ADAMTS9在腫瘤中的研究進展

張李，梁寒

(天津醫科大學腫瘤醫院胃部腫瘤科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室，天津)

0 引言

含凝血酶敏感素基序的去整合素金屬蛋白酶(A disintegrin-like and metalloproteinase with thromboSpondin motifs，ADAMTS)家族屬于去整合素金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)蛋白家族的亞家族分支，同屬金屬蛋白酶大家族。根據ADAM 家族成員結構不同，可將其分為膜錨ADAM和分泌型ADAM。后者即為ADAMTS家族，其以鋅離子結合金屬蛋白酶為特點，在人體組織中廣泛分布。ADAMTS家族蛋白酶底物主要為各種細胞外基質，發揮其水解功能，因而也參與多種疾病的生理過程，如腫瘤細胞的轉移，新生血管的生成及炎癥等。近年來，對ADAMTS家族在腫瘤細胞中作用的研究逐漸增多，也證實了其家族的多個成員具有調節腫瘤細胞的增殖，轉移及周圍血管生成的作用[1,2]。ADAMTS9屬于ADAMTS家族，是新近發現的具有潛在抑癌作用的靶點，雖然其在各種惡性腫瘤的報道逐漸增多，但作用機制仍未完全清楚。因此本文將對ADAMTS9的結構、功能特點及其在腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 ADAMTS家族的結構

ADAMTS家族蛋白具有多個結構域，其也決定了蛋白酶不同的生理功能。大多數的ADAMTS家族含有以下結構域：(a)信號肽；(b)前導肽；(c)鋅離子金屬蛋白酶結構域；(d)類去整合素結構域；(e)中央凝血酶樣蛋白(thrombospondin-like repeat，TSR)序列；(f)富含半胱氨酸域；(g)間隔區；(h)TSR重復序列。其中中央TSR序列及其下游結構域可稱為輔助結構域，此區域為ADAMTS家族各成員結構發生差別的主要區域。ADAMTS家族在人體中有19種家族成員，根據ADAMTS家族的結構和功能的不同，又可以將ADAMTS家族分為4個亞組：(a)骨膠原肽酶(ADAMTS2，ADAMTS3 和 ADAMTS14)；(b)蛋白聚糖酶(ADAMTS1，ADAMTS4，ADAMTS5，ADAMTS8，ADAMTS9，ADAMTS15 和 ADAMTS20)；(c)血管性血友病因子降解酶(ADAMTS13)；(d)軟骨寡聚基質蛋白降解酶及功能尚不清楚的成員(ADAMTS7 和 ADAMTS12；ADAMTS6，ADAMTS16，ADAMTS17，ADAMTS18 和 ADAMTS19)。

1.1 信號肽

N末端信號肽其結構較為保守，含有定位序列，引導蛋白進入分泌途徑，常在ADAMTS被分泌之前脫離ADAMTS分子。

1.2 前導肽

ADAMTS家族蛋白結構中均有弗林蛋白樣前蛋白轉換酶識別位點。ADAMTS酶原前導肽被弗林蛋白樣前蛋白轉換酶識別和激活后才能轉化ADAMTS蛋白酶，獲得催化活性。此過程既可發生在高爾基體中(如ADAMTS1[3]和ADAMTS4[4])也可發生于細胞表面(ADAMTS9[5])或細胞外基質(ADAMTS5[6])中。因此ADAMTS家族的前導肽可能具有促進ADAMTS酶折疊和激活的功能(ADAMTS13除外)。

1.3 鋅離子金屬蛋白酶結構域

ADAMTS 蛋白家族具有共同的HEXXHXBG(/N/S)BXHD催化結構域，其大致的構型預測[7]為：氨基末端形成5個β折疊，羧基末端形成α螺旋，轉角處即為鋅離子結合催化位點。細胞外基質可被結合并被水解，從而參與多種病理和生理過程。

1.4 類去整合素結構域

類去整合素結構域富含半胱氨酸并包含去整合蛋白環(由13-15個氨基酸組成)，此區域中的RG(D/X)序列可與整合素分子相互干擾，因此被認為能調節細胞與細胞，細胞與細胞外基質間的相互作用。該結構域的半胱氨酸富集區內存在高度變異區，能通過與整合蛋白相互作用，促進細胞因子釋放，激發炎癥反應參與細胞-細胞融合[8]。

1.5 輔助結構域

ADAMTS輔助域可通過改變識別底物的特異性作用，調節其與底物的結合和催化水解。所有的ADAMTS金屬酶均含中央TSR序列，其與1型凝血酶敏感蛋白結構高度相似[9]，是血管新成的內源性抑制物，通過與CD36受體作用抑制內皮細胞的增殖、遷移，抑制新生血管的形成[10]。中央TSR序列之后為一段約100個氨基酸構成的富含半胱氨酸結構域，至少包括10個半胱氨酸殘基，其可能為蛋白酶與整合蛋白的作用位點。間隔區為富含半胱氨酸結構域之后，一段約103-600個氨基酸組成的無半胱氨酸區。其生物學功能推測與TSR域的生物學功能近似。在其下游，除去ADAMTS4之外，其余ADAMTS家族金屬酶均含有TSR序列，不同家族成員所含TSR數量也有所不同，一般在1-14個TSR重復序列之間變化。除此之外，一些特殊的ADAMTS金屬酶還具有特殊的結構域，如ADAMTS9和ADAMTS20酶含有GON-1域[11]，ADAMTS13末端具有兩個CUB域等[12]。

綜上可見，ADAMTS蛋白酶家族有19個不同成員，各成員之間結構域既有相似也有差別，導致了其生物學功能也發揮著不盡相同的作用，參與了多種病理和生理過程[7]。

2 ADAMTS家族重要的成員及其功能

2.1 ADAMTS9的作用特點

ADAMTS9定位于染色體3p14.2-14.3，屬于蛋白聚糖酶亞組。ADAMTS9金屬酶前導肽中含有5個弗林蛋白酶結合位點，其羧基端含有14個TSR域和GON域，與ADAMTS20結構高度相似。ADAMTS9在人體中廣泛表達，尤其在心肌、子宮、胎盤及生殖器官卵巢和睪丸中表達含量較高，可能是由于ADAMTS9中GON-1結構域的影響。2010年Bon-Hun Koo等人[13]嘗試構建了ADAMTS9敲除小鼠，ADAMTS9-/-小鼠在胚胎形成過程中全部死亡，推測ADAMTS9在生物體中可能發揮著重要作用。而ADAMTS9+/-小鼠可以正常發育，通過種植黑色素瘤細胞顯示，ADAMTS9+/-小鼠腫瘤周圍新生血管，明顯較ADAMTS9野生型小鼠減少，顯示了ADAMTS9可能發揮著抑制血管生成和減少細胞粘附的作用。但隨后的研究發現ADAMTS9的作用機制與ADAMTS1不同，ADAMTS9并不裂解血小板反應蛋白I和II、不影響VEFR165及VEGFR2信號通路。2013年，W Du等人[1]研究顯示ADAMTS9發揮其抑癌作用可能并不依賴其抗血管生成作用，亦可抑制細胞本身增殖信號通路?；谏鲜鲅芯?，我們認為ADAMTS9作為一種近年來發現的抑癌基因，其抑癌機制及信號通路尚存在爭議，可能與抑制血管生成或其對細胞本身的抑制作用有關。

2.2 ADAMTS家族其他重要成員及其功能

ADAMTS1是最早被發現的ADAMTS家族成員，目前發現其在不同腫瘤組織中發揮的作用具有組織特異性。有研究報道，ADAMTS1在非小細胞肺癌中[14]可能具有抑制腫瘤生長和轉移的抑癌作用，而在乳腺癌[15]中可能發揮著促進腫瘤的生長、侵襲作用，由此可見ADAMTS1在不同腫瘤組織中可能發揮著復雜多樣的作用。ADAMTS20是ADAMTS家族中結構與ADAMTS9高度相似的成員，但目前研究較少，僅發現在直腸癌[16]和乳腺浸潤性導管腺癌[17]組織中其表達含量有著顯著下調，有可能發揮著抑癌作用?？梢夾DAMTS家族不同成員之間功能雖有相似，但也存在著巨大差異。

3 ADAMTS9在已知的相關腫瘤的研究進展

3.1 食管癌

2007年PHY Lo等人[18]首次報道，ADAMTS9在食管癌中發揮著抑癌作用。ADAMTS9在食管癌細胞系(15/16)中和食管癌組織(20/44)中均有顯著的表達下調或缺失，而其表觀遺傳學的下調或沉默受甲基化調控。近年來PHY Lo等人[19]又通過小鼠體內實驗發現ADAMTS9能抑制毛細血管生成，體外實驗也證實ADAMTS9能夠抑制血管內皮細胞管樣形成。提示了ADAMTS9在食管癌中的抑癌作用可能與其抗血管生成密切相關，目前尚缺少ADAMTS9在食管癌中其他抑癌相關機制的研究。

3.2 鼻咽癌

鼻咽癌是我國最常見的頭頸惡性腫瘤之一。2008年，Hong Lok Lung等人[20]在鼻咽癌組織中檢測ADAMTS9表達含量，結果顯示47%(31/66)鼻咽癌組織中ADAMTS9低表達或缺失。臨床資料分析發現ADAMTS9表達下調與鼻咽癌淋巴結轉移存在顯著相關性(P=0.00134)。其首次指出ADAMTS9可能與癌細胞的淋巴結轉移密切相關。但迄今為止在胃癌、乳腺癌等病例中并未得到相關的支持?？紤]到ADAMTS9對細胞外基質的水解作用和抑制血管生成的作用特點以及相關文獻較為稀少，學者認為仍不能排除ADAMTS9可能與其他惡性腫瘤淋巴結轉移相關，目前仍期待ADAMTS9在其他腫瘤中轉移的相關研究。

3.3 胃癌

胃癌是我國最常見的消化道惡性腫瘤，針對胃癌分子機制及可能藥物靶點的研究一直是眾多學者研究的熱點。Chao Zhang等人[21]收集了100對胃癌及癌旁正常胃粘膜標本，發現胃癌組織中ADAMTS9甲基化水平明顯高于癌旁組織的甲基化水平，提示了ADAMTS9表觀遺傳學水平的下調或沉默可能受甲基化調控。隨后W Du等人[1]發現ADAMTS9甲基化水平與患者預后相關，甲基化組胃癌患者較無甲基化組胃癌患者生存明顯縮短(P=0.001)，cox生存回歸分析顯示ADAMTS9基因甲基化是影響患者生存預后的獨立影響因素。同時進一步的機制研究發現，ADAMTS9通過AKT/mTOR通路，抑制胃癌細胞增殖，促進細胞凋亡，抑制血管生成，值得注意的是此機制并不依賴抗血管生成而發揮抑癌作用。綜合目前研究，我們認為，ADAMTS9在胃癌進展中發揮著一定抑癌作用，既可能通過對癌細胞本身機制調控抑制其增殖，又可通過水解細胞外基質而發揮其抗血管生成作用。ADAMTS9在組織中的低表達可能受其甲基化調控，其甲基化水平的檢測可能作為胃癌患者預后評價的潛在生物指標。此外，近年來Bole Cao等人[22]研究發現在胃癌細胞中ADAMTS9反義非編碼RNA 2(antisense RNA 2，ADAMTS9-AS2)也可能是一種潛在抑癌基因，通過PI3K/AKT通路抑制腫瘤細胞增殖、遷移，促進細胞凋亡。其有望成為進一步了解ADAMTS9影響胃癌進展的重要方面之一。

3.4 乳腺癌

乳腺癌是我國女性發病率最高的惡性腫瘤，ADAMTS9作為一種近年來發現的抑癌基因，其表達水平的下調在乳腺癌中亦可能發揮著重要的作用。了解其分子機制，有利于對乳腺癌發生發展的進一步了解，也提供了可能的篩查及藥物治療靶點。Bianfei Shao等人[2]對219例乳腺癌組織、46例乳腺癌旁組織及16例乳腺正常組織進行了ADAMTS9甲基化水平的檢測，其中乳腺癌組織中甲基化率可達59.4%。進一步的細胞功能試驗證實了ADAMTS9在乳腺癌細胞中發揮著抑癌作用，抑制細胞增殖，遷移，侵襲，促進細胞凋亡。可能通過上調TGFβ和抑制磷酸化EGFR，從而抑制AKT通路。然而，此研究通過對219例乳腺癌的臨床資料分析并未發現ADAMTS9甲基化水平與乳腺癌腫瘤大小、淋巴結轉移、分期等存在相關性，也并未闡釋ADAMTS9表達水平是否對乳腺癌患者生存預后相關。因此，雖然ADAMTS9在乳腺癌中證實為抑癌基因，目前仍需要進一步的大樣本臨床資料分析，證實ADAMTS9是否是一個臨床值得信賴的抑癌指標，對患者預后評價是否有所幫助。

3.5 軟骨肉瘤

軟骨肉瘤是一種除骨肉瘤以外的骨骼主要惡性腫瘤。近年來AYNUR ALTUNTAS1等人[23]在軟骨肉瘤的研究中發現ADAMTS9啟動子區域具有核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)結合元件，白介素1β(IL-1β)可以通過激活并誘導NF-κB與ADAMTS9啟動子相結合，從而上調ADAMTS9表達。由此可見IL-1β/NF-κB可能是調節ADAMTS9表達的重要途徑，上調IL-1β也可能是ADAMTS9低表達腫瘤可行的治療靶點。

3.6 結直腸癌

結直腸癌是常見的消化道腫瘤之一，嚴重威脅著人類的健康。2013年全球約有1，600，000例結直腸癌新發病例和771，000例死亡病例，其所造成的疾病負擔，發展中國家占56%，發達國家占44%[24]。有研究報道[25,26]，ADAMTS9在結直腸癌中低表達，相關的細胞實驗也證實，ADAMTS9抑制結直腸癌細胞增殖、遷移、促進其凋亡。但此研究未進行體內實驗，也未進行臨床資料的分析，目前仍需要進一步的研究加以論證。

4 小結

隨著世界范圍內腫瘤發病率逐漸增加，早期診斷、早期預防、早期干預成為治療腫瘤的關鍵策略。因此，癌基因、抑癌基因以及腫瘤標志物的研究也越來越受到重視。ADAMTS9作為一種近年來發現的抑癌基因，可能參與細胞增殖、遷移、血管生成等過程，在腫瘤的發生發展中可能發揮著重要的作用。雖然有報道ADAMTS9與鼻咽癌的轉移存在相關性，但在其他腫瘤研究中未能得到支持，其分子機制及信號通路的研究也尚未闡釋清楚。目前仍需要進一步的研究，驗證其在各類腫瘤中的臨床意義及其發揮作用的分子機制。隨著ADAMTS9在腫瘤中的研究取得不斷的突破，其有望為成為腫瘤治療或預后評價的新靶點。