基质金属蛋白酶7在前列腺癌发生发展中的作用

夏启龙，章佳禾，郑婷娟，李兰兰

(兰州大学： 1第二临床医学院， 2第二医院甘肃省泌尿系统疾病研究重点实验室， 3第二医院甘肃省泌尿系疾病临床医学中心，甘肃 兰州 730030)

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一系列锌离子依赖蛋白酶，可降解细胞外基质和细胞基底膜的几乎所有成分。MMP来源于多种组织和细胞，以酶原形式释放，经蛋白水解酶裂解激活，在胚胎发育、伤口愈合、血管生成、动脉粥样硬化、癌症和组织溃疡等疾病中发挥重要的作用[1]。目前已发现30多个MMP参与并在前列腺癌(prostate cancer, PCa)患者的肿瘤发生和生化复发中发挥重要作用。MMP7是MMP家族中分子量最小的成员，人类MMP7基因位于11q21-q22上，cDNA长度为1 094 bp，共编码267个氨基酸，表达的蛋白以酶原形式分泌，经蛋白酶剪切激活后参与癌细胞的侵袭和转移[2]。MMP7促进癌细胞浸润和血管生成，降解细胞外基质和细胞基底膜，促进骨质溶解，在促进PCa的发生和侵袭发展中起着重要作用。

1 MMP7在肿瘤发生发展中的作用

MMP7在炎性相关癌症中表达显著上调，引起了科研人员的极大关注。MMP7通过调节肿瘤微环境参与多种肿瘤的发生发展[3]。结肠癌患者的血清MMP7水平显著高于健康人群，且其MMP7水平与结直肠癌患者的临床病理特征紧密相关[4]。肿瘤标志物分析显示，MMP7可作为乳腺癌早期的诊断标志物[5]。MMP7可降解肿瘤细胞中胰岛素样生长因子结合蛋白3促进细胞有丝分裂和抗细胞凋亡，进而促进肿瘤细胞生长。此外，MMP7通过多种途径参与PCa的发生发展，我们将进一步详细介绍。

2 MMP7促进PCa发生发展

PCa是男性泌尿生殖系统中最常见的恶性肿瘤，在北欧和美国已经成为男性恶性肿瘤之首，致死率排列第2位[6-7]。近年来，我国前列腺癌发病率呈现逐年上升趋势，且发病年龄也呈现年轻化，其死亡率也随年龄的增长而上升[8]。研究证实，MMP7在前列腺癌细胞中表达上调[9]，在高分化前列腺癌中表达最高，表明其参与前列腺癌发生发展及迁移侵袭过程。

2.1 MMP7促进PCa迁移侵袭

诸多研究显示MMP7参与PCa侵袭转移过程。MMP7可降解细胞外基质调节肿瘤微环境而促进肿瘤细胞迁移侵袭，可降解细胞外基质的几乎所有成分及其他可溶性蛋白质[10-11]。XIE等[12]发现，急性肾衰竭可通过降解细胞黏附来稳定SLUG，从而促进PCa上皮-间质转化。进一步分析发现生长素响应因子增强了MMP7在PCa进展中的致癌作用。相较于器官局限性PCa和前列腺增生，MMP7在晚期PCa上皮细胞中表达显著上调，且随Gleason分级与TNM分期的升高而增高，提示MMP7表达水平与肿瘤恶性程度呈正相关[13]。SZARVAS等[9]发现转移性PCa患者血清MMP7水平显著升高，转染MMP7可增强免疫缺陷小鼠体内人PCa细胞DU-145的侵袭能力，提示MMP7可作为PCa转移的潜在生物标志物。TELLMAN等[14]通过使用计算机分析和体外实验研究了MMP7在骨转移性PCa细胞中消化PSPN复合物的能力，发现即使存在基底膜蛋白聚糖，MMP7也会引发快速的粘连和迁移。此外，研究还发现基底膜蛋白聚糖结构域IV中发现的生物活性肽(纤维蛋白聚糖4肽)与MMP7一起增强了细胞分散。MMP7在PCa细胞从黏性、惰性表型转变为有利于循环肿瘤细胞产生和骨转移的黏性迁移表型中起到了关键作用[15]。然而，对于MMP7如何促进PCa迁移侵袭的作用机制仍有待进一步探究。

2.2 白细胞介素(interleukins，IL)诱导PCa细胞MMP7表达

IL可通过不同通路增强炎症反应、细胞恶性转化及肿瘤转移等过程。IL-17作为关键的促炎细胞因子，已被证实可促进PCa[16]、结肠癌[17]、皮肤癌[18]、肺癌[19]和胰腺癌20]的发展。PCa中IL-17可作用于信号通路的直接下游靶标MMP7，创建免疫耐受和促血管生成的肿瘤微环境，在去势条件下促进侵袭性PCa的发展。IL-17RC-小鼠中前列腺周围相对较厚的纤维肌基质与MMP7表达降低有关，而重组小鼠IL-17可诱导MMP7在前列腺表达，进一步证实IL-17促进PCa的起始和发展，并且IL-17-MMP7信号通路对前列腺上皮内瘤向腺癌转变过程是必需的[21]。另一项研究发现PCa中IL-17和IL-17R表达明显上调，并伴有炎症细胞浸润，成为促进恶性肿瘤发生发展的重要因素。IL-17诱导MMP7表达而触发上皮细胞向间充质细胞转化，以促进细胞增殖、抑制细胞凋亡，最终促进PCa的发生发展[22]。此外，IL-7和其受体IL-7R均在PCa中表达上调，二者结合可诱导PCa细胞MMP7表达上调，进而激活AKT/NF-κB信号通路，促进PCa细胞侵袭和迁移[23]，提示阻断IL-7/IL-7R-MMP7相互作用轴可能为治疗PCa提供一种潜在的治疗策略。

2.3 MMP7对肿瘤血管生成的双重调控

血管生成是癌症进展过程中侵袭周围组织的关键步骤，内皮细胞中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信号在生理性和病理性血管生成中起着关键作用，肿瘤微环境中提供VEGF可刺激新生血管生成。MMP7参与了肿瘤中的“血管形成开关”，对肿瘤血管生成具有双向调控作用，包括促进血管生成和抑制血管生成作用。在促进血管生成方面，邻近肿瘤细胞的血管内皮细胞协同表达MMP7和VEGF，VEGF改变内皮细胞的活化形式，增强MMP7释放，加快基底膜的降解和内皮细胞的迁移，促进新血管生成[2]。另外，成纤维细胞可以在细胞外环境以潜在状态储存VEGF，癌细胞表达的MMP7能够激活成纤维细胞中VEGF的血管生成活性，刺激血管生成。脐静脉内皮细胞中MMP7通过降解VEGF的抑制剂可溶性血管内皮生长因子受体-1( soluble vascular endothelial growth factor receptor-1，sVEGFR-1)而提高内皮细胞周围VEGF生物利用度，提示在MMP7存在的情况下VEGF能够逃脱sVEGFR-1的阻断作用，促进血管生成[24]。在抑制肿瘤血管生成方面，包括MMP7在内的多种MMP能诱导产生血管生成抑制剂，如血管抑素、肿瘤抑素和内皮抑素等，促进内皮细胞凋亡，抑制肿瘤所需新血管生长，从而抑制肿瘤侵袭[25]。MMP7诱导产生的内皮抑素的抗血管生成机制涉及直接抑制内皮细胞增殖、迁移和毛细血管形成，可能是通过与α5β1整合素结合并阻断局部黏着斑激酶FAK的下游磷酸化而抑制抗血管生成[26]。MMP7对肿瘤血管生成的双向调控取决于癌症类型、癌症发展阶段以及MMP7的底物类型[27]。

2.4 MMP7基因多态性与PCa发病风险有关

在MMP基因中发现了数种位于启动子区域的功能性单核苷酸多态性，已经发现MMP7的两个功能性多态性rs11568818和rs11568819修饰基因转录活性与多种类型肿瘤发生有关[28]。多项研究表明它们可能会通过基因转录影响PCa发病的风险。EELES等[29]对来自32项研究的约40 000名欧洲祖先的多中心分析显示，MMP7的rs11568818与PCa发病风险呈负相关。HOFFMANN等[30]对约3.4万名非西班牙裔白人进行的多中心分析发现，rs11568818与PCa高发病风险之间存在关联。BIALKOWSKA等[31]以197名波兰PCa男性患者为研究对象，发现rs11568818 GG基因型的PCa发病风险比普通型高出2倍，进一步分析发现G等位基因与MMP7的高表达和高度酶活性相关。此外，rs11568818与PCa病情进展显著相关，通过影响IL-17的活性，促进上皮组织向间质组织转化，进而促进PCa的发生[32]。另一项对212位经根治性前列腺切除术治疗的PCa患者的研究发现，MMP7的rs10895304多态性G等位基因可预测临床上局限性PCa患者的局部复发风险[33]。

2.5 MMP7参与PCa诱导的骨质溶解

骨转移是PCa常见的转移，癌细胞可通过血管转移到盆骨和胸腰椎[34]。有研究发现MMP7参与了PCa的骨转移过程。破骨细胞在肿瘤-骨界面产生的MMP7能够将NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand, RANKL)肿瘤坏死因子家族成员如肿瘤坏死因子和凋亡相关因子配体FasL的膜结合形式转化为可溶性活性形式，诱导破骨细胞活化，促进PCa诱导的骨溶解[35]。研究发现，MMP家族只有MMP7具有切割RANKL的能力。因此，抑制MMP7将有利于治疗PCa诱导的骨溶解。

3 靶向MMP7的抗肿瘤研究

鉴于MMP7参与癌症进展及转移过程，通过对MMP7相关信号通路的干扰或抑制，将在控制癌细胞迁移侵袭方面发挥重要作用。目前，已经有一些抑制剂被证明可直接或间接作用于MMP7而产生抗癌作用。

3.1 内源性抑制剂

组织金属蛋白酶抑制剂(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMP)作为最广泛的内源性MMP7抑制剂，是机体内存在的天然大分子蛋白质，用来调节细胞外基质中蛋白酶活性，防止过度和有害的组织降解，对维持组织的完整性非常重要。目前发现4种TIMP (TIMP1～4)在体内可逆性抑制MMP活性。其中，TIMP1、TIMP2和TIMP3可分别与MMP9、MMP2和MMP7特异性作用，抑制其活性[36]。

3.2 外源性小分子抑制剂

外源性MMP抑制剂大多是开发合成的广谱抑制剂，对各类MMP不具有选择性。Batimastat是第一代抑制剂的代表药物，是一种广谱的MMP抑制剂，可作用于MMP1、MMP2、MMP9、MMP7和MMP3。可抑制B16-BL6小鼠黑色素瘤的转移扩散和生长[37]。Batimastat曾被用于癌症治疗的临床试验，但由于其低水溶性、无法口服给药或静脉滴注以及心力衰竭和脑梗死等严重的副作用而被终止。CGs27023A和Marimastat是第二代MMPs抑制剂，同样对MMP具有非选择性。以BAY129566、RS-130830、S3304和AG-3433为代表的第三代抑制剂同样由于低选择性而限制其应用，此外对这些抑制剂进行的临床实验未能显示出阳性的生存结果导致实验失败[38-39]。总的来说，这些抑制剂的非特异性靶向及MMP7复杂的生理性底物可能解释这些药物临床失败的原因。因此，仍需要新的结构多样性特异性的MMP7靶向抑制剂。

近年来天然化合物在新药研发中展现出巨大的潜能，一系列天然化合物经过实验证明，可对一些疾病的药物研发提供新的参考方向。已有多项研究发现一些天然产物化合物可直接或间接抑制包括PCa在内的多种癌细胞[40]。Celastrol是从中药雷公藤中衍生而来的一种五环三萜烯，在慢性炎症、癌症和肥胖症方面显示出良好的疗效。在结肠癌研究中发现，MMP7和MMP3作用于PI3K/AKT信号通路的下游，对结直肠癌的发生发展是必需的[41]。而Celastrol可通过PI3K/AKT信号通路抑制MMP3或MMP7的表达，进一步抑制结肠癌细胞的增殖和迁移能力。重楼皂苷I(polyphyllin I，PPI)是从植物南重楼和北重楼的根茎中分离提取出来的具有生物活性的化学物质。研究表明PPI可降低PCa细胞的增殖、迁移侵袭和EMT转化能力。研究发现PPI通过下调CIP2A/PP2A/ERK信号通路来抑制MMP7的表达，进而抑制PCa的转移[42-43]。

4 结语

随着对MMP7参与癌症发生发展及转移机制研究的不断深入，我们对其在PCa中的作用有了更深的认识，对MMP7相关通路的干预，能够为治疗PCa提供参考方向。近些年来已经有针对MMP7的小分子化合物不断被研发出来。随着基础研究的进展，MMP7在PCa中的作用机制必将会更加明确，也会有新的MMP7抑制剂被研发出来，为PCa的治疗带来新的希望。