ADAMTS9在腫瘤中的研究進(jìn)展

張李，梁寒

(天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院胃部腫瘤科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津)

0 引言

含凝血酶敏感素基序的去整合素金屬蛋白酶(A disintegrin-like and metalloproteinase with thromboSpondin motifs，ADAMTS)家族屬于去整合素金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)蛋白家族的亞家族分支，同屬金屬蛋白酶大家族。根據(jù)ADAM 家族成員結(jié)構(gòu)不同，可將其分為膜錨ADAM和分泌型ADAM。后者即為ADAMTS家族，其以鋅離子結(jié)合金屬蛋白酶為特點(diǎn)，在人體組織中廣泛分布。ADAMTS家族蛋白酶底物主要為各種細(xì)胞外基質(zhì)，發(fā)揮其水解功能，因而也參與多種疾病的生理過程，如腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，新生血管的生成及炎癥等。近年來，對(duì)ADAMTS家族在腫瘤細(xì)胞中作用的研究逐漸增多，也證實(shí)了其家族的多個(gè)成員具有調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖，轉(zhuǎn)移及周圍血管生成的作用[1,2]。ADAMTS9屬于ADAMTS家族，是新近發(fā)現(xiàn)的具有潛在抑癌作用的靶點(diǎn)，雖然其在各種惡性腫瘤的報(bào)道逐漸增多，但作用機(jī)制仍未完全清楚。因此本文將對(duì)ADAMTS9的結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)及其在腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ADAMTS家族的結(jié)構(gòu)

ADAMTS家族蛋白具有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，其也決定了蛋白酶不同的生理功能。大多數(shù)的ADAMTS家族含有以下結(jié)構(gòu)域：(a)信號(hào)肽；(b)前導(dǎo)肽；(c)鋅離子金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域；(d)類去整合素結(jié)構(gòu)域；(e)中央凝血酶樣蛋白(thrombospondin-like repeat，TSR)序列；(f)富含半胱氨酸域；(g)間隔區(qū)；(h)TSR重復(fù)序列。其中中央TSR序列及其下游結(jié)構(gòu)域可稱為輔助結(jié)構(gòu)域，此區(qū)域?yàn)锳DAMTS家族各成員結(jié)構(gòu)發(fā)生差別的主要區(qū)域。ADAMTS家族在人體中有19種家族成員，根據(jù)ADAMTS家族的結(jié)構(gòu)和功能的不同，又可以將ADAMTS家族分為4個(gè)亞組：(a)骨膠原肽酶(ADAMTS2，ADAMTS3 和 ADAMTS14)；(b)蛋白聚糖酶(ADAMTS1，ADAMTS4，ADAMTS5，ADAMTS8，ADAMTS9，ADAMTS15 和 ADAMTS20)；(c)血管性血友病因子降解酶(ADAMTS13)；(d)軟骨寡聚基質(zhì)蛋白降解酶及功能尚不清楚的成員(ADAMTS7 和 ADAMTS12；ADAMTS6，ADAMTS16，ADAMTS17，ADAMTS18 和 ADAMTS19)。

1.1 信號(hào)肽

N末端信號(hào)肽其結(jié)構(gòu)較為保守，含有定位序列，引導(dǎo)蛋白進(jìn)入分泌途徑，常在ADAMTS被分泌之前脫離ADAMTS分子。

1.2 前導(dǎo)肽

ADAMTS家族蛋白結(jié)構(gòu)中均有弗林蛋白樣前蛋白轉(zhuǎn)換酶識(shí)別位點(diǎn)。ADAMTS酶原前導(dǎo)肽被弗林蛋白樣前蛋白轉(zhuǎn)換酶識(shí)別和激活后才能轉(zhuǎn)化ADAMTS蛋白酶，獲得催化活性。此過程既可發(fā)生在高爾基體中(如ADAMTS1[3]和ADAMTS4[4])也可發(fā)生于細(xì)胞表面(ADAMTS9[5])或細(xì)胞外基質(zhì)(ADAMTS5[6])中。因此ADAMTS家族的前導(dǎo)肽可能具有促進(jìn)ADAMTS酶折疊和激活的功能(ADAMTS13除外)。

1.3 鋅離子金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域

ADAMTS 蛋白家族具有共同的HEXXHXBG(/N/S)BXHD催化結(jié)構(gòu)域，其大致的構(gòu)型預(yù)測[7]為：氨基末端形成5個(gè)β折疊，羧基末端形成α螺旋，轉(zhuǎn)角處即為鋅離子結(jié)合催化位點(diǎn)。細(xì)胞外基質(zhì)可被結(jié)合并被水解，從而參與多種病理和生理過程。

1.4 類去整合素結(jié)構(gòu)域

類去整合素結(jié)構(gòu)域富含半胱氨酸并包含去整合蛋白環(huán)(由13-15個(gè)氨基酸組成)，此區(qū)域中的RG(D/X)序列可與整合素分子相互干擾，因此被認(rèn)為能調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞，細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用。該結(jié)構(gòu)域的半胱氨酸富集區(qū)內(nèi)存在高度變異區(qū)，能通過與整合蛋白相互作用，促進(jìn)細(xì)胞因子釋放，激發(fā)炎癥反應(yīng)參與細(xì)胞-細(xì)胞融合[8]。

1.5 輔助結(jié)構(gòu)域

ADAMTS輔助域可通過改變識(shí)別底物的特異性作用，調(diào)節(jié)其與底物的結(jié)合和催化水解。所有的ADAMTS金屬酶均含中央TSR序列，其與1型凝血酶敏感蛋白結(jié)構(gòu)高度相似[9]，是血管新成的內(nèi)源性抑制物，通過與CD36受體作用抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移，抑制新生血管的形成[10]。中央TSR序列之后為一段約100個(gè)氨基酸構(gòu)成的富含半胱氨酸結(jié)構(gòu)域，至少包括10個(gè)半胱氨酸殘基，其可能為蛋白酶與整合蛋白的作用位點(diǎn)。間隔區(qū)為富含半胱氨酸結(jié)構(gòu)域之后，一段約103-600個(gè)氨基酸組成的無半胱氨酸區(qū)。其生物學(xué)功能推測與TSR域的生物學(xué)功能近似。在其下游，除去ADAMTS4之外，其余ADAMTS家族金屬酶均含有TSR序列，不同家族成員所含TSR數(shù)量也有所不同，一般在1-14個(gè)TSR重復(fù)序列之間變化。除此之外，一些特殊的ADAMTS金屬酶還具有特殊的結(jié)構(gòu)域，如ADAMTS9和ADAMTS20酶含有GON-1域[11]，ADAMTS13末端具有兩個(gè)CUB域等[12]。

綜上可見，ADAMTS蛋白酶家族有19個(gè)不同成員，各成員之間結(jié)構(gòu)域既有相似也有差別，導(dǎo)致了其生物學(xué)功能也發(fā)揮著不盡相同的作用，參與了多種病理和生理過程[7]。

2 ADAMTS家族重要的成員及其功能

2.1 ADAMTS9的作用特點(diǎn)

ADAMTS9定位于染色體3p14.2-14.3，屬于蛋白聚糖酶亞組。ADAMTS9金屬酶前導(dǎo)肽中含有5個(gè)弗林蛋白酶結(jié)合位點(diǎn)，其羧基端含有14個(gè)TSR域和GON域，與ADAMTS20結(jié)構(gòu)高度相似。ADAMTS9在人體中廣泛表達(dá)，尤其在心肌、子宮、胎盤及生殖器官卵巢和睪丸中表達(dá)含量較高，可能是由于ADAMTS9中GON-1結(jié)構(gòu)域的影響。2010年Bon-Hun Koo等人[13]嘗試構(gòu)建了ADAMTS9敲除小鼠，ADAMTS9-/-小鼠在胚胎形成過程中全部死亡，推測ADAMTS9在生物體中可能發(fā)揮著重要作用。而ADAMTS9+/-小鼠可以正常發(fā)育，通過種植黑色素瘤細(xì)胞顯示，ADAMTS9+/-小鼠腫瘤周圍新生血管，明顯較ADAMTS9野生型小鼠減少，顯示了ADAMTS9可能發(fā)揮著抑制血管生成和減少細(xì)胞粘附的作用。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)ADAMTS9的作用機(jī)制與ADAMTS1不同，ADAMTS9并不裂解血小板反應(yīng)蛋白I和II、不影響VEFR165及VEGFR2信號(hào)通路。2013年，W Du等人[1]研究顯示ADAMTS9發(fā)揮其抑癌作用可能并不依賴其抗血管生成作用，亦可抑制細(xì)胞本身增殖信號(hào)通路?；谏鲜鲅芯?，我們認(rèn)為ADAMTS9作為一種近年來發(fā)現(xiàn)的抑癌基因，其抑癌機(jī)制及信號(hào)通路尚存在爭議，可能與抑制血管生成或其對(duì)細(xì)胞本身的抑制作用有關(guān)。

2.2 ADAMTS家族其他重要成員及其功能

ADAMTS1是最早被發(fā)現(xiàn)的ADAMTS家族成員，目前發(fā)現(xiàn)其在不同腫瘤組織中發(fā)揮的作用具有組織特異性。有研究報(bào)道，ADAMTS1在非小細(xì)胞肺癌中[14]可能具有抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的抑癌作用，而在乳腺癌[15]中可能發(fā)揮著促進(jìn)腫瘤的生長、侵襲作用，由此可見ADAMTS1在不同腫瘤組織中可能發(fā)揮著復(fù)雜多樣的作用。ADAMTS20是ADAMTS家族中結(jié)構(gòu)與ADAMTS9高度相似的成員，但目前研究較少，僅發(fā)現(xiàn)在直腸癌[16]和乳腺浸潤性導(dǎo)管腺癌[17]組織中其表達(dá)含量有著顯著下調(diào)，有可能發(fā)揮著抑癌作用。可見ADAMTS家族不同成員之間功能雖有相似，但也存在著巨大差異。

3 ADAMTS9在已知的相關(guān)腫瘤的研究進(jìn)展

3.1 食管癌

2007年P(guān)HY Lo等人[18]首次報(bào)道，ADAMTS9在食管癌中發(fā)揮著抑癌作用。ADAMTS9在食管癌細(xì)胞系(15/16)中和食管癌組織(20/44)中均有顯著的表達(dá)下調(diào)或缺失，而其表觀遺傳學(xué)的下調(diào)或沉默受甲基化調(diào)控。近年來PHY Lo等人[19]又通過小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ADAMTS9能抑制毛細(xì)血管生成，體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)ADAMTS9能夠抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞管樣形成。提示了ADAMTS9在食管癌中的抑癌作用可能與其抗血管生成密切相關(guān)，目前尚缺少ADAMTS9在食管癌中其他抑癌相關(guān)機(jī)制的研究。

3.2 鼻咽癌

鼻咽癌是我國最常見的頭頸惡性腫瘤之一。2008年，Hong Lok Lung等人[20]在鼻咽癌組織中檢測ADAMTS9表達(dá)含量，結(jié)果顯示47%(31/66)鼻咽癌組織中ADAMTS9低表達(dá)或缺失。臨床資料分析發(fā)現(xiàn)ADAMTS9表達(dá)下調(diào)與鼻咽癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移存在顯著相關(guān)性(P=0.00134)。其首次指出ADAMTS9可能與癌細(xì)胞的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。但迄今為止在胃癌、乳腺癌等病例中并未得到相關(guān)的支持?？紤]到ADAMTS9對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的水解作用和抑制血管生成的作用特點(diǎn)以及相關(guān)文獻(xiàn)較為稀少，學(xué)者認(rèn)為仍不能排除ADAMTS9可能與其他惡性腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，目前仍期待ADAMTS9在其他腫瘤中轉(zhuǎn)移的相關(guān)研究。

3.3 胃癌

胃癌是我國最常見的消化道惡性腫瘤，針對(duì)胃癌分子機(jī)制及可能藥物靶點(diǎn)的研究一直是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。Chao Zhang等人[21]收集了100對(duì)胃癌及癌旁正常胃粘膜標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)胃癌組織中ADAMTS9甲基化水平明顯高于癌旁組織的甲基化水平，提示了ADAMTS9表觀遺傳學(xué)水平的下調(diào)或沉默可能受甲基化調(diào)控。隨后W Du等人[1]發(fā)現(xiàn)ADAMTS9甲基化水平與患者預(yù)后相關(guān)，甲基化組胃癌患者較無甲基化組胃癌患者生存明顯縮短(P=0.001)，cox生存回歸分析顯示ADAMTS9基因甲基化是影響患者生存預(yù)后的獨(dú)立影響因素。同時(shí)進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，ADAMTS9通過AKT/mTOR通路，抑制胃癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制血管生成，值得注意的是此機(jī)制并不依賴抗血管生成而發(fā)揮抑癌作用。綜合目前研究，我們認(rèn)為，ADAMTS9在胃癌進(jìn)展中發(fā)揮著一定抑癌作用，既可能通過對(duì)癌細(xì)胞本身機(jī)制調(diào)控抑制其增殖，又可通過水解細(xì)胞外基質(zhì)而發(fā)揮其抗血管生成作用。ADAMTS9在組織中的低表達(dá)可能受其甲基化調(diào)控，其甲基化水平的檢測可能作為胃癌患者預(yù)后評(píng)價(jià)的潛在生物指標(biāo)。此外，近年來Bole Cao等人[22]研究發(fā)現(xiàn)在胃癌細(xì)胞中ADAMTS9反義非編碼RNA 2(antisense RNA 2，ADAMTS9-AS2)也可能是一種潛在抑癌基因，通過PI3K/AKT通路抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。其有望成為進(jìn)一步了解ADAMTS9影響胃癌進(jìn)展的重要方面之一。

3.4 乳腺癌

乳腺癌是我國女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，ADAMTS9作為一種近年來發(fā)現(xiàn)的抑癌基因，其表達(dá)水平的下調(diào)在乳腺癌中亦可能發(fā)揮著重要的作用。了解其分子機(jī)制，有利于對(duì)乳腺癌發(fā)生發(fā)展的進(jìn)一步了解，也提供了可能的篩查及藥物治療靶點(diǎn)。Bianfei Shao等人[2]對(duì)219例乳腺癌組織、46例乳腺癌旁組織及16例乳腺正常組織進(jìn)行了ADAMTS9甲基化水平的檢測，其中乳腺癌組織中甲基化率可達(dá)59.4%。進(jìn)一步的細(xì)胞功能試驗(yàn)證實(shí)了ADAMTS9在乳腺癌細(xì)胞中發(fā)揮著抑癌作用，抑制細(xì)胞增殖，遷移，侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡?？赡芡ㄟ^上調(diào)TGFβ和抑制磷酸化EGFR，從而抑制AKT通路。然而，此研究通過對(duì)219例乳腺癌的臨床資料分析并未發(fā)現(xiàn)ADAMTS9甲基化水平與乳腺癌腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期等存在相關(guān)性，也并未闡釋ADAMTS9表達(dá)水平是否對(duì)乳腺癌患者生存預(yù)后相關(guān)。因此，雖然ADAMTS9在乳腺癌中證實(shí)為抑癌基因，目前仍需要進(jìn)一步的大樣本臨床資料分析，證實(shí)ADAMTS9是否是一個(gè)臨床值得信賴的抑癌指標(biāo)，對(duì)患者預(yù)后評(píng)價(jià)是否有所幫助。

3.5 軟骨肉瘤

軟骨肉瘤是一種除骨肉瘤以外的骨骼主要惡性腫瘤。近年來AYNUR ALTUNTAS1等人[23]在軟骨肉瘤的研究中發(fā)現(xiàn)ADAMTS9啟動(dòng)子區(qū)域具有核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)結(jié)合元件，白介素1β(IL-1β)可以通過激活并誘導(dǎo)NF-κB與ADAMTS9啟動(dòng)子相結(jié)合，從而上調(diào)ADAMTS9表達(dá)。由此可見IL-1β/NF-κB可能是調(diào)節(jié)ADAMTS9表達(dá)的重要途徑，上調(diào)IL-1β也可能是ADAMTS9低表達(dá)腫瘤可行的治療靶點(diǎn)。

3.6 結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是常見的消化道腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著人類的健康。2013年全球約有1，600，000例結(jié)直腸癌新發(fā)病例和771，000例死亡病例，其所造成的疾病負(fù)擔(dān)，發(fā)展中國家占56%，發(fā)達(dá)國家占44%[24]。有研究報(bào)道[25,26]，ADAMTS9在結(jié)直腸癌中低表達(dá)，相關(guān)的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，ADAMTS9抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移、促進(jìn)其凋亡。但此研究未進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，也未進(jìn)行臨床資料的分析，目前仍需要進(jìn)一步的研究加以論證。

4 小結(jié)

隨著世界范圍內(nèi)腫瘤發(fā)病率逐漸增加，早期診斷、早期預(yù)防、早期干預(yù)成為治療腫瘤的關(guān)鍵策略。因此，癌基因、抑癌基因以及腫瘤標(biāo)志物的研究也越來越受到重視。ADAMTS9作為一種近年來發(fā)現(xiàn)的抑癌基因，可能參與細(xì)胞增殖、遷移、血管生成等過程，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮著重要的作用。雖然有報(bào)道ADAMTS9與鼻咽癌的轉(zhuǎn)移存在相關(guān)性，但在其他腫瘤研究中未能得到支持，其分子機(jī)制及信號(hào)通路的研究也尚未闡釋清楚。目前仍需要進(jìn)一步的研究，驗(yàn)證其在各類腫瘤中的臨床意義及其發(fā)揮作用的分子機(jī)制。隨著ADAMTS9在腫瘤中的研究取得不斷的突破，其有望為成為腫瘤治療或預(yù)后評(píng)價(jià)的新靶點(diǎn)。