基质金属蛋白酶家族基因启动子多态性及其与疾病关系的研究进展

丁 巍(综述)，马 强(审校)

(北京市普仁医院急诊科，北京100062)

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一类高度保守的Zn2+依赖性蛋白水解酶类，其主要生理功能是降解细胞外基质成分，维持细胞外基质的动态平衡，参与人体许多生理和病理过程。MMP基因启动子多态性对于调节MMP基因表达水平发挥重要作用，与许多疾病易感性相关，有关这方面的研究目前取得很大进展。基于MMPs的强大功能，MMPs基因多态与疾病的关系仍有待深入研究。现就近年来MMP家族基因启动子区基因多态性及其与疾病的关系进行总结。

1 MMP的结构和功能

MMP是由一些保守的结构域组成，其中信号肽结构域、前肽结构域和催化结构域是所有MMP都含有的同源蛋白结构域。MMP的主要功能是通过降解细胞外基质维持基质的平衡，对于细胞正常分化、迁移、运动具有重要作用。MMP对于维持机体的一些重要生理功能也具有重要作用，如参与血管生成、伤口愈合、组织重构、胚胎形成等。但是，MMP过度表达或活性增强过度与一些疾病(如肿瘤、心血管疾病、自身免疫性疾病、风湿性关节炎等)的发生、发展相关。由此可见，MMP表达、活性的调节在机体生理、病理活动中非常重要。除了降解细胞外基质，MMP的其他功能也被发现，如活化细胞表面受体、激活生长因子等［1］。

2 MMP表达及活性调控

MMP降解细胞外基质是一个可调控的过程，目前研究较为广泛的主要有3个途径调控MMP的表达和活性。分别是:转录水平调控MMP基因的表达、MMP酶原的活化、MMP抑制剂对MMP活性的调节。转录调控可能是最为关键的，大多数的MMP在细胞或组织处于静息状态时不表达，只有当组织发挥生理功能或处于病理状态下才表达。MMP表达的起始首先需要在转录水平活化，然后合成并分泌到基质中去。因此，MMP降解细胞外基质是一个可调控的过程。

MMP的转录受到许多因素的影响。如各种化学因素、神经内分泌因素、细胞因子、细胞骨架结构、基质黏附性等［2］。这些因素最终都是通过激活或抑制一些转录因子，在转录水平调控MMP的表达。

3 MMP启动子基因多态性

基因多态性是指正常人群中在某一基因位点上存在着2个或2个以上不同等位基因的现象。出现基因多态性的原因可以是单核苷酸变异或是某些高重复序列(如微卫星序列等)的拷贝数变异，一般将这个差异占群体的1%以上的变异称为基因多态性，它是决定人体对疾病易感性、临床表现多样性及药物治疗反应差异性的重要因素。人类基因组序列大约每1000个碱基存在一个多态性位点，90%的多态性位点为单核苷酸多态性位点。

DNA多态性广泛存在于人类基因组，大多数的DNA多态性并不影响基因表达及功能。也有一些会改变基因表达及功能，这些多态性位点的存在与机体的某些生理特征或疾病的发生相关。过去的几年里，人们发现许多MMP基因家族成员的多态性位点，特别是MMP基因启动子存在一些多态性位点，这些位点影响MMP基因的表达，与肿瘤、心血管疾病、腹主动脉瘤等疾病的易感性相关。

MMP启动子上存在一些保守的转录因子结合元件，这些转录因子通过结合这些元件在特定的状态下调控MMP的表达。位于基因启动子区的多态性位点可能会改变转录因子与顺式作用元件的结合。MMP启动子区多态性位点在不同人群中的存在可能会导致MMP表达水平的差异，导致某些疾病在不同人群的易感性不同。有关这方面的研究近年来成为MMP研究的热点。

MMP-1启动子－1607插入一个碱基G，连同相邻的G形成GG基因型，这样会产生一个Ets-1转录因子结合位点［3］。GG基因型启动子的活性增强，MMP-1 mRNA和蛋白表达水平增高［4］。MMP-3启动子－1171位插入一个A会产生一个连续6个A(6A)的基因型，6A基因型结合转录因子ZBP-89的能力较5A基因型高，而ZBP-89的功能是抑制基因启动 子 的 活 性［5］。MMP-2 启 动 子 － 1306C/T、－1576G/A多态性位点影响MMP-2基因的表达水平。－1306 C转变为T后改变了Sp-1结合位点的序列，启动子的活性降低［6］。－1576G转变为A后，雌激素受体与MMP-2启动子结合能力减弱，雌激素作用条件下 MMP-2转录水平降低。MMP-9－1562C/T位点，T基因型 MMP-9转录活性增强［7］。MMP-9另一显著性多态性位点是CA重复序列数目的变异，该重复序列数目在14～25个范围内变化，CA重复序列的数目越多启动子活性越强。

4 MMP启动子基因多态性与疾病易感性

4．1 MMP-1 MMP-1启动子－1607位存在一个G插入/缺失突变位点，这样就会检测到两个基因型，一个是(1G)型，另一个是(2G)型。体外细胞试验证明(2G)基因型与Ets结合能力较强，MMP-1转录活性也较强。一项病例对照研究显示，在日本卵巢癌患者2G等位基因携带者显著高于正常人群［4］。MMP-1可降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原，MMP-1过表达与肿瘤转移、代谢密切相关。目前多项研究证实，MMP-1启动子2G基因型可能与肿瘤的发生或侵袭有关。这个观点已在乳腺癌、宫颈癌、肺癌等报道中得到证实［8］。

关于MMP-1基因多态性与冠心病易患性，国内外均有报道，但结果各异［9，10］。Ye 等［10］的研究结果表明，MMP-1的2G/2G基因型患冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的风险比G/G基因型低，1G/2G基因型患冠心病的风险处于两者之间。也有报道认为2G基因型人群易患一些其他疾病，如关节炎、动脉硬化等［11］。

4．2 MMP-2 MMP-2启动子多态性与心血管疾病的易患性相关。Vasku等［12］发现，在慢性心力衰竭的患者中，MMP-2启动子－790T/G的T等位基因和－735C/T的C等位基因频率显著增加。最近也有研究发现，该多态性位点与心肌梗死及冠心病的发生相关［13］。

许多研究表明，MMP-2与恶性肿瘤的浸润、转移有关，肿瘤组织中MMP-2的表达增高。MMP-2基因的－1306 C/T基因多态性会改变启动子的转录活性。在中国人群中，CC基因型者的肺癌易感性比CT或TT基因型者高2倍［14］。另外，CC基因型的患者罹患贲门癌的风险比CT或TT基因型患者的风险高3倍［15］。但是，另一项研究显示，TT基因型结肠癌患者预后较差［16］。

4．3 MMP-3 MMP-3启动子最早于1995年发现，即－1612位5A/6A多态性位点，5A基因型具有较高的转录活性［5］。多项研究发现 MMP-3启动子5A/6A多态性与动脉粥样硬化易患性相关。在一项病例对照研究中显示，心肌梗死患者5A基因型携带者显著高于正常对照组［17］。其机制可能是由于5A基因型携带者MMP-3启动子活性较强，动脉粥样硬化斑块MMP-3表达水平较高，易发生破裂。

另有研究发现，该多态性与腹主动脉瘤的易患性相关，5A基因型携带者易发生腹主动脉瘤［18］。6A基因型人群易发生冠状动脉瘤［19］。冠状动脉瘤的一个形成因素是冠状动脉硬化，6A基因型MMP-3表达较低，这样血管间隙基质聚集，不能被降解，导致冠状动脉硬化。还有研究显示6A基因型与颈动脉狭窄有关，其机制与MMP-3低表达、基质聚集有关［20］。

MMP-3在肿瘤的浸润、转移中起重要作用。对日本人的病例对照研究发现，直肠癌患者6A基因型频率显著高于对照组［21］。对意大利乳腺癌患者的研究结果与直肠癌研究结果相反，即患者中5A等位基因的频率显著高于对照组［22］。这些研究结果表明，在不同人群、不同类型肿瘤中MMP-3基因多态性与肿瘤易患性可能存在差异，还需要进一步的研究。

4．4 MMP-7 MMP-7是一种基质溶解素，可降解Ⅳ型胶原、明胶、弹力素、黏连蛋白等构成细胞外基质和基底膜的重要成分。MMP-7基因启动子－181A/G和－153 C/T多态性可影响MMP-7的转录活性。冠心病患者－181位G等位基因和－153 T等位基因型发生频率显著增加［23］。这两个多态性位点与冠状动脉疾病易患性相关。MMP-7启动子的这两个多态性位点与肿瘤的发生也相关［24］。

4．5 MMP-9 MMP-9基因启动子上的两个多态性位点具有重要作用。在－90位置存在(CA)n微卫星多态性位点，－1562位C/T单核苷酸多态性位点［12］。CA重复序列越多MMP-9启动子活性越强。例如，食管癌细胞(CA)14基因型MMP-9启动子活性只有(CA)21基因型的50%。成纤维细胞(CA)14基因型只有(CA)23基因型的60%。－1562位T基因型MMP-9转录活性较强。

MMP-9主要可以降解Ⅳ型胶原蛋白，促进血管平滑肌细胞迁移。研究表明，MMP-9启动子C/T多态性与冠状动脉粥样硬化及冠心病相关，T等位基因携带者为高危人群［25］。近期有报道T等位基因携带者与心肌肥厚患者心律失常的发生相关［26］。有研究发现MMP-9启动子－1562位T等位基因发生腹主动脉瘤概率较高［27］。(CA)n重复序列多态性可能也和腹主动脉瘤易患性相关，但报道不一致，有待进一步研究。

许多研究报道MMP-9启动子基因多态性与多种恶性肿瘤的发生率相关［28］。另有一些研究发现MMP启动子－1562 C/T多态性与多发性硬化的易患性相关［29］。

4．6 MMP-12 MMP-12又称巨噬细胞弹性蛋白酶或金属弹性蛋白酶，它能分解纤溶酶原产生的类血管抑素片段，后者是有力的血管形成抑制物。在MMP-12启动子转录起始位点上游70 bp存在一个AP-1顺式作用元件，在转录调控过程具有重要作用。MMP-12启动子－82位存在一个A/G单核苷酸多态性位点，由于临近AP-1顺式作用元件，该位点会影响转录因子与AP-1位点的结合能力，与MMP-12的转录活性相关。A等位基因MMP-12转录活性较高，与冠心病易患性相关［30］。MMP-12启动子基因多态性与恶性肿瘤的发生也相关，如卵巢癌及食管癌等［31］。MMP-12启动子基因多态性与慢性阻塞性肺疾病易感性相关［32］。

5 小结

MMP基因启动子多态性广泛存在于不同人群中，不同等位基因的启动子影响相应MMP基因的转录活性，从而影响其表达水平。越来越多的研究发现，MMP基因启动子多态性与许多疾病的易感性相关。这些研究结果将为探讨这些多因素复杂疾病的发生机制提供依据，同时也可以将这些MMP多态性位点作为靶点，开发诊断、治疗、预防这些疾病的新途径。

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