在结肠癌动物模型中发现，随着MMPs表达的上调，血管内皮生长因子 （VEGF）表达也相应增加，这是肿瘤血管新生的必要因素。

2.3 MMPs与肿瘤细胞外基质降解的关系

细胞外基质 （ECM）是细胞赖以生存的场所，能为正常细胞提供屏障和保护作用，防止内皮细胞迁移或肿瘤细胞侵袭。激活的MMPs能降解细胞外基质［3］，帮助癌细胞突破细胞外基质屏障，为癌细胞运动清扫路径，促进恶性肿瘤的侵蚀和转移。

3 MMPs的调节

MMPs的调节主要通过3种途径［6］。（1）基因表达：正常组织功能需要严格控制MMPs表达的遗传调节，当机体组织恶变时该控制机制失去作用，MMPs出现过表达。在癌组织中细胞因子、癌基因的激活、生长因子如TGF-β、白细胞介素 （IL）-1和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等都可能诱导增强的MMPs表达。（2）MMPs以酶原的形式分泌，通过半胱氨酸转换，使分子结构变化并实现酶的活化。（3）MMPs功能受其抑制剂的特异性抑制，这种抑制剂称为MMPs组织抑制剂（TIMP），TIMP抑制MMPs家族的所有已知成员，到目前为止发现了4种 TIMP，即 TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4。

4 MMPs在结直肠癌中的表达及意义

MMPs在结直肠癌中高表达，且与结直肠癌的关系非常密切。

4.1 胶原酶

MMP-1即基质金属蛋白酶1，是胶原酶的重要成员，也是表达最广泛的金属蛋白酶。Baker等［7］实验证明结直肠癌肿瘤组织中MMP-1的水平显著高于正常结肠组织，MMP-1的浓度与Dukes分期、肿瘤分化程度和淋巴管浸润呈正相关，MMP-1在结直肠癌进展中起重要作用。Sunami等［8］通过免疫组化研究发现MMP-1在癌细胞、部分间质细胞和部分正常上皮细胞的细胞质中表达，并证明MMP-1表达与结直肠癌血行转移显著相关，可能是结直肠癌血行转移的新标记。Langenski ld等［9］研究表明MMP-1与结肠癌患者的癌症特异性生存 （CSS）独立相关，MMP-1在无肿瘤黏膜中的表达，可以筛选出需要强化辅助治疗、CSS较差的结肠癌患者，而且MMP-1在增强肿瘤侵袭方面具有直接作用，其过度表达提示患者预后不良。

4.2 明胶酶

MMP-2和MMP-9又名明胶酶A和明胶酶B，其具有明胶结构。目前已有很多学者通过实验模型和临床研究证实了MMP-2和MMP-9在肿瘤组织中的高表达，MMP-2和MMP-9的上调在结直肠癌的进展、侵袭和转移中起关键作用。Han等［10］研究表明MMP-2与结肠癌的组织学分级和TNM分期显著相关。罗冲等［11］研究表明MMP-9在结直肠中的表达水平与患者Dukes分期、肝转移相关，同时与术后生存时间呈负相关。MMP-2、MMP-9的高表达有可能作为判定大肠癌生物学行为的临床参考指标。

在MMP-2、MMP-9与大肠癌生物学行为研究的基础上，有学者做了深一步的研究。胞吐作用调节蛋白分泌素1（SCRN1）可能影响 MMP-2／9蛋白活性从而加速肿瘤进展［12］。IL-17A可能激活 PI3K／AKT／NF-κB转导通路、调节MMP-2／9蛋白表达，从而诱导结肠癌SW480细胞迁移和侵袭［13］。过表达KiSS-1可通过阻断PI3K／Akt／NF-κB信号通路下调MMP-9，从而减少结直肠癌细胞的侵袭［14］。基因沉默人结直肠癌SW480细胞的过氧化物酶1（PRDX1）可通过调控TIMP-2、MMP-2及MMP-9的表达有效抑制癌细胞的侵袭、迁移及转移能力［15］。还有研究发现人参皂甙20（S） -Rh2可有效抑制MMPs的表达［16］，包括 MMP-1、MMP-2和MMP-9，从而抑制癌细胞的侵袭，表明人参皂甙20（S） -Rh2具备治疗结直肠癌患者的潜能。

4.3 基质降解酶

基质降解酶以MMP-3、MMP-7为代表。结直肠癌中MMP-3的表达与不良预后相关，MMP-3启动子区5A多态性的存在会促进结直肠肿瘤的生长和转移，并可视为预后较差的危险因素［17］。MMP-7作为基质降解酶代表，可由结直肠肿瘤细胞大量产生，并且MMP-7在结直肠腺瘤的表达远大于在正常组织中的表达，特别是在腺瘤的G3、G4期染色明显增加，因此被认为与腺瘤向腺癌转变有关［18］。Roeb等［19］证实 MMP-3、MMP-7、MMP-13和明胶酶表达增强是大多数结直肠癌发生的特征，抑制MMP-7及MMP-13表达可作为结直肠癌预防或辅助治疗的手段。有关MMP-7活性调节的研究发现，脂肪氧化酶 （LOX）可能通过调节低氧诱导因子 （HIF）-1α、MMP-2、MMP-7蛋白表达参与结直肠癌的进展［20］，底物通过正反馈循环上调MMP-7表达，从而增强结直肠癌细胞活力［21］。

4.4 膜型MMPs

关于膜型MMPs（MT-MMPs）在结直肠癌中的作用研究较少。一些研究表明MT1-MMP（又称MMP-14）在结直肠癌中过表达，孙立园等［22］采用免疫组化MaxVision法检测70例结直肠癌、30例结直肠腺瘤 （CRA）及20例正常肠黏膜组织 （对照组）中MMP-14的蛋白表达，并进行统计学处理，发现MMP-14蛋白在结直肠癌组织中的表达高于结直肠腺瘤、对照组，且与结直肠癌浸润深度、有无淋巴结转移及临床分期有关，证实了MMP-14蛋白与结直肠癌的发生、发展密切相关。关于MT3-MMP（又称MMP-16）研究结果表明，在结直肠癌组织中MT3-MMP启动子经常高度甲基化，MT3-MMP的下调可能对结直肠癌的细胞迁移很重要［23］。

综上所述，MMPs在蛋白质及其生物活性调节方面发挥重要作用，与结直肠癌的发生、发展、预后密切相关。为肿瘤患者的治疗提供了一个新的靶点及思路，相信随着研究的深入，MMPs在未来的肿瘤防治中会有广阔的应用前景。