基質(zhì)金屬蛋白酶的基因多態(tài)性和慢性阻塞性肺疾病及肺癌的關(guān)系

1、221基質(zhì)金屬蛋白酶的基因多態(tài)性和慢性阻塞性肺疾病及肺癌的關(guān)系張衛(wèi)強(qiáng)王云杰慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以不能完全逆轉(zhuǎn)的進(jìn)行性小氣道阻塞為特征的疾病,包括慢性支氣管炎,細(xì)支氣管炎和肺氣腫。COPD在全球有很高的發(fā)病率和死亡率,有關(guān)其發(fā)生的機(jī)制,仍有很多問題有待。間質(zhì)膠原酶(MMP1)、型膠原酶(MMP9)和巨噬細(xì)胞金屬彈性蛋白酶(MMP12)的基因多態(tài)性與COPD和肺癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切,綜述如下。1基因多態(tài)性世紀(jì)60年代。迄今人們對于COPD發(fā)生的理解仍然基于這個(gè)基礎(chǔ)。該理論來源于兩個(gè)現(xiàn)象:注射木瓜蛋白酶的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物會(huì)形成肺氣腫;COPD患者的血清12抗胰蛋白酶缺乏。這兩個(gè)現(xiàn)象提示我們肺組織細(xì)

2、胞外基質(zhì)的蛋白分解可能是COPD的病理特征。4、半(MMPs)和絲氨酸。3基質(zhì)金屬蛋白酶,即稱為DNA多態(tài)性。其本質(zhì)是各種原因引起染色體DNA中核苷酸排序變化,即產(chǎn)生的DNA片段和DNA序列在個(gè)體內(nèi)的差異,終生保持不變。DNA多態(tài)性研究進(jìn)展可分為3個(gè)階段:70年代中后期的限制性片段長度多態(tài)性分析(restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP);數(shù)目可變性串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性分析(variablenumbertandemrepeats,VNTR)和微小重復(fù)序列多態(tài)性分析(microsatellitepolymorphism),微小重復(fù)序列的重復(fù)單位長度為26

3、個(gè)核苷酸,又稱為短串聯(lián)重復(fù)序列(shorttandemrepeats,STR)單核苷酸多態(tài)(SNPs),即基質(zhì)金屬蛋白酶包括20多種蛋白酶,能降解細(xì)胞外基質(zhì)中的蛋白質(zhì)?；|(zhì)金屬蛋白酶根據(jù)作用底物和酶結(jié)構(gòu)的不同可分為4類:膠原酶,包括間質(zhì)性膠原酶(MMP1)、多形核細(xì)胞膠原酶(MMP8)和膠原酶3(MMP13)。其主要作用底物為纖維性膠原,如、型膠原,蛋白聚糖的核心蛋白和明膠。明膠酶,包括明膠酶A(MMP2)和明膠酶(MMP9),其主要作用底物為、型膠原,蛋白聚糖的核心蛋白和明膠、彈性蛋白,纖維黏連蛋白等。間質(zhì)溶素,包括間質(zhì)溶素1(MMP3),間質(zhì)溶素2(MMP10),間質(zhì)溶素3(MMP11)和

4、基質(zhì)溶素(MMP7),其主要作用底物為,蛋白聚糖的核心蛋白、層黏連蛋白、纖維黏連蛋白、彈性蛋白、明膠、型膠原。彈性蛋白酶(MMP12),主要作用底物為彈性纖維,型明膠和型膠原。膜型蛋白酶(MT2MMP),包括MT12MMP(MMP14)、MT22MMP(MMP15)、MT32MMP(MMP16)、MT42MMP4個(gè)成員,MMP14的作用底物為明膠酶A前體。MMPs可降單個(gè)堿基的變異,是新一代多態(tài)性標(biāo)記系統(tǒng),為近年來研究的焦點(diǎn)。SNPs是人類基因組中單個(gè)堿基的變異,而且多為單個(gè)堿基的置換,在人類30億個(gè)堿基中每千個(gè)堿基出現(xiàn)一次,在整個(gè)基因組共有300萬以上的SNPs。絕大多數(shù)SNPs不影響基因功

5、能,但是有一部分SNPs會(huì)改變基因的表達(dá)水平或生物功能,從而影響疾病的易感性。目前和COPD發(fā)生相關(guān)的基因根據(jù)功能可分為4類:蛋白酶和抗蛋白酶;與致癌物和代謝物相關(guān)基因;調(diào)節(jié)吸煙引起的炎癥反應(yīng)基因;涉及黏液纖毛清除效率基因1。2蛋白酶和抗蛋白酶COPD發(fā)生的蛋白酶和抗蛋白酶理論起源于20基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(C03031904)作者單位:710038西安,第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院胸外科解肺泡壁ECM和基底膜幾乎所有的蛋白成分,參與氣道重建。4基質(zhì)金屬蛋白酶和COPD、肺癌的關(guān)系研究表明MMPs降解ECM參與COPD和肺癌的發(fā)病機(jī)制,并且在COPD患者和肺癌患者中存在MMP1、MMP9和MMP

6、12的基因多態(tài)性。惡性腫瘤組織,通過誘導(dǎo)和產(chǎn)生MMPs來降解ECM。MMPs可調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與基質(zhì)間的黏附,調(diào)節(jié)新生血管的生成,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞222的轉(zhuǎn)移和浸潤。Schutz等2研究發(fā)現(xiàn)MMP1、CA重復(fù)序列的長度成比例。對此的解釋是CA重MMP2和MMP9表達(dá)及其酶的活性在肺鱗癌中升復(fù)序列能形成左旋DNA,起到轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子的作高,從而給腫瘤的侵襲創(chuàng)造了條件。Hrabec等3發(fā)現(xiàn)原發(fā)性肺癌組織MMP2和MMP9的活性比周圍正常肺組織增高。Cox等4研究發(fā)現(xiàn),大部分NSCLC腫瘤組織同時(shí)表達(dá)MMP9和上皮生長因子受體(EGFR)這些患者均預(yù)后不良,提示EGFR可通過上調(diào)MMP9來調(diào)節(jié)肺癌

7、的惡性行為。4.1基質(zhì)金屬蛋白酶117kb的基質(zhì)金屬蛋白酶1用13。這樣,長的CA重復(fù)序列能形成穩(wěn)定的左旋DNA,上調(diào)基因的表達(dá)。另一方面,肺氣腫的組織免疫組化研究表明MMP9的表達(dá)水平增加。Segura2Valdez等10發(fā)現(xiàn)COPD患者的MMP9升高,肺組織的免疫組化表明主要是中性粒細(xì)胞的MMP9升高。支氣管肺泡灌洗明膠酶譜顯示和明膠酶B相關(guān)的增強(qiáng)的條帶?；蛭挥谌旧w臂11q22q23,包括10個(gè)外顯子和9Finlay等在肺氣腫患者的巨細(xì)胞中觀察到增高的個(gè)內(nèi)含子。-1607bp位點(diǎn)是轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的MMP9的表達(dá)水平。Minemastu等14研究了日本核心序列,在此位點(diǎn)上由于單個(gè)G核苷

8、酸的插入或吸煙的人群中MMP9(C21562T)和肺缺失而引起的SNP影響MMP1基因的表達(dá)。CT掃描診斷Rutter等5發(fā)現(xiàn)在MMP1基因啟動(dòng)子-1607bp位點(diǎn)(1G2G)多態(tài)性形成了一個(gè)s,增加了轉(zhuǎn)錄活性2G,瘤、子宮內(nèi)膜癌、628。Zhu等9研究表明2G/2G基因型增加了肺癌的易感性,尤其是在吸煙的患者中,重度吸煙的患者比輕度吸煙的患者明顯。在不吸煙的患者中則沒有這種關(guān)聯(lián)。2G/2G基因型比1G/1G和1G/2G基因型要更早發(fā)生肺癌。雖然MMP1不是彈性蛋白降解酶,但實(shí)驗(yàn)性肺氣腫和人肺氣腫的研究支持MMP1的病理遺傳學(xué)作用。在肺組織中表達(dá)人MMP1基因的轉(zhuǎn)基因大鼠會(huì)出現(xiàn)肺泡壁的破壞和肺

9、泡的合并,一種類似于肺氣腫的病理形式。Finlay等報(bào)道在肺氣腫患者支氣管灌洗液中MMP1的水平增高,在肺泡巨噬細(xì)胞中MMP1的轉(zhuǎn)錄水平升高。Segura2Valdez等10通過肺氣腫患者肺組織的免疫組化證實(shí)MMP1的增高。4.2基質(zhì)金屬蛋白酶93.3kb的基質(zhì)金屬蛋白酶9基因包括13個(gè)外顯子和12個(gè)內(nèi)含子,位于染色體MMP12基因敲除的大鼠暴露于吸煙的環(huán)境中并不形成肺氣腫的病理變化。這些資料表明,MMP12的缺乏會(huì)減少動(dòng)物對肺氣腫的易感性,但是并沒有直接的證據(jù)說明過度的MMP12的彈性蛋白降解活性和人類肺氣腫的病理發(fā)生有關(guān)。MMP12在正常的巨噬細(xì)胞中處于低水平而在吸煙患者的肺泡巨噬細(xì)胞中高

10、水平表達(dá)。Finlay等檢查了肺氣腫患者和正常志愿者的肺泡巨噬細(xì)胞,沒有發(fā)現(xiàn)肺氣腫患者的灌洗液中MMP12的水平升高。4.4MMP1、MMP9和MMP12的基因多態(tài)性和肺功能減退美國國家心肺研究所進(jìn)行一項(xiàng)“肺健康調(diào)查”來了解由于吸煙所致COPD的病因?？偣灿?887例年齡在3560歲的吸煙者接受調(diào)查,這些人根據(jù)肺功能的檢查都有COPD的早期表現(xiàn)。在5年的隨訪中,3216例繼續(xù)吸煙,在這群人中,284例有迅速的FEV1減退,306例有緩慢的減退。所有的調(diào)查者均為白種人。為了調(diào)查MMP1、MMP9和MMP12的基因多態(tài)性在肺氣腫發(fā)展中的作用。223Joos等16從上述的繼續(xù)吸煙的群體中調(diào)查了5個(gè)M

11、MP多態(tài)性的分布情況。MMP1(1G)21607(2G)stromalcellsofsquamouscellcarcinomasofthelung.TumorBiology,2002,23:1792184.3HrabecE,StrekM,NowakD,etal.Activityoftypecollagenases(MMP2andMMP9)2002,128:1972204.4CoxG,JonesJL,BymeKJ.Matrixmetaloproteinase9andtheepidermalgrowthfactorsignalpathwayinoperablenonsmallcelllungcan

12、cer.ClinCancerRes,2000,6:234922355.5RutterJL,MitchellTI,ButticeG,etal.AsinglenucleotidepolymorphismintheRes,1998,58:532125325.6YeS,DhillonS,TurnerSJ,etal.Invasivenessofcutaneousmelanomaismatrixmetalloproteinase1Res,61:129621298.7,KS,etal.Asinglenucleotideintmatrixmetalloproteinase21promoterincarcino

13、mas.JpnJCancerRes,2000,91:6122615.8HinodaY,OkayamaN,TakanoN,etal.Associationoffunctionalpolymorphismsofmatrixmetalloproteinase(MMP)21andMMP23geneswithcolorectalcancer.IntJCancer,2002,102:5262529.9ZhuY,SpitzMR,LeiL,etal.Asinglenucleotidepolymorphisminthematrixmetalloproteinase21promoterenhanceslungca

14、ncersusceptibility.CancerRes,2001,61:782527829.10Segura2ValdezL,PardoA,GaxiolaM,etal.UpregulationofgelatinasesAandB,collagenases1and2,andincreasedparenchymalcelldeathinCOPD.Chest,2000,117:6842694.11ZhangB,YeS,HerrmannSM,etal.FunctionalpolymorphismintheregulatoryregionofgelatinaseBgeneinrelationtosev

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16、isatellites.MolPsychiatry,1998,3:21231.14MinematsuN,NakamuraH,TatenoH,etal.Geneticpolymorphisminmatrixmetalloproteinase29andpulmonaryemphysema.BiochemBiophysResCommun,2001,289:1162119.15JormsjoS,YeS,MoritzJ,etal.Allele2specificregulationofmatrixmetalloproteinase212geneactivityisassociatedwithcoronar

17、yarteryluminaldimensionsindiabeticpatientswithmanifestcoronaryarterydisease.CircRes,2000,86:99821003.16JoosL,HeJQ,ShepherdsonMB,etal.Theroleofmatrixmetalloproteinasepolymorphismsintherateofdeclineinlungfunction.HumMolGenet,2002,11:5692576.(收稿日期:2003211224)matrixmetalloproteinase21promotercreatesanEt

18、sbindingsiteandaugmentstranscription.Cancer和肺功能減退率有關(guān)。MMP9和MMP12的基因多態(tài)和肺功能減退率無關(guān)。MMP1(1G)21607(2G)和MMP12Asn357Ser多態(tài)性的等位基因單倍型分析顯示了和肺功能減退率之間的聯(lián)系。這些資料表明,MMP1、MMP12的基因多態(tài)性或者是吸煙引起的肺損傷的促發(fā)因素,或者和其他的促發(fā)基因處于連鎖不平衡狀態(tài)。4.5MMP9的C21562T基因多態(tài)性是否和COPD有關(guān)Joos和Minematsu的研究結(jié)果不一致,可能是由于研究人群的種族差異、地理環(huán)境不同,所研究的COPD的指標(biāo)不同有關(guān)。不同的種族有不同基因背景,1562T基因可能和其他的危險(xiǎn)基因相互作用導(dǎo)致了對肺氣腫的易感性。地理因,將所有已知的地理因素都加以控制是很困難的,這些環(huán)境因素在不同地區(qū)是不同的。雖然肺