MT1-MMP 與甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移的研究進展

翁懿暉，曹農(nóng)

(1.蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州730000;2.蘭州大學第一醫(yī)院普外科，蘭州730000)

甲狀腺乳頭狀癌來源于甲狀腺濾泡細胞，是甲狀腺癌最常見的病理類型，成人及兒童均可患病，女性發(fā)病率較男性高，且分化程度較高，惡性程度較低。隨著診斷技術的不斷提高，甲狀腺癌的發(fā)病率呈上升趨勢，但甲狀腺癌的病死率變化不大［1］。大多數(shù)甲狀腺乳頭狀癌臨床表現(xiàn)為惰性，其基因組結構簡單，拷貝數(shù)變化少，是目前經(jīng)全外顯子組測序研究惡性腫瘤中突變密度最低的癌癥之一［2］。甲狀腺乳頭狀癌具有侵襲和轉移的潛力，但由于甲狀腺周圍存在纖維包膜，甲狀腺乳頭狀癌等轉移常常局限于局部頸部淋巴結［3］。

Sato 等［4］從人類cDNA 文庫中選取的一段獨特的cDNA 編碼的特殊蛋白——膜型基質金屬蛋白酶-1(membrane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP)，其以酶原形式存在于細胞內，根據(jù)協(xié)調機制遷移到細胞表面并活化，在細胞表面聚集，并表達于侵襲性腫瘤細胞表面。甲狀腺良性組織中也有MT1-MMP的表達，但是在甲狀腺乳頭狀癌組織中，MT1-MMP的表達明顯升高。MT1-MMP 表達水平與甲狀腺乳頭狀癌的侵襲、浸潤及轉移密切相關，影響患者預后［5-6］。目前，手術治療是甲狀腺乳頭狀癌的主要治療方式，尚未找到有效的靶向治療藥物。由于MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌病程發(fā)展過程中具有重要作用，因此，通過對MT1-MMP 在促進甲狀腺乳頭狀癌侵襲、轉移等惡性過程中的研究，有助于明確甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)病機制，以研發(fā)治療甲狀腺乳頭狀癌的靶向藥物和尋找相關預測指標?，F(xiàn)對MT1-MMP 與甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移關系的研究進展予以綜述。

1 MT1-MMP 的活化過程

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)20 多種基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)，大多數(shù)MMPs 以水溶性酶形式存在，其中一類可錨定于細胞膜表面，被稱為膜型基質金屬蛋白酶(membrane-type matrix metalloproteinase，MT-MMP)，MT1-MMP 是首個被發(fā)現(xiàn)的MT-MMP，在腫瘤的侵襲、轉移等方面起重要作用。研究表明，MT1-MMP 以酶原形式存在于細胞內，需要活化前MT1-MMP 才能發(fā)揮其蛋白水解等功能，進而促進甲狀腺乳頭狀癌的侵襲、轉移等相關的惡性過程。MT1-MMP肽前C 端的氨基酸基序(Arg-Arg-Lys-Arg111)是潛在的弗林蛋白酶特異性識別位點，弗林蛋白酶可裂解Arg111-Try 之間的肽鍵，去除起調節(jié)功能的肽前結構域，從而產(chǎn)生MT1-MMP 的活化形式，此途徑依賴于弗林蛋白酶，主要用于活化錨定于細胞膜表面的MT1-MMP［7］。但是Jaaks 等［8］發(fā)現(xiàn)，在缺乏弗林蛋白的RPF.40 細胞中，MT1-MMP 可被活化并發(fā)揮其蛋白水解功能;可見還存在一個不依賴弗林蛋白酶的MT1-MMP 活化途徑，進一步研究發(fā)現(xiàn)，不依賴弗林蛋白酶的MT1-MMP 活化途徑也需要前MT1-MMP與細胞表面連接，才能將MT1-MMP 活化，但此途徑的具體機制尚不明確，還需進一步的研究。

2 MT1-MMP 通過多種途徑促進甲狀腺乳頭癌進展

2.1 MT1-MMP 促進甲狀腺乳頭狀癌腫瘤細胞遷移甲狀腺乳頭狀癌組織大多被纖維包膜包裹，故其發(fā)生侵襲轉移時需要先突破纖維包膜的限制。Okada等［9］通過免疫組織化學實驗發(fā)現(xiàn)，MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌腫瘤細胞中呈高表達，但MT1-MMP不能在腫瘤細胞中轉錄;隨后采用RNA 原位雜交方法(使用cDNA 探針)檢測出83 例人類腫瘤標本存在MT-MMP 基因表達，并在腫瘤組織基質成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)了MT-MMP 的轉錄，表明MT1-MMP 通過多種途徑降解細胞外基質，從而促進腫瘤細胞的遷移。MT1-MMP 可通過與Ⅰ型膠原、Ⅱ型膠原、Ⅲ型膠原、明膠、纖連蛋白等細胞外基質連接，直接降解多種細胞外基質，從而使甲狀腺乳頭狀腫瘤細胞突破纖維包膜的限制，其中Ⅰ型膠原在細胞外基質中的含量最豐富，也是MT1-MMP 的主要作用靶點［10］。

Kajita 等［11］對表達CD44 但缺乏MT1-MMP 加工位點特殊突變體的研究發(fā)現(xiàn)，在該突變體中，CD44 與MT1-MMP 共表達并未導致細胞脫落，也未促進細胞遷移，可見，細胞中MT1-MMP 和CD44 的共表達可促進細胞遷移;進一步研究發(fā)現(xiàn)，MT1-MMP 作為CD44 的加工酶，可將CD44 裂解為可溶性70 kD片段并釋放到培養(yǎng)基中，刺激細胞運動，促進細胞遷移。此外，MT1-MMP 還可加工處理整合素等多種細胞黏附分子，調控細胞與細胞外基質的相互作用，最終促進細胞遷移［10］。

甲狀腺乳頭狀癌分化程度高，無淋巴或遠處轉移患者的預后較好，存在淋巴或遠處轉移患者預后較差，5 年生存率較低。由此可見，MT1-MMP 可促進甲狀腺乳頭狀癌患者癌細胞的遷移，嚴重影響患者預后。

2.2 MT1-MMP 促進甲狀腺乳頭狀癌的侵襲轉移

MT1-MMP 不僅可直接分解細胞外基質并調控細胞黏附分子，還可通過活化其他MMPs 促進甲狀腺乳頭狀癌的侵襲轉移等惡性過程。研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2、MMP-9 主要定位于腫瘤細胞，且MMP-2、MMP-9 的高表達與腫瘤體積、淋巴結轉移、臨床分期、甲狀腺內侵犯、血管侵犯等顯著相關;在甲狀腺乳頭狀癌腫瘤細胞中，MMP-2、MMP-9 的活性增加，并在甲狀腺乳頭狀癌的侵襲轉移過程中起重要作用［12］。

目前，對MT1-MMP 與MMP-2 的研究較多，其機制亦較明確。Nakamura 等［3］發(fā)現(xiàn)，MMP-2 在甲狀腺乳頭狀癌中呈明顯高表達，前體(precursor，pro)-MMP-2 的產(chǎn)生及其介導的MT1-MMP 活化在侵襲性甲狀腺乳頭狀癌的淋巴結轉移中發(fā)揮重要作用。MMP-2 是一種Ⅳ型膠原酶，活化的MMP-2 可降解多種細胞外基質，細胞表面的pro-MMP-2 與MT1-MMP結合后，可被MMP-2 激活［10］。pro-MMP-2 的活化還需要MT1-MMP 的參與，金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)-2 的N 端結構域與MT1-MMP 的催化結構域結合后，其C 端結構域與pro-MMP-2 血凝蛋白樣結構域結合，形成三分子復合物，鄰近復合物的MT1-MMP 裂解pro-MMP-2 的前肽鍵，進而生成中間形式，隨后pro-MMP-2 通過自蛋白水解機制轉化為活化MMP-2。在此過程中，TIMP-2 與MT1-MMP 形成的復合物起重要作用，它是pro-MMP-2 結合到細胞表面的受體，在缺失TIMP-2 的細胞中，即使存在大量MT1-MMP，pro-MMP-2 也不能被激活，但加入外源性TIMP-2 并經(jīng)過短暫孵育后，大量pro-MMP-2 即可轉化為活性形式，與TIMP-2 結合的MT1-MMP 無pro-MMP-2 活化作用，其水解作用被TIMP-2 抑制，需要其他能夠與TIMP-2 結合的MT1-MMP 裂解pro-MMP-2 的前肽鍵才能活化［13-14］。此外，MT1-MMP 還可活化MMP-7、MMP-9 等MMPs，也可起到促進甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移等作用。pro-MMP-2 的活化是位于細胞表面，因此MT1-MMP 的跨膜結構域至關重要。研究發(fā)現(xiàn)，無跨膜結構域的MT1-MMP 可能無激活MMP-2 等MMPs 的能力［9］。

2.3 MT1-MMP 增強甲狀腺乳頭狀癌腫瘤細胞的葡萄糖代謝率 除蛋白水解作用外，MT1-MMP 還具有非蛋白水解作用，可以增強缺氧誘導因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的活性，進而增強腫瘤細胞的葡萄糖代謝率。MT1-MMP 位于細胞質內的尾段，與缺氧誘導因子-1 抑制因子(factor-inhibiting HIF-1，F(xiàn)IH-1)結合后，可使FIH-1 和Mint3(munc18-1-interacting protein 3)之間的結合更穩(wěn)定，而FIH-1 與Mint3 結合不能發(fā)揮羥基化HIF-1 的作用，F(xiàn)IH-1 抑制HIF-1 的作用減弱，導致HIF-1 表達增強。因此，MT1-MMP 可通過增強常氧狀態(tài)下FIH-1 與Mint3 的結合減少HIF-1 的羥基化，進而促進HIF-1 的表達［15］。腫瘤細胞中HIF 活性的增強，可以增強腫瘤細胞的葡萄糖代謝率，對腫瘤的發(fā)生、侵襲及轉移等過程都具有重要作用。MT1-MMP 通過其非蛋白水解功能，增強HIF 的表達，從而促進甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)生、侵襲以及轉移等過程。

2.4 MTI-MMP 促進甲狀腺乳頭狀癌的新生血管形成 甲狀腺乳頭狀癌的進展與腫瘤組織新生血管的形成密切相關。多項研究認為，腫瘤的發(fā)展及其侵襲轉移依賴于腫瘤組織新生血管的形成，尤其是體積＞3 mm3腫瘤組織更需要新生血管提供營養(yǎng)支持［16-19］。研究發(fā)現(xiàn)，MT1-MMP 基因缺乏小鼠骨骼發(fā)育和血管生成存在嚴重缺陷，較其他MMP 缺乏小鼠(如MMP-2 缺乏小鼠)嚴重，提示MT1-MMP 在血管生成和骨骼生長過程中發(fā)揮著極其重要的作用［20-21］。由此可見，MT1-MMP 可通過促進新生血管形成促進甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)生和進展。

3 針對MMT1-MMP 的甲狀腺乳頭狀癌靶向抑制劑

鑒于MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌中的重要作用，對MT1-MMP 抑制劑的研究受到廣泛關注。機體自身具有調節(jié)MT1-MMP 表達的能力，如機體可通過分泌TIMPs 抑制MMPs 的產(chǎn)生。目前發(fā)現(xiàn)的TIMPs 主要有TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4 四種，與腫瘤的侵襲轉移等過程密切相關，其作用涉及正常組織重塑過程(如新生血管生成)以及基質降解的病理過程(如腫瘤侵襲)，由MMPs 及TIMPs 的活性不平衡導致［22-23］。TIMPs 分泌減少及其活性減退可導致甲狀腺惡性腫瘤細胞外基質的降解，進而促進甲狀腺癌的浸潤和轉移［24］。有研究發(fā)現(xiàn)，TIMP-2、TIMP-3 和TIMP-4 可抑制MT1-MMP 的活性，其中TIMP-2 的抑制作用最明顯，而TIMP-1 對MT1-MMP 的抑制作用較弱［25］。TIMP-2 可與活化的MTI-MMP 形成穩(wěn)定復合物，進而抑制MT1-MMP的蛋白水解活性，并抑制MT1-MMP 對MMP-2 等MMPs 的活化［7］。由此可見，TIMP 調節(jié)作用的失衡與甲狀腺乳頭狀癌的侵襲轉移相關。另有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)治療的TIMP-1 表達水平較低分化型甲狀腺癌患者的復發(fā)率更高，提示TIMP-1 可下調甲狀腺癌患者體內MMPs 的活性，抑制甲狀腺癌的復發(fā)［26］。

此外，Kazal 基序富含半胱氨酸的逆轉誘導蛋白和Tes-3(包括其變體N-Tes)也可針對性地抑制MT1-MMP 的活性。Kazal 基序富含半胱氨酸的逆轉誘導蛋白是一種膜錨式蛋白酶抑制劑，主要集中于質膜表面，可調節(jié)細胞表面的局部蛋白水解作用，并可抑制MMP-2、MMP-9、MT1-MMP 等活性［27-28］。Tes-3作為MT1-MMP 和MT3-MMP 的抑制劑，其N 端獨特的結構域可抑制MT1-MMP 和MT3-MMP 的活性，可間接抑制MT1-MMP 或MT3-MMP 激活pro-MMP-2 的過程，進而抑制甲狀腺乳頭狀癌的侵襲和轉移［29］。

MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移等過程具有重要作用，對MT1-MMP 的選擇性抑制劑的研究也在進行中。目前針對MT1-MMP 催化結構域的抑制劑包括valo-po2-leu 磷酸阿米酯支架以及環(huán)狀肽等［30-31］。此外，針對MT1-MMP 血凝蛋白域的靶向抑制劑也可抑制MT1-MMP 活性，MT1-MMP 中的血凝蛋白結構域較催化結構域更保守，卻是MT1-MMP發(fā)揮活性作用必不可少的結構。Remacle 等［32］報道了第一個以MT1-MMP 血凝素為靶點的小分子——NSC405020，能夠抑制乳腺癌動物模型MCF7 細胞的生長。

目前研究的MT1-MMP 非蛋白水解作用靶向抑制劑針對MT1-MMP/Mint3/FIH-1 軸，主要適用于預防標準治療后的腫瘤復發(fā)，但，MT1-MMP/Mint3/FIH-1 軸在低氧環(huán)境下的作用較差，因此，此類靶向藥物對處于低氧狀態(tài)的大型腫瘤的治療效果欠佳［15］。隨著醫(yī)療水平的提高，目前臨床瘤體較大甲狀腺乳頭狀癌已很少見，而體積較小甲狀腺乳頭狀癌的腫瘤組織一般亦不處于低氧環(huán)境，故針對MT1-MMP/Mint3/FIH-1 軸治療甲狀腺乳頭狀癌的特異性靶向抑制劑的研究具有現(xiàn)實臨床意義，但仍需要進一步的研究。微RNA 亦參與了腫瘤的進展。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-584-5p 可抑制蛋白和信使RNA 水平上MMP-14 的表達，目前尚無微RNA 與MT1-MMP關系的研究，但其可能是未來的研究方向之一［33］。

4 MT1-MMP 在預測甲狀腺乳頭狀癌患者預后中的應用

目前臨床上主要通過分析甲狀腺乳頭狀癌的病灶大小、侵襲浸潤程度、頸部淋巴結和遠處轉移等預測患者預后，尚未確定明確的預測患者預后的指標。對甲狀腺癌組織標本進行的MT1-MMP 免疫組織化學發(fā)現(xiàn)，未廣泛染色者的初次手術治療等治愈率更高［34］。另有研究發(fā)現(xiàn)，存在頸部淋巴結轉移或包膜侵犯的甲狀腺乳頭狀癌患者癌組織中的MT1-MMP 陽性率明顯高于無頸部淋巴結轉移或包膜侵犯者［35-36］。可見，MT1-MMP 陽性患者的預后可能更差，即患者MT 陽性評分越高，可能預后越差，MT1-MMP 陽性患者術后需要更頻繁的復查，以便及時了解病情變化。由此認為，MT1-MMP 可用于判斷甲狀腺乳頭狀癌的惡性程度及患者預后。目前，MT1-MMP 與甲狀腺乳頭狀癌預后的關系尚缺乏相關研究證據(jù)，仍有待進一步的研究。

5 小 結

MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌的侵襲及細胞遷移等過程中起重要作用，主要通過直接分解細胞外基質、調控細胞黏附分子以及活化MMP-2、MMP-7 等MMPs 起作用，還可通過非蛋白水解作用增強HIF表達并促進新生血管形成等。目前已知的針對MT1-MMP 的相關抑制劑較多，如人體自身分泌的TIMP-2、Kazal 基序富含半胱氨酸的逆轉誘導蛋白、Tes、微RNA 等，還有很多針對MT1-MMP 不同功能域的特異性抑制劑。

目前，臨床甲狀腺乳頭狀癌的治療仍以手術治療為主，尚缺乏成熟的靶向藥物。對MT1-MMP 研究仍較局限，其在甲狀腺乳頭狀癌中的相關研究仍較少，MT1-MMP 在促進甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移等方面作用機制及信號通路的研究尚無明確研究結論，仍需要進一步的研究，以明確MT1-MMP 在甲狀腺乳頭狀癌中的具體機制，從而促進抑制MT1-MMP活性靶向藥物的開發(fā)。