前言

金屬蛋白酶（MP）是一個(gè)在其活性中心具有金屬離子的大型蛋白酶家族。根據(jù)結(jié)構(gòu)域的不同，金屬蛋白酶可分為多種亞型，主要包括基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）、解整合素金屬蛋白酶（ADAMs）以及具有血栓反應(yīng)蛋白基序的ADAMs（ADAMTS）。它們具有蛋白質(zhì)水解、細(xì)胞粘附和細(xì)胞外基質(zhì)重塑等多種功能。

金屬蛋白酶在多種類型的癌癥中表達(dá)，并通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和腫瘤微環(huán)境參與涉及腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移的許多病理過(guò)程。因此，更好地了解MP在癌癥免疫調(diào)節(jié)中的表達(dá)模式和功能將有助于開(kāi)發(fā)更有效的癌癥診斷和免疫治療方法。

MP的結(jié)構(gòu)和表達(dá)

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）

在脊椎動(dòng)物中，MMP家族由28個(gè)成員組成，至少23個(gè)在人體組織中表達(dá)，其中14個(gè)在脈管系統(tǒng)中表達(dá)。基質(zhì)金屬蛋白酶通常根據(jù)其底物和其結(jié)構(gòu)域的組織結(jié)構(gòu)分為膠原酶（MMP1、MMP8、MMP13）、明膠酶（MMP2、MMP9）、溶血素（MMP3、MMP10、MMP11）、基質(zhì)溶素（MMP7、MMP26）、膜型MMPs（MTMMPs）或其他MMPs。MMP家族有一個(gè)共同的核心結(jié)構(gòu)。典型的MMPs由大約80個(gè)氨基酸的前肽、170個(gè)氨基酸的金屬蛋白酶催化結(jié)構(gòu)域、可變長(zhǎng)度的連接肽或鉸鏈區(qū)和約200個(gè)氨基酸的血紅素蛋白結(jié)構(gòu)域組成。

不同類型的MMP具有不同于典型MMP的特定結(jié)構(gòu)特征。例如，MT MMPs缺乏前結(jié)構(gòu)域，而MMP7、MMP26和MMP23缺乏Hpx結(jié)構(gòu)域和連接肽。此外，MMP2和MMP9包含纖連蛋白的三個(gè)重復(fù)。MMPs中的這些不同結(jié)構(gòu)域、模塊和基序參與與其他分子的相互作用，從而影響或決定MMP活性、底物特異性、細(xì)胞和組織定位。

MMPs已在多種人類癌癥中檢測(cè)到，MMPs的高表達(dá)通常與大多數(shù)癌癥的生存率降低有關(guān)，包括結(jié)直腸癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌。其中MMP2和MMP9，能夠降解基底膜中的IV型膠原，是研究最廣泛的金屬蛋白酶，與各種癌癥患者的疾病進(jìn)展和生存率降低相關(guān)。

解整合素金屬蛋白酶（ADAM）

ADAMs是錨定在細(xì)胞表面膜上的I型跨膜蛋白，迄今已發(fā)現(xiàn)30多種。與MMPs類似，ADAMs包括前結(jié)構(gòu)域和鋅結(jié)合金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域。ADAM還包括一個(gè)在細(xì)胞表面蛋白中獨(dú)特的去整合素結(jié)構(gòu)域。ADAM的金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)域高度保守，大多數(shù)ADAM都有一個(gè)富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域和跨膜區(qū)域相鄰的EGF樣結(jié)構(gòu)域，然后是一個(gè)長(zhǎng)度和序列在不同ADAM家族成員之間變化很大的胞內(nèi)區(qū)。由于這些結(jié)構(gòu)域的存在，ADAM可以結(jié)合底物并影響細(xì)胞粘附和遷移的變化，以及細(xì)胞表面分子的蛋白水解釋放。它們的主要底物是完整的跨膜蛋白，如生長(zhǎng)因子、粘附分子和細(xì)胞因子的前體形式。

癌細(xì)胞通常表達(dá)高水平的ADAM，ADAM17是所有ADAM蛋白中研究最廣泛的。一項(xiàng)評(píng)估ADAM17作為卵巢癌潛在血液生物標(biāo)志物的研究表明，與對(duì)照組相比，培養(yǎng)的卵巢癌細(xì)胞系的培養(yǎng)基上清液以及卵巢癌患者的血清和腹水中的ADAM17水平明顯更高。

具有血栓反應(yīng)蛋白基序的ADAM（ADAMTS）

ADAM不同，ADAMTS是一種分泌型金屬蛋白酶，其特征在于輔助結(jié)構(gòu)域包含血栓反應(yīng)蛋白1型重復(fù)序列（TSR）和間隔區(qū)，并且缺少跨膜區(qū)、胞內(nèi)域和（EGF）樣結(jié)構(gòu)域，人ADAMTS家族包括19種蛋白。ADAMTS蛋白酶參與前膠原和von Willebrand因子的成熟，以及與形態(tài)發(fā)生、血管生成和癌癥相關(guān)的ECM蛋白水解。

研究表明，不同的ADAMTS具有不同的生物學(xué)功能，并且個(gè)體ADAMTS可以在不同的癌癥中或根據(jù)臨床環(huán)境發(fā)揮不同的作用。與MMPs和ADAMs相比，ADAMTS在TME中的參與研究較少，因此迫切需要系統(tǒng)地研究其在癌癥中的功能。

涉及癌細(xì)胞免疫相關(guān)MP的信號(hào)通路

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑由多個(gè)分子組成，它們相互識(shí)別和相互作用，并傳遞信號(hào)以調(diào)節(jié)許多重要的生物學(xué)過(guò)程，如腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和免疫調(diào)節(jié)。三種信號(hào)通路尤其與免疫調(diào)節(jié)中的MP密切相關(guān)。

腫瘤壞死因子信號(hào)

腫瘤壞死因子-α（TNF-α）是一種重要的促炎細(xì)胞因子，參與免疫系統(tǒng)的維持和穩(wěn)態(tài)，以及炎癥和宿主防御�？扇苄訲NF-α通過(guò)蛋白水解酶ADAM17，也稱為TNF-a轉(zhuǎn)換酶（TACE），從跨膜TNF-α（tmTNF-α）裂解，該酶可通過(guò)激活TNF-α來(lái)協(xié)調(diào)免疫和炎癥反應(yīng)。鑒于ADAM17對(duì)TNF信號(hào)通路的受體和配體的作用，ADAM17被認(rèn)為以多種方式影響TNF-α信號(hào)傳導(dǎo)。例如，可溶性TNF-α產(chǎn)生的減少將導(dǎo)致tmTNF-α的積累，其將與TNFR2結(jié)合并導(dǎo)致不同的生物學(xué)結(jié)果。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子–β

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）作為腫瘤行為的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移、免疫調(diào)節(jié)和治療抵抗中發(fā)揮重要作用。TGF-β也是TME免疫抑制的核心，根據(jù)具體情況對(duì)免疫系統(tǒng)具有多效性功能。

MMP9和MMP2是已知的兩種金屬蛋白酶，可切割未激活的TGF-β前體并產(chǎn)生不同的TGF-β蛋白水解切割產(chǎn)物，從而導(dǎo)致TGF-β活化。此外，與CD44結(jié)合的MMP9降解纖連蛋白導(dǎo)致活性TGF-β的釋放。癌細(xì)胞中MMP9的水平不僅可能影響TGF-β的蛋白水解，還可能影響TGFβ和TGF信號(hào)通路下游物質(zhì)的表達(dá)。對(duì)乳腺癌中MMP9與TGF信號(hào)通路之間關(guān)系的研究表明，乳腺癌細(xì)胞中MMP9的過(guò)表達(dá)不僅顯著上調(diào)了SMAD2、SMAD3和SMAD4的表達(dá)，還增強(qiáng)了SMAD2的磷酸化。

Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)涉及腫瘤生物學(xué)的多個(gè)方面，其在免疫應(yīng)答的發(fā)展和調(diào)節(jié)中的作用比較復(fù)雜，包括塑造免疫系統(tǒng)和TME的組成部分，例如抗原呈遞細(xì)胞、T細(xì)胞亞群和癌細(xì)胞之間的復(fù)雜串?dāng)_。特別是，Notch在不同免疫細(xì)胞的發(fā)育和維持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

配體與Notch受體結(jié)合后，下游信號(hào)由包括ADAM家族成員在內(nèi)的一些蛋白酶介導(dǎo)。首先，受體/配體相互作用暴露了蛋白水解切割位點(diǎn)S2，其被ADAM金屬蛋白酶切割。γ-分泌酶介導(dǎo)的S3處的后續(xù)裂解發(fā)生在跨膜區(qū)，導(dǎo)致Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）的釋放，該結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，并將MAML與RBPJ結(jié)合，觸發(fā)靶基因如Myc、P21和HES1的轉(zhuǎn)錄。已知ADAM10和ADAM17參與裂解S2，而ADAM17導(dǎo)致配體非依賴性Notch激活，ADAM10導(dǎo)致配體依賴性激活。

MP對(duì)腫瘤微環(huán)境的調(diào)節(jié)

TME是指腫瘤細(xì)胞周圍的微環(huán)境，包括血管、免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨髓源性抑制細(xì)胞、各種信號(hào)分子和ECM。TME在調(diào)節(jié)癌癥的免疫反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。

MP對(duì)ECM的影響

ECM是TME基質(zhì)的非細(xì)胞成分，ECM的重塑在癌癥的發(fā)展和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及免疫細(xì)胞募集和組織轉(zhuǎn)移中起著重要作用。癌癥進(jìn)展過(guò)程中ECM的廣泛重塑導(dǎo)致其密度和組成發(fā)生變化，具體而言，蛋白酶誘導(dǎo)的ECM成分的分解對(duì)于腫瘤細(xì)胞跨越組織屏障至關(guān)重要。

MMPs和ADAMs是參與ECM降解的主要酶，參與ECM降解的MMPs可大致分為膜錨定MMPs和可溶性MMPs。ECM降解主要通過(guò)MT1 MMP激活的可溶性MMP（如MMP2、MMP9和MMP13）實(shí)現(xiàn)。ECM有三個(gè)主要成分：纖維、蛋白聚糖和多糖。MMPs通過(guò)與這些基質(zhì)結(jié)合以促進(jìn)各種ECM蛋白的周轉(zhuǎn)，在組織重塑中發(fā)揮重要作用。MMPs降解ECM的具體機(jī)制尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。

MP與免疫細(xì)胞之間的關(guān)系

MP在促進(jìn)免疫細(xì)胞活性和調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞遷移方面發(fā)揮重要作用。MP和免疫細(xì)胞之間的關(guān)系如下圖所示。

ADAM10和ADAM17在靜止的CD4+Th細(xì)胞表面表達(dá)，對(duì)調(diào)節(jié)CD4+Th的發(fā)育和功能很重要。ADAM10/17在T細(xì)胞共刺激受體以及共抑制受體的脫落中發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，CD154（CD40L）是一種II型膜共刺激受體，在T細(xì)胞和APC之間的相互作用后，CD154表達(dá)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速上調(diào)，隨后在ADAM10和ADAM17裂解后從T細(xì)胞表面釋放。此外，ADAM10和ADAM17還作用于共刺激受體CD137，以及抑制性受體LAG-3、TIM-3，sLAG-3和sTIM-3的可溶性形式都是在ADAM10和ADAM17蛋白水解裂解后形成的。

B細(xì)胞是體液免疫的關(guān)鍵細(xì)胞成分，位于脾臟中邊緣區(qū)B細(xì)胞（MZB）表達(dá)高水平的CD80/86共刺激分子，導(dǎo)致T細(xì)胞活化。Notch2信號(hào)傳導(dǎo)是MZB細(xì)胞發(fā)育所必需的，在MZB的發(fā)育過(guò)程中，Notch2異二聚體與基質(zhì)細(xì)胞和APC上的DLL1等配體結(jié)合，這啟動(dòng)了一種未知的金屬蛋白酶水解受體，導(dǎo)致Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的釋放，該結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并觸發(fā)下游靶基因的表達(dá)。這種未知的金屬蛋白酶可能是ADAM10。

NK細(xì)胞表達(dá)IgG Fc受體FcγRIII（CD16），CD16分子可被ADAM17從活化的NK細(xì)胞表面裂解，ADAM17的抑制會(huì)削弱CD16和CD62L的胞外脫落，從而顯著增加細(xì)胞內(nèi)TNF-α和IFN-γ的水平。此外，MMPs和ADAMS可以從腫瘤細(xì)胞表面切割活化受體NKG2D的配體。這些裂解蛋白的可溶性形式與NKG2D結(jié)合，并誘導(dǎo)該受體的內(nèi)吞和降解，導(dǎo)致腫瘤逃避監(jiān)控�？偟膩�(lái)說(shuō)，ADAM17裂解的多種底物與NK細(xì)胞的不同作用有關(guān)。

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）有助于癌癥的發(fā)生和惡性進(jìn)展，高水平的TAM與預(yù)后不良和總體生存率降低有關(guān)。在多種癌癥中，發(fā)現(xiàn)TAM通過(guò)分泌MMPs促進(jìn)腫瘤血管生成和侵襲，并調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。MMP的調(diào)節(jié)與TAM分泌的趨化因子密切相關(guān)。

與MPs相關(guān)的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子

多種來(lái)源于腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞因子，包括TGF-β、EGF、HGF和TNF-α，介導(dǎo)許多MP的表達(dá)。其中最重要的是MMP9，其在血清和與腫瘤相關(guān)的組織中升高，并參與ECM的降解，以促進(jìn)癌癥中免疫細(xì)胞的遷移。

此外，這些細(xì)胞因子必須被MP切割以參與腫瘤免疫過(guò)程。例如，被ADAM17切割的TmTNF-α產(chǎn)生活性sTNF-α。IL-12在T細(xì)胞發(fā)育和擴(kuò)增中也起著關(guān)鍵作用，未激活的IL-12前體需要在被MMP14切割之后在TME中轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)。

金屬蛋白酶和血管生成

迄今為止，已經(jīng)報(bào)道了幾種類型的腫瘤血管生成，包括萌芽血管生成和血管生成擬態(tài)（VM）。萌芽血管生成是通過(guò)血管基底膜中各種水解酶（如MP和組織纖溶酶）的上調(diào)實(shí)現(xiàn)的，這導(dǎo)致基底膜和ECM的降解和重塑。例如，在胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中，MMP9分泌增加會(huì)從基質(zhì)中釋放出隔離的VEGF，從而將血管靜止轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的血管生成。在肺癌細(xì)胞中，MMP2活性的抑制減少了其與整合素AVB3的相互作用，并抑制了下游PI3K/AKT信號(hào)介導(dǎo)的VEGF的表達(dá)，導(dǎo)致血管生成減少。

VM是侵襲性腫瘤形成新血管的新模型，為腫瘤生長(zhǎng)提供血液供應(yīng)。研究表明，實(shí)體瘤的初始缺氧環(huán)境與VM密不可分，缺氧與MMPs的表達(dá)和活性密切相關(guān)。低氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）已被證明直接調(diào)節(jié)MMP14、MMP9和MMP2的表達(dá)。

靶向MP的免疫治療

鑒于MP在癌癥免疫調(diào)節(jié)中的作用，人們開(kāi)始探索靶向MP的免疫治療，臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)了多種廣譜MP抑制劑。然而，由于藥物的非特異性靶向和MP在免疫調(diào)節(jié)中的復(fù)雜作用，MP抑制劑迄今未能改善癌癥患者的生存和預(yù)后。最近，有報(bào)道稱MP抑制劑可用于聯(lián)合治療，以提高免疫治療的療效。

SB-3CT作為一種MMP2/9抑制劑，被認(rèn)為可以提高抗PD-1和抗CTLA-4治療黑色素瘤和肺癌小鼠模型的療效。SB-3CT治療不僅通過(guò)減少多種致癌途徑導(dǎo)致PD-L1表達(dá)減少，而且與抗PD-1治療相結(jié)合，顯著改善了免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和T細(xì)胞的細(xì)胞毒性。此外，SB-3CT與抗CTLA-4的組合增強(qiáng)了PD-L1表達(dá)的下調(diào)，并增加了腫瘤中活化的腫瘤浸潤(rùn)C(jī)D8+T細(xì)胞的豐度。

Andecaliximab（GS-5745）是一種選擇性抑制MMP9的單克隆抗體，GS-5745通過(guò)與MMP9前體結(jié)合并阻止MMP9活化來(lái)抑制MMP9，而與活性MMP9的結(jié)合則抑制其活性。Fab 3369作用于MMP14，阻斷細(xì)胞表面表達(dá)的內(nèi)源性MMP14，并抑制三陰性乳腺癌（TNBC）中ECM的降解。此外，有多種抗體可有效抑制ADAM17，包括A12、A9和MED13622。還有一些小分子抑制劑在臨床開(kāi)發(fā)中，在臨床試驗(yàn)中顯示出積極的效果。

小結(jié)

MP在TME中的免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，包括ECM重塑、信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞因子脫落和釋放以及促進(jìn)血管生成。與MP相關(guān)的新興技術(shù)和藥物在癌癥診斷和治療中得到了越來(lái)越多的探索。因此，更好地了解MP在癌癥免疫調(diào)節(jié)中的表達(dá)模式和功能將有助于開(kāi)發(fā)更有效的癌癥診斷和免疫治療方法�；�于MP的探索和新技術(shù)具有巨大潛力，它們可能會(huì)為未來(lái)的癌癥診斷和治療提供有效的策略。

參考文獻(xiàn)：

1.Immunomodulatory role of metalloproteasesin cancers: Current progress and future trends. Front Immunol.2022; 13:1064033.

       原文標(biāo)題 : 了解癌癥中的金屬蛋白酶