ADAMTS家族对肿瘤作用的研究进展

王 乐综述 李胜棉审校

细胞外基质不仅具有连接细胞及维持细胞间相对位置的作用，而且还参与许多的生理过程，如：细胞的分化、增殖等，近年来研究表明细胞外基质还参与了炎症及肿瘤的侵袭、转移过程[1]。细胞外基质的溶解能在一定程度上促进肿瘤的生长及转移。含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶(a disintegrin and metallo-proteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS)家族具有金属蛋白酶的特性，能溶解细胞外基质，但是ADAMTSs家族中的一些成员在一些肿瘤中表现出肿瘤抑制因子的作用，发挥肿瘤抑制作用的主要机制是一些成员的抗血管生成作用[2]。

1 ADAMTS家族

ADAMTS是一类分泌蛋白，广泛存在于哺乳动物中，并且有复杂的作用，与ADAM有类似的结构，是一类新的Zn2+依赖的金属蛋白酶家族。它有2个区域，在N-端有催化域，在C-端有辅助区域。C-端的辅助区域与它能催化的特异性反应有关，并且通过辅助区域的1型血小板重复序列( thrombospondin type 1 sequence repeat，TSR)，与ADAM区分[3]。自从1997年发现第1个ADAMTSs成员以来，已经有19个成员被发现，在人体的许多正常及病理的生理活动中起着重要的作用。近年来研究发现一些ADAMTS家族的成员表现出抑癌基因的特性[2]，在一些组织中有些家族成员表现为表达沉默，并且表达沉默与启动子区域的甲基化有关联。

金属蛋白酶具有降解细胞外基质的作用，而基质的合成和降解参与了一系列生理和病理生理过程，包括血管生成、细胞凋亡、肿瘤转移、炎症发生等。目前已知的参与基质重构的蛋白水解酶包括丝氨酸蛋白酶、酪氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金属蛋白酶等[4]。细胞外基质存在于细胞与细胞之间的结缔组织。

基质金属蛋白酶为降解细胞外基质蛋白的重要酶类，通过降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM)促进新生血管生成及通过细胞之间黏附等机制促进肿瘤的浸润、侵袭和转移，帮助肿瘤细胞逃避机体的免疫[5]。

ADAMTS与基质金属蛋白酶(MMPs)有相同的金属蛋白酶结构，越来越多的证据表明蛋白水解酶(如MMPs和ADAMS、ADAMTS)在肿瘤的发生发展中有重要的作用[6]。ADAMTS家族中的一些成员的缺陷会导致人类遗传性疾病的发生，而一些成员的表达异常与关节炎及肿瘤的发生有关。一些成员为肿瘤及代谢的抑制因子，而抑制因子的作用在基因突变或肿瘤发展的过程中会丧失[7]。

ADAMTS家族不同成员在不同的组织及年龄段有不同的表达状态。表达分析显示这些ADAMTS家族在胚胎组织，特别是肺组织(ADAMTS-14，16，17，18，19)，肾组织(ADAMTS-14，15，16)以及肝组织(ADAMTS-13,15,18)中表达较多。通过RT-PCR发现在不同成人组织中也有ADAMTS家族的表达，比如前列腺(ADAMTS-13，17，18)，脑(ADAMTS-13，16，17，18)[8]。

2 ADAMTS成员与肿瘤

肿瘤的血管生成对于肿瘤的生长、浸润和转移有重要意义。近年来对肿瘤的研究确立了肿瘤血管生成在肿瘤发展中的重要地位[9]。新生血管的形成被认为是肿瘤进展的1个标志，抑制血管的生成能抑制肿瘤的发展，甚至能缩小肿瘤的团块。有些ADAMTS家族成员表现出血管抑制作用，从而能对肿瘤的生长及转移起抑制作用。

2.1 ADAMTS1

ADAMTS1是在对新的血管抑制因子的筛选中发现的，它通过对血管内皮生长因子(VEGF)或成纤维细胞生长因子2(FGF2)的调节来发挥其抗血管生成的作用，抑制新生血管的形成[10]。ADAMTS1通过与不同的因子作用，释放具有生物活性的抗血管生成的片段。通过调控ADAMTS1在不同个体中的表达，发现在没有ADAMTS1表达的肿瘤组织中，血管化程度及血管分布的范围要远远高于有ADAMTS1表达的组织；在有ADAMTS1表达的组织中肿瘤组织的水肿和坏死程度要高，是因为ADAMTS1能抑制血管化过程的发生。

ADAMTS1能与VEGF165，FGF2相互作用及裂解产生凝血酶敏感蛋白(thrombospondin，TSP)-1，-2，释放具有生物活性的抗血管生成片段，该片段具有抑制内皮细胞的增殖作用[10,11]。ADAMTS1的间隔区能被MMP-2，-8，-15裂解[12]，产生65KDa的N-端及释放2个C-端TSRS，与之相伴随的是其抗血管生成的作用。这就进一步证明了，ADAMTS1的抗血管生成作用与其C-端的TSRS有关。在ADAMTS1-/-的小鼠中发现TSP的裂解减少，与之伴随的是伤口愈合时间的延长及相应的血管化的增多[12]。

ADAMTS1发挥其抗血管生成作用有组织特异性，在结肠癌及肾癌细胞系中，ADAMTS1的表达上调能抑制转移至肝的肿瘤的生长，但是对于转移至肺的肿瘤则无抑制作用[13]。在1种组织中ADAMTS1的表达水平是1个重要的控制因子，它能影响转移肿瘤的生长环境。

近年来在对ADAMTS1生物学底物的研究中发现，ADAMTS1还具有促进肿瘤生长及转移的作用。ADAMTS1在膜相关磷酸化肝素多聚蛋白-4中外功能区的脱落会引起细胞构架的改变及细胞间黏附的减少及细胞转移的增加[14]。信号蛋白3C是ADAMTS1的底物之一，由ADAMTS1调节的信号蛋白3C在ECM中的释放能促进乳腺癌细胞的转移[15]。ADAMTS1与其底物作用能产生新的生物活性片段，在这些新的片段作用下细胞的黏附分子会脱落，这就成为ADAMTS1促进侵袭和转移的基础。

2.2 ADAMTS8

ADAMTS8主要存在于胚胎及成人的肺组织中，在脑组织、心和胎盘中有较少的表达。ADAMTS8在乳腺癌[16]、NSCLC[17]和脑部肿瘤[18]中表达下调。在非小细胞肺癌(non small cell lung cancer,NSCLC)中发现，有67%的个体ADAMTS8表达下调与其启动子区域的甲基化有关[17]。然而在神经胶质瘤中ADAMTS8的表达下调则与启动子区域甲基化无明显的相关性。虽然乳腺癌组织中ADAMTS8的mRNA与正常组织比较表现为表达下调，但是在对229例患者的进一步研究中发现，ADAMTS8高表达患者的生存率比ADAMTS8低表达患者的生存率低[16]。

2.3 ADAMTS9

ADAMTS9和与之相类似的ADAMTS20在成黑素细胞的发展中有重要的作用。这些ADAMTS成员在它们的辅助区域有个特殊的结构，类似于C.elegans Gon1中的1个模块，这个模块对生殖腺的形态、发生有重要的作用。近年来的一些研究，越来越多的证据表明ADAMTS9是1个肿瘤抑制因子，它具有抑制血管生成的作用。它存在于3p14.3～p21.1，在一遗传性的肾癌中有表达缺失。对食管癌的研究证明ADAMTS9是肿瘤抑制因子。在15/16的食管癌细胞系中ADAMTS9表现为表达下调或缺失，与之相伴的是启动子区域的甲基化。在对鼻咽癌的实验中也确定ADAMTS9为1个肿瘤抑制因子，患者基因表达的缺失伴随着淋巴结的转移[19]。对胃癌的研究发现，ADAMTS9能抑制AKT/mTOR通路，并且甲基化水平与胃癌患者的生存率成反比[20]。

现有的数据表明ADAMTS9是1个独立的血管生成抑制因子[21]。学者们提出ADAMTS9+/-的老鼠有角膜血管的增加，在肿瘤转移的部位有血管密度的增加。人类EC的ADAMTS9的基因敲除会增加基质中管样物质的增加，在离体组织中也会有管样物质的增加。与ADAMTS1裂解产生TSP不同，ADAMTS9是通过发挥水解酶的作用裂解不同的底物来发挥其抗血管生成作用的。ADAMTS9发挥其抗肿瘤作用到底是其自身的水解酶功能发挥作用，还是通过它与其他物质相互作用来发挥其功能，现在尚不清楚。

2.4 ADAMTS12

ADAMTS12与肿瘤及关节炎的发病均有关系。它能降解软骨基质低聚糖蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)，而COMP是构成软骨非胶原区的重要部分。COMP是关节炎的重要特征，ADAMTS12是降解COMP的重要的酶，在关节炎中ADAMTS12的表达是增加的[22]。

ADAMTS12在MDCK细胞中能抑制肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)，减少内皮细胞向间充质细胞的转换。ADAMTS12对HGF的调节作用是通过RAS-MAPK通路的失活来实现的。变性的ADAMTS12仍然能发挥这一作用，提示它的抑制作用与它的辅助结构有关[23]。在结肠癌细胞系中ADAMTS12的表达沉默伴随着启动子区的甲基化[24]。然而，一些肿瘤中ADAMTS12的表达较正常组织高，随后的实验表明，这种升高是肿瘤间质的成纤维细胞表达的结果。当把成纤维细胞与肿瘤细胞放在一起培养时发现，成纤维细胞表达的ADAMTS12能抑制肿瘤细胞的增殖。ADAMTS12-/-的小鼠在外观上无明显的异常，但是在植入肿瘤后，肿瘤表现出明显的侵袭性和更加丰富的血管形成[25]。

ADAMTS12抑制血管形成及肿瘤细胞增殖的特性表明它是1个肿瘤抑制因子，这个抑制作用是通过它的辅助结构来实现的。

2.5 ADAMTS13

ADAMTS13是假性血友病因子(von willebrand factor，vWF)裂解酶，能裂解循环中较大的vWF的多聚体。循环中的vWF积聚会引起血小板的聚集和血管的堵塞，而且较大的vWF还能增加血小板对循环中癌细胞的黏附性，从而能促进肿瘤的转移[26]。因此，ADAMTS13活性的减弱会增加肿瘤转移的可能。通过对局限型实体瘤及播散型肿瘤患者血浆的分析发现，vWF的大片段增加，在播散型肿瘤患者中ADAMTS13的活性有大幅度的减弱。这些证据表明，ADAMTS13在血小板及肿瘤细胞形成栓子方面有重要的作用，这些作用能促进肿瘤的转移。在结肠癌患者中，分期较低的和Ⅱ期结肠癌患者比分期较高和Ⅳ期的结肠癌患者的ADAMTS13表达多。提示ADAMTS13在肿瘤发展过程中有一定的作用。

2.6 ADAMTS15

ADAMTS15有抑制血管形成的作用，现有的实验数据表明它也具有肿瘤抑制因子的作用。通过对19个ADAMTS家族成员在乳腺癌中的表达观察发现，虽然在正常组织与癌组织中各成员的表达量不同，但是表达的水平与患者生存状态成反比。在大量的人群试验中发现，ADAMTS15表达越多，复发的情况就越少，这表明ADAMTS15有转移抑制作用。低表达ADAMTS15的患者预后较差，复发的风险提高了5倍，死亡的风险提高了3倍[16]。

对结肠癌细胞株及严重联合免疫缺陷病(severe combined immunodeficiency disease，SCID)老鼠进行的离体及活体研究揭示，野生型ADAMTS15的表达能抑制肿瘤的生长和侵袭。用免疫组化的方法检测ADAMTS15在结直肠癌组织中的表达，发现在正常组织中ADAMTS15高表达，在癌组织中低表达，这种表达在结直肠癌中与病理分级呈负相关[27]。

2.7 ADAMTS18

ADAMTS18位于16q23.1，这个区域在许多肿瘤发展过程中出现缺失。在众多的细胞系中ADAMTS18的表达下调与启动子区域的高甲基化有关[28]。在鼻咽癌HONE1和食管癌EC109 2个细胞系中ADAMTS18的表达能减少癌细胞的复制及增长，说明它具有抑制肿瘤的作用[29]。Jin 等[30]报道称，ADAMTS18在许多肿瘤组织中的表达都有显著下调。在乳腺癌组织中，启动子区域的甲基化率为78%，在非肿瘤组织及上皮组织中的甲基化率为0。肿瘤组织中的高甲基化率及非肿瘤组织中的甲基化低表达状态表明ADAMTS18也表现为抑癌因子的作用。Li等[28]研究发现在胃癌、结肠癌及胰腺癌组织中ADAMTS18为高甲基化状态，表明其甲基化与肿瘤有高度相关性，但是其甲基化的表现与肿瘤的分期没有直接的关系。

ADAMTS18的哪一区域能发挥肿瘤抑制作用，目前尚无明确定论，但最近的一项研究发现它的辅助区域在溶解血小板栓子方面有重要的作用。C-端的辅助区域可能通过调节血小板功能来抑制转移，也可能是溶解肿瘤细胞栓子和血小板栓子。

总之，在第1个ADAMTS家族成员发现后，各个家族成员在多种病理发展中的作用被广泛的研究。一些家族成员在功能上有肿瘤抑制作用，但是有些成员在一些情况下还能表现出肿瘤生长的促进作用，如ADAMTS1。ADAMTS1在不同的环境中与不同的底物作用表现出对肿瘤生长的不同作用。各个成员发挥肿瘤抑制作用的机制各不相同，而且发挥抑制作用的分子区域也不同。我们还需要从生物基础方面来了解更多这个家族成员的一些信息，或许可以从基因敲除动物那里获得更多的信息。同时也需要了解更多家族成员的目标作用底物与它们在特定的细胞、组织、疾病中的分子学的联系。

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