ADAMTS9在肿瘤中的研究进展

张李，梁寒

(天津医科大学肿瘤医院胃部肿瘤科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室，天津)

0 引言

含凝血酶敏感素基序的去整合素金属蛋白酶(A disintegrin-like and metalloproteinase with thromboSpondin motifs，ADAMTS)家族属于去整合素金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)蛋白家族的亚家族分支，同属金属蛋白酶大家族。根据ADAM 家族成员结构不同，可将其分为膜锚ADAM和分泌型ADAM。后者即为ADAMTS家族，其以锌离子结合金属蛋白酶为特点，在人体组织中广泛分布。ADAMTS家族蛋白酶底物主要为各种细胞外基质，发挥其水解功能，因而也参与多种疾病的生理过程，如肿瘤细胞的转移，新生血管的生成及炎症等。近年来，对ADAMTS家族在肿瘤细胞中作用的研究逐渐增多，也证实了其家族的多个成员具有调节肿瘤细胞的增殖，转移及周围血管生成的作用[1,2]。ADAMTS9属于ADAMTS家族，是新近发现的具有潜在抑癌作用的靶点，虽然其在各种恶性肿瘤的报道逐渐增多，但作用机制仍未完全清楚。因此本文将对ADAMTS9的结构、功能特点及其在肿瘤中的研究进展进行综述。

1 ADAMTS家族的结构

ADAMTS家族蛋白具有多个结构域，其也决定了蛋白酶不同的生理功能。大多数的ADAMTS家族含有以下结构域：(a)信号肽；(b)前导肽；(c)锌离子金属蛋白酶结构域；(d)类去整合素结构域；(e)中央凝血酶样蛋白(thrombospondin-like repeat，TSR)序列；(f)富含半胱氨酸域；(g)间隔区；(h)TSR重复序列。其中中央TSR序列及其下游结构域可称为辅助结构域，此区域为ADAMTS家族各成员结构发生差别的主要区域。ADAMTS家族在人体中有19种家族成员，根据ADAMTS家族的结构和功能的不同，又可以将ADAMTS家族分为4个亚组：(a)骨胶原肽酶(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)软骨寡聚基质蛋白降解酶及功能尚不清楚的成员(ADAMTS7 和 ADAMTS12；ADAMTS6，ADAMTS16，ADAMTS17，ADAMTS18 和 ADAMTS19)。

1.1 信号肽

N末端信号肽其结构较为保守，含有定位序列，引导蛋白进入分泌途径，常在ADAMTS被分泌之前脱离ADAMTS分子。

1.2 前导肽

ADAMTS家族蛋白结构中均有弗林蛋白样前蛋白转换酶识别位点。ADAMTS酶原前导肽被弗林蛋白样前蛋白转换酶识别和激活后才能转化ADAMTS蛋白酶，获得催化活性。此过程既可发生在高尔基体中(如ADAMTS1[3]和ADAMTS4[4])也可发生于细胞表面(ADAMTS9[5])或细胞外基质(ADAMTS5[6])中。因此ADAMTS家族的前导肽可能具有促进ADAMTS酶折叠和激活的功能(ADAMTS13除外)。

1.3 锌离子金属蛋白酶结构域

ADAMTS 蛋白家族具有共同的HEXXHXBG(/N/S)BXHD催化结构域，其大致的构型预测[7]为：氨基末端形成5个β折叠，羧基末端形成α螺旋，转角处即为锌离子结合催化位点。细胞外基质可被结合并被水解，从而参与多种病理和生理过程。

1.4 类去整合素结构域

类去整合素结构域富含半胱氨酸并包含去整合蛋白环(由13-15个氨基酸组成)，此区域中的RG(D/X)序列可与整合素分子相互干扰，因此被认为能调节细胞与细胞，细胞与细胞外基质间的相互作用。该结构域的半胱氨酸富集区内存在高度变异区，能通过与整合蛋白相互作用，促进细胞因子释放，激发炎症反应参与细胞-细胞融合[8]。

1.5 辅助结构域

ADAMTS辅助域可通过改变识别底物的特异性作用，调节其与底物的结合和催化水解。所有的ADAMTS金属酶均含中央TSR序列，其与1型凝血酶敏感蛋白结构高度相似[9]，是血管新成的内源性抑制物，通过与CD36受体作用抑制内皮细胞的增殖、迁移，抑制新生血管的形成[10]。中央TSR序列之后为一段约100个氨基酸构成的富含半胱氨酸结构域，至少包括10个半胱氨酸残基，其可能为蛋白酶与整合蛋白的作用位点。间隔区为富含半胱氨酸结构域之后，一段约103-600个氨基酸组成的无半胱氨酸区。其生物学功能推测与TSR域的生物学功能近似。在其下游，除去ADAMTS4之外，其余ADAMTS家族金属酶均含有TSR序列，不同家族成员所含TSR数量也有所不同，一般在1-14个TSR重复序列之间变化。除此之外，一些特殊的ADAMTS金属酶还具有特殊的结构域，如ADAMTS9和ADAMTS20酶含有GON-1域[11]，ADAMTS13末端具有两个CUB域等[12]。

综上可见，ADAMTS蛋白酶家族有19个不同成员，各成员之间结构域既有相似也有差别，导致了其生物学功能也发挥着不尽相同的作用，参与了多种病理和生理过程[7]。

2 ADAMTS家族重要的成员及其功能

2.1 ADAMTS9的作用特点

ADAMTS9定位于染色体3p14.2-14.3，属于蛋白聚糖酶亚组。ADAMTS9金属酶前导肽中含有5个弗林蛋白酶结合位点，其羧基端含有14个TSR域和GON域，与ADAMTS20结构高度相似。ADAMTS9在人体中广泛表达，尤其在心肌、子宫、胎盘及生殖器官卵巢和睾丸中表达含量较高，可能是由于ADAMTS9中GON-1结构域的影响。2010年Bon-Hun Koo等人[13]尝试构建了ADAMTS9敲除小鼠，ADAMTS9-/-小鼠在胚胎形成过程中全部死亡，推测ADAMTS9在生物体中可能发挥着重要作用。而ADAMTS9+/-小鼠可以正常发育，通过种植黑色素瘤细胞显示，ADAMTS9+/-小鼠肿瘤周围新生血管，明显较ADAMTS9野生型小鼠减少，显示了ADAMTS9可能发挥着抑制血管生成和减少细胞粘附的作用。但随后的研究发现ADAMTS9的作用机制与ADAMTS1不同，ADAMTS9并不裂解血小板反应蛋白I和II、不影响VEFR165及VEGFR2信号通路。2013年，W Du等人[1]研究显示ADAMTS9发挥其抑癌作用可能并不依赖其抗血管生成作用，亦可抑制细胞本身增殖信号通路。基于上述研究，我们认为ADAMTS9作为一种近年来发现的抑癌基因，其抑癌机制及信号通路尚存在争议，可能与抑制血管生成或其对细胞本身的抑制作用有关。

2.2 ADAMTS家族其他重要成员及其功能

ADAMTS1是最早被发现的ADAMTS家族成员，目前发现其在不同肿瘤组织中发挥的作用具有组织特异性。有研究报道，ADAMTS1在非小细胞肺癌中[14]可能具有抑制肿瘤生长和转移的抑癌作用，而在乳腺癌[15]中可能发挥着促进肿瘤的生长、侵袭作用，由此可见ADAMTS1在不同肿瘤组织中可能发挥着复杂多样的作用。ADAMTS20是ADAMTS家族中结构与ADAMTS9高度相似的成员，但目前研究较少，仅发现在直肠癌[16]和乳腺浸润性导管腺癌[17]组织中其表达含量有着显著下调，有可能发挥着抑癌作用。可见ADAMTS家族不同成员之间功能虽有相似，但也存在着巨大差异。

3 ADAMTS9在已知的相关肿瘤的研究进展

3.1 食管癌

2007年PHY Lo等人[18]首次报道，ADAMTS9在食管癌中发挥着抑癌作用。ADAMTS9在食管癌细胞系(15/16)中和食管癌组织(20/44)中均有显著的表达下调或缺失，而其表观遗传学的下调或沉默受甲基化调控。近年来PHY Lo等人[19]又通过小鼠体内实验发现ADAMTS9能抑制毛细血管生成，体外实验也证实ADAMTS9能够抑制血管内皮细胞管样形成。提示了ADAMTS9在食管癌中的抑癌作用可能与其抗血管生成密切相关，目前尚缺少ADAMTS9在食管癌中其他抑癌相关机制的研究。

3.2 鼻咽癌

鼻咽癌是我国最常见的头颈恶性肿瘤之一。2008年，Hong Lok Lung等人[20]在鼻咽癌组织中检测ADAMTS9表达含量，结果显示47%(31/66)鼻咽癌组织中ADAMTS9低表达或缺失。临床资料分析发现ADAMTS9表达下调与鼻咽癌淋巴结转移存在显著相关性(P=0.00134)。其首次指出ADAMTS9可能与癌细胞的淋巴结转移密切相关。但迄今为止在胃癌、乳腺癌等病例中并未得到相关的支持。考虑到ADAMTS9对细胞外基质的水解作用和抑制血管生成的作用特点以及相关文献较为稀少，学者认为仍不能排除ADAMTS9可能与其他恶性肿瘤淋巴结转移相关，目前仍期待ADAMTS9在其他肿瘤中转移的相关研究。

3.3 胃癌

胃癌是我国最常见的消化道恶性肿瘤，针对胃癌分子机制及可能药物靶点的研究一直是众多学者研究的热点。Chao Zhang等人[21]收集了100对胃癌及癌旁正常胃粘膜标本，发现胃癌组织中ADAMTS9甲基化水平明显高于癌旁组织的甲基化水平，提示了ADAMTS9表观遗传学水平的下调或沉默可能受甲基化调控。随后W Du等人[1]发现ADAMTS9甲基化水平与患者预后相关，甲基化组胃癌患者较无甲基化组胃癌患者生存明显缩短(P=0.001)，cox生存回归分析显示ADAMTS9基因甲基化是影响患者生存预后的独立影响因素。同时进一步的机制研究发现，ADAMTS9通过AKT/mTOR通路，抑制胃癌细胞增殖，促进细胞凋亡，抑制血管生成，值得注意的是此机制并不依赖抗血管生成而发挥抑癌作用。综合目前研究，我们认为，ADAMTS9在胃癌进展中发挥着一定抑癌作用，既可能通过对癌细胞本身机制调控抑制其增殖，又可通过水解细胞外基质而发挥其抗血管生成作用。ADAMTS9在组织中的低表达可能受其甲基化调控，其甲基化水平的检测可能作为胃癌患者预后评价的潜在生物指标。此外，近年来Bole Cao等人[22]研究发现在胃癌细胞中ADAMTS9反义非编码RNA 2(antisense RNA 2，ADAMTS9-AS2)也可能是一种潜在抑癌基因，通过PI3K/AKT通路抑制肿瘤细胞增殖、迁移，促进细胞凋亡。其有望成为进一步了解ADAMTS9影响胃癌进展的重要方面之一。

3.4 乳腺癌

乳腺癌是我国女性发病率最高的恶性肿瘤，ADAMTS9作为一种近年来发现的抑癌基因，其表达水平的下调在乳腺癌中亦可能发挥着重要的作用。了解其分子机制，有利于对乳腺癌发生发展的进一步了解，也提供了可能的筛查及药物治疗靶点。Bianfei Shao等人[2]对219例乳腺癌组织、46例乳腺癌旁组织及16例乳腺正常组织进行了ADAMTS9甲基化水平的检测，其中乳腺癌组织中甲基化率可达59.4%。进一步的细胞功能试验证实了ADAMTS9在乳腺癌细胞中发挥着抑癌作用，抑制细胞增殖，迁移，侵袭，促进细胞凋亡。可能通过上调TGFβ和抑制磷酸化EGFR，从而抑制AKT通路。然而，此研究通过对219例乳腺癌的临床资料分析并未发现ADAMTS9甲基化水平与乳腺癌肿瘤大小、淋巴结转移、分期等存在相关性，也并未阐释ADAMTS9表达水平是否对乳腺癌患者生存预后相关。因此，虽然ADAMTS9在乳腺癌中证实为抑癌基因，目前仍需要进一步的大样本临床资料分析，证实ADAMTS9是否是一个临床值得信赖的抑癌指标，对患者预后评价是否有所帮助。

3.5 软骨肉瘤

软骨肉瘤是一种除骨肉瘤以外的骨骼主要恶性肿瘤。近年来AYNUR ALTUNTAS1等人[23]在软骨肉瘤的研究中发现ADAMTS9启动子区域具有核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)结合元件，白介素1β(IL-1β)可以通过激活并诱导NF-κB与ADAMTS9启动子相结合，从而上调ADAMTS9表达。由此可见IL-1β/NF-κB可能是调节ADAMTS9表达的重要途径，上调IL-1β也可能是ADAMTS9低表达肿瘤可行的治疗靶点。

3.6 结直肠癌

结直肠癌是常见的消化道肿瘤之一，严重威胁着人类的健康。2013年全球约有1，600，000例结直肠癌新发病例和771，000例死亡病例，其所造成的疾病负担，发展中国家占56%，发达国家占44%[24]。有研究报道[25,26]，ADAMTS9在结直肠癌中低表达，相关的细胞实验也证实，ADAMTS9抑制结直肠癌细胞增殖、迁移、促进其凋亡。但此研究未进行体内实验，也未进行临床资料的分析，目前仍需要进一步的研究加以论证。

4 小结

随着世界范围内肿瘤发病率逐渐增加，早期诊断、早期预防、早期干预成为治疗肿瘤的关键策略。因此，癌基因、抑癌基因以及肿瘤标志物的研究也越来越受到重视。ADAMTS9作为一种近年来发现的抑癌基因，可能参与细胞增殖、迁移、血管生成等过程，在肿瘤的发生发展中可能发挥着重要的作用。虽然有报道ADAMTS9与鼻咽癌的转移存在相关性，但在其他肿瘤研究中未能得到支持，其分子机制及信号通路的研究也尚未阐释清楚。目前仍需要进一步的研究，验证其在各类肿瘤中的临床意义及其发挥作用的分子机制。随着ADAMTS9在肿瘤中的研究取得不断的突破，其有望为成为肿瘤治疗或预后评价的新靶点。