MT1-MMP 与甲状腺乳头状癌侵袭转移的研究进展

2020-02-16 11:31翁懿晖曹农

医学综述 2020年6期

翁懿晖，曹农

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州730000;2.兰州大学第一医院普外科，兰州730000)

甲状腺乳头状癌来源于甲状腺滤泡细胞，是甲状腺癌最常见的病理类型，成人及儿童均可患病，女性发病率较男性高，且分化程度较高，恶性程度较低。随着诊断技术的不断提高，甲状腺癌的发病率呈上升趋势，但甲状腺癌的病死率变化不大［1］。大多数甲状腺乳头状癌临床表现为惰性，其基因组结构简单，拷贝数变化少，是目前经全外显子组测序研究恶性肿瘤中突变密度最低的癌症之一［2］。甲状腺乳头状癌具有侵袭和转移的潜力，但由于甲状腺周围存在纤维包膜，甲状腺乳头状癌等转移常常局限于局部颈部淋巴结［3］。

Sato 等［4］从人类cDNA 文库中选取的一段独特的cDNA 编码的特殊蛋白——膜型基质金属蛋白酶-1(membrane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP)，其以酶原形式存在于细胞内，根据协调机制迁移到细胞表面并活化，在细胞表面聚集，并表达于侵袭性肿瘤细胞表面。甲状腺良性组织中也有MT1-MMP的表达，但是在甲状腺乳头状癌组织中，MT1-MMP的表达明显升高。MT1-MMP 表达水平与甲状腺乳头状癌的侵袭、浸润及转移密切相关，影响患者预后［5-6］。目前，手术治疗是甲状腺乳头状癌的主要治疗方式，尚未找到有效的靶向治疗药物。由于MT1-MMP 在甲状腺乳头状癌病程发展过程中具有重要作用，因此，通过对MT1-MMP 在促进甲状腺乳头状癌侵袭、转移等恶性过程中的研究，有助于明确甲状腺乳头状癌的发病机制，以研发治疗甲状腺乳头状癌的靶向药物和寻找相关预测指标。现对MT1-MMP 与甲状腺乳头状癌侵袭转移关系的研究进展予以综述。

1 MT1-MMP 的活化过程

现已发现20 多种基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)，大多数MMPs 以水溶性酶形式存在，其中一类可锚定于细胞膜表面，被称为膜型基质金属蛋白酶(membrane-type matrix metalloproteinase，MT-MMP)，MT1-MMP 是首个被发现的MT-MMP，在肿瘤的侵袭、转移等方面起重要作用。研究表明，MT1-MMP 以酶原形式存在于细胞内，需要活化前MT1-MMP 才能发挥其蛋白水解等功能，进而促进甲状腺乳头状癌的侵袭、转移等相关的恶性过程。MT1-MMP肽前C 端的氨基酸基序(Arg-Arg-Lys-Arg111)是潜在的弗林蛋白酶特异性识别位点，弗林蛋白酶可裂解Arg111-Try 之间的肽键，去除起调节功能的肽前结构域，从而产生MT1-MMP 的活化形式，此途径依赖于弗林蛋白酶，主要用于活化锚定于细胞膜表面的MT1-MMP［7］。但是Jaaks 等［8］发现，在缺乏弗林蛋白的RPF.40 细胞中，MT1-MMP 可被活化并发挥其蛋白水解功能;可见还存在一个不依赖弗林蛋白酶的MT1-MMP 活化途径，进一步研究发现，不依赖弗林蛋白酶的MT1-MMP 活化途径也需要前MT1-MMP与细胞表面连接，才能将MT1-MMP 活化，但此途径的具体机制尚不明确，还需进一步的研究。

2 MT1-MMP 通过多种途径促进甲状腺乳头癌进展

2.1 MT1-MMP 促进甲状腺乳头状癌肿瘤细胞迁移甲状腺乳头状癌组织大多被纤维包膜包裹，故其发生侵袭转移时需要先突破纤维包膜的限制。Okada等［9］通过免疫组织化学实验发现，MT1-MMP 在甲状腺乳头状癌肿瘤细胞中呈高表达，但MT1-MMP不能在肿瘤细胞中转录;随后采用RNA 原位杂交方法(使用cDNA 探针)检测出83 例人类肿瘤标本存在MT-MMP 基因表达，并在肿瘤组织基质成纤维细胞中发现了MT-MMP 的转录，表明MT1-MMP 通过多种途径降解细胞外基质，从而促进肿瘤细胞的迁移。MT1-MMP 可通过与Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅲ型胶原、明胶、纤连蛋白等细胞外基质连接，直接降解多种细胞外基质，从而使甲状腺乳头状肿瘤细胞突破纤维包膜的限制，其中Ⅰ型胶原在细胞外基质中的含量最丰富，也是MT1-MMP 的主要作用靶点［10］。

Kajita 等［11］对表达CD44 但缺乏MT1-MMP 加工位点特殊突变体的研究发现，在该突变体中，CD44 与MT1-MMP 共表达并未导致细胞脱落，也未促进细胞迁移，可见，细胞中MT1-MMP 和CD44 的共表达可促进细胞迁移;进一步研究发现，MT1-MMP 作为CD44 的加工酶，可将CD44 裂解为可溶性70 kD片段并释放到培养基中，刺激细胞运动，促进细胞迁移。此外，MT1-MMP 还可加工处理整合素等多种细胞黏附分子，调控细胞与细胞外基质的相互作用，最终促进细胞迁移［10］。

甲状腺乳头状癌分化程度高，无淋巴或远处转移患者的预后较好，存在淋巴或远处转移患者预后较差，5 年生存率较低。由此可见，MT1-MMP 可促进甲状腺乳头状癌患者癌细胞的迁移，严重影响患者预后。

2.2 MT1-MMP 促进甲状腺乳头状癌的侵袭转移

MT1-MMP 不仅可直接分解细胞外基质并调控细胞黏附分子，还可通过活化其他MMPs 促进甲状腺乳头状癌的侵袭转移等恶性过程。研究发现，MMP-2、MMP-9 主要定位于肿瘤细胞，且MMP-2、MMP-9 的高表达与肿瘤体积、淋巴结转移、临床分期、甲状腺内侵犯、血管侵犯等显著相关;在甲状腺乳头状癌肿瘤细胞中，MMP-2、MMP-9 的活性增加，并在甲状腺乳头状癌的侵袭转移过程中起重要作用［12］。

目前，对MT1-MMP 与MMP-2 的研究较多，其机制亦较明确。Nakamura 等［3］发现，MMP-2 在甲状腺乳头状癌中呈明显高表达，前体(precursor，pro)-MMP-2 的产生及其介导的MT1-MMP 活化在侵袭性甲状腺乳头状癌的淋巴结转移中发挥重要作用。MMP-2 是一种Ⅳ型胶原酶，活化的MMP-2 可降解多种细胞外基质，细胞表面的pro-MMP-2 与MT1-MMP结合后，可被MMP-2 激活［10］。pro-MMP-2 的活化还需要MT1-MMP 的参与，金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)-2 的N 端结构域与MT1-MMP 的催化结构域结合后，其C 端结构域与pro-MMP-2 血凝蛋白样结构域结合，形成三分子复合物，邻近复合物的MT1-MMP 裂解pro-MMP-2 的前肽键，进而生成中间形式，随后pro-MMP-2 通过自蛋白水解机制转化为活化MMP-2。在此过程中，TIMP-2 与MT1-MMP 形成的复合物起重要作用，它是pro-MMP-2 结合到细胞表面的受体，在缺失TIMP-2 的细胞中，即使存在大量MT1-MMP，pro-MMP-2 也不能被激活，但加入外源性TIMP-2 并经过短暂孵育后，大量pro-MMP-2 即可转化为活性形式，与TIMP-2 结合的MT1-MMP 无pro-MMP-2 活化作用，其水解作用被TIMP-2 抑制，需要其他能够与TIMP-2 结合的MT1-MMP 裂解pro-MMP-2 的前肽键才能活化［13-14］。此外，MT1-MMP 还可活化MMP-7、MMP-9 等MMPs，也可起到促进甲状腺乳头状癌侵袭转移等作用。pro-MMP-2 的活化是位于细胞表面，因此MT1-MMP 的跨膜结构域至关重要。研究发现，无跨膜结构域的MT1-MMP 可能无激活MMP-2 等MMPs 的能力［9］。

2.3 MT1-MMP 增强甲状腺乳头状癌肿瘤细胞的葡萄糖代谢率除蛋白水解作用外，MT1-MMP 还具有非蛋白水解作用，可以增强缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的活性，进而增强肿瘤细胞的葡萄糖代谢率。MT1-MMP 位于细胞质内的尾段，与缺氧诱导因子-1 抑制因子(factor-inhibiting HIF-1，FIH-1)结合后，可使FIH-1 和Mint3(munc18-1-interacting protein 3)之间的结合更稳定，而FIH-1 与Mint3 结合不能发挥羟基化HIF-1 的作用，FIH-1 抑制HIF-1 的作用减弱，导致HIF-1 表达增强。因此，MT1-MMP 可通过增强常氧状态下FIH-1 与Mint3 的结合减少HIF-1 的羟基化，进而促进HIF-1 的表达［15］。肿瘤细胞中HIF 活性的增强，可以增强肿瘤细胞的葡萄糖代谢率，对肿瘤的发生、侵袭及转移等过程都具有重要作用。MT1-MMP 通过其非蛋白水解功能，增强HIF 的表达，从而促进甲状腺乳头状癌的发生、侵袭以及转移等过程。

2.4 MTI-MMP 促进甲状腺乳头状癌的新生血管形成甲状腺乳头状癌的进展与肿瘤组织新生血管的形成密切相关。多项研究认为，肿瘤的发展及其侵袭转移依赖于肿瘤组织新生血管的形成，尤其是体积＞3 mm3肿瘤组织更需要新生血管提供营养支持［16-19］。研究发现，MT1-MMP 基因缺乏小鼠骨骼发育和血管生成存在严重缺陷，较其他MMP 缺乏小鼠(如MMP-2 缺乏小鼠)严重，提示MT1-MMP 在血管生成和骨骼生长过程中发挥着极其重要的作用［20-21］。由此可见，MT1-MMP 可通过促进新生血管形成促进甲状腺乳头状癌的发生和进展。

3 针对MMT1-MMP 的甲状腺乳头状癌靶向抑制剂

鉴于MT1-MMP 在甲状腺乳头状癌中的重要作用，对MT1-MMP 抑制剂的研究受到广泛关注。机体自身具有调节MT1-MMP 表达的能力，如机体可通过分泌TIMPs 抑制MMPs 的产生。目前发现的TIMPs 主要有TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4 四种，与肿瘤的侵袭转移等过程密切相关，其作用涉及正常组织重塑过程(如新生血管生成)以及基质降解的病理过程(如肿瘤侵袭)，由MMPs 及TIMPs 的活性不平衡导致［22-23］。TIMPs 分泌减少及其活性减退可导致甲状腺恶性肿瘤细胞外基质的降解，进而促进甲状腺癌的浸润和转移［24］。有研究发现，TIMP-2、TIMP-3 和TIMP-4 可抑制MT1-MMP 的活性，其中TIMP-2 的抑制作用最明显，而TIMP-1 对MT1-MMP 的抑制作用较弱［25］。TIMP-2 可与活化的MTI-MMP 形成稳定复合物，进而抑制MT1-MMP的蛋白水解活性，并抑制MT1-MMP 对MMP-2 等MMPs 的活化［7］。由此可见，TIMP 调节作用的失衡与甲状腺乳头状癌的侵袭转移相关。另有研究发现，经治疗的TIMP-1 表达水平较低分化型甲状腺癌患者的复发率更高，提示TIMP-1 可下调甲状腺癌患者体内MMPs 的活性，抑制甲状腺癌的复发［26］。

此外，Kazal 基序富含半胱氨酸的逆转诱导蛋白和Tes-3(包括其变体N-Tes)也可针对性地抑制MT1-MMP 的活性。Kazal 基序富含半胱氨酸的逆转诱导蛋白是一种膜锚式蛋白酶抑制剂，主要集中于质膜表面，可调节细胞表面的局部蛋白水解作用，并可抑制MMP-2、MMP-9、MT1-MMP 等活性［27-28］。Tes-3作为MT1-MMP 和MT3-MMP 的抑制剂，其N 端独特的结构域可抑制MT1-MMP 和MT3-MMP 的活性，可间接抑制MT1-MMP 或MT3-MMP 激活pro-MMP-2 的过程，进而抑制甲状腺乳头状癌的侵袭和转移［29］。

MT1-MMP 在甲状腺乳头状癌侵袭转移等过程具有重要作用，对MT1-MMP 的选择性抑制剂的研究也在进行中。目前针对MT1-MMP 催化结构域的抑制剂包括valo-po2-leu 磷酸阿米酯支架以及环状肽等［30-31］。此外，针对MT1-MMP 血凝蛋白域的靶向抑制剂也可抑制MT1-MMP 活性，MT1-MMP 中的血凝蛋白结构域较催化结构域更保守，却是MT1-MMP发挥活性作用必不可少的结构。Remacle 等［32］报道了第一个以MT1-MMP 血凝素为靶点的小分子——NSC405020，能够抑制乳腺癌动物模型MCF7 细胞的生长。

目前研究的MT1-MMP 非蛋白水解作用靶向抑制剂针对MT1-MMP/Mint3/FIH-1 轴，主要适用于预防标准治疗后的肿瘤复发，但，MT1-MMP/Mint3/FIH-1 轴在低氧环境下的作用较差，因此，此类靶向药物对处于低氧状态的大型肿瘤的治疗效果欠佳［15］。随着医疗水平的提高，目前临床瘤体较大甲状腺乳头状癌已很少见，而体积较小甲状腺乳头状癌的肿瘤组织一般亦不处于低氧环境，故针对MT1-MMP/Mint3/FIH-1 轴治疗甲状腺乳头状癌的特异性靶向抑制剂的研究具有现实临床意义，但仍需要进一步的研究。微RNA 亦参与了肿瘤的进展。有研究发现，miR-584-5p 可抑制蛋白和信使RNA 水平上MMP-14 的表达，目前尚无微RNA 与MT1-MMP关系的研究，但其可能是未来的研究方向之一［33］。

4 MT1-MMP 在预测甲状腺乳头状癌患者预后中的应用

目前临床上主要通过分析甲状腺乳头状癌的病灶大小、侵袭浸润程度、颈部淋巴结和远处转移等预测患者预后，尚未确定明确的预测患者预后的指标。对甲状腺癌组织标本进行的MT1-MMP 免疫组织化学发现，未广泛染色者的初次手术治疗等治愈率更高［34］。另有研究发现，存在颈部淋巴结转移或包膜侵犯的甲状腺乳头状癌患者癌组织中的MT1-MMP 阳性率明显高于无颈部淋巴结转移或包膜侵犯者［35-36］。可见，MT1-MMP 阳性患者的预后可能更差，即患者MT 阳性评分越高，可能预后越差，MT1-MMP 阳性患者术后需要更频繁的复查，以便及时了解病情变化。由此认为，MT1-MMP 可用于判断甲状腺乳头状癌的恶性程度及患者预后。目前，MT1-MMP 与甲状腺乳头状癌预后的关系尚缺乏相关研究证据，仍有待进一步的研究。

5 小结

MT1-MMP 在甲状腺乳头状癌的侵袭及细胞迁移等过程中起重要作用，主要通过直接分解细胞外基质、调控细胞黏附分子以及活化MMP-2、MMP-7 等MMPs 起作用，还可通过非蛋白水解作用增强HIF表达并促进新生血管形成等。目前已知的针对MT1-MMP 的相关抑制剂较多，如人体自身分泌的TIMP-2、Kazal 基序富含半胱氨酸的逆转诱导蛋白、Tes、微RNA 等，还有很多针对MT1-MMP 不同功能域的特异性抑制剂。