MMPs与口腔鳞癌关系的研究进展

董大海

摘要：

基质金属蛋白酶（MMPs）是一组调节细胞外基质的锌离子依赖的内肽酶，是影响肿瘤侵袭性的关键酶。研究表明： MMPs在肿瘤细胞的分化、生长、迁移及肿瘤血管形成中发挥重要作用。本文从MMPs的结构功能以及与口腔鳞癌的关系加以综述。

关键词：酪氨酸激酶受体A2；基质金属蛋白酶；口腔鳞癌

【中图分类号】

R322.4+1 【文献标识码】B 【文章编号】1002-3763（2014）05-0028-02

口腔鳞状细胞癌简称鳞癌，是口腔颌面部最常见的恶性肿瘤，占全身恶性肿瘤发病率的3%。尽管在过去的20年中包括手术、放疗、化疗及生物治疗在内的各种治疗手段在不断改进，其总体死亡率有所降低，但进展期患者5年生存率仅为50%- 60%^[1-2]。

研究发现： MMPs在多种肿瘤中均呈高表达，与肿瘤的浸润有关。本文就MMPs的结构和功能、在口腔鳞癌中的表达展开综述

1 MMP的结构和功能及其与肿瘤的关系

1.1 MMPs的生物学特征：

基质金属蛋白酶是锌离子依赖的内肽酶。到目前为止，已经发现了28种，动物发现了25种，人类发现了24种。有几个MMPs 的基因位于同一染色体位点11q23， 在几种实体瘤中，此区域有基因扩增。MMPs的所有成员有一些共同的结构：信号肽、前肽、催化区、铰链区和类血红蛋白结合区域。信号肽结构区域由17～29个氨基酸组成，前肽区由约80个氨基酸组成，具有高度保守的氨基酸序列。而所有MMPs催化区域高度保守结合有锌原子，Zn2+被认为是酶的活性中心部位，多数MMPs以水溶性酶原的形式分泌到胞外，在中性pH值及Ca2+和其激动剂的参与下脱去前肽而发挥酶活性作用，降解细胞外基质，而膜型基质金属蛋白酶的羧基端存在着一个跨膜结构域，又可将MT-MMP结合于细胞膜上。根据其底物不同，可将MMPs分为五类，分别是1、胶原酶，主要水解底物为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型纤维胶原；2、明胶酶，主要水解底物为明胶及Ⅳ、Ⅴ型胶原和层粘蛋白；3、间质溶解素，主要水解底物为Ⅲ、Ⅳ型胶原及蛋白聚糖、明胶及糖蛋白；4、膜型金属蛋白酶，Membrance type metalloproteinases，MT-MMP，主要水解底物为MMP-2前体、胶原和明胶；5、其他，如MMP-12、19、20、22、23等。MMPs被确定存在下列性质：1、它们至少降解细胞外基质的一种成分；2、它们包含了一个锌离子，且被络合剂抑制；3、以酶原形式分泌；4、能被其天然抑制剂基质金属蛋白酶组织抑制剂抑制；5、它们共氨基酸序列。MMPs的主要功能是降解细胞外基质成分。诸多MMP成员中，MMP2和MMP9与肿瘤的侵袭性更为相关。MMP-2基因位于人类染色体16q21 ，由 13个外显子和12个内含子组成， 结构基因总长度为27kb。MMP- 2是一种非糖化的明胶酶， 分子量为 72KD。MMP- 9基因位于染色体的 20q11.2- 13.1，长7.7 kb，含 13个外显子，其长度不一。MMP- 9的分子量为M r 92103，其结构包括：信号肽区、N -末端前肽区、催化基团区、铰链区和C-末端血红素结合蛋白样区

1.2 MMPs的合成与活性的调节：MMPs的表达活性受转录水平、转录后水平、酶原激活、基因水平和抑制几个水平的调控

1.2.1 转录水平的调节： MMPs的生物合成由其基因转录率所决定，许多因素能够改变MMPs的基因转录，而且受到激素、生长因子、细胞因子、ECM成分和细胞黏附分子的调控。如MMP-9转录水平调节可受12-otetrade-canoyl_phorbol一13acetate，细胞因子，癌基因，TNF-α，Z蛋白和细胞转录因子等的影响。IL-1、TNF-α、TGF-α等可诱导MMPs合成增加，而TGF-β、肝素、可的松等则可抑制MMP基因的表达。MMPs自身的某些成分亦可调节MMPs的合成。此外，Pro-MMP还受基质微环境的调节。目前认为，MMPs的转录激活机理中AP-1结合位点是研究的热点。

1.2.2 转录后水平的调节： 研究发现，某些介质可以改变MMPmRNA的稳定性。如TGF-β可以延長明胶酶A的mRNA的半衰期；EGF则可增加间质性胶原酶和间质溶素1的mRNA稳定性。地塞米松降低二者的稳定性。

1.2.3 酶原的活化： 除了膜型MMPs和MMP-11外，所有MMPS的分泌均以无活性的前体形式，只有在活化后才能进行基质的降解。MMPs的活化，在细胞问质内经过外原酶的作用下，切断活性前区片段，使半胱氨酸与锌离子分离，暴露活化中心。常见的外源酶有纤溶酶、激肽释放酶、组蛋白酶及中性弹力酶等。MMPs可相互作用，引起级联反应。如纤溶酶活化MMP3，后者再活化MMP-9，MMP-3亦可活化MMP一9。此过程必须MMP-3与纤维蛋白溶酶同时存在。膜型MMPs在分泌过程中逐步活化，到达基质时已呈活化形式。MTI-MMP和MMP-2协同存在于肿瘤细胞质膜。MTI-MMP是MMP-2的细胞表面受体。二者结合成受体复合物，调节MMP-2的激活，通过调节MMP-2和MTl-MMP表达促进肿瘤的侵袭。

1.2.4 基因水平的调控： MMPs基因定位于人1 1、14、16、20、22号染色体，它们的基因组由10个外显子和9个内含子组成。MMP-9基因的启动子包含一个与转录起始位点相邻近的TPA反应元件（TRE），它是受到TNF一α或TPA刺激后基因转录的必需元件。在MMP-9基因上游调节元中，尚含有NF-kβ和SP-1蛋白的结合位点，两者与TRE协I司作用，从而启动基因转录：MMP-2基因的非翻译区不仅与MMP.9基因启动子显著不同，而且与迄今为止所确定的其它MMPs基因启动子存在显著差异，这主要表现在MMP一2基因启动子缺乏对TPA的反应

1.2.5 金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP）： 金属蛋白酶组织抑制剂是金属蛋白酶的特异性抑制剂，在调控MMP 的活性方面起着重要作用。TIMP在体内分布广泛，目前报道的共有4 种： TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4，有关TIMP-1和TIMP-2的研究较多，而TIMP-3 和TIMP-4研究略少，TIMP-1是分子质量为28.5 kDa的糖蛋白，可与活化的间质胶原酶、活化的间质溶解素和MMP-9形成复合物， TIMP-2是分子质量为 21kDa 的非糖基化蛋白， 选择性地与 MMP-2形成復合物， TIMP-2既可以与活化的MMP-2也可以与非活化的MMP-2以非共价键结合，还可以抑制MMP 家族所有成员的水解活性，达到抑制瘤细胞转移的目的。与其他MMP不同， TIMP-3是细胞外基质的一种组成部分，以不可溶解的形式存在。TIMP-4是一种新发现的MMP组织抑制剂，它不但抑制活性强，而且能对多种MMP起作用。除调节MMP 的活性外， TIMP 还至少具有两个独立作用： 抑制肿瘤血管生成和促进红细胞以及纤维母细胞生长。

1.3 与肿瘤的关系

1.3.1 MMPs与肿瘤演进：

肿瘤浸润与转移是一个多步骤、多阶段的复杂过程，可被称为多阶梯瀑布过程：早期原发癌生长；微血管化；细胞从原发灶脱落、黏附并穿过不完整的基底膜和细胞外基质，侵入循环管道并再次穿出血管，到达其他部位脏器形成转移灶。

1.3.2 MMPs促进生长因子分泌， 加速肿瘤生长、侵袭、转移：

肿瘤及其微环境形成过程中，基质细胞与肿瘤细胞都能分泌MMPs，MMP又能促进肿瘤细胞分泌各类生长因子：表皮生长因子（EGF），成纤维细胞生长因子（FGF）， 胰岛素样生长因子（IG-Fs），这些因子都具有促进肿瘤细胞有丝分裂的能力，生长因子的增加大大加快的肿瘤细胞的增殖。YU，stamenkovic等还报道 MMP- 9能促进肿瘤细胞分泌具有上调肿瘤细胞增殖的转化生长因子 B（TGF- B）。

1.3.3 MMPs诱导肿瘤细胞凋亡耐受：

肿瘤细胞能逃避凋亡是肿瘤发生的重要环节。MMPs能够诱导肿瘤细胞产生凋亡耐受而长期存活致肿瘤发生。研究发现 MMP- 2能裂解组织衍生的单核细胞趋化因子 3（MCP- 3）， MCP- 3能与许多免疫细胞表面受体结合，促进免疫细胞钙离子内流及向病灶游走，当 MCP- 3被MM P- 2裂解后，免疫细胞即丧失了趋化功能， 从而阻止免疫细胞对肿瘤细胞的清除。

1.3.4 MMPs降解细胞外基质促进肿瘤转移：

肿瘤的转移是一个复杂的过程，其中细胞外基质的降解起着重要的作用， 细胞外基质是阻止肿瘤转移的第一道屏障，它主要由胶原， 糖蛋白，蛋白多糖和蛋白聚糖等组成。目前发现 MMPs能降解几乎所有的 ECM成份。如 MMP- 1能降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ、Ⅺ型胶原，明胶， 蛋白聚糖，纤维蛋白，层黏连蛋白， 等； MMP-2能降解Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型胶原及蛋白聚糖，纤维蛋白， 层黏连蛋白，等； MM P-9能降解 Ⅳ、Ⅺ、Ⅴ型胶原， 蛋白多糖， 明胶， 弹力蛋白， 层黏连蛋白，蛋白聚糖等。

1.4 与肿瘤血管形成的关系：

新生血管的形成包括毛细血管内皮层下基底膜降解、内皮细胞迁移和增殖、新生血管形成和新的基底膜形成等一系列过程。体外实验表明，在血管形成与肿瘤转移的过程中，血管内皮细胞与肿瘤细胞均能分泌基质金属蛋白酶降解ECM，在肿瘤转移过程中起重要作用，如Ⅳ型胶原酶（MMP-2、MMP-9）参与基底膜降解的过程； 移行过程中间质胶原酶（MMP-1）、多形核胶原酶（ MMP- 8）能降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原； MTI- MMP 在内皮细胞表面的表达则促使局部胶原和层粘连蛋白降解，肿瘤新生血管形成过程中，许多细胞因子以自分泌或旁分泌的形式相互作用， 参与毛细血管的形成过程，其中包括VEGF、bFGF、TGF、HGF等， 这些细胞因子能上调内皮细胞uPA的表达，而uPA能激活纤溶酶， 并进而激活MMP，同时这些细胞因子也能直接诱导细胞MMP基因的转录，TIMP作为MMP的天然抑制物在多个环节发挥抑制新生血管形成的作用， 如阻碍MMP介导的内皮细胞移动、抑制基质中促血管生成因子的释放、防止ECM 降解等，体外测定中发现加入过量的TIMP-1或TIMP-2均可阻碍内皮细胞管的形成，进一步研究发现 TIMP抑制新生血管形成的作用与其抑制金属蛋白酶的活性无关， TIMP-2能抑制bFGF 刺激人微血管内皮细胞（HME）生长的作用，同时发现人工合成的金属蛋白酶抑制剂（BB94）和MMP- 2 抗体都不能抑制HME细胞的增殖效应。66kD的TIMP-1聚合物能抑制猴主动脉内皮细胞形成内皮细胞管的能力，但不抑制胶原酶活性近来， TIMP-1和TIMP-2能抑制血管生成素诱导的血管内皮细胞出芽，然而TIMP与MMP在肿瘤新生血管形成中的作用可能涉及更为复杂的机制。研究发现巨噬细胞产生的MMP- 12 能分解人纤溶酶原， 产生类血管抑素片段， 后者是有力的血管形成抑制物。基质溶素（MMP-7）、Ⅳ型胶原酶产生血管抑素碎片1由此可见TIMP与MMP 在肿瘤新生血管形成中起着重要的作用， 但其确切机制还有待于进一步研究。

2.1 与OSCC的关系：

口腔鳞癌是头颈部最常见的恶性肿瘤，占口腔癌的首位，恶性程度高、侵袭能力强、转移快，而且近年来有发病率增高，发病年龄下降的趋势。因此研究口腔鳞癌的侵袭转移，提高患者的治愈率和生存率是目前研究的焦点课题。研究发现有颈淋巴结转移的OSCC 比无颈淋巴结转移者有较高水平的MMP-2、9表达 。对 96例OSCC 组织进行免疫组化研究发现 ，MMP-2、9 表达增强的病例中ECM的染色减弱；在有侵袭和转移的病例中，MMP-2、9 表达增强。对106例头颈鳞癌手术标本进行检测，均有 MMP-2、9 的过度表达，而且进一步证实，有 MMP-2 表达的患者预后较差，

即使是区域淋巴结无转移的患者，也可能较早出现局部复发。大多数学者的研究结果认为 MMP-2 表达升高和活性增加与OSCC颈淋巴转移密切相关，但与其病理分级和临床分期无关。从目前研究的现状看，学者们一致公认的是MMPs不仅可作为OSCC 的标志物，而且还可作为评价OSCC侵袭、转移、判断预后的重要指标。

参考文献

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