金属基质蛋白酶-9与食管癌相关性的研究进展

张 林，朱振东，张从海，李 睿*

(1新乡医学院，河南新乡453003;2菏泽高等医学专科学校)

食管癌可发生早期淋巴结及血行转移的特性使其表现出临床进展迅速并且预后很差的特性。研究表明，癌细胞浸润转移能力与其诱导产生的蛋白酶降解细胞外基质(ECM)、基底膜的能力密切相关，因此基质金属蛋白酶(MMPs)引起了肿瘤学研究者们的极大兴趣。MMP-9基因作为MMPs基因家族中的一员，既有基因家族固有的生物学特征，同时又在肿瘤的发生发展、转移过程中发挥特殊作用。本文结合国内外文献，就MMP-9在食管癌发生发展及其转移过程的研究进展作一综述。

1 MMPs家族及MMP-9的结构功能

MMPs是1962年被发现的一类依赖金属Zn2+并以ECM组分作为水解底物的蛋白水解酶［1］。MMP-9在家族中属于明胶酶类，又被称为明胶酶B，是MMPs家族中分子量最大的酶，依靠Zn2+和Ca2+发挥降解作用。MMP-9由角化细胞产生，储存在中性粒细胞和酸性粒细胞的囊粒中。炎症、肿瘤时主要由中性粒细胞和巨噬细胞、上皮胶质细胞等以异物活性的酶原形式分泌出来，在发挥降解作用时需要被Zn2+激活。

MMPs的主要功能是降解ECM。一种MMPs可以直接降解某一种或几种ECM，也可以通过激活其他类型的MMPs发挥作用，形成瀑布效应。另外，MMPs在细胞迁移、血管生成、伤口愈合、胚胎发育、动脉粥样硬化、恶性肿瘤浸润与转移等病理生理过程中发挥重要作用。MMPs主要以3种机制促进肿瘤细胞的侵袭生长［2］:首先蛋白酶作用使肿瘤细胞周围由基质分子形成的物理屏障被破坏;其次，MMPs可以增强细胞间的黏附能力，以便肿瘤细胞向周围生长;再次，MMPs作用于基质成分后，激发其他一些潜在的生物活性，参与肿瘤的免疫过程。MMP-9在肿瘤中发挥作用的机制除了MMPs家族的共同功能外，还有着更多的生物学功能，包括原发性和继发性肿瘤的生长调节效应、促进新生血管形成和调节细胞黏附等［3］。这样就使MMP-9在肿瘤的发生发展及转移过程中发挥更加重要的作用。

2 MMP-9与食管癌关系研究进展

2.1 MMP-9在食管癌组织中表达的研究 大量研究表明MMP-9在包括食管鳞癌的多种恶性肿瘤［4］中呈过度表达。温洪涛等［5］发现，食管癌组织金属蛋白酶抑制剂1(TIMP-1)的蛋白表达量高于正常组织，但MMP-9明显高于TIMP-1，印证了MMP-9/TIMP-1的表达失衡在食管癌发生发展中的作用。另一研究指出，MMP-9 mRNA及蛋白主要在食管癌细胞中强阳性表达，而癌组织中的纤维母细胞、巨噬细胞、内皮细胞、平滑肌细胞中呈现部分弱阳性表达。这些结果提示，食管癌组织中MMP-9主要由肿瘤细胞分泌。由此我们可以将MMP-9作为食管癌临床用药检测指征，并作为预后推测指标。

2.2 MMP-9有关食管癌的血清型研究 目前，有关食管鳞癌血清MMPs含量变化的研究报道较少。Koyama等［6］发现，食管鳞癌患者血清MMP-9水平明显高于正常人，但并未发现其水平和肿瘤分期相关。提示MMP-9有望成为食管鳞癌的肿瘤标志物，但有关血清MMP-9水平的变化和病灶大小、临床特征、病理类型及预后推断的关系还有待于进一步研究。

2.3 MMP-9有关食管鳞癌细胞株的研究 Suzuki等［7］研究了5种食管癌细胞株(TE-series)中MMP-2和MMP-9的表达情况，结果显示其中4种细胞株(TE-5除外)均表达MMP-2和MMP-9，其中MMP-9在侵袭能力不同的细胞株之间的表达差异有统计学意义，提示MMP-9与食管癌的侵袭能力相关。

2.4 MMP-9基因单核苷酸多态性(SNPs)与食管癌的研究 SNPs是指基因组DNA序列中由于单个核苷酸转换或颠换而引起的多态性，它是一种单核苷酸的变异，是酶切片段长度多态性(RFLP)及可变串联重复序列(VNTR)和微卫星多态(STR)之后的新一代多态性遗传标记，自从1994年第1次被提出之后，其渐渐成为与分子标记有关领域研究的焦点。作为第3代遗传标记，SNPs在基因组中具有高密度和高保守的特点，初步估计在整个基因组中共有300万个以上的SNPs。目前很多机构都在检测SNPs、做SNPs图谱、建立SNPs与各种疾病之间的联系，如果得出某些SNPs或某些SNPs的特定组合与特定疾病、特定地区发病人群、乃至个别患者有明显相关性，疾病的诊断和治疗可更有针对性，甚至做到个体化。近年来，SNPs筛查在遗传病的研究、药学的应用研究以及肿瘤的研究中都得到广泛应用。

MMP-9定位于20q11.2～13.1，据报道在MMP-9基因的启动子区和13个外显子序列先后发现10个序列的变异，其中4个在启动子区，5个在编码区，1个在内含子区。位于启动子区的SNPs可直接使启动子由于自身结构改变无法启动转录而导致无蛋白表达，或其碱基变异导致其与各种转录调控元件的结合能力发生改变从而使转录活性发生改变，造成该蛋白表达量上升或下降，进一步影响其生物学功能。MMP-9启动子-1562 bp位点由于胞嘧啶替代胸腺嘧啶而产生多态，而包含此多态性位点的长约9 bp的序列为转录抑制蛋白的结合位点，当C→T后，这种DNA-蛋白的相互作用能被消除，影响基因转录并产生3种启动子基因型，即低活性(C/C)和高活性(T/T)及杂合子(C/T)启动子基因型。有研究表明，T/T启动子基因型启动转录活性较C/C增加1.5倍［8］。Medley等［9］研究显示，携带 MMP-9 基因-1562 bp 等位基因者，MMP-9蛋白表达较-1562 C明显增高。Marsumura等研究提示，MMP-9启动子中T等位基因和胃癌的侵袭性有关，但目前尚未有报道证实此多态性位点与食管癌之间的相关性。

有关MMP-9基因多态性与肿瘤相关性的研究很久以来都集中在位于启动子区域的基因变异，而很少有学者关注编码区基因变异与肿瘤的关系。编码区基因的碱基变异、缺失或插入可能导致翻译阅读框架的改变，使所编码蛋白表达量改变或蛋白种类改变，最终导致对特定环境或病因的反应敏感，所以编码区序列变异所形成的多态性同样值得我们注意。其中位于第6外显子的R279Q(G/A)，第10外显子的P574R(C/G)和第12外显子的R668Q(G/A)是目前有关MMP-9编码区SNP研究的3个多态性位点。MMP-9 P574R和R668Q位于血凝酶编码序列，这一区域的变异通常会使其表达酶与三联螺旋蛋白的黏附能力减弱，但不影响该酶对其众多酶底物的水解能力;其次，由于P574R中C→G使编码的氨基酸由疏水性脯氨酸变为带正电荷精氨酸，R668Q中G→A使正电荷精氨酸变成了不带电荷的谷氨酰胺，从而影响该结构与TIMP的结合能力而导致MMP-9的过度表达。R279Q位于明胶酶特殊纤连蛋白Ⅱ编码区，R279Q中G→A使正电荷精氨酸变成了不带电荷的谷氨酰胺影响酶底物作用结合区的蛋白构象。目前，有关于MMP-9编码区SNPs与肿瘤之间的相关性报道很少，通过文献检索有Hu等［10］有关于原发性肺癌的研究，并发现其中R279Q和P574R与原发性肺癌的发生和转移相关。

通过查阅文献，我们发现现阶段关于MMP-9与食管癌的相关性研究主要集中在组织表达层面，而有关基因多态性与食管癌发生发展和转移之间的相关性研究相对较少。一方面可能是由于MMP-9 SNPs位点发现相对较晚、数目较少，研究者们普遍将目光集中在MMPs家族中相对成熟的MMP-1多态性;另一方面，可能由于食管癌发病受环境因素影响较大，地域性较强，食管癌样本搜集较为困难，大规模研究开展存在一定困难。这些因素都一定程度的限制了MMP-9多态性与食管癌相关性研究的进展。

3 展望

目前，SNPs的筛查技术和方法越来越简便、精确、高通量，SNPs筛查水平的提高必将为肿瘤的发生、发展、恶化、转移等各阶段的作用机制提供一个更微观的研究方法和思路。现阶段对MMP-9中的SNPs筛查仅着力于其中的一部分，并且大都集中研究基因启动子的SNPs现象，而对结构基因的SNPs筛查和研究尚未见报道。可以预见，随着MMP-9对肿瘤转移的作用机制在蛋白质结构水平研究的不断进展，将会揭示有关结构基因SNPs影响MMP-9蛋白功能基团的氨基酸序列，进而影响酶的活性，以及肿瘤转移程度等各方面的信息。另外，现阶段大多从研究MMP-9在病理组和正常对照组之间是否有显著差异方面入手，今后可进一步深入研究MMP-9的SNPs与其他的肿瘤转移因子的相互作用。

总之，随着研究的进展、基因芯片技术的应用以及对人类基因组的日新月异的深入了解，必将发现更多MMP-9的SNPs，揭示更多SNPs与肿瘤的相关性，为肿瘤的诊断、预后评估、抗肿瘤药物研究甚至基因诊断和基因治疗提供依据。

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