劉超 仰曙芬 付玉

結(jié)直腸癌是最常見(jiàn)的消化道惡性腫瘤之一，全世界每年約有120萬(wàn)人發(fā)病。在美國(guó)和歐洲國(guó)家，結(jié)直腸癌的癌癥死亡率排名惡性腫瘤死亡率的第二位，雖然手術(shù)聯(lián)合輔助治療取得了一定的進(jìn)展，但是轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)仍是結(jié)直腸癌患者預(yù)后的危險(xiǎn)因素。因此，針對(duì)新的靶點(diǎn)進(jìn)行治療，可能是治愈結(jié)直腸癌的有效方法。目前研究表明，基質(zhì)金屬蛋白酶2、9(MMP2、MMP9)不僅與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展、血管生成相關(guān)，而且能通過(guò)多種方式促進(jìn)腫瘤的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移[1]。

基質(zhì)金屬蛋白酶MMPs，是Zn2+依賴性內(nèi)肽酶一類水解基底膜(BM)和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的蛋白水解酶家族。它能促進(jìn)癌細(xì)胞對(duì)周?chē)M織的侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，其活性受到金屬蛋白酶組織抑制因子TIMPs的抑制。MMPs在多種惡性腫瘤中高表達(dá)，其中MMP2、MMP9可水解BM和ECM中的IV型膠原等多種成分，在惡性腫瘤進(jìn)展中作用尤為突出[2]。

一、MMP2、MMP9的結(jié)構(gòu)與功能

(一)MMP2的結(jié)構(gòu)與功能

20世紀(jì)60年代，Litta等在尋找能降解基底膜的蛋白酶時(shí)發(fā)現(xiàn)了MMP2，它屬于明膠酶A類，是一種Zn離子依賴性肽鏈內(nèi)切酶。以前酶原的形式由多種細(xì)胞如成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和惡性腫瘤細(xì)胞等分泌，人類MMP2位于染色體16q21，由13個(gè)外顯子和12個(gè)內(nèi)含子，結(jié)構(gòu)基因的總長(zhǎng)度為27 kb[3]。許多研究表明，MMP2的作用底物主要為W型膠原,在轉(zhuǎn)錄、分泌、前酶原的激活和與靶細(xì)胞表面的結(jié)合等過(guò)程中表達(dá)，有調(diào)節(jié)功能的作用。此外，腫瘤浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移與它對(duì)IV型膠原，層粘連蛋白的降解功能呈現(xiàn)一定的相關(guān)性[4]。不僅如此，最近的研究顯示，MMP2有促進(jìn)腫瘤新生血管形成的能力，因?yàn)榛罨腗PP2，可以在基質(zhì)的突出部分突破，通過(guò)轉(zhuǎn)染MMP2，將其激活，達(dá)到增加腫瘤細(xì)胞穿過(guò)基底膜基質(zhì)能力的目的，此外MMP2還能激活MMP9[5]。

(二)MMP9的結(jié)構(gòu)與功能

MMP9是1994年Reponen和sahlberg，在小鼠胚胎發(fā)育中的破骨細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，它屬于明膠酶B類。人類MMP9位于染色體2oq12-q13，基因全長(zhǎng)為45o6 bp，MMP9分子量Mr92X×03。MMP9的基本結(jié)構(gòu)包含有以下幾個(gè)區(qū)：(1)信號(hào)膚區(qū)；(2)N-末端前膚區(qū)；(3)催化基團(tuán)區(qū)；(4)C末端血紅素結(jié)合蛋白樣區(qū)；(5)鉸鏈區(qū)[6]。MMP9主要作用在Zn+和生理PH值下，降解細(xì)胞外基質(zhì)，并進(jìn)行自身重構(gòu)。MMP9只有在細(xì)胞外基質(zhì)的環(huán)境中，才能夠被激活，從而具有相應(yīng)的活性。明膠蛋白B，彈性蛋白，粘連蛋白等是EMC不可缺少的重要成分，它們可以成為MMP9的作用基底物，此外，它和MMP2具有相似的作用，能夠?yàn)槟[瘤的浸潤(rùn)，及其后期的轉(zhuǎn)移提供更便利的條件[7]。MMP9可以被絲氨酸蛋白酶或其他的MMP去除前綴所介導(dǎo)活化，或者對(duì)氧化應(yīng)激直接做出反應(yīng)，從而擾亂半胱氨酸開(kāi)關(guān)。

二、MMP2、MMP9與結(jié)直腸癌的關(guān)系

(一)MMP2、9對(duì)結(jié)直腸癌早期影響

最近有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移中，MMP2、9起著很重要的作用，而且在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中也占有重要的地位[8]。還有一項(xiàng)研究顯示，在結(jié)腸癌組織中，MMP2、9的表達(dá)主要處于生長(zhǎng)區(qū)間的腫瘤細(xì)胞，而且活性也是趨于增加的狀態(tài)。因活性升高而活化的MMP2、9在上述的基質(zhì)突出位置突破，轉(zhuǎn)染釋放其生長(zhǎng)因子，從而推進(jìn)腫瘤進(jìn)程，刺激其生長(zhǎng)，結(jié)果是結(jié)直腸癌的細(xì)胞增殖被促進(jìn)[9]。

許多研究已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)腫瘤的直徑超過(guò)2 mm并要繼續(xù)生長(zhǎng)時(shí)，就必須依賴新生毛細(xì)血管。然而，新生毛細(xì)血管形成的條件是需要其內(nèi)皮下的基底膜降解、內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖。MMP2、P9對(duì)腫瘤血管的生成有促進(jìn)作用，因此它們可以通過(guò)這個(gè)途徑來(lái)促進(jìn)腫瘤形成[10]。MMP2、9跟這一系列過(guò)程息息相關(guān)，它們通過(guò)啟動(dòng)血管基底膜的蛋白降解為內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)移打開(kāi)通路從而形成新血管，此外與活化VEGF因子也有相關(guān)[11]。經(jīng)過(guò)更深入的研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2在腫瘤細(xì)胞內(nèi)部，對(duì)早期階段新的血管形成起著重要作用[12]。Shapiro研究發(fā)現(xiàn)MMP2降解ECM中的層粘連蛋白5之后可以趨向隱藏位點(diǎn)增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移同時(shí)釋放VEGF因子，刺激血管的形成[13]。

MMP9還可與其他多種因子作用，促進(jìn)大腸腫瘤血管的生成和腫瘤細(xì)胞增殖，參與腫瘤細(xì)胞的免疫逃避,間接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲；也與細(xì)胞表面整合素家族和其他分子附著，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和增殖。但是在Thomas的研究中，MMP9敲除鼠的移植靜脈區(qū)血管壁及細(xì)胞構(gòu)成沒(méi)有發(fā)生改變，猜測(cè)可能由于MMP2參與了補(bǔ)償機(jī)制，也可能是MMP-9能使纖溶酶原降解為血管抑素，從而抑制新生血管的形成所致[14]。

還有一些大量的細(xì)胞因子，可以協(xié)助MMPs來(lái)促進(jìn)腫瘤血管生成，例如：VEGF，BFGF，腫瘤生長(zhǎng)因子，它們可以在上調(diào)UPA的基礎(chǔ)上活化纖溶酶，從而激活MMPs,而達(dá)到生成新血管的目的。同時(shí)，上述因子也可以上調(diào)MMPs基因的轉(zhuǎn)錄[15-16]。此外，還有一些蛋白分子可以上調(diào)表達(dá)，如：claudin蛋白，它可以直接作用導(dǎo)致MMP2表達(dá)同時(shí)上調(diào)或者過(guò)度表達(dá)。因此它可以通過(guò)MMP2，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生存侵襲能力[17]。以上研究均證實(shí)了MMP2、9在腫瘤的新生過(guò)程中發(fā)揮的重要作用。

(二)MMP2、MMP9對(duì)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的影響

遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌患者死亡的主要原因，MMPs能夠促進(jìn)癌癥擴(kuò)散主要是通過(guò)降解ECM，包括兩個(gè)主要方面：基膜膜和間質(zhì)結(jié)締組織[18]。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ECM在細(xì)胞遷移、增殖和分化等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)BM和ECM又是阻礙癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的屏障，許多生理和病理過(guò)程，如：胚胎發(fā)育、組織重塑、胚泡培植、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、血管形成等均涉及ECM的降解。還有一項(xiàng)研究顯示，RAS基因可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞，導(dǎo)致表達(dá)增加，MMP2、9的激活可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞系和腫瘤細(xì)胞的侵襲性，并與惡性表型密切相關(guān)[19]。

肝轉(zhuǎn)移能夠直接導(dǎo)致結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良，有研究報(bào)道，發(fā)現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移患者病灶MMP2的表達(dá)超出正常范圍，并且明顯高于周?chē)＝M織，此外還得出肝基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)MMP2可以受到原發(fā)癌灶的誘導(dǎo)，從而促進(jìn)肝轉(zhuǎn)移發(fā)生[20]。ZengZS的早期研究發(fā)現(xiàn)，MMP9的過(guò)表達(dá)，異常激活，對(duì)結(jié)直腸癌同時(shí)有肝轉(zhuǎn)移有重要作用。伴肝轉(zhuǎn)移的原發(fā)癌灶的MMP9mRNA水平顯著高于不伴肝轉(zhuǎn)移組，因此可作為一個(gè)獨(dú)立預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)和預(yù)后的因素[21]。但是在Bendardaf的實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)組：8例結(jié)直腸癌伴肝轉(zhuǎn)移患者的癌細(xì)胞，對(duì)照組：4例沒(méi)有肝轉(zhuǎn)移。發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中MMP2、9在侵襲邊緣間質(zhì)染色強(qiáng)度高于癌組織中央?yún)^(qū)；細(xì)胞漿的染色強(qiáng)度高于間質(zhì)；其MMP2、9表達(dá)率及表達(dá)強(qiáng)度均高于對(duì)照組，但差異不顯著。猜測(cè)可能是由于例數(shù)太少，代表性低，從而導(dǎo)致陰性結(jié)果[22]。

很早就有學(xué)者采用RT-PCR方法，檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)組48例結(jié)直腸癌患者的MMP9mRNA水平，結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)組結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)水平，高于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和肝臟轉(zhuǎn)移，并存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。表明結(jié)直腸癌組織中MMP9可以預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移并發(fā)揮著重要作用[23]。此外還有研究表明結(jié)直腸癌分化程度與MMP2的表達(dá)有一定的相關(guān)性，但相關(guān)性沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在浸潤(rùn)深度方面，與MMP2呈現(xiàn)正相關(guān)，隨著浸潤(rùn)深度的增加，MMP2的陽(yáng)性表達(dá)強(qiáng)度和表達(dá)率都隨之增加，與對(duì)照組比較明顯增高有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[24]。研究還發(fā)現(xiàn)，MMP9在結(jié)腸癌的腫瘤中過(guò)度表達(dá)，而且保持高表達(dá)水平，推測(cè)它可能參與后期的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移[25]。

三、臨床應(yīng)用

(一)MMP2、MMP9作為結(jié)直腸癌預(yù)后的標(biāo)志

諸多臨床研究已證實(shí)MMP2、9與結(jié)直腸癌不良預(yù)后相關(guān)。在Langers的研究中發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者正常結(jié)腸黏膜中MMP2、MMP9水平的高表達(dá)，與患者的5年生存率相關(guān)，可見(jiàn)這兩個(gè)因子具有良好的前瞻預(yù)測(cè)能力。這兩個(gè)參數(shù)的聯(lián)合是很強(qiáng)的預(yù)測(cè)因子，所以正常黏膜中MMP 2、MMP9水平可以預(yù)示著結(jié)直腸癌患者的疾病進(jìn)程[27]。結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移、發(fā)展、及病理參數(shù)與MMP2、MMP9有很強(qiáng)的相關(guān)性，這就使得它們可以用于結(jié)直腸癌的篩查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。除此之外，MMP2、9能夠成為有預(yù)測(cè)能力的結(jié)直腸癌診斷因子[10,26]。

(二)以MMP2、MMP9及其抑制劑為靶點(diǎn)治療結(jié)直腸癌

國(guó)外很多臨床研究已經(jīng)證實(shí)，結(jié)直腸癌的不良預(yù)后與MMP2、9緊密相關(guān)。這是因?yàn)镮V型膠原明膠纖維鏈接蛋白可被MMP2、9降解，此外，TIMP1、2可以調(diào)節(jié)蛋白的水解活性。所以惡性腫瘤的進(jìn)展與IV膠原酶及其抑制劑密切相關(guān)[25]。至今共發(fā)現(xiàn)內(nèi)生的MMPs抑制因子有以4種：分別是TIMP1、2、3、4。其抑制機(jī)制是：與酶形成1：1的非共價(jià)復(fù)合體。MMP2的抑制劑是TIMP2，與其前體結(jié)合抑制表達(dá)；MMP9的抑制劑是TIMP1，與其酶原結(jié)合抑制活性[26]。

TIMPs在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制復(fù)雜，并呈現(xiàn)顯著高表達(dá)。在國(guó)外的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)MMP2/TIMP2的比值，可成為一項(xiàng)判斷指標(biāo)，對(duì)腫瘤惡性程度，腫瘤預(yù)后進(jìn)行判斷[28]。此外，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，正常人或有良性腫瘤的患者，檢測(cè)MMP2/TIMP2的值基本在1(0.95-1.05)左右，區(qū)間小。但是有惡性腫瘤或有不良預(yù)后的患者，檢測(cè)MMP2/TIMP2值基本都>1。[29]。近期的一項(xiàng)ELISA方法研究中發(fā)現(xiàn)(143例D期結(jié)直腸癌病例組，100例對(duì)照組)，病例組血漿TIMP1水平>對(duì)照組血漿TIMP1水平，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p<0.01),因此得出結(jié)論，血漿中TIMP1的高表達(dá)與預(yù)后差相關(guān)，病人血漿TIMP1水平可作為有價(jià)值的預(yù)后指標(biāo)[30]。以上數(shù)據(jù)顯示，在不同時(shí)期結(jié)直腸癌的發(fā)展，MMP2、9蛋白特異性表達(dá)和具體和有效的抑制劑篩選的發(fā)展，這將是未來(lái)的研究和臨床工作的重點(diǎn)。

四、展望

MMPs能夠?qū)Ρ姸嗟牡鞍准捌渖锘钚赃M(jìn)行調(diào)節(jié)，有復(fù)雜的分子作用。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究證明，結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后與MMP2、9緊密相關(guān)。它們作為臨床診斷指標(biāo)，預(yù)后的因子，引起了大家的重視，并在結(jié)直腸癌的的不同階段，發(fā)揮著促進(jìn)腫瘤生成，轉(zhuǎn)移的重要作用。所以，在結(jié)直腸癌的不同時(shí)期，研究MMP2、9的特異性表達(dá)，并針對(duì)性的開(kāi)發(fā)高效抑制劑，可以對(duì)臨床治療結(jié)直腸癌帶來(lái)新希望。

[1] Sonata Jodele.Laurence Blavier.Janet M.Yoon.Modifying the soil to affect the seed:role of stromal-derived matrix metalloproteinase in cancer progression.Cancer Metastasis Rev，2006，25:35-43.

[2] Recent Developments in Patent Anti-Cancer Agents Targeting the Matrix Metalloproteinase(MMPs).Recent Patents on Anti-Cancer Drug Discovery,2010,6(33),109-141.

[3] Kahlenberg MS,Stoler DL,Basik M,et al.P53 tumor suppressor Gene status and the degree of genomic instability in sporadic Colorectal cancers.J Natl Cancer Inst,1996,88:1665-1670.

[4] Vihinen P,Kahari VM.Matrix metalloproteinase in cancer:Prognostic markers and therapeutic targets.Int J Cancer,2002,99(2):157-166.

[5] Kleiner DE,Stetler Stevenson WG.Matrix metalloproteinase and metastasis.Cancer Chemotherapy Pharmacology,1999,43:42-51.

[6] SheuJR,FongTH,LiuCM,et al.Expression of matrix metalloProteinase-9 in human Platelets:regulation of Platelet activation in vitro and in vivo studies.Br J PH armaeol,2004,143(l):193-201.

[7] Moran A,Iniesta P,Garcia C,et al.Clinical relevance of MMP-9,MMP2,TIMP21 and TIMP22 in colorectal cancer.Oncology Reports,2005,213:115-120.

[8] J Heinke,M Kerber.Bone morphogenetic protein modulator BMPER is highly expressed in malignant tumors and controls invasive cell behavior.Ontogeny，2012，31(24):2919-2930.

[9] Umadevi Damodharan，Ravikumar Ganesan，Uma C.Radhakrishnan.Expression of MMP2 and MMP9(Gelatinizes A and B)in Human Colon Cancer Cells.Appl Biochem Biotechnol，2011，165:1245-1252.

[10] Min Jung Kang,Sungae Jung,Ji Min Jung，et al.Associations between Single Nucleotide Polymorphisms of MMP2,VEGF,and HIF1A Genes and the Risk of Developing Colorectal Cancer.Anticancer research，2011，31:575-584.

[11] Ltkas JAC,Hawinkels,Kim,et al.VEGF release by MMP9..mediate heparin soleplate cleavage induces colorectal cancer angiogenesis.European Journal of Cancer,2008,44(13):1904-1913.

[12] Laurence Blavier,Janet M，Yves A，et al.DeClerck.Modifying the soil to affect the seed:role of stormily derived matrix metalloproteinase in cancer progression.Cancer Metastasis Rev,2006,25:35-43.

[13] Shapiro S,Khodalev O.Different activation forms of mmp2 oppositely affect the fate of endothelial cells.Am J Physiol Cell Physiol,2010,298(4):942-951.

[14] Thomas AC,Newby AC.Effects of matrix metalloproteinase-9 gene knock-out on vein graft remodeling in mice.J Vasc research,2010,47(4):299-308.

[15] Berditchevski F,Chang S,Bodorova J,et al.Generation of monoclonal antibodies to interim-associated proteins Evidence that α3β1 complexes with EMMPRIN/besieging/OX47/M6.J Biol Chem,1997,272:29174-29180.

[16] Guo H,Li R,Zucker S,et al.EMMPRIN(CD-147,an inducer of matrix metalloproteinase synthesis,also binds interstitial collagens to the tumor cells surface.Cancer Res,2000,60(4):888-891.

[17] Carr JB,Williams D,Richards M.Lateral deceits positioning for intramedullary nailing of the femur without the use of a fracture table.Orthopedics,2009,32(10):721-724.

[18] Dake Chu,Zhengwei Zhao,Yi Zhou.Matrix Metalloproteinase-9 is associated with relapse and prognosis of patients with colorectal cancer.Annals Surgical Oncology，2012，19:318-325.

[19] Dan Liu，Wenyuan Duan，Hong Guo，et al.Meta-analysis of associations between polymorphisms in the promoter regions of matrix metalloproteinase and the risk of colorectal cancer.Int J Colorectal Dis，2011，26:1099-1105.

[20] Theret N,Musso O,Campion JP,et al.Over expression of matrix metalloproteiase-2 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-2 in liver from patients with gastrointestinal adenocaicinoma and no detectable metastasis.Int J Cancer,1997,74(4):426-432.

[21] Zeng ZS,Huang Y,Cohen AM,et al.Prediction of colorectal cancer relapse and survival via tissue RNA levels of matrix MMP-9.J Clink Oncol,1996,14(12):3133-3140.

[22] Bendardaf R,Buhmeida A,Hilska M,et al.MMP-9(gelatinize B)expression is associated with disease-free survival and disease-specific survival in colorectal cancer patients.Cancer Invest,2010,28:38-43.

[23] Koumura H,Sugiyama Y,Kunieda K,et al.Significance in gene expression of matrix metalloproteinase-9,urokinase-type plasminogen activator and tissue inhibitor of metalloproteinase for metastases of gastric and/or colorectal cancer.Ganto Kagaku Ryoho,1997,24(2):324-331.

[24] Wei Dong,Hong Li,Yan Zhang,et al.Matrix metalloproteinase 2 promotes cell growth and invasion in colorectal cancer.Acta Biochim Biophys Sin,2011,43:840-848.

[25] MoranA,Iniesta P,Garcia C,et al.Clinical relevance of MMP-9,MMP2,TIMP21 andTIMP22 in colorectal cancer.Oncology Reports,2005,213:115-120.

[26] Vesna V.Dragutinovic′,Nevena V,et al.Matrix metalloproteinase-2(MMP-2)and-9(MMP-9)in preoperative serum as independent prognostic markers in patients with colorectal cancer.Mol Cell Biochem，2011,355:173-178.

[27] Langers AM，Verspaget HW，Hawinkels LJ.MMP-2 and MMP-9 in normal mucosa are indep-endently associated with outcome of colorectal cancer patients.Br J Cancer，2012，106(9)：1495-1498.

[28] Still K，Robson CN，Autzen P，et a1.Localization and quantification of mRNA for matrix metalloproteinase-2(MMP-2)and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-2(TIMP-2)inhuman benign and malignant prostatic tissue.Prostate，2000,42(1)：218-251.

[29] Ara T，Kusafuka T，Inoue M，et a1.Determination of imbalance between MMP2 and TIMP-2 in human neuroblastoma by reverse transcription polymerase chain reaction and its correlation with tumor progression.J Pediatr Surg，2000，35(3)：4371-4377.

[30] Holten Andersen L，Christensen IJ,Jensen SB,et a1.Saliva and plasma TIMP-1 in patients with colorectal cancer:a prospective study.SCAND J Gastroenterology ,2012,47:1234-1241.