前言

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

金屬蛋白酶在多種類型的癌癥中表達，并通過調節(jié)信號轉導和腫瘤微環(huán)境參與涉及腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉移的許多病理過程。因此，更好地了解MP在癌癥免疫調節(jié)中的表達模式和功能將有助于開發(fā)更有效的癌癥診斷和免疫治療方法。

MP的結構和表達

基質金屬蛋白酶（MMP）

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

不同類型的MMP具有不同于典型MMP的特定結構特征。例如，MT MMPs缺乏前結構域，而MMP7、MMP26和MMP23缺乏Hpx結構域和連接肽。此外，MMP2和MMP9包含纖連蛋白的三個重復。MMPs中的這些不同結構域、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、細胞和組織定位。

MMPs已在多種人類癌癥中檢測到，MMPs的高表達通常與大多數(shù)癌癥的生存率降低有關，包括結直腸癌、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展和生存率降低相關。

解整合素金屬蛋白酶（ADAM）

ADAMs是錨定在細胞表面膜上的I型跨膜蛋白，迄今已發(fā)現(xiàn)30多種。與MMPs類似，ADAMs包括前結構域和鋅結合金屬蛋白酶結構域。ADAM還包括一個在細胞表面蛋白中獨特的去整合素結構域。ADAM的金屬蛋白酶結構域高度保守，大多數(shù)ADAM都有一個富含半胱氨酸的結構域和跨膜區(qū)域相鄰的EGF樣結構域，然后是一個長度和序列在不同ADAM家族成員之間變化很大的胞內區(qū)。由于這些結構域的存在，ADAM可以結合底物并影響細胞粘附和遷移的變化，以及細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，如生長因子、粘附分子和細胞因子的前體形式。

癌細胞通常表達高水平的ADAM，ADAM17是所有ADAM蛋白中研究最廣泛的。一項評估ADAM17作為卵巢癌潛在血液生物標志物的研究表明，與對照組相比，培養(yǎng)的卵巢癌細胞系的培養(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，其特征在于輔助結構域包含血栓反應蛋白1型重復序列（TSR）和間隔區(qū)，并且缺少跨膜區(qū)、胞內域和（EGF）樣結構域，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的ECM蛋白水解。

研究表明，不同的ADAMTS具有不同的生物學功能，并且個體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。

涉及癌細胞免疫相關MP的信號通路

信號轉導途徑由多個分子組成，它們相互識別和相互作用，并傳遞信號以調節(jié)許多重要的生物學過程，如腫瘤細胞增殖、轉移和免疫調節(jié)。三種信號通路尤其與免疫調節(jié)中的MP密切相關。

腫瘤壞死因子信號

腫瘤壞死因子-α（TNF-α）是一種重要的促炎細胞因子，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通過蛋白水解酶ADAM17，也稱為TNF-a轉換酶（TACE），從跨膜TNF-α（tmTNF-α）裂解，該酶可通過激活TNF-α來協(xié)調免疫和炎癥反應。鑒于ADAM17對TNF信號通路的受體和配體的作用，ADAM17被認為以多種方式影響TNF-α信號傳導。例如，可溶性TNF-α產生的減少將導致tmTNF-α的積累，其將與TNFR2結合并導致不同的生物學結果。

轉化生長因子–β

轉化生長因子-β（TGF-β）作為腫瘤行為的關鍵調節(jié)因子，在腫瘤侵襲和轉移、免疫調節(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前體并產生不同的TGF-β蛋白水解切割產物，從而導致TGF-β活化。此外，與CD44結合的MMP9降解纖連蛋白導致活性TGF-β的釋放。癌細胞中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信號通路下游物質的表達。對乳腺癌中MMP9與TGF信號通路之間關系的研究表明，乳腺癌細胞中MMP9的過表達不僅顯著上調了SMAD2、SMAD3和SMAD4的表達，還增強了SMAD2的磷酸化。

Notch信號通路

Notch信號涉及腫瘤生物學的多個方面，其在免疫應答的發(fā)展和調節(jié)中的作用比較復雜，包括塑造免疫系統(tǒng)和TME的組成部分，例如抗原呈遞細胞、T細胞亞群和癌細胞之間的復雜串擾。特別是，Notch在不同免疫細胞的發(fā)育和維持中發(fā)揮著關鍵作用。

配體與Notch受體結合后，下游信號由包括ADAM家族成員在內的一些蛋白酶介導。首先，受體/配體相互作用暴露了蛋白水解切割位點S2，其被ADAM金屬蛋白酶切割。γ-分泌酶介導的S3處的后續(xù)裂解發(fā)生在跨膜區(qū)，導致Notch胞內結構域（NICD）的釋放，該結構域轉移到細胞核中，并將MAML與RBPJ結合，觸發(fā)靶基因如Myc、P21和HES1的轉錄。已知ADAM10和ADAM17參與裂解S2，而ADAM17導致配體非依賴性Notch激活，ADAM10導致配體依賴性激活。

MP對腫瘤微環(huán)境的調節(jié)

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

MP對ECM的影響

ECM是TME基質的非細胞成分，ECM的重塑在癌癥的發(fā)展和體內穩(wěn)態(tài)以及免疫細胞募集和組織轉移中起著重要作用。癌癥進展過程中ECM的廣泛重塑導致其密度和組成發(fā)生變化，具體而言，蛋白酶誘導的ECM成分的分解對于腫瘤細胞跨越組織屏障至關重要。

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MT1 MMP激活的可溶性MMP（如MMP2、MMP9和MMP13）實現(xiàn)。ECM有三個主要成分：纖維、蛋白聚糖和多糖。MMPs通過與這些基質結合以促進各種ECM蛋白的周轉，在組織重塑中發(fā)揮重要作用。MMPs降解ECM的具體機制尚不清楚，需要進一步研究。

MP與免疫細胞之間的關系

MP在促進免疫細胞活性和調節(jié)免疫細胞遷移方面發(fā)揮重要作用。MP和免疫細胞之間的關系如下圖所示。

ADAM10和ADAM17在靜止的CD4+Th細胞表面表達，對調節(jié)CD4+Th的發(fā)育和功能很重要。ADAM10/17在T細胞共刺激受體以及共抑制受體的脫落中發(fā)揮關鍵作用。例如，CD154（CD40L）是一種II型膜共刺激受體，在T細胞和APC之間的相互作用后，CD154表達在幾個小時內迅速上調，隨后在ADAM10和ADAM17裂解后從T細胞表面釋放。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細胞是體液免疫的關鍵細胞成分，位于脾臟中邊緣區(qū)B細胞（MZB）表達高水平的CD80/86共刺激分子，導致T細胞活化。Notch2信號傳導是MZB細胞發(fā)育所必需的，在MZB的發(fā)育過程中，Notch2異二聚體與基質細胞和APC上的DLL1等配體結合，這啟動了一種未知的金屬蛋白酶水解受體，導致Notch胞內結構域的釋放，該結構域轉移到細胞核并觸發(fā)下游靶基因的表達。這種未知的金屬蛋白酶可能是ADAM10。

NK細胞表達IgG Fc受體FcγRIII（CD16），CD16分子可被ADAM17從活化的NK細胞表面裂解，ADAM17的抑制會削弱CD16和CD62L的胞外脫落，從而顯著增加細胞內TNF-α和IFN-γ的水平。此外，MMPs和ADAMS可以從腫瘤細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結合，并誘導該受體的內吞和降解，導致腫瘤逃避監(jiān)控�？偟膩碚f，ADAM17裂解的多種底物與NK細胞的不同作用有關。

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

與MPs相關的免疫調節(jié)細胞因子

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

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

金屬蛋白酶和血管生成

迄今為止，已經報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血管基底膜中各種水解酶（如MP和組織纖溶酶）的上調實現(xiàn)的，這導致基底膜和ECM的降解和重塑。例如，在胰腺神經內分泌腫瘤中，MMP9分泌增加會從基質中釋放出隔離的VEGF，從而將血管靜止轉變?yōu)榛钴S的血管生成。在肺癌細胞中，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信號介導的VEGF的表達，導致血管生成減少。

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

靶向MP的免疫治療

鑒于MP在癌癥免疫調節(jié)中的作用，人們開始探索靶向MP的免疫治療，臨床試驗中出現(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在免疫調節(jié)中的復雜作用，MP抑制劑迄今未能改善癌癥患者的生存和預后。最近，有報道稱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治療不僅通過減少多種致癌途徑導致PD-L1表達減少，而且與抗PD-1治療相結合，顯著改善了免疫細胞浸潤和T細胞的細胞毒性。此外，SB-3CT與抗CTLA-4的組合增強了PD-L1表達的下調，并增加了腫瘤中活化的腫瘤浸潤CD8+T細胞的豐度。

Andecaliximab（GS-5745）是一種選擇性抑制MMP9的單克隆抗體，GS-5745通過與MMP9前體結合并阻止MMP9活化來抑制MMP9，而與活性MMP9的結合則抑制其活性。Fab 3369作用于MMP14，阻斷細胞表面表達的內源性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發(fā)中，在臨床試驗中顯示出積極的效果。

小結

MP在TME中的免疫調節(jié)中發(fā)揮重要作用，包括ECM重塑、信號通路轉導、細胞因子脫落和釋放以及促進血管生成。與MP相關的新興技術和藥物在癌癥診斷和治療中得到了越來越多的探索。因此，更好地了解MP在癌癥免疫調節(jié)中的表達模式和功能將有助于開發(fā)更有效的癌癥診斷和免疫治療方法。基于MP的探索和新技術具有巨大潛力，它們可能會為未來的癌癥診斷和治療提供有效的策略。

參考文獻：

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

       原文標題 : 腫瘤免疫微環(huán)境中的金屬蛋白酶