Snail、MMP-9、VEGF在结直肠癌中的表达及进展.pdf

820DOI:10.16096/J.cnki.nmgyxzz.2023.55.07.012内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期Snail、M M P9、V EG F 在结直肠癌中的表达及进展葛淑敏1,王哲汶,武金宝3（1.内蒙古科技大学包头医学院，内蒙古包头0 140 0 0；2.东胜区人民医院，内蒙古郭尔多斯0 17 0 0 0；3.包头医学院第二附属医院消化科，内蒙古包头0 140 0 0)关键词】结直肠癌;Snail;MMP一9;VEGF；上皮间质化；血管生成【中图分类号】R735.3+4【文献标识码】A文章编号】10 0 4-0 951(2 0 2 3)0 7-0 8 2 0-0 5结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)属黏膜上皮肿瘤,是目前较常见恶性癌症之一。随着经济及生活水平的全面提升，饮食趋向多元化，丰富且过于精细,结直肠癌的发病率整体呈上升趋势1。在西方国家,其病死率排名第二，仅次于肺癌2 。据研究发现，目前国内结直肠癌已排在癌症致死因素和常见的恶性肿瘤第五位，且逐渐年轻化3。全球范围内，每年约12 5万人确诊为结直肠癌，其中约半数人死于该病4。早期CRC由于症状体征不明显,极容易忽视，研究发现早期的CRC术后治疗可以保障5年的生存率高达9 5%，大部分患者可以达到完全自愈，反观约8 5%的结直肠癌患者发现时已经是中晚期阶段，即使通过手术、化疗、靶向治疗等进行综合治疗，患者的5年生存率仅有40%5。结直肠癌患者死亡的主要原因为肿瘤的转移、复发、衰竭6 。目前,研究已经表明在大肠组织中的某些特殊基因突变及蛋白变性导致肿瘤的发生和转移，如果可以通过检测手段来准确评估结直肠癌患者复发和转移的可能性，使患者早期能够得到及时治疗,可以大大降低病死率,这一方向也是目前全世界研究重点，通过分子生物和病理免疫学的发展，找到肿瘤发生、侵袭转移、预后的有效标志物。研究证明,某些结直肠癌临床症状、病理相似,但是在治疗效果和生存期等方面有很多区别。随着分子生物学的发展，及检测*【基金项目 内蒙古自然基金项目（编号：2 0 2 0 LH08005）一在读硕士研究生通信作者 E-mail：156 1930 57 5 q q.c o m手段的更新，可以实现将分子诊断检测应用在临床工作中，宣示结直肠跨入分子诊断和治疗的时代6 。有效的分子标志物不仅可以为结直肠癌提供新的诊断证据、合理分期、精准判断预后，还可以指导临床治疗。目前，传统的结直肠癌检查手段及预后分析已经无法满足临床治疗及病理诊断的需求，通过寻找有效的标志物来准确预测结直肠癌的发生和转移、能否成为化学治疗及靶向治疗靶点，而这些靶点的出现也将是社会的福音。对于结直肠癌诊断,最有效的方法仍是内镜检查，但是后续治疗及预后需要为患者建立一个全面科学分期系统，制定一个科学、准确的结直肠癌分期规则，以指导临床制定出最适合患者的治疗策略。2 0 18 年，常见肿瘤AJCC分期手册（第八版)关于结直肠癌TNM分期作出很多更新,值得注意的是TNM分期与Dukes分期比较可以更精准表达结直肠癌临床转移情况和病理浸润深度，着重明确肿瘤局部浸润深度、淋巴转移的数量和局部是否有远处转移。通过检测肿瘤基因表达,找寻可以预测CRC发展、侵袭转移、预后生存和治疗敏感的分子标记物，结合临床病理分期，构建准确合理的分子生物学分期可能成为将来CRC分期的发展趋向7 。而分子生物学的分期需要在结直肠癌众多基因靶点中选择，这也是目前研究的热点。内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期研究发现肿瘤转移前最先发生变化的就是肿瘤微环境(TME)。T M E主要由细胞外基质和高度异质的细胞构成，包含获得性免疫细胞、基底细胞、成纤维细胞等7 。当肿瘤细胞开始出现时TME包括肿瘤细胞及其周围区域内的细胞基质和上述细胞的成分发生改变8 ,促进成纤维细胞活化、炎性细胞活跃、新生毛细血管增生、上皮间质之间相互转化9。国外研究发现TME与上皮间质化和血管生成三者之间相互作用,共同参与肿瘤生长、转移及预后10 。锌指转录因子Snail在结直肠癌中相当于“桥梁”，介导多种通路和激活多种下游因子参与EMT和促进血管生成。基质金属蛋白酶-9(matrixmetallopro-tein-9,MMP-9)作为MMPs家族活性最强的，可降解多种细胞中ECM多样的成分，促进微小血管内皮细胞分裂和微血管之间的融合，也是肿瘤发生EMT和血管生成的重要标记蛋白11。既往研究表明血管内皮生长因子(VEGF)是促进肿瘤新生血管的最强的血管刺激因子，它的功能奠定其在肿瘤扩散过程中的地位12 。VEGF与受体神经肽-1结合促进Snail 核内驱动EMT发生13。肿瘤中高表达的MMP-9可刺激VEGF的分泌，协同促进新生血管和淋巴管融合，加速肿瘤的转移。根据多篇文献报道发现，整个肿瘤微环境是降解和改变细胞外基质的动态平衡(extracellular matris),促进EMT的激活，原始肿瘤细胞由近及远扩散运动、侵袭周围组织细胞，多次循环后，将最终导致远处器官的转移。另外血清中的 MMP-9似乎在加速肿瘤的浸润,通过损坏间质中的毛细血管膜促进肿瘤血管生成。肿瘤发生上皮间质转化后的微血管增生和转移能力、耐药性似乎都在增加9,10 。血管主要是血管内皮细胞通过出芽、移动、增殖形成，研究发现VEGF促进在肿瘤血管生成。全面分析血管生成和EMT在CRC演变过程中的作用，找到两者之间的交叉点，可以作为日后靶向治疗和预测侵袭转移过程中有效的标志物。1Snail1.1SSnail的结构与功能Snail家族位于染色体20q13,家族成员结构相似但是数量多而复杂，其中作用最强的是Snail和Slug蛋白，它们都可作为直接参与EMT的重要转录因子,最早发现在鸡胚中，引发上皮细胞向胞外间质细胞分化生长14。国外学者研究发现,Snail蛋白可以直接下调Ec a d h e r in蛋白促进EMT的发生，另外其可促进基质金属蛋821白酶(MMPs)产生,加速EMT的过程15。肿瘤发生后细胞内大量Snail堆积强烈刺激MMPs爆发式增加，促进基底膜中多糖成分和蛋白变性、分解胞外基质中的成分，改变基膜的完整程度，促使肿瘤细胞顺着残破的基膜穿透原发部位向周围扩散而发生浸润和转移16 。Snail 可通过TGF-和Wnt/-catenin通路直接指导下游蛋白MMPs家族，直接参与切断上皮细胞之间的连接，降解基底膜，成为迁移的间充质细胞和促进“萌芽”血管吻合17 。PI3K磷酸化过程MMP-9可能是诱导因子，激活下游AKT信号通路，活化的AKT可作为转录因子与启动子核酸序列结合并上调Snail的表达,加速EMT过程和细胞转移18 。另外发现MMP9可以反向抑制TGF-生成,间接减弱Ec a d h e r in 活性使肿瘤细胞间某些黏附的蛋白活性增强19。1.2Snail与结直肠癌Snail在正常组织中是“静默”状态，只有在病理或者细胞周围环境出现异常时，才会出现高表达的状态。同时作为转录因子的它可激活多种下游因子，包括E钙黏蛋白、MMP-9和MMP-10、波形蛋白、FN1等都是发生EMT的典型标志物。研究发现 Snail过度表达在肿瘤组织,反之使用siRNA干扰下，不仅降低其在结直肠癌中表达情况，还观察到肿瘤细胞的侵袭和迁移行为明显减少2 0 。Snail 高表达在淋巴结多发转移、浸润深度已穿透肌层、远处组织转移的结直肠癌患者,Snail 的增多可能与患者5年生存率缩短有关2 1。Snail 作为 EMT在癌症和发育过程的重要角色，鉴于致癌通路与EMT阻遏物之间的联系，EMT可成为癌症治疗中的方向或者目标（逆转EMT),而Snail可作为耐药性治疗和肿瘤治疗重要靶点2 2 2MMP-92.1MMP-9的结构和功能基质金属蛋白酶属于包括锌、钙离子等金属离子的内肽水解酶，活化后其活性可以溶解除糖链之外所有细胞外基质(extra-cellularmatrix,ECM)的成分，正常组织中极少量的表达，在炎症、细胞转化、过度增生等过程呈现高表达状态2 3。MMP-9位于染色体2 0 号，约92 kb,拥有多个内含子及十几个外显子，每个外显子重新组合后其大体功能不变。MMP-9与IV型胶原酶活性有相似的结构域，使它具备高度特异的底物活性，可以作用在多种作用的底物中，例如细胞因子、822纤维黏连蛋白、弹性蛋白等都有其受体。MMP-9以无活性酶原的方式由胞内分泌，经过细胞外蛋白酶激活(其中以 MMP-3为主)获得活性。MMP-9的功能主要分为以下几种，（1)破坏细胞外基质和基膜，诱导其重建，例如表达在呼吸道时，致呼吸道高敏感诱发喘息；高表达在肿瘤时，破坏肿瘤周围EMC中的IV型胶原和某些蛋白，促使肿瘤细胞沿着缺失的基膜向周围浸润，同时促进肿瘤上皮间质化改变MET24;(2)激活其他蛋白酶活性,通过降解抗胰蛋白酶间接保护中性粒细胞活性和增加其趋化能力；（3）它对细胞外基质的破坏，还可以分泌VEGF,参与血管的生成2 5。VEGF 也可以刺激内皮细胞产生或者调控MMP9,抑制TIMPs（金属蛋白酶组织抑制因子)的平衡，爆发式溶解胞外基质,加快肿瘤的转移2 6 。正常生理条件下,MMP-9可以破坏、重塑细胞外基质平衡,激发EMC中的分子成分和蛋白生物学功能，参与胚胎分裂发育、重塑组织结构及组织创伤修复等多种生理功能6 。病理情况时,MMP-9改变基底膜中多糖和蛋白,破坏其完整性，分解细胞外基质成分，使肿瘤可以顺着残破的基膜穿过原发部位而发生浸润和转移。组织进化过程中，防止基质金属酶对正常组织的破坏产生TIMPs,通过共价结合竞争性抑制MMP9 的活性,这也成为抑制肿瘤转移的靶点通路6,2 6 。2.2MMP-9与结直肠癌PELTONENetal证实MMP-9在原发性结直肠肿瘤中的高表达和术前血清中抗原的升高，表明结直肠癌肝转移切除术后患者的预后得到改善,且原发性肿瘤MMP-9的表达低于同步肝转移的患者2 7 。此外，多篇文章报道血清中MMP-9的浓度具有一定的预后意义,特别是在6 5岁以上的患者、结肠癌患者和伴有同步肝转移的 CRC 患者中2 7 2 8 。外国学者证实 MMP-9溶解基底膜的作用，促进肿瘤转移，并通过结肠癌动物模型发现上调的MMP-9与肿瘤远处转移有关2 9。WANGet al 对48 8 组 CRC组织及配对的相邻正常组织免疫蛋白印迹后发现，与正常组织相比，MMP-9在肿瘤组织中的表达上调(P0.001),MMP-9表达在病理分类、浸润深度、淋巴结转移和TNM分期之间存在显著的正相关16 。法镇中等通过对56 例肝癌组织标本、癌旁正常组织、距肿块大于2 cm正常组织免疫组化后发现肝癌组MMP-9阳性表达率明显高于其他正常组(P0.01),提示MMP-9与肝癌的增值、转移相内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期关30 。袁静萍等研究发现乳腺癌MMP-9的阳性率显著高于癌旁组织,病理组织分级高的MMP-9阳性表达率显著高于分级较低的，附和淋巴结转移MMP-9阳性表达率显著高于无淋巴结转移，提示MMP-9表达高者乳腺癌浸润性和转移性均增高31。MMP-9过度表达在目前已知MMP-9可以在ECM中动员VEGF，而VEGF被认为是MMP-9的下游效应物和可能的底物2 8,31。由此出发，MMP-9可能在CRC中不仅仅是一个转移的标记物,还可能发现新的化疗类型,在接下来的CRC的研究中应着重考虑。3VEGF3.1VEGF结构与功能由2 0 世纪8 0 年代末Ferrara发现并命名,因其能促进血管内皮细胞分裂增殖,所以在临床上一直被称为“最强的血管渗透因子”（48-49)。人源性VEGF基因定位于6 p21.3，长度约为14kb,基本结构是由8 个外显子组成，VEGF家族包括各种亚型，在RNA不同的剪切过程中产生 VEGF-A、V EG F-B、V EG F-C、V EC F-D、V EG F-E。常见VEGF是指VEGF-A型,并且拥有多种同源衍生物，比如PDGF、PI G F等，具有相同的生物学特征。VEGF作为新生血管的调节因子6 ,从以下几个方面来表达，首先直接作用于血管内皮细胞，增加胞内钙离子浓度，调节磷酸肌醇，促进分裂、增殖。其次在缺氧的条件下，（1)与内皮细胞VEGF受体结合，引发受体自身磷酸化，激活丝裂原活化蛋白激酶促，实现VEGF爆发增殖、分裂32 ;(2)提升PA和PAI-1的表达,激活血浆蛋白水解酶活性,加速胞外蛋白和糖水解；(3)通过血浆溶酶原激活物激发内皮细胞释放V3因子，诱导血管内皮细胞分裂。再次增加血管内皮的通透性，研究发现VEGF当胞外浓度达到一定高时，可以特异性结合血管内皮细胞，诱发内皮细胞的内囊空泡增生，形成小的孔道，表现在血管上会有蛋白质通道，有利于分子的渗透，同时渗透的蛋白还会促进内皮细胞生长。最后发现VEGF还可以改变细胞外基质的生长方向，与促血管生成类似促进微小淋巴管道形成。最新发现VEGF在胚胎发育、妊娠期、血管生成和渗透发挥着巨大的作用，但是在大多数正常组织中其含量微乎其微，它的高表达主要在于生理性血管形成需要的33。VEGF的功能奠定了它在肿瘤发生和转移的地位。3.2VEGF与结直肠癌国内外研究发现血管的内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期生成在肿瘤转移和生长过程中扮演着重要的角色，VEGF不仅仅是血管生长因子，同时也是最强的血管渗透因子。正是这些新生的血管对癌块的生长、周围组织的浸润和转移至关重要，没有自身血管供养的肿瘤生长一般不超过 2 mm33。VEG F 在肿瘤生长过程的作用并不局限于血管生成，还可能通过抑制树突状细胞成熟、刺激肿瘤相关巨噬细胞(TAMs）和MDSC 降低抗肿瘤反应3。RAJA-GANESHANetal研究发现在肿块周围的正常组织与肿瘤中心相比VEGF是一个高表达的状态，浸润边缘组织的表达也明显高于癌中心34。这提示周围正常组织属肿瘤微环境，在肿瘤扩散中起作用，在实体肿瘤微环境中的非肿瘤细胞和某些间质成分也可能促进分泌血管生成因子,如MMP9、V EG F-A、CO X-2 等促血管生成因子35。PANG et al 通过免疫组化及RNA定量比较18 9 例胃癌伴有淋巴转移和19 1例无淋巴转移VEGF的表达情况发现，前者的表达率是后者的7 倍(P0.01),特别是T4期的胃癌VEGF的表达量约为Tis期胃癌的10 倍，证实了高表达VEGF是参与肿瘤TNM分期，特别是淋巴结转移数目和远处转移36 。此外国外学者还发现VEGF还可以进一步促进患者淋巴管的形成和生长，通过将新生的淋巴管与新生血管的融合，增加淋巴管和血管的功能，加速转移及肿瘤细胞的侵袭，VEGF蛋白表达浸润深度和远处转移和淋巴结转移相关,还与临床分期(TNM 和Dukes)呈正相关且具有统计学意义，对术前评估和诊断具有一定的指导意义37 。SPIRINA et al 对比无转移型和播散型原发肾癌患者，发现播散性肾癌VEGF、VEG-FR2的表达及其蛋白水平升高，证明mRNA水平和VEGF的比率变化有助于肾癌的转移38 。VEGF过度表达不仅在结直肠癌中，还与全身类别肿瘤相关，例如子宫内膜癌、肺癌、肝癌、膀胱癌、鼻咽癌等。目前对VEGF及其相关信号通路研究，找到通过抗血管生成治疗抑制肿瘤转移的靶向治疗和促进免疫抑制肿瘤微环境的形成，抗血管生成还有望改善肿瘤微环境中的免疫状态39。4小结与展望EMT和血管生成在肿瘤过程有着无法替代的重要作用，一直以来被认为是各种恶性肿瘤发生转移、侵袭的关键一步8,40 。目前关于抗血管生成的化疗药物已经应用在某些恶性肿瘤上，其中应用最广泛的是贝伐珠单抗。日本学者通过老鼠造模出多823种恶性肿瘤的个体，使用抗VEGF抗体后，肿瘤的转移情况明显减轻32 。在肿瘤增殖初期肿瘤微环境，由于存在免疫抑制效应，可以促进血管生成、产生免疫抑制因子、EMT、维持肿瘤干细胞等多种助长肿瘤增殖的功能32 。但是很多通路、靶点仍处于探索阶段,将EMT和血管生成在肿瘤发生发展、预后的共同靶点找出，可为肿瘤临床治疗提供新的方向。对于术前患者，利用分子检测结合放射检查，同时对4种因子进行深入研究及对EMT、新生血管的形成过程细化，使得CRC的转移机制得以完善，为靶向治疗提供更好的思路。参考文献1周晓东，吕农华.大肠癌的流行病学研究现状J.现代消化及介入诊疗,2 0 0 6,11(3)：149151.2 JEMAL A,CENTER M M,DESANTIS C,et al.Global Paternsof Cancer Incidence and Mortality Rates and TrendsJ.CancerEpidemiol Biomarkers Prev,2010,19(8):1 8931 907.3王雯渺，袁芃.晚期大肠癌靶向及免疫治疗进展J.中国临床医生杂志，2 0 18,46(4)：37 938 1.4FERLAY J,SHIN H R,BRAY F,et al.Estimates of WorldwideBurden of Cancer in 2008:GLOBOCANG 2008J.IntJ Cancer,2010,127(12):28932917.5曾文根.预防大肠癌，早期筛查的关键J.医食参考，2 0 2 1(6)：15.6宋保连.VEGF,COX-2和MMP-9在结直肠癌的表达及临床意义D.青岛：青岛大学，2 0 11.7GALDIERO M R,MARONE G,MANTOVANI A,et al.Can-cer Inflammation and Cytokines J.Cold Spring Harb PerspectBiol,2018,10(8):28 662.8POLYAK K,HAVIV I,CAMPBEL I G.Co-evolution of TumorCels and Their MicroenvironmentJ.Trends genet,2009,25(1):3038.9HELDIN C H,RUBIN K,PIETRAS K,et al,High InterstitialFuid Pressure:An Obstade Incancer the Therapy J.Nal 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