细胞外基质金属蛋白酶诱导因子与恶性肿瘤

    作者：黄志权综述 黄洪章审校    作者单位：1.中山大学附属第二医院口腔颌面外科 广东 广州 510120；2.中山大学光华口腔医学院·附属口腔医院口腔颌面外科 广东 广州 510055

    【摘要】  细胞外基质金属蛋白酶诱导因子广泛地存在于人体各种肿瘤组织中诱导基质金属蛋白酶的产生，从而促进肿瘤的侵袭并在恶性肿瘤的生长、浸润、转移和诱导肿瘤组织的恶性潜能等方面起重要作用。下面就细胞外基质金属蛋白酶诱导因子的作用机制、调节以及与口腔颌面部肿瘤的关系作一综述。

    【关键词】  细胞外基质金属蛋白酶诱导因子； 基质金属蛋白酶； 恶性肿瘤

    Relationship between extracellular matrix metalloprotease inducer and malignant tumors  HUANG Zhi-quan1, HUANG Hong-zhang2. （1. Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, The Second Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510120, China； 2. Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, Guanghua College of Stomatology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510055, China）

    [Abstract]  The expression of extracellular matrix metalloprotease inducer（EMMPRIN） raises significantly in many malignant tumors. Many studies have shown that EMMPRIN can facilitate the invasion of malignant tumours via stimulating matrix metalloprotease（MMP） production and play an important role in growth, invasion, metastasia and malignant potential of tumors. The advanced research about action mechanism and regulation of EMMPRIN, as well as relationship between EMMPRIN and oral and maxillofacial tumors, will be reviewed in this article.

    [Key words]  extracellular matrix metalloprotease inducer； matrix metalloprotease； malignant tumor

    基质金属蛋白酶（matrix metalloprotease，MMP）介导的组织内基膜的降解在肿瘤的生长、血管形成、局部侵袭和远处转移中发挥着重要的作用，MMP诱导因子（extracellular matrix metalloprotease inducer，EMMPRIN）诱导邻近的成纤维细胞产生MMP是促进肿瘤侵袭和转移的关键步骤。同时，EMMPRIN在多种恶性肿瘤组织中表达升高，与恶性肿瘤的病理类型和预后密切相关，可作为判断肿瘤预后的重要指标。

    1  EMMPRIN的分子结构和生物化学特性

    EMMPRIN曾被Ellis等[1]命名为肿瘤细胞起源的胶原酶刺激因子（tumor cell-derived collagenasestimulatory factor，TCSF）。后来的研究发现其同样存在于人体正常的组织中，能显著诱导MMP的产生，所以Biswas等[2]将其重新命名为EMMPRIN。EMMPRIN是一种相对分子质量（relative molecular mass，Mr）约为5.8×104的跨膜蛋白，属免疫球蛋白家族成员。人体的EMMPRIN基因位于19q13.3，长约60 kb，包含7个外显子和6个内含子，编码产生248个氨基酸组成的蛋白质。EMMPRIN蛋白质由2个胞外段、1个胞内段和1个跨膜段组成。其中，1）N端胞外部分，由185个氨基酸残基组成，包含4个半胱氨基酸残基和2个特征性的免疫球蛋白折叠区域；N端的免疫球蛋白折叠结构域属于C2型，是EMMPRIN蛋白拮抗受体效应的功能活性区域，包括诱导MMP的生成和EMMPRIN蛋白的低齐聚化；而靠近细胞膜的IgSF结构域属于V型，其主要功能是和窖蛋白结合并调节EMMPRIN蛋白的功能。2）跨膜部分，由24个氨基酸组成，包括3个亮氨酸残基和1个苯丙残基，构成典型的亮氨酸拉链；该跨膜部分在不同种属来源的EMMPRIN蛋白中呈现高度的保守性。3）C端，由39个氨基酸组成[2-3]。胞膜外区还有3个相似的N-糖基化天冬酰氨序列，其糖基化程度在不同组织中各不相同，导致该段蛋白片段不同的Mr。由于天冬酰氨序列糖基化程度的不同，不同组织纯化EMMPRIN的Mr为（4.4～6.6）×104不等[3-4]。

    糖基化在EMMPRIN蛋白发挥如诱导MMP生成等功能中发挥重要作用，去糖基化的EMMPRIN蛋白不仅失去诱导MMP生成的功能，亦使其正常生理功能受到抑制[3]。 EMMPRIN广泛存在于人体正常组织中，如角质细胞、胚胎上皮细胞和血管内皮细胞等，参与构成人体的血脑屏障，同时参与创伤愈合、组织修复、妊娠和胚胎发育等众多的生理过程[5]。EMMPRIN主要参与细胞和细胞或细胞和基质之间的黏附，肿瘤细胞来源的EMMPRIN可刺激人成纤维细胞和内皮细胞分泌MMP，参与破坏天然组织机械屏障并有助于癌细胞的侵袭和扩散[6-7]。

    2  EMMPRIN在肿瘤组织中的表达和作用机制

    2.1  EMMPRIN在肿瘤组织中的表达

    EMMPRIN在人体许多恶性肿瘤细胞中的表达水平明显升高，如卵巢癌、胰腺癌、肝癌等，并在恶性肿瘤的生长、浸润、转移和诱导肿瘤组织的恶性潜能等方面起重要作用[8-10]。

    卵巢癌患者79％的癌组织和85％的渗出液中可检测到EMMPRIN的mRNA及其蛋白质，而且EMMPRIN蛋白的表达与卵巢癌患者的低生存率相关[8]。这提示EMMPRIN可作为判断卵巢癌预后的标记物。EMMPRIN蛋白的表达与胰腺癌的病理分级和临床分期明显正相关，EMMPRIN蛋白表达阳性的胰腺癌患者的生存时间显著缩短[9]，即EMMPRIN可作为判断胰腺癌预后的生物学标记。在正常肝脏组织，EMMPRIN均为阴性；而在肝癌组织中，EMMPRIN阳性率达100％。因此，EMMPRIN与肝癌恶性程度相关，可作为判断肝癌是否具备高侵袭潜能的指标[10]。在其他肿瘤中，EMMPRIN与大肠癌、胃癌、非小细胞肺癌、霍奇金病、膀胱癌、口腔癌等恶性肿瘤明显相关，并在其生长、浸润、转移和诱导其恶性潜能等方面起重要作用，可作为判断其预后的重要指标。

    2.2  EMMPRIN在肿瘤组织中的作用机制

    针对上述研究，学者们对EMMPRIN的作用机制进行深入的研究，明确了EMMPRIN在恶性肿瘤的生长、浸润和转移中的部分作用机制。EMMPRIN主要参与细胞和细胞或细胞和基质之间的黏附，通过激活磷脂酶A2、5-脂氧合酶和促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein ki-nase，MAPK）p38激酶信号通路刺激人成纤维细胞和内皮细胞分泌MMP-1、2、3[6，11]；在EMMPRIN刺激多种MMP生成的同时，MMP的组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloprotease，TIMP）-1和2却无作用[7，12]。MMP与TIMP的比值能较为客观地反映肿瘤组织中细胞外基质的生成和降解间的平衡情况[13]。EMMPRIN通过促进MMP的生成使其质量增加，从而使MMP与TIMP的比值上升，致肿瘤组织中细胞外基质降解增加，从而促进肿瘤的侵袭[7，14]。基质成纤维细胞中MMP的表达程度与EMMPRIN的表达程度相一致，即EMMPRIN在肿瘤组织中诱导成纤维细胞生成MMP的过程中发挥关键性作用[7，12，15]。Tang等[16]在通过共培养EMMPRIN阳性的肿瘤细胞和成纤维细胞模拟肿瘤-基质相互作用的模型中发现，肿瘤细胞除刺激成纤维细胞产生MMP外，亦促进本身EMMPRIN蛋白的产生。另外，EMMPRIN刺激MMP活性升高，导致细胞膜表面的与膜相联的EMMPRIN蛋白裂解增加并释放出可溶性的EMMPRIN蛋白。这些蛋白通过旁分泌途径进一步促进临近肿瘤的成纤维细胞产生MMP和EMMPRIN，形成正反馈的调节机制，促进肿瘤的生长、转移和血管形成。肿瘤细胞微泡释放的EMMPRIN蛋白迅速裂解为具有功能活性的EMMPRIN蛋白，刺激肿瘤周围的成纤维细胞产生MMP并促进肿瘤的生长和转移[17]。这一过程依赖蛋白激酶C、Ca2＋细胞内信号通路以及MAPK和细胞外信号调节激酶。

    除此之外，EMMPRIN还介导肿瘤血管的生成。血管内皮生长因子（vascular endothelial growthfactor，VEGF）对EMMPRIN和MMP呈剂量依赖性，EMMPRIN的过表达促进血管内皮生长因子表达[18-19]。在肿瘤细胞和成纤维细胞中，EMMPRIN通过P13K-Akt调节VEGF的产生。在动物试验中，EMMPRIN刺激肿瘤血管生成和生长，反义EMMPRIN可抑制肿瘤血管的生成和生长。在人体乳腺癌细胞中，改变EMMPRIN水平可影响血管内皮生长因子的mRNA及其蛋白质水平。上述结果表明，EMMPRIN通过刺激MMP和VEGF的生成并通过肿瘤-基质介导的相互作用和直接作用参与肿瘤血管的形成，促进恶性肿瘤的侵袭。Marieb等[20]在转染并增加EMMPRIN在低侵袭性的乳腺癌细胞系MDA MB-436中的表达时发现，EMMPRIN促进MDA MB-436的非锚地依赖性生长和玻璃酸的形成，同时增加肿瘤细胞的侵袭能力；而EMMPRIN蛋白通过玻璃酸促进肿瘤细胞的非锚地依赖性生长。因此，EMMPRIN对肿瘤细胞的恶性特征的维持、非锚地依赖性生长以及化疗抵抗起重要作用。

    3  EMMPRIN蛋白的调节

    研究表明，EMMPRIN在人体许多恶性肿瘤细胞中的表达明显升高，可作为肿瘤生物治疗的靶点。EMMPRIN作为自身正向调节因子，通过正反馈调节自身基因的表达[3，16]。Menashi等[21]对乳腺癌的研究发现，安非调节蛋白（Amphiregulin）和表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）通过表皮生长因子受体酪氨酸激酶的激活调节EMMPRIN蛋白的合成及其mRNA的表达，通过转染阻断安非调节蛋白和EGF的cDNA转录则可阻断EMMPRIN的表达和MMP的活性，即EGF受体在此调节通路中起关键作用。Pushkarsky等[22]发现，亲环素-60在EMMPRIN蛋白由细胞内向细胞表面的转导中起重要作用，利用RNA干扰抑制亲环素-60的表达，可以有效地降低细胞表面EMMPRIN蛋白的表达。

    EMMPRIN蛋白细胞外段靠近胞膜的IgSF结构与窖蛋白结合并调节EMMPRIN蛋白的功能。Tang等[23]发现，上调窖蛋白不仅降低肿瘤细胞表面EMMPRIN的聚合，亦使成纤维细胞合成MMP降低；通过RNA干扰下调窖蛋白，可使EMMPRIN出现高糖基化的聚合，刺激MMP的合成增加。研究提示，窖蛋白是EMMPRIN聚合和MMP合成负性调控因子，并通过二者的作用发挥抑瘤作用。也有研究发现，窖蛋白可上调EMMPRIN的糖基化，增加MMP的合成，从而促进小鼠肝癌细胞的侵袭和淋巴转移。可见，窖蛋白是EMMPRIN正相调控因子[24]，但窖蛋白对EMMPRIN的调节机制还有待进一步研究。

    4  EMMPRIN蛋白与颌面部肿瘤的关系

    2000年，Bordador等[25]在利用免疫组化和原位杂交技术对正常的口腔黏膜和口腔鳞状细胞癌活体标本中EMMPRIN的表达情况进行研究时发现，EMMPRIN在正常的口腔黏膜上皮细胞膜弱表达，在基底细胞层的表达略为增强，而在口腔鳞状细胞癌病变组织强阳性表达；同时，EMM-PRIN的抗体可阻止MMP-2的表达。EMMPRIN在口腔鳞状细胞癌中的高表达致肌钙蛋白C沉积，增强了肿瘤细胞的活动和侵袭性。

    Vigneswaran等[26]应用反转录-聚合酶链反应、蛋白印迹和免疫组化等技术发现，EMMPRIN表达阳性的细胞在正常口腔黏膜、良性过度角化和炎症性口腔病变中仅限于基底层细胞，在不典型的口腔白斑中扩散至浅层细胞，且原发性和转移口腔黏膜鳞状细胞癌呈强阳性表达。该研究表明，EMMPRIN过表达于口腔黏膜癌变的早期阶段，在口腔黏膜鳞状细胞癌发生过程中起重要的作用。

    在成釉细胞瘤中，EMMPRIN主要表达于肿瘤细胞中，而且在不同类型的成釉细胞瘤中表达差别不大。即EMMPRIN通过诱导MMP的产生，促进牙源性上皮肿瘤中肿瘤细胞的侵袭[27]。免疫组化研究发现，在涎腺正常组织、多形性腺瘤、涎腺恶性肿瘤当中，EMMPRIN阳性率依次升高。即EMMPRIN通过刺激MMP的生成，使不同涎腺肿瘤中MMP的表达不同程度地增加，MMP与TIMP的比值上升，从而打破细胞外基质生成和降解间的平衡，使不同的涎腺肿瘤具有相应的侵袭性和恶性潜能。EMMPRIN 的表达与涎腺肿瘤侵袭性的生物学行为密切相关[28]。

    5  展望

    已有研究将抗EMMPRIN特异性单克隆抗体注入到肝细胞癌异种移植物上，明显地抑制了肿瘤的生长和远处转移。相信随着研究的逐渐深入，EMMPRIN有望成为一些肿瘤的早期诊断、评价预后和恶性分级的重要指标[29]，有望为临床治疗肿瘤提供新的策略和方案。

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