高瑞琪，姜智雯，秦高偉，劉 新

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 口腔科，吉林 長春130033)

從世界范圍看，頭頸部惡性腫瘤的發(fā)病率較高，口腔惡性腫瘤屬于頭頸部腫瘤，位居全身惡性腫瘤的第六位。在我國，口腔頜面部的惡性腫瘤以鱗狀細胞癌最為多見，占80%以上?？谇话?OSCC)轉移是導致患者死亡的主要原因，在腫瘤轉移的過程中，腫瘤細胞誘導血管的形成、腫瘤細胞黏附能力的變化、破壞細胞外基質(ECM)，腫瘤細胞的運動能力和逃避免疫監(jiān)視對腫瘤的轉移也起了重要作用?；|金屬蛋白酶(MMPs)能降解細胞外基質，破壞物理屏障，有利于腫瘤細胞的移動，并為新生的血管提供空間。在不同的惡性腫瘤中，經常可以觀察到MMPS的過度表達[1],而MMP-9因其在腫瘤的侵襲，以及轉移中重要的作用使得它成為研究最廣泛的MMPs之一。近年來有研究發(fā)現(xiàn)MMP-9可以作為癌癥生物學標志物，用來明確癌癥的侵襲和轉移[2]。本文介紹了MMP-9在口腔癌轉移和侵襲中的作用及其在癌癥檢測診斷和治療中的研究進展。

1 MMP-9的生物學特點

1.1 MMP-9的來源與結構

MMPs是一個具有 20 多個不同成員的鋅依賴性內肽酶家族，最初在脊椎動物——北美蛙類尾巴中被發(fā)現(xiàn)[3]，可以分明膠酶、膠原酶、溶基質素、基質溶解素和膜型MMP等[1]。MMPS的表達受多種因素的影響，包括細胞因子、生長因子和腫瘤壞死因子等[4]，它可以在中性條件下與Zn2+或Ca2+等金屬離子結合而發(fā)揮作用。MMP-9是鋅依賴性內肽酶家族成員之一，也被稱為明膠酶B,通常在內皮細胞、成骨細胞、破骨細胞、巨噬細胞和惡性腫瘤細胞中表達[5]。MMP-9包含血紅素結合蛋白樣結構域、催化結構域、信號肽、鉸鏈區(qū)和前肽區(qū)，但其完整的蛋白酶結構仍不清楚。

MMP-9血紅素結合蛋白樣結構域是一個由四葉β螺旋槳組成的桶狀結構，可以與明膠或膠原蛋白等物底物相互作用，使得該區(qū)域對于底物識別的特異性有著重要作用；血紅素樣結合蛋白樣結構區(qū)域相對特殊性使得MMP-9在細胞功能中發(fā)揮不同的生物學作用。MMP-9的催化域包含Ⅱ型纖連蛋白(FN2)域、活性位點和鋅結合區(qū)，這些催化結構區(qū)域在該酶的催化活動中起著關鍵作用[6]，其中FN2域對某些底物的結合和降解有著非常重要的作用。MMP-9的鉸鏈區(qū)則賦予了血紅素結合蛋白樣結構域和催化結構域之間的靈活性，這對MMP-9的功能至關重要。MMP-9前肽區(qū)通過其半胱氨酸殘基中的巰基與Zn2+協(xié)同作用而調節(jié)酶的活性[2]。

1.2 MMP-9的激活與抑制

MMP-9由19個氨基酸組成的N端信號肽的前酶原在細胞內被合成，隨后它作為無活性的pro-MMP-9分泌到細胞外[7]。pro-MMP-9通過幾種不同的機制被激活，包括蛋白水解激活、活性氧氧化、蛋白質巰基亞硝基化和變構激活等。MMP-9需要在pro-MMP-9分泌后被其他蛋白質切割后才能激活[8]。MMP-3是MMP-9最有效的激活因子[9]，pro-MMP-9分泌后，MMP-3等蛋白酶可以通過從 pro-MMP-9 中去除N端前肽區(qū)域來切割無活性的 pro-MMP-9 從而產生活性 MMP-9，激活后的MMP-9 可以在 MMP-9 切割位點切割其底物。其他與pro-MMP-9激活有關的蛋白酶還包括纖溶酶、組織蛋白酶G、MMP-2、MMP-7、MMP-10 和 MMP-13[5]。

金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)是MMPs的特異性內源性抑制劑，可以與MMP-9的血紅素結合蛋白樣結構域結合形成復合物，從而阻止MMP-9的激活[2]。已經確定了四種不同的TIMPs,包括TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3 和 TIMP-4。TIMPs的激活和抑制在癌癥的生理病理中發(fā)揮著重要作用。另外一些人工改性的擬肽、非擬肽、化學改性四環(huán)素等也被用作基質金屬蛋白酶抑制劑(MMPIs),MMPIs通過與催化結構域中的Zn2+結合而發(fā)揮作用，它可以抑制MMPs的活性，從而作為抗腫瘤藥物應用于癌癥的治療[10]。

1.3 MMP-9的生物學功能

MMP-9可以降解基底膜(BM)，并可以使ECM及細胞外環(huán)境中的蛋白質降解，參與ECM的重建[11]，同時也可以改變細胞與細胞、細胞與ECM的相互作用[4]。通過這些作用使得MMP-9在癌細胞及癌癥的遷移和侵襲、腫瘤的轉移、血管生成以及腫瘤相關炎癥中發(fā)揮重要作用。

2 MMP-9與OSCC

2.1 MMP-9與OSCC的侵襲和轉移

在正常情況下，MMPs在機體內被嚴格調控并低水平表達，而MMPs的失調與過度表達則會引起癌癥在內的各種疾病[1]。MMP-9與OSCC在內的許多癌癥的侵襲和轉移有關。MMP-9在BM的降解中發(fā)揮著重要的作用，BM中的IV型膠原蛋白等可以被MMP-9降解從而使BM遭到破壞，物理屏障——BM的破壞通常被認為是腫瘤侵襲和轉移的重要步驟。MMP-9還可以通過切割細胞外基質蛋白以調節(jié)ECM重塑，它通過對ECM成分中Ⅱ、IV和V型膠原蛋白以及明膠的蛋白水解，從而促進癌細胞的擴散[12]。除此之外，MMP-9還可以通過調節(jié)血管內皮生長因子(VEGF)、促轉化生長因子(pro-TGF-β1)和促腫瘤壞死因子(pro-TNF-α)等來調節(jié)癌癥的發(fā)展[4]。一些研究發(fā)現(xiàn)OSCC患者中MMP-9的高水平表達與區(qū)域淋巴結的遠處轉移以及預后不良有關。

2.2 MMP-9與OSCC血管生成

實體腫瘤在沒有新生血管形成的情況下只能生長1-2 mm，新生血管的形成可以為腫瘤細胞提供營養(yǎng)和氧氣并支持其代謝活動，從而能夠支持腫瘤更大的生長，在OSCC發(fā)展過程中，血管生成不僅與腫瘤生長有關，還與腫瘤的轉移有關。MMP-9在血管生成的調控中有著雙重作用。一方面，MMP-9通過從細胞外多糖中釋放和激活VEGF來增強血管的生成，從而增強癌細胞的生長并促進轉移。有研究發(fā)現(xiàn)MMP-9 和 VEGF 在侵襲性 OSCC 和轉移性腫瘤中的表達水平明顯高于非轉移性腫瘤[13]。MMP-9還可以通過調節(jié)抗血管生成因子來抑制血管生成。與已發(fā)生多淋巴轉移的原發(fā)腫瘤相比，未轉移的 OSCC 原發(fā)腫瘤有著較高的內皮抑素水平，而在侵襲性腫瘤中可以觀察到XVIII型膠原蛋白表達水平的降低 。這與MMP-9可以降解XVIII型膠原蛋白有關。MMP-9降解XVIII型膠原蛋白同時導致內皮抑素的釋放，內皮抑素可以抑制血管的生成和內皮細胞的遷移。MMP-9可以使纖維酶原降解而產生血管抑制素，進而影響腫瘤細胞的生長[4]。除了內皮抑素和血管抑制素，MMP-9 還降解IV型膠原蛋白后還可以產生腫瘤抑素，腫瘤抑素亦可以抑制腫瘤中血管的生長。

2.3 MMP-9與OSCC相關的炎癥

MMP-9與急性或慢性炎癥相關，它可以促進炎癥發(fā)展或者發(fā)揮消炎作用[3]。在OSCC中，無活性的轉化生長因子β1(TGF- β1)可以被MMP-9激活；腫瘤細胞可以分泌白細胞介素1 β(IL-1β)并誘導脂質運載蛋白2的表達；脂質運載蛋白2、MMP-9 和脂質運載蛋白 2/MMP-9 復合物的血漿水平與OSCC患者的腫瘤大小及臨床階段有關。趨化因子CXCL8可誘導中性粒細胞釋放MMP-9，CXCL8 表達增加與癌細胞遷移，誘導OSCC侵襲有關；趨化因子受體CXCR4 通過調節(jié) MMP-9 表達來調節(jié) OSCC 的侵襲。在OSCC中TGF-1β的水平升高可以導致轉錄因子Snail表達增強，Snail可以增加MMP-9的表達并觸發(fā)上皮間質轉化(EMT)，隨后癌細胞改變它們的形態(tài)并減少它們的細胞間及細胞與基質的黏附，這使得癌細胞的侵襲和轉移能力增強。

3 OSCC中MMP-9的研究進展

MMP-9在宮頸癌、卵巢癌、乳腺癌、結直腸癌、胰腺癌和OSCC中有著重要的預后意義，有研究表明MMP-9 作為各種癌癥的潛在生物標志物有著重要的價值[2，14]。MMP-9的水平可以通過免疫組化分析、明膠酶譜、聚合酶鏈反應(PCR)以及酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)來測定。一些研究證實唾液中MMP-9水平可作為OSCC篩選和預后的標志物[15]，這種方法也因其操作簡單、成本低廉等優(yōu)點成為了高質量醫(yī)療保健領域的研發(fā)前沿。MMP-9因其在腫瘤生長、轉移和調節(jié)血管生成中的重要作用，被認為是OSCC在內的多種癌癥抗癌藥物的重要靶點，調節(jié)和抑制MMP-9成為了癌癥治療的一種重要方法，這也使得對該酶家族的臨床有效拮抗劑的開發(fā)引起了極大的關注。許多MMP-9抑制劑已被用于治療癌癥，但是大多數(shù)的MMP-9抑制劑因其選擇性差、效果不明顯以及抑制其他具有類似親和力的基質金屬蛋白酶而使其臨床應用受阻。近年來聯(lián)合分子建模技術，關于MMP-9抑制劑的相關研究取得了一些進展。在一些研究中通過應用藥效團映射、分子對接分析、三維定量結-活性關系(3D-QSAR)和分子動力學模擬等技術等來篩選MMP-9 抑制劑[16-18]。除此之外，定量活性-活性關系(QAAR) 也被應用于設計選擇性 MMP-9抑制劑[19-20]。根據這些分子建模技術，高效和選擇性強的MMP-9抑制劑被開發(fā)設計用于抗癌治療成為了可能。

4 結語

MMP-9與OSCC的發(fā)生、發(fā)展及遠處轉移密切相關。MMP-9 作為各種癌癥的潛在生物標志物，可以檢測OSCC的進展、轉移能力及預后，也可以作為疾病的篩查指標以實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)早治療；同時，針對MMP-9的靶向抗癌藥物治療策略或者MMP-9抑制劑的開發(fā)及使用也為OSCC的臨床治療提供了新的研究方法和方向。