MMPs与结直肠癌的研究进展

李霞斌，李世宁，孙兴旺

(泸州医学院附属医院，四川泸州 646000)

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)在细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的降解中起着重要的作用，影响恶性肿瘤的生长、浸润和转移［1］。MMPs由内源性组织特异性抑制剂——金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs)调控。近年我国结直肠癌(colorectal cancer，CRC)发病率呈现高速增长势头，年递增4.71%，远超2%的国际水平［2］。现就MMPs与 CRC的易感性、诊断、治疗及预后的研究现状作一综述。

1 MMPs概述

MMPs是一组结构相似、依赖锌离子的以ECM成分为水解底物的蛋白水解酶，目前已发现26个成员，根据其分子结构和在体内作用底物的特异性可分为胶原酶、明胶酶、间质溶解素、膜型金属蛋白酶、基质溶解因子及其他MMPs。一种MMP可以直接降解某一种或几种ECM，也可通过激活其他MMPs而发挥作用，形成瀑布效应。起初认为MMPs只是破坏细胞周围基质屏障导致肿瘤浸润，随着研究的深入发现MMPs在细胞微环境的建立和维护方面也起着重要作用。MMPs通过激活表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)受体，调节转化生长因子－β(transforming growth factor－β，TGF－β)通路，调节通过Fas配体裂解为诱导的凋亡，控制炎症，影响生长信号和生长抑制信号的平衡，参与转移灶的形成［3］。另外MMPs(如MMP－9)通过调节血管内皮生长因子VEGF来参与血管生成［4］。

2 MMPs与胃肠肿瘤的关系

MMPs广泛分布于胃肠道组织，在胃肠道癌前病变到癌以及癌组织浸润过程中发挥作用。TIMPs与MMPs以1∶1摩尔化学比例结合，抑制MMPs的蛋白水解酶活性，对于ECM内环境的稳定TIMPs必不可少，MMPs和TIMPs之间的敏感平衡是肠道的生理过程所必需［5］。肿瘤发生中的血管生成或上皮间充质转型等导致MMPs活性增加。MMPs抑制机理减弱，肿瘤细胞微环境中 MMPs/TIMPs比率平衡打破，MMPs和TIMPs之间的失衡是胃肠道恶性肿瘤发展的重要早期事件［6］。研究表明在结肠癌变序列中，从管状腺瘤到绒毛状腺瘤 MMP－2、MMP－9、TIMP－1和 TIMP－2表达逐渐递增，在原位癌有非常明确的阳性表达［7］。并检测到MMP－2和MMP－9在CRC肿瘤组织和高级别异型增生腺隐窝细胞质有中等强度的染色，明显高于腺瘤组织和正常黏膜［8］。这些结果表明MMP－2、MMP－9的过表达是结直肠癌变的早期变化。Väyrynen等［9］检测到 CRC 患者术前血清 MMP－8(S－MMP－8)水平较高，且与肿瘤分期、原发肿瘤坏死程度和中性粒细胞数正相关，而癌旁组织的炎性浸润和克罗恩病样淋巴反应与S－MMP－8无相关性，MMP－8参与了CRC引起的机体抗肿瘤和促坏死免疫反应进程。马顺茂等［10］发现MMP－10在CRC患者腹腔转移灶阳性表达率达91.7%，其阳性表达可能对肿瘤的腹腔转移起重要作用。

3 MMPs在结直肠癌中的作用

3.1 MMPs基因多态性与结直肠癌易感性 大约1/3 CRC患者有遗传背景，某些单核苷酸多态性(Single－Nucleotide Polymorphism，SNP)影响基因的转录，致其功能改变，与CRC易感性相关。宋虎等［11］经Meta分析指出MMP－1 1607 2G等位基因与CRC易感性显著相关。Park等［12］研究显示MMP－9－1562CC、TIMP－2－418GG和TIMP－2－303GG基因型在CRC患者频率更高。在中国CRC患者中MMP－9－1562 GG基因型携带者淋巴结转移减少，且MMP－9的279 R等位基因有可能导致 CRC发病年轻化［13］。在沙特地区CRC患者中携带MMP－2基因－1306 CC基因型的女性高于男性，是女性CRC患者的风险基因型，MMP－2的多态性具有性别差异［14］。在瑞典研究发现MMP－12基因－82AA基因型与散发性CRC的易感性相关［15］。

关于MMPs基因多态性与CRC遗传易感性关系的研究较多但结果存在自相矛盾现象。造成差异的原因可能与不同地域和不同人群肿瘤的遗传方式不同［16］。某个基因的某个单核苷酸位点多态性与肿瘤易感性之间的关系可能不足以在较小样本中显现出来。因此，可进一步加大研究样本量，同时进行多基因多位点联合检测，建立CRC分子筛查的有效模式，及时发现易感人群并对其进行密切随访，进而提高CRC的早期检出率。

3.2 MMPs表达与结直肠癌诊断 CRC是癌症相关死亡的主要肿瘤之一，重要原因在于缺乏易于检测的肿瘤特异性标志物。在CRC发现多种MMPs表达增强，如:MMP －2、MMP －3、MMP －7、MMP －9、MMP －13［17］。有研究发现MMP－1的活性能预测恶性肿瘤的未来发展进程，在原发灶和血清中发现MMP－1活化有助于CRC的临床诊断［18］。另一研究检测到MMP－2、MMP－7、MMP－9与 CRC患者术前血清 CEA水平表达呈正相关，三者表达的变化是CRC患者进展的有用指标［19］。Zhang等［20］经多因素回归分析发现血清CEA、CA199、IL－8、TNF－α 和 MMP－7对区分大肠腺瘤和CRC有诊断价值。在MMP－9血清阳性的CRC患者中有85%癌组织MMP－9阳性表达，MMP－9血清检出率较癌组织阳性检出率高，血清检测更灵敏［21］。CRC的发生发展与多种癌基因的激活和抑癌基因的失活有关，联合检查几种相关标志物可望提高其早期检出率，使CRC能早诊断早治疗，进而改善患者生存质量。

3.3 MMPs与结直肠癌的治疗 MMPs作为恶性肿瘤治疗的肿瘤标志物或分子靶点，已有几种以MMP为目标的抑制剂(MMPIs)进入Ⅲ期临床试验，试图控制其合成、分泌、激活。经临床前和临床试验大部分因无效和不良副作用而未能应用于临床治疗［22］。分析失败原因主要有以下几点:①临床前预测动物模型的安全性和有效性定义不清;②对多种MMPs的生物学功能认识有限;③ MMPIs的选择性差，由于MMPs的催化结构域之间的同源性，难以找到具有高度选择性的蛋白酶作用点;④在健康志愿者中，药物短期研究并不能预测在癌症患者需要长期治疗的药物质量分数［23］。

另一方面，MMPs和TIMPs参与健康人组织重塑，甚至癌症患者的正常和非癌组织。因此抑制或封锁这些蛋白将会对癌症患者的正常功能有影响。此外，大多数的CRC患者可能还伴有心血管、肝或内分泌疾病，这也可能影响MMPIs的治疗［24］。针对某些MMPs的新一代选择性抑制剂或单克隆抗体具有高度特异性，是很有希望的研究领域。新的抑制剂如肽阻滞外位点介导的细胞表面相互作用和(或)功能阻滞性抗MMP抗体［25］。此外，考虑到肿瘤进展多个分子的高度复杂性，MMPIs与常规化疗或分子靶向药物的组合也可能增加肿瘤治疗的有效性［22］。

3.4 MMPs的表达水平与结直肠癌的预后 MMPs参与肿瘤的浸润和转移，其表达与CRC预后密切相关。有份包含1 919例CRC患者的Meta分析显示MMP－2的过度表达与CRC患者较差的整体预后和无进展生存期相关［26］。另一有2 390例CRC患者的Meta分析提示MMP－9超表达也与CRC患者较差的整体预后和无进展生存期相关［27］。Chu等［28］Kaplan－Meier存活曲线分析显示MMP－9阳性CRC患者较阴性者生存期更短，经年龄、性别、肿瘤部位、分化程度和分期校正后的多变量分析证实MMP－9的表达是独立的预后不良指标。Langers等［29］研究显示在距离肿瘤组织5～10 cm内的黏膜有MMP－9和MMP－2表达的CRC患者5年生存率更低。黄真真等［30］也发现CRC患者肿瘤细胞中MMP－9高表达、基质细胞中MMP－9低表达会增加患者的死亡率，认为MMP－9的表达可作为预测患者生存期的重要指标。也有研究指出MMP－7和TIMP－1的高术前血浆水平是独立的不利预后因素，单因素分析提示血浆 MMP－7≥7.8 ng/mg protein是 CRC 患者不利的预后因素［31］。张丽萍等［32］发现MMP－11在CRC的表达与组织学分化、淋巴结转移、浸润深度和临床分期有关，MMP－11阳性者5年生存率明显低于阴性患者，MMP－11也可作为预后指标。

4 结 语

MMPs是CRC进展的重要影响因素，特别是MMP－2和MMP－9，从CRC的易感性到诊断、治疗、预后均有相关报道。其他MMPs成员在CRC的作用也是多方面的，但彼此间的级联作用也不清楚。MMPIs作为抗癌药物在临床实践中的失败表明，我们对参与组织重塑的细胞和分子机理理解有限。因此积极开展结直肠癌的分子病理学研究对其防治有着重要的现实意义。

［1］Herszényi L，Hritz I，Lakatos G，et al.The behavior of matrix metalloproteinases and their inhibitors in colorectal cancer［J］.Int JMol Sci，2012，13(10):13240 －13263.

［2］周总光，杨烈，李园，等.我国结直肠癌30年变迁与应对策略［J］.中国实用外科杂志，2012，32(9):693 －696.

［3］Puthenedam M，WU Feng，Shetye A，et al.Matrilysin－1(MMP7)cleaves galectin－3 and inhibits wound healing in intestinal epithelial cells［J］.Inflamm Bowel Dis，2011，17(1):260－267.

［4］Hayden DM，Forsyth C，Keshavarzian A.The role of matrix metalloproteinases in intestinal epithelial wound healing during normal and inflammatory states［J］.J Surg Res，2011，168(2):315－324.

［5］Mäkitalo L，Kolho KL，Karikoski R，et al.Expression profiles of matrix metalloproteinases and their inhibitors in colonic inflammation related to pediatric inflammatory bowel disease［J］.Scand J Gastroenterol，2010，45(7/8):862 －871.

［6］Herszényi L，Lakatos G， Hritz I， et al.The Role of Inflammation and Proteinases in Tumor Progression［J］.Dig Dis，2012，30(3):249 － 254.

［7］Walter L，Harper C，Garg P.Role of matrix metalloproteinases in intestinal inflammation/colitis associated colon cancer［J］.Immuno －Gastroenterology，2013，2:22 －28.

［8］Murnane MJ， Cai J， Shuja S， et al.Active matrix metalloproteinase － 2 activity discriminates colonic mucosa，adenomas with and without high－grade dysplasia，and cancers［J］.Hum Pathol，2011，42(5):688 －701.

［9］Väyrynen JP，Vornanen J，Tervahartiala T，et al.Serum MMP－8 levels increase in colorectal cancer and correlate with disease course and inflammatory properties of primary tumors［J］.Int JCancer，2012，131(4):E463 － E474.

［10］马顺茂，贾漪涛，刘红磊，等.结直肠癌组织中基质金属蛋白酶－10的表达及临床意义［J］.中国全科医学，2011，14(2):161－163.

［11］宋虎，彭俊生，吴晓滨，等.基质金属蛋白酶－1基因多态性与结直肠癌易感性的荟萃分析［J］.岭南现代临床外科，2010，10(5):321 －325.

［12］Park KS，Kim SJ，Kim KH，et al.Clinical characteristics of TIMP2，MMP2，and MMP9 gene polymorphisms in colorectal cancer［J］.J Gastroenterol Hepatol，2011，26(2):391 －397.

［13］Fang WL，Liang WB，He H，et al.Association of matrix metalloproteinases 1，7，and 9 gene polymorphisms with genetic susceptibility to colorectal carcinoma in a Han Chinese population［J］.DNA Cell Biol，2010，29(11):657 －661.

［14］Saeed HM， Alanazi MS， Parine NR， et al.Matrix metalloproteinase－2(－1306 c＞t)promoter polymorphism and risk of colorectal cancer in the Saudi population［J］.Asian Pac JCancer Prev，2013，14(10):6025－6030.

［15］Van Nguyen S，Skarstedt M，Löfgren S，et al.Gene polymorphism of matrix metalloproteinase－12 and －13 and association with colorectal cancer in Swedish patients［J］.Anticancer Res，2013，33(8):3247－3250.

［16］Carrai M，Steinke V，Vodicka P，et al.Association between TAS2R38 gene polymorphisms and colorectal cancer risk:a case－control study in two Independent populations of Caucasian origin［J］.PLoSOne，2011，6(6):e20464.

［17］ Pryczynicz A， Gryko M， Niewiarowska K， et al.Immunohistochemical expression of MMP－7 protein and its serum level in colorectal cancer［J］. Folia Histochem Cytobiol，2013，51(3):206 －212.

［18］Tahara K，Mimori K，Iinuma H，et al.Serum matrixmetalloproteinase－1 is a bona fide prognostic marker for colorectal cancer［J］.Ann Surg Oncol，2010，17(12):3362－3369.

［19］Kostova E，Slaninka－Miceska M，Labacevski N，et al.Expression of matrix metalloproteinases 2，7 and 9 in patients with colorectal cancer［J］.Vojnosanit Pregl，2014，71(1):52－59.

［20］Zhang PJ，Wen XY，Gu F，et al.Multiplexed cytokine profiling of serum for detection of colorectal cancer［J］.Future Oncol，2013，9(7):1017 －1027.

［21］Dragutinovic＇VV，Radonjic＇NV，Petronijevic＇ND，et al.Matrix metalloproteinase－2(MMP－2)and －9(MMP－9)in preoperative serum as Independent prognostic markers in patients with colorectal cancer［J］.Mol Cell Biochem，2011，355(1/2):173－178.

［22］Gialeli C，Theocharis AD，Karamanos NK.Roles of matrix metalloproteinases in cancer progression and their pharmacological targeting［J］.FEBSJ，2011，278(1):16 －27.

［23］ Swarnakar S， Paul S， Singh LP， et al. Matrix metalloproteinases in health and disease:regulation by melatonin［J］.J Pineal Res，2011，50(1):8 －20.

［24］Hadler－ Olsen E，Fadnes B，Sylte I，et al.Regulation of matrix metalloproteinase activity in health and disease［J］.FEBSJ，2011，278(1):28－45.

［25］Wang JC，Ding WF，Sun BL，et al.Targeting of colorectal cancer growth，metastasis，and anti－ apoptosis in BALB/c nude mice via April siRNA［J］.Mol Cell Biochem，2012，363(1/2):1－10.

［26］Shi MM，Yu B，Gao HG，et al.Matrix metalloproteinase 2 overexpression and prognosis in colorectal cancer:a metaanalysis［J］.Mol Biol Rep，2013，40(1):617 －623.

［27］Li CY，Yuan P，Lin SS，et al.Matrix metalloproteinase 9 expression and prognosis in colorectal cancer:a metaanalysis［J］.Tumour Biol，2013，34(2):735 －741.

［28］Chu DK，Zhao ZW，Zhou Y，et al.Matrix metalloproteinase－9 is associated with relapse and prognosis of patients with colorectal cancer［J］.Ann Surg Oncol，2012，19(1):318 －325.

［29］Langers A，Verspaget HW，Hawinkels L，et al.MMP －2 and MMP－9 in normal mucosa are independently associated with outcome of colorectal cancer patients［J］.Br J Cancer，2012，106(9):1495－1498.

［30］黄真真.基质金属蛋白酶－9是直肠癌患者术后生存率的预后指标［J］.中国普外基础与临床杂志，2012(3):304.

［31］Kushlinskii NE，Gershtein ES，Korotkova EA，et al.Prognostic role of tumor－associated proteases in colorectal cancer［J］.Bull Exp Biol Med，2013，154(3):365 －369.

［32］张丽萍，蒲红伟，陈晓，等.结肠癌中MMP－11和Moesin mRNA的表达与肿瘤转移及预后的关系［J］.首都医科大学学报，2012，33(5):575 －580.