MMP-1及MMP-1基因多态性在结直肠癌发生发展中的作用及其机制研究进展

武蒙欢，施良 ，张浩，刘寒琼，刘艳如，张炜

1 江苏大学附属医院消化内科，江苏镇江 212000；2 南京第一医院核医学科；3 江苏大学附属医院急诊科

结直肠癌是全球癌症相关死亡的第三大原因，发病率为10.2%，病死率为9.2%［1］。结直肠癌是我国最常见癌症之一，其发病率逐年上升并呈年轻化趋势［2］。早期发现、早期治疗在提高结直肠癌诊疗效果及降低病死率中具有重要意义。基质金属蛋白酶-1（MMP-1）是基质金属蛋白酶（MMPs）家族的一员，又称间质胶原酶和成纤维细胞胶原酶，是一个功能上依赖Zn2+，结构上包含Ca2+的内源性蛋白酶。生理条件下MMP-1 呈低水平表达，但在病理条件下，其表达水平显著上升［3］。MMP-1 通过半胱氨酸转换机制被其他酶或自由基激活，具有广泛的底物特异性［4］，其促进各种细胞外基质蛋白的降解，包括胶原蛋白、明胶、纤维连接蛋白及层粘连蛋白等，最终导致细胞和组织的结构发生变化。在功能上，MMP-1 参与伤口愈合、关节炎、动脉粥样硬化和肿瘤进展等多种生理和病理过程［5-10］。近年越来越多的研究表明，MMP-1 在促进结直肠癌细胞生长、间充质转化（EMT）［11］、侵袭和转移［12］等方面发挥着重要作用，但仍无此方面的系统总结，本研究就MMP-1 及其基因多态性在结直肠癌发生发展中作用及其机制的研究进展作一综述。

1 MMP-1 在结直肠癌发生发展中的作用及其机制

近年MMP-1在恶性肿瘤发生发展中作用的相关机制成为研究的热门领域，它参与了多种恶性肿瘤细胞的增殖、分化、血管生成、细胞侵袭、细胞转移及EMT 等过程。在结直肠癌中，其通过影响结直肠癌细胞的侵袭、迁移及EMT促进结直肠癌进展。

1.1 MMP-1 促进结直肠癌细胞侵袭和迁移 肿瘤细胞的微环境决定了其能否发生侵袭和转移，其中细胞外基质的完整性是限制肿瘤侵袭的关键因素之一［13］。而MMP-1 能够降解细胞外基质，在肿瘤侵袭过程中起着显著的促进作用［14］。研究［15］表明，MMP-1可以促进结直肠癌细胞增殖、侵袭和转移。在结直肠癌组织中高表达的长链非编码RNA TCONS_00012883 通过活化Yin-Yang 1（YY1），促使MMP-1在转录水平上调，进一步激活人膀胱癌磷脂酰肌醇-3-羟激酶（PI3K）/蛋白激酶B（PKB，又称AKT）通路，从而促进肿瘤细胞生长、侵袭性增强。乙酰肝素酶是目前发现惟一作用于细胞外基质中多聚糖成分的酶，可破坏细胞外基质和基底膜，促进肿瘤细胞侵入基质和血管壁，是引起肿瘤转移的关键酶［16］。有研究［17］表明，乙酰肝素酶通过激活MMP-1 促进结直肠癌细胞的增殖、侵袭和肝转移，研究者通过基因本体论（GO）分析发现，这一过程可能与细胞外基质重塑的过程相关，包括“胶原降解”和“细胞外基质降解”等过程，进一步表明MMP-1 在结直肠癌侵袭和转移中的重要性。真核细胞起始因子6（EIF6）是一种翻译因子，其在蛋白质合成中起作用并在恶性肿瘤中异常表达。有研究基于癌症基因组图谱（TCGA）数据库进行京都基因和基因组百科全书（KEGG）通路和GO分析，发现EIF6通过激活磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）/MMP-1/细胞周期素D1/B 细胞淋巴瘤2（Bcl2）信号通路，促进结直肠癌细胞的增殖、侵袭［18］。人参皂苷（Rh1）是一种具有抗肿瘤活性的传统药物单体，LYU 等［11］发现 Rh1 通过抑制 MMP-1和MMP-3的表达，抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并可以降低肿瘤的体积和重量。WANG 等［12］研究表明，MMP-1 低表达减弱了p-Akt 信号通路，进而减弱了结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力，表明MMP-1是结直肠癌研究中潜在的治疗靶点。由于MMP-1可通过增强结直肠癌细胞的侵袭和迁移力促进肿瘤的生长。因此，探寻能够靶向MMP-1 的药物将为结直肠癌的治疗提供一种新的诊疗方案。

1.2 MMP-1 促进结直肠癌细胞EMT EMT 是指具有上皮样表型的细胞向具有间充质样表型的细胞转变的一种常见的生物学过程［19］。EMT 发生于许多病理进展中，其具有独特的基因调控特性，可导致细胞中N-钙黏蛋白（N-cadherin）、波形蛋白和Twist 相关蛋白1（TWIST）的表达显著增加，而E-钙黏蛋白（E-cadherin）［20］表达下调，进而导致细胞黏附能力减弱及基底极性缺失，这个过程有助于实体肿瘤的侵袭和转移［20-22］。中医中的黄芩具有清热解毒、促进血循环和祛瘀的作用。JIN 等［23］采用蛋白印迹方法分析了黄芩干预前后 MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9、MMP-13 和 EMT 调节因子（E-cadherin 和 N-cadherin）在结直肠癌细胞系HCT-8中的表达变化，结果显示，MMP-1、MMP-2、MMP-3/10、MMP-9 和MMP-13的表达受到不同程度的抑制，而间充质标记物N-cadherin 和上皮标记物E-cadherin 的表达水平变化不大。提示黄芩抑制MMPs的表达，而MMPs被抑制后结直肠癌细胞的EMT 过程却并未受到影响。近期的另一项细胞实验得出了不同结论。WANG等［12］通过蛋白印迹方法检测MMP-1 shRNA转染细胞和空载体转染细胞中EMT 相关标记物及p-Akt 信号通路的表达，结果表明，与空载体转染细胞相比，在转染了shMMP-1 的结直肠癌细胞系HT-29 和SW-480 中，Akt 磷酸化受到抑制，且 MMP-1 表达下调导致N-cadherin、波形蛋白和TWIST 表达显著下降，E-cadherin表达增加，表明MMP-1参与激活结直肠癌中的Akt信号通路并促进EMT过程。MMP-1是否通过参与EMT 进程进而影响结直肠癌的发生发展，以及其在EMT中的具体调控机制仍需进一步研究。

2 MMP-1 基因多态性在结直肠癌发生发展中的作用及其机制

单核苷酸多态性（SNPs）是指个体间DNA 序列同一个位置单个核苷酸变异引起的基因序列多态性，是实现个体化医学的一个关键因素。SNPs 是导致个体间疾病易感性差异的主要原因，疾病的严重程度和机体对治疗的反应方式也是遗传变异的结果［24］。MMP-1位于11q22染色体上，其表达受启动子区SNPs 的影响。人类MMP-1 基因的启动子中存在1 607位置的插入/缺失，并产生了两个不同的等位基因：一个有1 个鸟苷（1G），另一个有2 个鸟苷（2G）。这两个鸟苷和一个邻近的腺苷为转录因子家族创造了一个核心结合位点（5′-GGA-3′），导致MMP-1 表达水平升高［25］，而MMP-1 的过度表达与肿瘤的侵袭和转移有关［11］。换言之，与1G核苷酸等位基因相比，2G核苷酸等位基因的转录活性增加，携带2G等位基因的患者MMP-1 表达水平相对升高，胶原降解水平高。携带2G 等位基因的患者MMP-1 使肿瘤细胞组织学屏障降解，细胞外基质破坏，癌症侵袭、转移加快［26］。WOO 等［27］对 185 例结直肠癌患者和 304 例健康对照者进行MMP-1 基因型检测，并比较了结直肠癌患者不同临床病理特征之间的MMP-1 基因型，结果表明，MMP-1 2G基因型在结直肠癌患者中明显高于健康对照组，且其在≤50岁的患者以及≥10个转移淋巴结的患者中出现的频率较高，提示其与结直肠癌风险及淋巴结转移密切相关。ELANDE 等［28］分析了127 例结直肠癌患者和208 例健康对照者MMP-1启动子的SNPs，结果表明，MMP-1 2G 等位基因与结直肠癌的发生显著相关，同样提示MMP-1 启动子多态性与结直肠癌的易感性相关。

MMP1-1607 ins/del G 功能多态性除了与结直肠癌易感性有关外，还与结直肠癌发生、生长、转移和预后存在一定的相关性。LIÈVRE 等［29］为了记录MMPs 基因多态性在大肠癌发生早期的作用，在295例大腺瘤、302例小腺瘤和568例无息肉对照者的病例对照研究中，研究了它们与大肠腺瘤风险的关系，分析结果显示，MMP3-1612 ins/del A 基因型与小腺瘤发生风险的增加显著相关。此外，MMP1-1607 ins/del G-MMP3-1612 ins/del A（2G/2G-6A/6A）联合基因型与大腺瘤的发生显著相关，提示其可能通过促进正常结肠上皮细胞腺瘤的发生而在大肠癌发生的早期发挥作用，而MMP1-1607 ins/del G 可能是由于增强了MMP3-1612 ins/del A 多态性的作用，加强了MMP-3 的表达，从而在结直肠癌发生的早期阶段起到了间接的促进作用。GHILARD 等［30］研究表明，结直肠癌组中MMP-1 2G 纯合子的比例高于无肿瘤对照组，转移组高于未转移组，这表明，MMP-1启动子区2G 多态性的存在可能促进结直肠癌的生长和转移，可被视为预后不良的危险因素。ZINZINDOHOUÉ 等［31］进一步证实，MMP1-1607 ins G等位基因数与结直肠癌患者生存率呈负相关关系，首次提出了基因剂量效应。总之，MMP-1 启动子区多态性可作为结直肠癌早期诊断及预测预后的指标，未来可通过对患者的多基因量化分析，指导临床上对结直肠癌的预防和治疗。

综上所述，MMP-1在结直肠癌发生发展中起到一定的促进作用。大量研究表明，MMP-1通过与上下游分子协同作用，加速细胞外基质降解，促进结直肠癌细胞增殖、侵袭和迁移。然而其在结直肠癌细胞EMT过程中的作用仍存在争议，后续还需更详细、精准的研究进行验证。MMP-1基因SNPs与结直肠癌发生发展相关，未来可作为结直肠癌筛查指标，并可进行肿瘤风险评估，但SNPs的分布在不同人群、不同地区之间有差异，还需要扩大样本量进一步随访研究。