MMPs與口腔鱗癌關系的研究進展

董大海

摘要：

基質金屬蛋白酶（MMPs）是一組調節細胞外基質的鋅離子依賴的內肽酶，是影響腫瘤侵襲性的關鍵酶。研究表明： MMPs在腫瘤細胞的分化、生長、遷移及腫瘤血管形成中發揮重要作用。本文從MMPs的結構功能以及與口腔鱗癌的關系加以綜述。

關鍵詞：酪氨酸激酶受體A2；基質金屬蛋白酶；口腔鱗癌

【中圖分類號】

R322.4+1 【文獻標識碼】B 【文章編號】1002-3763（2014）05-0028-02

口腔鱗狀細胞癌簡稱鱗癌，是口腔頜面部最常見的惡性腫瘤，占全身惡性腫瘤發病率的3%。盡管在過去的20年中包括手術、放療、化療及生物治療在內的各種治療手段在不斷改進，其總體死亡率有所降低，但進展期患者5年生存率僅為50%- 60%^[1-2]。

研究發現： MMPs在多種腫瘤中均呈高表達，與腫瘤的浸潤有關。本文就MMPs的結構和功能、在口腔鱗癌中的表達展開綜述

1 MMP的結構和功能及其與腫瘤的關系

1.1 MMPs的生物學特征：

基質金屬蛋白酶是鋅離子依賴的內肽酶。到目前為止，已經發現了28種，動物發現了25種，人類發現了24種。有幾個MMPs 的基因位于同一染色體位點11q23， 在幾種實體瘤中，此區域有基因擴增。MMPs的所有成員有一些共同的結構：信號肽、前肽、催化區、鉸鏈區和類血紅蛋白結合區域。信號肽結構區域由17～29個氨基酸組成，前肽區由約80個氨基酸組成，具有高度保守的氨基酸序列。而所有MMPs催化區域高度保守結合有鋅原子，Zn2+被認為是酶的活性中心部位，多數MMPs以水溶性酶原的形式分泌到胞外，在中性pH值及Ca2+和其激動劑的參與下脫去前肽而發揮酶活性作用，降解細胞外基質，而膜型基質金屬蛋白酶的羧基端存在著一個跨膜結構域，又可將MT-MMP結合于細胞膜上。根據其底物不同，可將MMPs分為五類，分別是1、膠原酶，主要水解底物為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型纖維膠原；2、明膠酶，主要水解底物為明膠及Ⅳ、Ⅴ型膠原和層粘蛋白；3、間質溶解素，主要水解底物為Ⅲ、Ⅳ型膠原及蛋白聚糖、明膠及糖蛋白；4、膜型金屬蛋白酶，Membrance type metalloproteinases，MT-MMP，主要水解底物為MMP-2前體、膠原和明膠；5、其他，如MMP-12、19、20、22、23等。MMPs被確定存在下列性質：1、它們至少降解細胞外基質的一種成分；2、它們包含了一個鋅離子，且被絡合劑抑制；3、以酶原形式分泌；4、能被其天然抑制劑基質金屬蛋白酶組織抑制劑抑制；5、它們共氨基酸序列。MMPs的主要功能是降解細胞外基質成分。諸多MMP成員中，MMP2和MMP9與腫瘤的侵襲性更為相關。MMP-2基因位于人類染色體16q21 ，由 13個外顯子和12個內含子組成， 結構基因總長度為27kb。MMP- 2是一種非糖化的明膠酶， 分子量為 72KD。MMP- 9基因位于染色體的 20q11.2- 13.1，長7.7 kb，含 13個外顯子，其長度不一。MMP- 9的分子量為M r 92103，其結構包括：信號肽區、N -末端前肽區、催化基團區、鉸鏈區和C-末端血紅素結合蛋白樣區

1.2 MMPs的合成與活性的調節：MMPs的表達活性受轉錄水平、轉錄后水平、酶原激活、基因水平和抑制幾個水平的調控

1.2.1 轉錄水平的調節： MMPs的生物合成由其基因轉錄率所決定，許多因素能夠改變MMPs的基因轉錄，而且受到激素、生長因子、細胞因子、ECM成分和細胞黏附分子的調控。如MMP-9轉錄水平調節可受12-otetrade-canoyl_phorbol一13acetate，細胞因子，癌基因，TNF-α，Z蛋白和細胞轉錄因子等的影響。IL-1、TNF-α、TGF-α等可誘導MMPs合成增加，而TGF-β、肝素、可的松等則可抑制MMP基因的表達。MMPs自身的某些成分亦可調節MMPs的合成。此外，Pro-MMP還受基質微環境的調節。目前認為，MMPs的轉錄激活機理中AP-1結合位點是研究的熱點。

1.2.2 轉錄后水平的調節： 研究發現，某些介質可以改變MMPmRNA的穩定性。如TGF-β可以延長明膠酶A的mRNA的半衰期；EGF則可增加間質性膠原酶和間質溶素1的mRNA穩定性。地塞米松降低二者的穩定性。

1.2.3 酶原的活化： 除了膜型MMPs和MMP-11外，所有MMPS的分泌均以無活性的前體形式，只有在活化后才能進行基質的降解。MMPs的活化，在細胞問質內經過外原酶的作用下，切斷活性前區片段，使半胱氨酸與鋅離子分離，暴露活化中心。常見的外源酶有纖溶酶、激肽釋放酶、組蛋白酶及中性彈力酶等。MMPs可相互作用，引起級聯反應。如纖溶酶活化MMP3，后者再活化MMP-9，MMP-3亦可活化MMP一9。此過程必須MMP-3與纖維蛋白溶酶同時存在。膜型MMPs在分泌過程中逐步活化，到達基質時已呈活化形式。MTI-MMP和MMP-2協同存在于腫瘤細胞質膜。MTI-MMP是MMP-2的細胞表面受體。二者結合成受體復合物，調節MMP-2的激活，通過調節MMP-2和MTl-MMP表達促進腫瘤的侵襲。

1.2.4 基因水平的調控： MMPs基因定位于人1 1、14、16、20、22號染色體，它們的基因組由10個外顯子和9個內含子組成。MMP-9基因的啟動子包含一個與轉錄起始位點相鄰近的TPA反應元件（TRE），它是受到TNF一α或TPA刺激后基因轉錄的必需元件。在MMP-9基因上游調節元中，尚含有NF-kβ和SP-1蛋白的結合位點，兩者與TRE協I司作用，從而啟動基因轉錄：MMP-2基因的非翻譯區不僅與MMP.9基因啟動子顯著不同，而且與迄今為止所確定的其它MMPs基因啟動子存在顯著差異，這主要表現在MMP一2基因啟動子缺乏對TPA的反應

1.2.5 金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMP）： 金屬蛋白酶組織抑制劑是金屬蛋白酶的特異性抑制劑，在調控MMP 的活性方面起著重要作用。TIMP在體內分布廣泛，目前報道的共有4 種： TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4，有關TIMP-1和TIMP-2的研究較多，而TIMP-3 和TIMP-4研究略少，TIMP-1是分子質量為28.5 kDa的糖蛋白，可與活化的間質膠原酶、活化的間質溶解素和MMP-9形成復合物， TIMP-2是分子質量為 21kDa 的非糖基化蛋白， 選擇性地與 MMP-2形成復合物， TIMP-2既可以與活化的MMP-2也可以與非活化的MMP-2以非共價鍵結合，還可以抑制MMP 家族所有成員的水解活性，達到抑制瘤細胞轉移的目的。與其他MMP不同， TIMP-3是細胞外基質的一種組成部分，以不可溶解的形式存在。TIMP-4是一種新發現的MMP組織抑制劑，它不但抑制活性強，而且能對多種MMP起作用。除調節MMP 的活性外， TIMP 還至少具有兩個獨立作用： 抑制腫瘤血管生成和促進紅細胞以及纖維母細胞生長。

1.3 與腫瘤的關系

1.3.1 MMPs與腫瘤演進：

腫瘤浸潤與轉移是一個多步驟、多階段的復雜過程，可被稱為多階梯瀑布過程：早期原發癌生長；微血管化；細胞從原發灶脫落、黏附并穿過不完整的基底膜和細胞外基質，侵入循環管道并再次穿出血管，到達其他部位臟器形成轉移灶。

1.3.2 MMPs促進生長因子分泌， 加速腫瘤生長、侵襲、轉移：

腫瘤及其微環境形成過程中，基質細胞與腫瘤細胞都能分泌MMPs，MMP又能促進腫瘤細胞分泌各類生長因子：表皮生長因子（EGF），成纖維細胞生長因子（FGF）， 胰島素樣生長因子（IG-Fs），這些因子都具有促進腫瘤細胞有絲分裂的能力，生長因子的增加大大加快的腫瘤細胞的增殖。YU，stamenkovic等還報道 MMP- 9能促進腫瘤細胞分泌具有上調腫瘤細胞增殖的轉化生長因子 B（TGF- B）。

1.3.3 MMPs誘導腫瘤細胞凋亡耐受：

腫瘤細胞能逃避凋亡是腫瘤發生的重要環節。MMPs能夠誘導腫瘤細胞產生凋亡耐受而長期存活致腫瘤發生。研究發現 MMP- 2能裂解組織衍生的單核細胞趨化因子 3（MCP- 3）， MCP- 3能與許多免疫細胞表面受體結合，促進免疫細胞鈣離子內流及向病灶游走，當 MCP- 3被MM P- 2裂解后，免疫細胞即喪失了趨化功能， 從而阻止免疫細胞對腫瘤細胞的清除。

1.3.4 MMPs降解細胞外基質促進腫瘤轉移：

腫瘤的轉移是一個復雜的過程，其中細胞外基質的降解起著重要的作用， 細胞外基質是阻止腫瘤轉移的第一道屏障，它主要由膠原， 糖蛋白，蛋白多糖和蛋白聚糖等組成。目前發現 MMPs能降解幾乎所有的 ECM成份。如 MMP- 1能降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ、Ⅺ型膠原，明膠， 蛋白聚糖，纖維蛋白，層黏連蛋白， 等； MMP-2能降解Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原及蛋白聚糖，纖維蛋白， 層黏連蛋白，等； MM P-9能降解 Ⅳ、Ⅺ、Ⅴ型膠原， 蛋白多糖， 明膠， 彈力蛋白， 層黏連蛋白，蛋白聚糖等。

1.4 與腫瘤血管形成的關系：

新生血管的形成包括毛細血管內皮層下基底膜降解、內皮細胞遷移和增殖、新生血管形成和新的基底膜形成等一系列過程。體外實驗表明，在血管形成與腫瘤轉移的過程中，血管內皮細胞與腫瘤細胞均能分泌基質金屬蛋白酶降解ECM，在腫瘤轉移過程中起重要作用，如Ⅳ型膠原酶（MMP-2、MMP-9）參與基底膜降解的過程； 移行過程中間質膠原酶（MMP-1）、多形核膠原酶（ MMP- 8）能降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原； MTI- MMP 在內皮細胞表面的表達則促使局部膠原和層粘連蛋白降解，腫瘤新生血管形成過程中，許多細胞因子以自分泌或旁分泌的形式相互作用， 參與毛細血管的形成過程，其中包括VEGF、bFGF、TGF、HGF等， 這些細胞因子能上調內皮細胞uPA的表達，而uPA能激活纖溶酶， 并進而激活MMP，同時這些細胞因子也能直接誘導細胞MMP基因的轉錄，TIMP作為MMP的天然抑制物在多個環節發揮抑制新生血管形成的作用， 如阻礙MMP介導的內皮細胞移動、抑制基質中促血管生成因子的釋放、防止ECM 降解等，體外測定中發現加入過量的TIMP-1或TIMP-2均可阻礙內皮細胞管的形成，進一步研究發現 TIMP抑制新生血管形成的作用與其抑制金屬蛋白酶的活性無關， TIMP-2能抑制bFGF 刺激人微血管內皮細胞（HME）生長的作用，同時發現人工合成的金屬蛋白酶抑制劑（BB94）和MMP- 2 抗體都不能抑制HME細胞的增殖效應。66kD的TIMP-1聚合物能抑制猴主動脈內皮細胞形成內皮細胞管的能力，但不抑制膠原酶活性近來， TIMP-1和TIMP-2能抑制血管生成素誘導的血管內皮細胞出芽，然而TIMP與MMP在腫瘤新生血管形成中的作用可能涉及更為復雜的機制。研究發現巨噬細胞產生的MMP- 12 能分解人纖溶酶原， 產生類血管抑素片段， 后者是有力的血管形成抑制物。基質溶素（MMP-7）、Ⅳ型膠原酶產生血管抑素碎片1由此可見TIMP與MMP 在腫瘤新生血管形成中起著重要的作用， 但其確切機制還有待于進一步研究。

2.1 與OSCC的關系：

口腔鱗癌是頭頸部最常見的惡性腫瘤，占口腔癌的首位，惡性程度高、侵襲能力強、轉移快，而且近年來有發病率增高，發病年齡下降的趨勢。因此研究口腔鱗癌的侵襲轉移，提高患者的治愈率和生存率是目前研究的焦點課題。研究發現有頸淋巴結轉移的OSCC 比無頸淋巴結轉移者有較高水平的MMP-2、9表達 。對 96例OSCC 組織進行免疫組化研究發現 ，MMP-2、9 表達增強的病例中ECM的染色減弱；在有侵襲和轉移的病例中，MMP-2、9 表達增強。對106例頭頸鱗癌手術標本進行檢測，均有 MMP-2、9 的過度表達，而且進一步證實，有 MMP-2 表達的患者預后較差，

即使是區域淋巴結無轉移的患者，也可能較早出現局部復發。大多數學者的研究結果認為 MMP-2 表達升高和活性增加與OSCC頸淋巴轉移密切相關，但與其病理分級和臨床分期無關。從目前研究的現狀看，學者們一致公認的是MMPs不僅可作為OSCC 的標志物，而且還可作為評價OSCC侵襲、轉移、判斷預后的重要指標。

參考文獻

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