中医在MMP2、MMP9与胃癌应用的研究进展

冯娟， 李东芳

1.湖南中医药大学，湖南 长沙 410208；2.中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院，湖南 长沙 410006

胃癌是人类第四大恶性肿瘤，死亡率位居癌症死亡率第二位，具有很强的侵袭力，易发生血行转移与淋巴结转移。外科手术是目前根治胃癌的最有效方法。但在我国，由于早期筛查并不普及，大部分胃癌诊断时已是晚期，且胃癌的恶性程度较高，易发生复发与转移，预后往往不佳。目前我们只知道少数与胃癌相关的生物标志物，最显著的是癌胚抗原(carcinoembryonic antigen，CEA)和碳水化合物抗原19-9(Carbohydrate antigen 19-9，CA19-9)，但敏感性和特异性较低[1-2]。为了更早期地检测胃癌的发生，并更准确地跟踪疾病的进展和预后，我们需要敏感度和特异性更高的生物标记物。基质金属蛋白被认为是潜在的肿瘤生物学标志物，其中MMP2、MMP9 是目前研究较多的肿瘤标记物及治疗靶点。MMP2、MMP9 的过表达在肿瘤的侵袭和转移过程中起着重要的作用[3-4]，且MMP2、MMP9与胃癌的发生、发展及预后密切相关[5-6]。本研究旨在阐明MMP2、MMP9在胃癌组织中表达的意义、生物学功能及其影响胃癌发生发展的可能作用机制。

1 基质金属蛋白酶的结构分类

基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases，MMPs)是一种重要的内源性蛋白酶，有25 个以上的成员，根据其底物特异性、序列相似性和结构域，分为胶原酶(MMP-1、-8 和-13)、明胶酶(MMP-2 和-9)、基质蛋白酶(MMP-3、-10 和-11)、膜型(MMP-14、-15、-16 和-17)和其他MMPs。MMPs 是锌依赖的内切肽酶，其特征是催化结构域存在锌离子，维系细胞外基质的动态平衡。由五个部分组成：与酶原分泌有关的前肽域、能自发抑制的前结构域、含锌离子的催化域、与识别定位底物相关的C端区域和C端与催化域之间相连的铰链区[7]。MMPs 的作用基本与基质重建相关，例如分解细胞外基质蛋白和细胞表面的分裂受体，特别是与癌细胞增殖有关的受体，影响肿瘤细胞的微环境，促进肿瘤侵袭、血管生成和转移[8]。其中MMP-2 和MMP-9 的催化域中含有胶原结合区域(Collagen binding domain，CBD)，能特异性的降解基底膜(basement membrane，BM)和细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)的主要成分Ⅳ型胶原，因此它们被认为是肿瘤侵袭与转移中最重要的基质金属蛋白酶。

2 基质金属蛋白酶与胃癌的关系

目前，MMPs在肿瘤的进展、浸润和转移中的作用已经得到公认；多项研究显示MMPs 在肺癌、结直肠癌、胃癌、甲状腺癌、卵巢癌、前列腺癌等均有应用，并且研究显示MMPs与恶性肿瘤的发生发展及预后密切相关[9-12]。MMPs 除了降解基底膜的能力外，还参与调节生长、血管生成、侵袭、免疫应答、存活和上皮间充质转换[13]。MMPs家族可促进细胞的增殖，抑制细胞的凋亡，辅助肿瘤细胞免疫逃逸，并能促进胃癌细胞的侵袭转移。MMPs 检测对胃癌的诊断和预后监测具有重要的临床价值。胃癌患者血清MMP-2 和MMP-9 含量均显著高于正常人，而与癌胚抗原无相关性，故认为检测血清MMP-2 和MMP-9 前体水平可作为不依赖于CEA 的肿瘤标志物[14]。MMP-2、MMP-9 促进胃癌侵袭转移，对胃癌的分期及治疗方式的选择至关重要。因此，对于MMP-2 和MMP-9 的调控，有可能为胃癌的靶向治疗提供新的途径。

3 MMP-2、MMP-9的分子结构及生物学功能

MMP-2、MMP-9 是基质金属蛋白酶家族的重要成员，又称明胶水解酶，是Ⅳ型胶原蛋白水解酶，主要降解基底膜中的Ⅳ型胶原蛋白，溶解细胞周基质成分，如趋化因子，脱落细胞外显子。MMP-2、MMP-9 通过整合素参与血管生成[15]，侵犯淋巴管及小血管[16-17]，从而促进肿瘤细胞的转移。MMP-2 还可水解其他的生物活性分子，是与肿瘤侵袭关系最为密切的一种基质金属蛋白酶，并可激活MMP-9。MMP-9 是其中分子量最大的MMPs，几乎能够降解所有的细胞外基质成分，为癌细胞离开原发宿主向远处扩散转移提供了足够的空间。

4 MMP-2、MMP-9与胃癌发生、发展及预后的关系

4.1 MMP-2、MMP-9与胃癌的发生

幽门螺旋杆菌(helicobacter pylori，HP)是唯一存活于人体胃内的微生物种，幽门螺旋杆菌的感染会引起体内幽门螺旋杆菌损伤胃肠道黏膜，加快了胃肠细胞更新速度，提高了损伤DNA 的机率，在胃癌演变过程中发挥重要作用[18]。1994 年WHO 宣布HP 是人类胃癌的Ⅰ类致癌原。基质金属蛋白(MMPs)与幽门螺旋杆菌也相关，幽门螺旋杆菌可上调MMPs的表达与活性[19-20]。HP感染还可能通过促进MMPs分泌等方式与多种因素共同作用促进胃癌的侵袭与转移，进一步促进胃癌的进展。HP 感染可增加细胞的增殖活性，使抑癌基因失活和癌基因激活而导致胃癌[21]，还可刺激胃癌组织分泌MMPs，MMP-2、9 表达与胃癌侵袭转移正相关[22]。一般认为胃癌的演变规律为：正常胃黏膜→浅表性胃炎→萎缩性胃炎→肠上皮化生→异型增生→胃癌。在封慧等[23]研究中发现，胃黏膜中MMP-2 阳性染色主要定位于胞质。正常组胃黏膜MMP-2呈现阴性表达；模型组MMP-2阳性表达与正常组相比显著升高，整个胃黏膜都呈现深棕黄色。李文会等[24]研究发现，MMP-9 免疫反应主要位于细胞浆。胃癌组织中MMP-9 的阳性表达率(78.40%，127/162)显著高于正常黏膜(31.48%，51/162)和慢性萎缩性胃炎(52.38%，22/42)。慢性萎缩性胃炎(52.38%，22/42)、肠上皮化生(68.82%，64/93)的表达也显著高于正常胃黏膜。肠上皮化生和异型增生(60%，9/15)与胃癌中MMP-9 的表达差异无统计学意义。研究显示，益气化瘀解毒方治疗萎缩性胃炎癌前病变患者可保护胃黏膜，治疗6 个疗程后，观察组总有效率93.33%高于对照组的66.67%，可降低胃组织MMP-9蛋白表达，减少侵袭转移风险[25]。同时有多项研究提示MMP-2、MMP-9表达与胃黏膜由癌前病变向非典型腺细胞(atypical glandular cells，AGC)演变过程正相关[26-28]。因此掌握它们的相关性，可在初期阶段阻断胃癌转移，以此提高患者根治机率。

4.2 MMP-2、MMP-9对胃癌侵袭转移的作用

侵袭和转移是恶性肿瘤的本质特性，恶性肿瘤细胞通过细胞通路，促进细胞凋亡、血管生成，从而促进细胞的入侵与转移[29]，也是肿瘤治疗失败和致死的主要原因。肿瘤细胞的浸润转移受多种因素的共同调控，MMP-2、9是目前发现其家族中与肿瘤侵袭关系最为密切的基质金属蛋白酶，MMP-2、9能特异性地降解细胞外基质和基底膜中的Ⅳ型胶原，分解纤维连接蛋白和层粘连蛋白，在肿瘤细胞突破基底膜屏障而发生浸润转移的过程中起着十分重要的作用[30-33]。MMP-2、9 产生多种水解酶，如纤溶酶、透明质酸酶能降解细胞外基质和基膜，重塑局部微循环，从而促进肿瘤转移和浸润[34]。胃癌的淋巴结转移是影响预后的独立危险因素，对胃癌的分期及治疗方式的选择至关重要。胃癌病人术后生存时间和淋巴结有无转移及转移程度均有关，N分期是预测胃癌病人术后生存时间的病理学指标[35]。手术前的影像学检查对判定肿瘤有无淋巴结转移有一定价值，但胃癌转移淋巴结以小淋巴结为主(≤5 mm)的特点造成术前影像学检查确定淋巴结转移数量的难度。MMP-2、9与胃癌组织的浸润深度、淋巴结转移呈正相关，其表达的检测对评估胃癌淋巴结转移程度有重要意义[36-37]。癌细胞进入淋巴管需要特异性的酶降解淋巴管壁，基质金属蛋白酶(MMPs)在增加肿瘤侵袭和转移方面具有重要作用，MMP-2 和MMP-9 血清学水平也与胃癌的侵袭和转移相关。王海波等[38]研究证实，MMP9在淋巴结转移组中的阳性率(87.5%)显著高于无淋巴结转移组(36%)，在有淋巴管侵犯病例中的表达率(83.3%)显著高于无淋巴管侵犯的病例(30%)，差异均有统计意义(P ＜0.05)，提示MMP-9表达与淋巴管侵袭和淋巴结转移存在相关性，这些结果显示MMP-9可能作为粘膜内胃癌进展的标志物。

4.3 MMP-2、MMP-9促进胃癌新生血管形成

胃癌新生血管的生成是一个多因素、多环节的动态过程，受多种因子的联合调控。血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)可促进新生血管的形成及淋巴管增殖，并与增加血管通透性密切相关，是肿瘤血管生成非常重要的调控因子。黄柳向等[39]研究显示，莪蚕健胃方的MVD和MMP-2蛋白及其mRNA均过度表达(P＜0.05)，并随异型增生级别的升高而增强。MMP-2 蛋白与MVD 正相关(r = 0.560，P＜0.05)，大鼠胃癌前病变组织中MMP-2在蛋白水平与MVD呈正相关，提示MMP-2 主要在蛋白层面参与了血管生成。Zhang L 等[40]研究显示，Westernblotting 和免疫荧光结果显示，As2O3 下调了核内p-AKT 的表达，上调了FOXO 3a 的表达，降低了VEGF 和MMP-9 的表达。上述研究显示MMP-2、9 能有效降解基底细胞膜及细胞外基质，促进血管内皮细胞迁移及血管重塑，并能上调VEGF，促进肿瘤血管新生，是启动血管生成的重要因子。

4.4 MMP-2、MMP-9与胃癌的预后

已有大量研究证明，MMPs的过表达能促进肿瘤细胞的脱落和转移，与恶性肿瘤的预后不良密切相关。研究显示，MMP-2、MMP-9 在胃癌组的表达阳性率分别为80.7%和83.4%，高于切缘对照组的43.4%和47.8%，差异有统计学意义(P＜0.05)；MMP-2、MMP-9 的表达强度与淋巴结转移、组织学分级、浆膜侵犯、临床分期指标呈正相关(P ＜0.05)[41]。MMP-2、MMP-9蛋白的表达是与肿瘤浸润深度相关的危险因素(P ＜0.05)；MMP-2、9 与胃癌临床病理性质、WHO 组织病理学类型、Lauren-Jinrvi分类、肿瘤大小、分级、胃癌的侵入(原发肿瘤，PT)、血管侵袭、淋巴结受累(区域淋巴结，PN)、病因背景(Epstein-Barr 病毒或幽门螺杆菌)和HER2 表达等密切相关[42-45]。MMP-2、MMP-9 的表达水平对胃癌生物学特征判断和预后评估均有重要作用。

4.5 MMP 与MMP 抑制剂(Tissue inhibitors of matrix metalloproteinases，TIMPs)

MMPs 几乎能降解所有的ECM 及血管基底膜，从而促进肿瘤细胞的侵袭及转移；基质金属蛋白酶组织抑制因子(TIMPs)是MMPs 的天然抑制剂，它可与活化状态的MMPs非共价结合，这种结合是不可逆且稳定的，从而使MMPs不能发挥作用，是MMPs 的负调控因子[46]。TIMPs 可抑制ECM 蛋白的水解，稳定ECM 结构，当TIMPs 过度表达时会增加ECM积聚。TIMPs通过抑制MMPs从而发挥抑制肿瘤细胞侵袭及转移的作用[47]。在正常的生理条件下，MMPs 的蛋白水解活性在以下任何阶段被控制，包括转录、酶原的活化以及各种组织抑制剂对MMPs的活性形式的抑制。在病理条件下，这种平衡向增加MMPs活性的方向转变，从而导致组织退化。基底金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)结合于MMPs 的催化部位，下调MMPs 的活性，抑制MMPs 对ECM 降解，MMPs 具有精确的调控机制，保证了体内生理状态下ECM 的重建与稳定。专家认为，在过去的30年中，MMPs被认为是有吸引力的癌症靶点，许多不同类型的合成和天然MMPs抑制剂被认为是细胞抑制和抗血管生成药物[48]。但TIMPs运用于治疗癌症仍处于早期发展阶段，现需探寻更有效的抑制剂以降低侵袭转移的风险。

5 中药复方对MMP-2、MMP-9表达的影响

5.1 中药复方降低MMP-2、MMP-9的可能机制

有研究报道，MAPKs 通路促进肿瘤侵袭转移的作用是通过激活MMP-2、MMP-9引发细胞外基质的降解[49]。李佳等[50]研究显示，中药复方胃肠安高剂量组RUFY3、p-EK、p-MEK、Twist1、N-钙粘蛋白及波形蛋白蛋白表达降低，E-钙粘蛋白表达升高(P＜0.05)；5-FU 组E-钙粘蛋白表达升高(P＜0.05)。与空白组比较，胃肠安高剂量组和5-FU 组MMP-2、MMP-9 表达均降低(P＜0.05)。上述研究显示胃肠安高剂量组可能通过调控MAPKs通路从而降低VEGF、MMP-2、MMP-9 的表达。健脾化毒方联合化疗较单用化疗治疗进展期胃癌，能显著下调MMP-9、VEGF 的表达，并更好地控制胃癌的进展，显著降低血液、消化道化疗不良反应[51]。李春杰等[52]实验研究发现，胃癌MKN-45 细胞中存在着活化的NF-JB 及高表达的PCNA，并且存在线性相关，可能是NF-JB 的活化促进了PCNA 的表达上调而促进胃癌细胞生长旺盛、增殖活跃；由此揭示NF-JB 可能成为胃癌治疗的新靶点，提示抑制NF-JB 的激活可能成为胃癌的一个新途径。在他们同期研究还发现消痰散结方能下调胃癌组织MMP-2 的表达，观察结果提示，中药组细胞膜(浆)中MMP-2的阳性表达率为26.67%，与生理盐水组(73.33 %)和空白组(86.67%)比较，其差异有统计学意义(P ＜0.01 或P ＜0.05)；提示中药组能降低肿瘤细胞MMP-2 的表达。NF-JB 信号通路的调控是否能影响MMP-2蛋白从而抑制胃癌的侵袭转移仍值得进一步研究。但现大量研究表明中药复方在逆转癌前病变，抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡，抑制侵袭及转移，调节机体免疫系统功能，增效减毒，逆转耐药等方面有显著作用[53]。因此研究细胞的侵袭转移调节机制将对胃癌等多种肿瘤的防治产生深远影响。

5.2 中药复方影响MMP-2、MMP-9的临床意义

中药复方是在整体观念与辨证施治的原则下由临床中医师根据患者的个体情况开具的处方。中药复方在临床应用广泛，其在治疗胃癌时可发挥多靶点、多层次、多环节的优势，能够充分调动机体的免疫防御机制，在胃癌的治疗中产生综合调控作用。中药复方改善患者各种临床症状与提高患者生存质量乃至生存率方面都取得了良好的效果。大量研究显示中药复方能够通过调控MMP-2、MMP-9 影响胃癌的侵袭转移[54-55]。中医药治疗胃癌上，以辨证论治为原则，以复方治疗为特征，抑制肿瘤细胞增殖、预防转移，延长生存期等方面具有独特的优势，已成为我国胃癌临床治疗中的一大特色。

6 小结

综上所述，MMP-2、MMP-9 与胃癌密切相关，其通过调节血管生成、淋巴管转移等影响胃癌的侵袭与转移。因此，对MMP-2、MMP-9的深入研究，可为胃癌转移的评估提供有用的工具，以预测胃癌的发生、发展、侵袭和转移。MMP-2、9 可能成为胃癌的潜在生物标志物和治疗靶点，为早期诊断胃癌患者和进一步研究胃癌转移机制提供了新的研究方向。大量研究显示中药复方可以下调MMP-2、MMP-9从而抑制胃癌细胞的侵袭转移，通过探讨其潜在的作用机制对MMP-2、MMP-9 的影响，我们可将MMP-2、MMP-9 作为指标以筛选出中药复方中明确的有效药物和成分，充分发挥中医药特色，为中药复方治疗胃癌提供新的思路。