MMP2、MMP9与结直肠癌的研究进展

刘超 仰曙芬 付玉

结直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，全世界每年约有120万人发病。在美国和欧洲国家，结直肠癌的癌症死亡率排名恶性肿瘤死亡率的第二位，虽然手术联合辅助治疗取得了一定的进展，但是转移和复发仍是结直肠癌患者预后的危险因素。因此，针对新的靶点进行治疗，可能是治愈结直肠癌的有效方法。目前研究表明，基质金属蛋白酶2、9(MMP2、MMP9)不仅与结直肠癌的发生发展、血管生成相关，而且能通过多种方式促进肿瘤的浸润和转移[1]。

基质金属蛋白酶MMPs，是Zn2+依赖性内肽酶一类水解基底膜(BM)和细胞外基质(ECM)的蛋白水解酶家族。它能促进癌细胞对周围组织的侵袭和远处转移，其活性受到金属蛋白酶组织抑制因子TIMPs的抑制。MMPs在多种恶性肿瘤中高表达，其中MMP2、MMP9可水解BM和ECM中的IV型胶原等多种成分，在恶性肿瘤进展中作用尤为突出[2]。

一、MMP2、MMP9的结构与功能

(一)MMP2的结构与功能

20世纪60年代，Litta等在寻找能降解基底膜的蛋白酶时发现了MMP2，它属于明胶酶A类，是一种Zn离子依赖性肽链内切酶。以前酶原的形式由多种细胞如成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和恶性肿瘤细胞等分泌，人类MMP2位于染色体16q21，由13个外显子和12个内含子，结构基因的总长度为27 kb[3]。许多研究表明，MMP2的作用底物主要为W型胶原,在转录、分泌、前酶原的激活和与靶细胞表面的结合等过程中表达，有调节功能的作用。此外，肿瘤浸润和转移与它对IV型胶原，层粘连蛋白的降解功能呈现一定的相关性[4]。不仅如此，最近的研究显示，MMP2有促进肿瘤新生血管形成的能力，因为活化的MPP2，可以在基质的突出部分突破，通过转染MMP2，将其激活，达到增加肿瘤细胞穿过基底膜基质能力的目的，此外MMP2还能激活MMP9[5]。

(二)MMP9的结构与功能

MMP9是1994年Reponen和sahlberg，在小鼠胚胎发育中的破骨细胞内发现的，它属于明胶酶B类。人类MMP9位于染色体2oq12-q13，基因全长为45o6 bp，MMP9分子量Mr92X×03。MMP9的基本结构包含有以下几个区：(1)信号肤区；(2)N-末端前肤区；(3)催化基团区；(4)C末端血红素结合蛋白样区；(5)铰链区[6]。MMP9主要作用在Zn+和生理PH值下，降解细胞外基质，并进行自身重构。MMP9只有在细胞外基质的环境中，才能够被激活，从而具有相应的活性。明胶蛋白B，弹性蛋白，粘连蛋白等是EMC不可缺少的重要成分，它们可以成为MMP9的作用基底物，此外，它和MMP2具有相似的作用，能够为肿瘤的浸润，及其后期的转移提供更便利的条件[7]。MMP9可以被丝氨酸蛋白酶或其他的MMP去除前缀所介导活化，或者对氧化应激直接做出反应，从而扰乱半胱氨酸开关。

二、MMP2、MMP9与结直肠癌的关系

(一)MMP2、9对结直肠癌早期影响

最近有研究发现，肿瘤的侵袭转移中，MMP2、9起着很重要的作用，而且在肿瘤的发生、发展过程中也占有重要的地位[8]。还有一项研究显示，在结肠癌组织中，MMP2、9的表达主要处于生长区间的肿瘤细胞，而且活性也是趋于增加的状态。因活性升高而活化的MMP2、9在上述的基质突出位置突破，转染释放其生长因子，从而推进肿瘤进程，刺激其生长，结果是结直肠癌的细胞增殖被促进[9]。

许多研究已经证实，当肿瘤的直径超过2 mm并要继续生长时，就必须依赖新生毛细血管。然而，新生毛细血管形成的条件是需要其内皮下的基底膜降解、内皮细胞迁移、增殖。MMP2、P9对肿瘤血管的生成有促进作用，因此它们可以通过这个途径来促进肿瘤形成[10]。MMP2、9跟这一系列过程息息相关，它们通过启动血管基底膜的蛋白降解为内皮细胞的转移打开通路从而形成新血管，此外与活化VEGF因子也有相关[11]。经过更深入的研究发现，MMP-2在肿瘤细胞内部，对早期阶段新的血管形成起着重要作用[12]。Shapiro研究发现MMP2降解ECM中的层粘连蛋白5之后可以趋向隐藏位点增加内皮细胞的迁移同时释放VEGF因子，刺激血管的形成[13]。

MMP9还可与其他多种因子作用，促进大肠肿瘤血管的生成和肿瘤细胞增殖，参与肿瘤细胞的免疫逃避,间接促进肿瘤细胞的生长和侵袭；也与细胞表面整合素家族和其他分子附着，促进肿瘤细胞的侵袭和增殖。但是在Thomas的研究中，MMP9敲除鼠的移植静脉区血管壁及细胞构成没有发生改变，猜测可能由于MMP2参与了补偿机制，也可能是MMP-9能使纤溶酶原降解为血管抑素，从而抑制新生血管的形成所致[14]。

还有一些大量的细胞因子，可以协助MMPs来促进肿瘤血管生成，例如：VEGF，BFGF，肿瘤生长因子，它们可以在上调UPA的基础上活化纤溶酶，从而激活MMPs,而达到生成新血管的目的。同时，上述因子也可以上调MMPs基因的转录[15-16]。此外，还有一些蛋白分子可以上调表达，如：claudin蛋白，它可以直接作用导致MMP2表达同时上调或者过度表达。因此它可以通过MMP2，增强肿瘤细胞的生存侵袭能力[17]。以上研究均证实了MMP2、9在肿瘤的新生过程中发挥的重要作用。

(二)MMP2、MMP9对结直肠癌转移的影响

远处转移是结直肠癌患者死亡的主要原因，MMPs能够促进癌症扩散主要是通过降解ECM，包括两个主要方面：基膜膜和间质结缔组织[18]。体外实验发现ECM在细胞迁移、增殖和分化等方面发挥关键作用，同时BM和ECM又是阻碍癌细胞侵袭转移的屏障，许多生理和病理过程，如：胚胎发育、组织重塑、胚泡培植、肿瘤侵袭转移、血管形成等均涉及ECM的降解。还有一项研究显示，RAS基因可以诱导肿瘤细胞，导致表达增加，MMP2、9的激活可促进肿瘤细胞系和肿瘤细胞的侵袭性，并与恶性表型密切相关[19]。

肝转移能够直接导致结直肠癌患者预后不良，有研究报道，发现肝转移患者病灶MMP2的表达超出正常范围，并且明显高于周围正常组织，此外还得出肝基质细胞表达MMP2可以受到原发癌灶的诱导，从而促进肝转移发生[20]。ZengZS的早期研究发现，MMP9的过表达，异常激活，对结直肠癌同时有肝转移有重要作用。伴肝转移的原发癌灶的MMP9mRNA水平显著高于不伴肝转移组，因此可作为一个独立预测复发和预后的因素[21]。但是在Bendardaf的实验中，检测了实验组：8例结直肠癌伴肝转移患者的癌细胞，对照组：4例没有肝转移。发现实验组中MMP2、9在侵袭边缘间质染色强度高于癌组织中央区；细胞浆的染色强度高于间质；其MMP2、9表达率及表达强度均高于对照组，但差异不显著。猜测可能是由于例数太少，代表性低，从而导致阴性结果[22]。

很早就有学者采用RT-PCR方法，检测了实验组48例结直肠癌患者的MMP9mRNA水平，结果表明，在实验组结直肠癌肝转移的淋巴结转移基因的表达水平，高于无淋巴结转移和肝脏转移，并存在统计学差异。表明结直肠癌组织中MMP9可以预测转移并发挥着重要作用[23]。此外还有研究表明结直肠癌分化程度与MMP2的表达有一定的相关性，但相关性没有统计学意义。在浸润深度方面，与MMP2呈现正相关，随着浸润深度的增加，MMP2的阳性表达强度和表达率都随之增加，与对照组比较明显增高有显著统计学差异[24]。研究还发现，MMP9在结肠癌的肿瘤中过度表达，而且保持高表达水平，推测它可能参与后期的浸润和转移[25]。

三、临床应用

(一)MMP2、MMP9作为结直肠癌预后的标志

诸多临床研究已证实MMP2、9与结直肠癌不良预后相关。在Langers的研究中发现，结直肠癌患者正常结肠黏膜中MMP2、MMP9水平的高表达，与患者的5年生存率相关，可见这两个因子具有良好的前瞻预测能力。这两个参数的联合是很强的预测因子，所以正常黏膜中MMP 2、MMP9水平可以预示着结直肠癌患者的疾病进程[27]。结直肠癌的肝转移、发展、及病理参数与MMP2、MMP9有很强的相关性，这就使得它们可以用于结直肠癌的筛查及风险评估。除此之外，MMP2、9能够成为有预测能力的结直肠癌诊断因子[10,26]。

(二)以MMP2、MMP9及其抑制剂为靶点治疗结直肠癌

国外很多临床研究已经证实，结直肠癌的不良预后与MMP2、9紧密相关。这是因为IV型胶原明胶纤维链接蛋白可被MMP2、9降解，此外，TIMP1、2可以调节蛋白的水解活性。所以恶性肿瘤的进展与IV胶原酶及其抑制剂密切相关[25]。至今共发现内生的MMPs抑制因子有以4种：分别是TIMP1、2、3、4。其抑制机制是：与酶形成1：1的非共价复合体。MMP2的抑制剂是TIMP2，与其前体结合抑制表达；MMP9的抑制剂是TIMP1，与其酶原结合抑制活性[26]。

TIMPs在结直肠癌发生发展中的作用机制复杂，并呈现显著高表达。在国外的一项研究中发现MMP2/TIMP2的比值，可成为一项判断指标，对肿瘤恶性程度，肿瘤预后进行判断[28]。此外，在实验中发现，正常人或有良性肿瘤的患者，检测MMP2/TIMP2的值基本在1(0.95-1.05)左右，区间小。但是有恶性肿瘤或有不良预后的患者，检测MMP2/TIMP2值基本都>1。[29]。近期的一项ELISA方法研究中发现(143例D期结直肠癌病例组，100例对照组)，病例组血浆TIMP1水平>对照组血浆TIMP1水平，具有统计学差异(p<0.01),因此得出结论，血浆中TIMP1的高表达与预后差相关，病人血浆TIMP1水平可作为有价值的预后指标[30]。以上数据显示，在不同时期结直肠癌的发展，MMP2、9蛋白特异性表达和具体和有效的抑制剂筛选的发展，这将是未来的研究和临床工作的重点。

四、展望

MMPs能够对众多的蛋白及其生物活性进行调节，有复杂的分子作用。越来越多的实验研究证明，结直肠癌发生、发展及预后与MMP2、9紧密相关。它们作为临床诊断指标，预后的因子，引起了大家的重视，并在结直肠癌的的不同阶段，发挥着促进肿瘤生成，转移的重要作用。所以，在结直肠癌的不同时期，研究MMP2、9的特异性表达，并针对性的开发高效抑制剂，可以对临床治疗结直肠癌带来新希望。

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