基质金属蛋白酶家族在恶性肿瘤中的相关表达及其临床特征

Expression and Clinical Characteristics of Matrix Metalloproteinases in Malignant Tu-mors

摘要: 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases)是一组锌依赖性的酶家族，在调节人体生理过程和病理过程尤其恶性肿瘤中的地位日渐显著。经研究表明，降解细胞外基质、调节基因多态性、促进上皮间质转化、诱导黏附分子表达等是MMPs参与肿瘤细胞侵袭和转移的具体过程。同时，MMPs在作为肿瘤诊断标志物、癌症预后、药物靶点等方面为临床提供了一定依据。在本篇综述中，阐述了MMPs在恶性肿瘤中的相关表达、对肿瘤细胞的作用特点以及关于临床生存、预后等情况。在本篇综述中，阐述了MMPs在恶性肿瘤中的相关表达、对肿瘤细胞的作用特点以及关于临床生存、预后等情况。

Abstract: Matrix metalloproteinases are a family of zinc-dependent enzymes, which play an increasingly prominent role in regulating human physiological and pathological processes, especially in malig-nant tumors. Studies have shown that MMPs are involved in the specific processes of tumor cell in-vasion and metastasis, such as degradation of extracellular matrix, regulation of gene polymor-phism, promotion of epithelial mesenchymal transformation, and induction of adhesion molecule expression. At the same time, MMPs as tumors diagnostic markers, cancer prognosis, drug targets and other aspects provide a certain basis for clinical. In this review, the relevant expression of MMPs in malignant tumors, the characteristics of its effects on tumors cell, as well as its clinical sur-vival and prognosis were described.

1. 引言

MMPs是一组锌依赖性的酶家族，根据氨基酸序列同源性、特定肽结构域、以及与体外底物结合的特异性不同，将MMPs分为胶原酶(MMP1、MMP8、MMP13、MMP18)、明胶酶(MMP2、MMP9)、溶基质素(MMP3、MMP10、MMP11、MMP12、MMP26、MMP7)、膜型MMP (MMP14、MMP15、MMP16、MMP17、MMP24、MMP25)和未分类的MMP (MMP19、MMP20、MMP21、MMP23、MMP27、MMP28)，有趣的是，在不同类型MMP之间有底物重叠的特异性 [1]。MMPs不仅在生理过程中充当效应器，而且在病理条件下发挥额外作用。随着相关研究的不断证实，MMPs在肿瘤的侵袭和转移、生物标志物、肿瘤预后、作为药物靶点等方面有了新的进展。本综述将对MMPs在恶性肿瘤中的相关表达和作用特征进行概述。

2. MMPs在恶性肿瘤中的相关表达

消化系统恶性肿瘤：通过对家族性腺瘤病(FAP)的Min小鼠研究后发现，MMP7是肿瘤形成和疾病进展的关键介质 [2]。MMP11在原发性结直肠癌(CRC)中过度表达，在促进CRC的肝转移方面发挥重要作用，而且与疾病的阶段有关 [3]。MMP2和MMP9不仅参与良性结直肠上皮向直肠癌恶性转化过程，并且通过降解基底膜中的IV胶原蛋白促进肿瘤侵袭。越来越多的证据表明，MMP表达与晚期疾病和CRC的不良预后之间存在关系，所以MMP的表达模式在未来可以作为这类人群的预后工具。Sun等人 [4] 通过实验证明，与正常的胃粘膜组织相比，胃癌组织中的MMP9呈高表达状态。在胰腺癌的相关研究中表明，MMP1、MMP2、MMP7、MMP9的表达明显升高 [5]。

呼吸系统恶性肿瘤：Sonam [6] 等人通过研究证实，在非小细胞肺癌(NSCLC)中，MMP1和MMP7显著升高。通过比较不同组织学类型，MMP1、MMP8、MMP9、MMP12在鳞癌中的表达明显高于腺癌。上述研究发现，MMPs可能在同一肿瘤的不同组织学中有差异表达。

女性恶性肿瘤：与正常乳腺组织相比，MMP8、-10、-12、-27在乳腺癌中表现出肿瘤分级依赖性表达 [7]。在一项关于卵巢癌和低恶性潜能卵巢肿瘤的研究中，89%的卵巢癌病例表达MMP11，肿瘤基质周围的MMP11的高表达与国际妇产医师联合会(FIGO)的分期有关。有研究进一步证实，MMP2的低表达与组织学肿瘤分级(3级)、肌层浸润深度、盆腔淋巴结转移、肿瘤血管分布相关 [8]。

泌尿系统恶性肿瘤：在前列腺癌的研究中，Laurie等人 [9] 表明，随着向浸润性转移癌转转变的同时MMP2、MMP7和MMP9的活性也呈明显增加。MMP11和MMP13的整体表达与较高的复发率相关 [10]。在膀胱癌的研究中，通过对复发性和非复发性的基因谱进行cDNA微阵列研究后发现，MMP1和MMP12表达升高与膀胱癌患者的高复发率有关 [11]。迄今为止，与乳腺癌、胃癌相比，关于MMPs参与肾细胞(RCC)的研究相对较少。有一项研究 [5] 通过对57例接受根治性肾切除术的患者进行研究后证实，MMP2的活化率与组织学分级、分期、T分类、组织学类型和MMP9的活性都是临床结果重要的预测因子。

3. MMPs在恶性肿瘤中的作用特点

3.1. 促进肿瘤侵袭和转移

大多数恶性肿瘤患者的最终致死结果均是由于肿瘤细胞的侵袭和转移至远处脏器后引起的继发性肿瘤的生长。在此过程中，蛋白水解酶为肿瘤细胞侵袭提供进入血管和淋巴管的通道，进而支持肿瘤生长并构成进一步传播的逃逸途径 [12]。黏附分子的松解、血管生成、启动子区的多态性、上皮间质转化等都可能参与肿瘤侵袭和转移过程。

3.1.1. MMPs诱导黏附分子表达

细胞粘附复合物在肿瘤细胞侵袭过程中起主要作用。众所周知，在许多癌症中，细胞黏附分子(比如：E-钙粘蛋白/连环蛋白)经常会出现丢失和(或)重新分布 [13] [15]。E-钙粘蛋白是一种细胞-细胞粘附分子，对维持上皮结构至关重要，在上皮间质转化(EMT)期间下调，另外，细胞-ECM黏附分子的切割与MMP诱导的细胞侵袭有关。细胞基质黏附分子CD44、透明质酸受体、细胞黏附分子(RHAMM)与ECM的透明质酸结合并启动结构和生化信号。细胞黏附分子CD147和ECM金属蛋白酶(EMMPRIN)在人类恶性肿瘤中表达增加，其中EMMPRIN主要通过刺激MMP-1、-2、-3、-9的产生来促进肿瘤细胞的侵袭 [14]。

3.1.2. MMPs促进血管生成

MMPs不仅有促进血管生成作用，也有抗血管生成作用。众所周知，MMPs在促进血管生成方面对恶性肿瘤进展和转移具有重要影响。细胞增殖和迁移、ECM降解和结构重组是血管生成的重要阶段，在这些不同的发展阶段，均受内源性刺激物或抑制剂的调节，血管内皮生长因子(VEGF)是肿瘤血管生成的重要刺激物 [15]。肿瘤血管生成包括血管和肿瘤细胞血管生成、含腔血管生成系统以及MMPs促进VEGF在血管生成中的诱导作用三个方面。在肿瘤微环境中，肿瘤细胞似乎是体内诱导VEGF生成的主要来源 [16]。在MMPs中MMP2和MMP9具有促进VEGF生成作用，进而刺激肿瘤细胞的侵袭和转移。

3.1.3. 肿瘤转移与基因多态性

肿瘤细胞的侵袭和转移与MMPs启动子区多态性密切相关，Dan [17] 等人通过一项荟萃分析研究后发现，MMP1、MMP3、MMP9、MMP7启动子区域的多态性可能与某些癌症转移有关，但并未对具体癌症类型做出明显分析。Przybylowska等人 [18] 经过对乳腺癌研究后发现，携带2G等位基因的患者淋巴结转移风险明显增加，尤其是2G/2G基因型患者。Decock [19] 等人对140例乳腺癌患者研究后发现，MMP8基因中的9个标记SNP，其中4个SNP (rs11225395、rs1940475、rs1892886和rs1276284)与淋巴结转移密切相关，其中最明显的是rs11225395启动子SNP。除外SNP，杂合性缺失(LOH)也是许多肿瘤中常见的遗传变异类型，一般情况下，这与疾病晚期有关。通过对MMP基因的多态性进行研究和分析后表明，基因多态性在恶性肿瘤中的侵袭和转移过程中发挥重要作用。因为本章节内容阐述的是MMP基因多态性在促进肿瘤侵袭和进展的作用，故对于MMP基因多态性与肿瘤的易感性之间的关系不再进一步阐述和总结。

3.1.4. MMP刺激上皮间质转化

与肿瘤相关的MMP刺激上皮间质转化(EMT)是肿瘤细胞在侵袭和转移过程中被激活的过程。虽然已经对肿瘤MMPs通过降解ECM促进肿瘤细胞侵袭进行深入研究，但有相关实验进一步表明MMPs可以在培养细胞中诱导EMT或者EMT相关过程，比如：MMP28导致A549肺癌中表达稳定的EMT [20]。识别诱导EMT细胞表面的MMP靶标是目前的一个关键目标。MMP不仅可以直接刺激EMT，而且可以通过激活自身诱导产生EMT因子。从上述研究中可以发现，经过EMT的肿瘤细胞在肿瘤微环境中增强MMP的产生似乎是肿瘤侵袭的关键。目前许多研究人员正在探索微环境元素诱导的EMT诱导细胞信号通路，这些信号通路在未来可能为靶向致瘤EMT提供新靶点。

3.2. MMPs作为癌症诊断标志物

肿瘤标志物在肿瘤侵袭和转移过程中具有重要作用，不同的实体肿瘤用于检测肿瘤的复发和评估治疗效果的标志物不同。有研究表明，作为CRC患者筛查的前景性方法，粪便中MMP7的mRNA水平及粪便中MMP9的蛋白浓度可能适合区分CRC患者和识别高危腺瘤 [21]，从而为MMP作为CRC早期标志物提供了证据。Marni等人 [22] 通过对原发性口腔鳞状细胞癌(OSCC)和非肿瘤性口腔上皮进行研究对比后发现，MMP1、MMP3的浓度在原发性OSCC中高表达，经过至少4个月的时间随访后发现，MMP1、MMP3与生存时间明显相关，从而进一步表明，唾液蛋白酶是OSCC强有力的诊断生物标志物。在前列腺癌的相关研究中 [23]，MMP26可以用于高级别前列腺上皮内瘤变(HGPIN)发展为侵袭和转移性前列腺癌的生物标志物，从而对一部分HGPIN患者进一步早期诊断。

3.3. MMPs用于肿瘤预后

过去几十年里，血清癌胚抗原(CEA)和碳水化合物抗原(CA-199)一直被认为是CRC患者中公认的预后标志物。随着分子技术的发展，Kouichirou等人通过激光显微切割(LMD)和微阵列分析对73例CRC患者的基因分析后发现，CRC的MMP家族中MMP1与根治性CRC患者的低生存率有关，并且进一步证实，血清MMP1是根治性CRC患者生存的独立和特异性预后因素 [24]。Langers [25] 等人研究后发现，在距肿瘤5~10 cm处的正常黏膜组织中，MMP9和MMP2的高蛋白表达与较差的5年生存率有关，所以MMP9和MMP2增加CRC患者正常黏膜中的蛋白质表达是生存的预后因素。就相关研究结果而言，MMP1、MMP2、MMP7、MMP9在CRC患者的预后中的地位显而易见，随着分子生物学的快速发展，相信在不久的将来，MMP将作为标志物而应用于临床。在肺癌相关研究中，Luukaa及其同事表明，MMP-7在腺泡细胞癌和唾液腺粘液表皮样癌中的高表达与更好的总生存期相关 [26]。出现这样相矛盾的结论，考虑可能与肺癌的具体组织类型有关，这样则需要更多的研究进一步证实MMP7与肺癌患者总生存期之间的关系。Helge [27] 等人对335例I期至IIIA期NSCLC患者的肿瘤细胞和肿瘤相关基质通过使用免疫组织化学研究后发现，无论在单变量分析水平还是多变量分析水平，肿瘤基质中MMP9的高表达和肿瘤细胞中高水平的MMP7是NSCLC患者独立的阳性预后因素。

3.4. MMPs作为癌症治疗的药物靶点

MMPs不仅在细胞侵袭、血管生成、转移中具有重要作用，而且在细胞转化、信号转导、免疫调节等方面发挥重要作用，因此基质金属蛋白酶抑制剂(MMPIs)作为治疗癌症的靶点被研究。因为MMPs是锌离子依赖型的蛋白酶，所以MMPIs的设计来源于锌离子和底物的结合。Batimastat作为第一个MMPI被证实具有显著的抗癌作用，尤其在晚期癌症中疗效更好。对各种实体瘤的患者进行III期临床试验Marimastat联合化疗治疗后发现，Marimastat对晚期胃癌患者的治疗有明显改善 [28]，其中上述MMPI在治疗肿瘤过程中因为口服利用度差以及严重的不良反应在临床试验中以失败告终。然而，因为MMPs的分类较多，并且在不同实体瘤中的表达程度不同，相信随着新技术的发展，未来其他新型的MMPIs将进一步被研究并应用于临床。

4. 总结

通过对MMPs在恶性肿瘤中血管生成、基因多态性、促进黏附分子表达等方面具有促进肿瘤进展等方面进行总结后发现，不同的实体瘤中，MMPs的表达状态不同，部分高表达状态促进肿瘤细胞侵袭，然而少部分低表达状态也具有促进肿瘤的转移的作用。同样，一部分研究证实MMPs在肿瘤中有促进转移作用，但一些研究与之相反，出现相矛盾的结果可能与肿瘤的分期、组织学分级、实验方法、病例数等相关，如需确定MMPs在肿瘤的作用，则需要改善实验技术、严格执行排除及纳入标准等措施。经过阅读大量文献后发现，MMPI作为肿瘤治疗靶点的情况并不乐观，大多数是由于药物的严重不良反应而终止于临床应用，随着新技术的发展，相信在未来的靶向药物的研究中，不良反应的这一棘手问题将得到解决。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。