基質金屬蛋白酶家族基因啟動子多態性及其與疾病關系的研究進展

丁 巍(綜述)，馬 強(審校)

(北京市普仁醫院急診科，北京100062)

基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一類高度保守的Zn2+依賴性蛋白水解酶類，其主要生理功能是降解細胞外基質成分，維持細胞外基質的動態平衡，參與人體許多生理和病理過程。MMP基因啟動子多態性對于調節MMP基因表達水平發揮重要作用，與許多疾病易感性相關，有關這方面的研究目前取得很大進展?；贛MPs的強大功能，MMPs基因多態與疾病的關系仍有待深入研究?，F就近年來MMP家族基因啟動子區基因多態性及其與疾病的關系進行總結。

1 MMP的結構和功能

MMP是由一些保守的結構域組成，其中信號肽結構域、前肽結構域和催化結構域是所有MMP都含有的同源蛋白結構域。MMP的主要功能是通過降解細胞外基質維持基質的平衡，對于細胞正常分化、遷移、運動具有重要作用。MMP對于維持機體的一些重要生理功能也具有重要作用，如參與血管生成、傷口愈合、組織重構、胚胎形成等。但是，MMP過度表達或活性增強過度與一些疾病(如腫瘤、心血管疾病、自身免疫性疾病、風濕性關節炎等)的發生、發展相關。由此可見，MMP表達、活性的調節在機體生理、病理活動中非常重要。除了降解細胞外基質，MMP的其他功能也被發現，如活化細胞表面受體、激活生長因子等［1］。

2 MMP表達及活性調控

MMP降解細胞外基質是一個可調控的過程，目前研究較為廣泛的主要有3個途徑調控MMP的表達和活性。分別是:轉錄水平調控MMP基因的表達、MMP酶原的活化、MMP抑制劑對MMP活性的調節。轉錄調控可能是最為關鍵的，大多數的MMP在細胞或組織處于靜息狀態時不表達，只有當組織發揮生理功能或處于病理狀態下才表達。MMP表達的起始首先需要在轉錄水平活化，然后合成并分泌到基質中去。因此，MMP降解細胞外基質是一個可調控的過程。

MMP的轉錄受到許多因素的影響。如各種化學因素、神經內分泌因素、細胞因子、細胞骨架結構、基質黏附性等［2］。這些因素最終都是通過激活或抑制一些轉錄因子，在轉錄水平調控MMP的表達。

3 MMP啟動子基因多態性

基因多態性是指正常人群中在某一基因位點上存在著2個或2個以上不同等位基因的現象。出現基因多態性的原因可以是單核苷酸變異或是某些高重復序列(如微衛星序列等)的拷貝數變異，一般將這個差異占群體的1%以上的變異稱為基因多態性，它是決定人體對疾病易感性、臨床表現多樣性及藥物治療反應差異性的重要因素。人類基因組序列大約每1000個堿基存在一個多態性位點，90%的多態性位點為單核苷酸多態性位點。

DNA多態性廣泛存在于人類基因組，大多數的DNA多態性并不影響基因表達及功能。也有一些會改變基因表達及功能，這些多態性位點的存在與機體的某些生理特征或疾病的發生相關。過去的幾年里，人們發現許多MMP基因家族成員的多態性位點，特別是MMP基因啟動子存在一些多態性位點，這些位點影響MMP基因的表達，與腫瘤、心血管疾病、腹主動脈瘤等疾病的易感性相關。

MMP啟動子上存在一些保守的轉錄因子結合元件，這些轉錄因子通過結合這些元件在特定的狀態下調控MMP的表達。位于基因啟動子區的多態性位點可能會改變轉錄因子與順式作用元件的結合。MMP啟動子區多態性位點在不同人群中的存在可能會導致MMP表達水平的差異，導致某些疾病在不同人群的易感性不同。有關這方面的研究近年來成為MMP研究的熱點。

MMP-1啟動子－1607插入一個堿基G，連同相鄰的G形成GG基因型，這樣會產生一個Ets-1轉錄因子結合位點［3］。GG基因型啟動子的活性增強，MMP-1 mRNA和蛋白表達水平增高［4］。MMP-3啟動子－1171位插入一個A會產生一個連續6個A(6A)的基因型，6A基因型結合轉錄因子ZBP-89的能力較5A基因型高，而ZBP-89的功能是抑制基因啟動 子 的 活 性［5］。MMP-2 啟 動 子 － 1306C/T、－1576G/A多態性位點影響MMP-2基因的表達水平。－1306 C轉變為T后改變了Sp-1結合位點的序列，啟動子的活性降低［6］。－1576G轉變為A后，雌激素受體與MMP-2啟動子結合能力減弱，雌激素作用條件下 MMP-2轉錄水平降低。MMP-9－1562C/T位點，T基因型 MMP-9轉錄活性增強［7］。MMP-9另一顯著性多態性位點是CA重復序列數目的變異，該重復序列數目在14～25個范圍內變化，CA重復序列的數目越多啟動子活性越強。

4 MMP啟動子基因多態性與疾病易感性

4．1 MMP-1 MMP-1啟動子－1607位存在一個G插入/缺失突變位點，這樣就會檢測到兩個基因型，一個是(1G)型，另一個是(2G)型。體外細胞試驗證明(2G)基因型與Ets結合能力較強，MMP-1轉錄活性也較強。一項病例對照研究顯示，在日本卵巢癌患者2G等位基因攜帶者顯著高于正常人群［4］。MMP-1可降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原，MMP-1過表達與腫瘤轉移、代謝密切相關。目前多項研究證實，MMP-1啟動子2G基因型可能與腫瘤的發生或侵襲有關。這個觀點已在乳腺癌、宮頸癌、肺癌等報道中得到證實［8］。

關于MMP-1基因多態性與冠心病易患性，國內外均有報道，但結果各異［9，10］。Ye 等［10］的研究結果表明，MMP-1的2G/2G基因型患冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)的風險比G/G基因型低，1G/2G基因型患冠心病的風險處于兩者之間。也有報道認為2G基因型人群易患一些其他疾病，如關節炎、動脈硬化等［11］。

4．2 MMP-2 MMP-2啟動子多態性與心血管疾病的易患性相關。Vasku等［12］發現，在慢性心力衰竭的患者中，MMP-2啟動子－790T/G的T等位基因和－735C/T的C等位基因頻率顯著增加。最近也有研究發現，該多態性位點與心肌梗死及冠心病的發生相關［13］。

許多研究表明，MMP-2與惡性腫瘤的浸潤、轉移有關，腫瘤組織中MMP-2的表達增高。MMP-2基因的－1306 C/T基因多態性會改變啟動子的轉錄活性。在中國人群中，CC基因型者的肺癌易感性比CT或TT基因型者高2倍［14］。另外，CC基因型的患者罹患賁門癌的風險比CT或TT基因型患者的風險高3倍［15］。但是，另一項研究顯示，TT基因型結腸癌患者預后較差［16］。

4．3 MMP-3 MMP-3啟動子最早于1995年發現，即－1612位5A/6A多態性位點，5A基因型具有較高的轉錄活性［5］。多項研究發現 MMP-3啟動子5A/6A多態性與動脈粥樣硬化易患性相關。在一項病例對照研究中顯示，心肌梗死患者5A基因型攜帶者顯著高于正常對照組［17］。其機制可能是由于5A基因型攜帶者MMP-3啟動子活性較強，動脈粥樣硬化斑塊MMP-3表達水平較高，易發生破裂。

另有研究發現，該多態性與腹主動脈瘤的易患性相關，5A基因型攜帶者易發生腹主動脈瘤［18］。6A基因型人群易發生冠狀動脈瘤［19］。冠狀動脈瘤的一個形成因素是冠狀動脈硬化，6A基因型MMP-3表達較低，這樣血管間隙基質聚集，不能被降解，導致冠狀動脈硬化。還有研究顯示6A基因型與頸動脈狹窄有關，其機制與MMP-3低表達、基質聚集有關［20］。

MMP-3在腫瘤的浸潤、轉移中起重要作用。對日本人的病例對照研究發現，直腸癌患者6A基因型頻率顯著高于對照組［21］。對意大利乳腺癌患者的研究結果與直腸癌研究結果相反，即患者中5A等位基因的頻率顯著高于對照組［22］。這些研究結果表明，在不同人群、不同類型腫瘤中MMP-3基因多態性與腫瘤易患性可能存在差異，還需要進一步的研究。

4．4 MMP-7 MMP-7是一種基質溶解素，可降解Ⅳ型膠原、明膠、彈力素、黏連蛋白等構成細胞外基質和基底膜的重要成分。MMP-7基因啟動子－181A/G和－153 C/T多態性可影響MMP-7的轉錄活性。冠心病患者－181位G等位基因和－153 T等位基因型發生頻率顯著增加［23］。這兩個多態性位點與冠狀動脈疾病易患性相關。MMP-7啟動子的這兩個多態性位點與腫瘤的發生也相關［24］。

4．5 MMP-9 MMP-9基因啟動子上的兩個多態性位點具有重要作用。在－90位置存在(CA)n微衛星多態性位點，－1562位C/T單核苷酸多態性位點［12］。CA重復序列越多MMP-9啟動子活性越強。例如，食管癌細胞(CA)14基因型MMP-9啟動子活性只有(CA)21基因型的50%。成纖維細胞(CA)14基因型只有(CA)23基因型的60%。－1562位T基因型MMP-9轉錄活性較強。

MMP-9主要可以降解Ⅳ型膠原蛋白，促進血管平滑肌細胞遷移。研究表明，MMP-9啟動子C/T多態性與冠狀動脈粥樣硬化及冠心病相關，T等位基因攜帶者為高危人群［25］。近期有報道T等位基因攜帶者與心肌肥厚患者心律失常的發生相關［26］。有研究發現MMP-9啟動子－1562位T等位基因發生腹主動脈瘤概率較高［27］。(CA)n重復序列多態性可能也和腹主動脈瘤易患性相關，但報道不一致，有待進一步研究。

許多研究報道MMP-9啟動子基因多態性與多種惡性腫瘤的發生率相關［28］。另有一些研究發現MMP啟動子－1562 C/T多態性與多發性硬化的易患性相關［29］。

4．6 MMP-12 MMP-12又稱巨噬細胞彈性蛋白酶或金屬彈性蛋白酶，它能分解纖溶酶原產生的類血管抑素片段，后者是有力的血管形成抑制物。在MMP-12啟動子轉錄起始位點上游70 bp存在一個AP-1順式作用元件，在轉錄調控過程具有重要作用。MMP-12啟動子－82位存在一個A/G單核苷酸多態性位點，由于臨近AP-1順式作用元件，該位點會影響轉錄因子與AP-1位點的結合能力，與MMP-12的轉錄活性相關。A等位基因MMP-12轉錄活性較高，與冠心病易患性相關［30］。MMP-12啟動子基因多態性與惡性腫瘤的發生也相關，如卵巢癌及食管癌等［31］。MMP-12啟動子基因多態性與慢性阻塞性肺疾病易感性相關［32］。

5 小結

MMP基因啟動子多態性廣泛存在于不同人群中，不同等位基因的啟動子影響相應MMP基因的轉錄活性，從而影響其表達水平。越來越多的研究發現，MMP基因啟動子多態性與許多疾病的易感性相關。這些研究結果將為探討這些多因素復雜疾病的發生機制提供依據，同時也可以將這些MMP多態性位點作為靶點，開發診斷、治療、預防這些疾病的新途徑。

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