RECK基因与脑胶质瘤

【摘 要】RECK基因是最近发现的基质金属蛋白酶（MMPs）抑制基因，在肿瘤组织中低表达，与肿瘤的侵袭转移能力密切相关。本文主要综述RECK的结构、功能及其与脑胶质瘤的研究进展。

【关键词】RECK；基因；肿瘤；胶质瘤

恶性肿瘤是危及人类健康的重大杀手之一。它最本质的特性是侵袭性生长与远处转移，是一个非常复杂的病理过程，涉及肿瘤细胞穿破细胞外基质（ECM）屏障、血管壁基膜及进入宿主微环境等过程。脑胶质瘤是颅内恶性肿瘤，是颅内肿瘤中发病率最高的，它的主要生长特点就是浸润性生长，与正常脑组织无明显界限，目前尚无法根治。基质金属蛋白酶（MMPs）是一类能降解血管基底膜及其他基质成分的重要蛋白酶类，具有促进肿瘤侵袭及血管形成的作用。目前研究认为，MMP-2在胶质瘤中呈高表达，且随肿瘤恶性程度增高表达增强。近年来，关于MMPs及其抑制剂的研究非常热门。RECK（reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs）是一种具有独特的抑制MMPs表达与活的新基因。

1 RECK基因

RECK基因是1998年Takahashi等[1]在v-Kiras转染的NIH3T3细胞中发现的一种新基因。该基因定位于9p13～p12，整个基因长度为87kb，其转录子大小为4.6kb。整个基因包含21个外显子，20个内含子，共有13个单核苷酸多态性（SNP），其中4个位于基因编码区域（外显子1，9，13，15），而另外9个位于内含子区域（含子5，8，10，12，15，17）。多态性编码的相应蛋白提高了罹患疾病的可能性。在人类和小鼠中这种蛋白质的整个结构具有93%的相似性，提示该基因编码的蛋白质可能是一个管家基因，编码的产物有非常重要的生理功能。这种蛋白质还有以下几个特点：①在它的两端各有一个疏水基团，说明这种蛋白质可以定位于细胞膜上的糖基磷脂酰肌醇区域；②有两个表皮生长因子重复样结构，在NH2端具有5个半胱氨酸重复结构和5个潜在的糖基化位点；③富含半胱氨酸残基（9.2%），提示它有复杂的二级结构；④含有3个丝氨酸蛋白水解酶样区域，其中有一个与“Kazalmotifs”完全配对，这也正是本基因名称的由来。尽管有丝氨酸蛋白水解酶样区域却没有抑制丝氨酸蛋白水解酶活性，而是能够降低MMPs活性。研究表明，在9号染色体短臂上，特别是RECK基因定位的9p13～p12区域上的基因，与许多肿瘤的发生、发展密切相关[2]。

1.1 RECK基因与MMPs表达的关系

目前研究表明RECK可以抑制MMPs，从而抑制肿瘤的侵袭和转移。MMPs由20多个锌依赖性内肽酶组成，是影响肿瘤侵袭和转移的关键酶。在正常稳定状态下，组织中MMPs的表达量极少，而在炎性细胞因子、激素、生长因子刺激和细胞转化过程中其表达量明显升高。此过程涉及人体多种生理及病理过程，如炎症、胚胎发生、血管形成、肿瘤侵袭转移等。其中MMPs在肿瘤侵袭转移中作用机制的研究较多，一般认为，其主要作用包括：①肿瘤的发生：MMPs分解健康组织的基质成分，使肿瘤增殖；②肿瘤的侵袭及转移：MMPs导致组织结构松弛，使癌细胞转移，组织的自我分解也促使MMPs释放，从而进一步引起肿瘤增殖；③血管生成：在ECM降解的同时，MMPs有助于为新生血管的生长提供空间；④调节细胞黏附：肿瘤细胞之间及与宿主细胞之间的黏附在肿瘤侵袭与转移中起重要作用；⑤激活具有潜在活性的蛋白质：研究表明MMP能激活两类具有潜在活性的蛋白质，即血浆纤维蛋白原和层粘连蛋白-5，二者在吸引炎症细胞及自发刺激肿瘤细胞迁移中具有重要作用。MMPs在肿瘤细胞与细胞外基质之间相互作用，可以降解基底膜和细胞外基质，促使细胞侵袭周边结缔组织进入脉管系统，最后到达继发组织器官扩展性生长。MMPs对原发肿瘤和继发肿瘤的生长有促进作用。

研究发现，RECK能至少在转录后水平调节3种基质金属蛋（MMPs）：MMP-2、MMP-9和MTI-MMP（MMP-14），其中MMP-2和MMP-9是肿瘤侵袭转移过程中涉及到的主要蛋白水解酶。在HTl080纤维肉瘤细胞株转染恢复RECK基因表达后，可发现在细胞培养上清液中，pro-MMP-9以及活性MMP-2的释放量明显降低。其主要机制是：RECK一方面通过抑制Pro-MMP-9从细胞内释放，另一方面可直接抑制MMP-9与MTI-MMP酶的活性。MMP-2的激活包括2步：①pro-MMP-2形成MTI-MMP、TIMP-2、pro-MMP-2的复合物，在特定的位点蛋白水解激活MMP-2；②激活后的MMP-2又可正反馈作用于MMP-2的中间体，进一步激活MMP-2。在这一过程中，RECK通过抑制MTI-MMP以及激活MMP-2的酶活性来终止MMP-2被激活。研究表明，RECK基因的纯化重组可抑制MMP-2和MTI-MMP的蛋白水解酶活性，但是，pro-MMP-9表达降低的原理尚未阐明。表达RECK基因的细胞株与控制组相比，其MMP-9mRNA的表达水平无明显差异。Takahashi等[1]体外实验证明，RECK基因结合pro-MMP-9的活性较弱，而pro-MMP-9的生成很可能在其翻译和分泌过程中某一点被中止。实际上，RECK基因可调控在多种恶性肿瘤组织中表达明显上调的三种MMP，而RECK对其他各种MMP的调节作用目前尚不明确。

1.2 RECK基因与血管生成的关系

研究表明，RECK基因可调节正常的血管形成。在无RECK基因表达的情况下，MMPs的过表达可导致ECM过度降解，血管及周围组织完整性降低，促进新生血管形成；相反，RECK基因的高表达可抑制新生血管的形成。因此，RECK基因及MMPs的相互调节对于肿瘤新生血管形成起着重要作用。Oh等[3]用携带RECK基因的载体转染HT 1080人纤维肉瘤细胞并将其接种到裸鼠体内，发现肿瘤中血管密度降低，血管出芽受到抑制，血管腔增大。在对照组中，血管密度在肿瘤长大后保持不变，具有窄刺状分枝。缺乏血管的细胞间隙在小的RECK表达肿瘤中即能找到，随着肿瘤的增长此类区域的比例增加；在较大的肿瘤中，血管形成受限成为少数几个大血管，只有围绕在这些血管周围的细胞才存活下来，大多数在血管缺如部分的细胞则死亡。

RECK对于血管的正常发育也是必不可少的，血管周围RECK依赖的胞外基质（ECM）的维护对于血管的成熟和稳定来说是需要的。在RECK基因敲除的小鼠胚胎期中，RECK在血管或周围组织中没有表达，在这种情况下，血管开始形成，但是却不能正常发育成熟：血管内皮细胞不形成像野生型胚胎所具有的紧密而薄的管状结构。虽然在突变体胚胎和卵黄囊脉管网络已经形成，但它们的形态类似初级的血管丛。这提示缺陷存在于血管的成熟过程而不是血管生成过程，一个简单的模型能够解释这些发现：在RECK表达缺乏的情况下，过度的MMPs活性使ECM过多的降解，引起血管结构完整性减弱；这样反过来又延缓早期脉管网络的成熟。在有RECK表达时，MMPs的活性减弱到一定程度，ECM重塑减弱，先期发生的血管形成毛细血管萌芽和产生新血管的能力被抑制。因此，RECK和MMPs活性的大小和空间模式对于正常血管形成是至关重要的。RECK抑制肿瘤血管生成在一些临床相关性研究中也得到证实。研究发现，肿瘤组织微血管密度与RECK的表达水平呈负相关。这种负相关只有在血管内皮生长因子（VEGF）强表达时才发生，即在VEGF表达水平较高的肿瘤，RECK的影响也增强，这提示RECK可以抑制VEGF诱导的血管生成。

2 RECK基因与脑胶质瘤

脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤，呈浸润性生长，术后复发卒极高，辅以放、化疗效果也不佳。因此研究胶质瘤发病机制、治疗的新靶点成为目前研究的热点。目前研究证明，在脑胶质瘤中RECK与MMP2/9呈负相关，升高RECK后MMP2/9表达受抑制，转染RECK siRNA后能有效提高MMP2/9的蛋白表达[4]。有实验证实RECK作为miR-21的调控靶点与胶质瘤细胞的侵袭性密切相关，同时发现RECK在脑胶质瘤中有一定程度的表达，与之后的肝细胞癌、大肠癌和的临床研究结果一致。RECK高表达可能某种程度上与纤维损伤形成相关，因为RECK蛋白抑制基质降解酶。RECK表达受细胞外激活控制，受Ras信号传导通路抑制，并已知转换很多生长因子信号，同时被一个或多个尚不知的血清因子激活。这样，肿瘤本身可能通过产生这样的可溶性因子影响周围组织RECK表达。同时发现RECK表达与脑肿瘤的恶性度有着密切的关系。这一结果与先前实验在肿瘤细胞系中恢复RECK基因表达可使其侵袭及恶性度降低的结果吻合。这就说明RECK表达在抑制脑胶质瘤的恶性进程中起到很重要的作用，即延长患者的生存时间。虽然RECK抑制肿瘤侵袭的详细机理目前还在研究中，但在RECK表达细胞中抑制金属蛋白酶的分泌直接参与了这一过程是肯定的。但在有的研究中RECK与MMP-9的表达相似，MMP-2的表达在胶质瘤中也仅有轻微的上升。有研究指出RECK基因启动子区域的SP1结合部位对于该基因表达非常重要。有趣的是，另有一些研究证实SP1是MMP-9基因表达转录上调的必要元素之一。因此，SP1转录因子家族的存在可能是造成RECK和MMP-9 mRNA表达相似的原因。RECK缺失会导致小鼠胚胎死亡，而缺少TIMP1或TIMP2对生长发育的影响力不大。这就说明在胚胎发育过程RECK比TIMPs更具影响力。在将来的研究中，探讨这两组MMPs调节物在肿瘤生长过程中的功能关系是很有意义的。总之，目前研究发现RECK在脑肿瘤组织中表达与患者生存时间之间有显著的相关性。RECK在抑制脑胶质瘤的恶性过程中起到重要的作用。RECK表达可以作为脑胶质瘤患者预后的准确标记物。基于RECK及其活性机制的治疗策略将在该病的治疗上很有意义。

3 结语

众多实验已证明RECK作为一种新型抑癌基因在多种肿瘤的发生发展中发挥着重要的作用。它通过多种机制调控MMPs的水解活性，从而影响该酶对细胞间质的水解和对肿瘤血管的形成作用。值得一提的是RECK基因可作为多种癌基因和促进肿瘤形成物质的共同作用的位点。尽管对该基因的研究有了很大的提高，但是还有众多问题尚未解决。如定位于细胞膜的RECK，如何调控位于细胞质的蛋白质，是否还存在其他的信号物质与其一起作用，RECK是否与其他的MMPs抑制成分有相互叠加作用，RECK能不能直接调节血管的生成等。研究表明，有多种药物（如非甾体类抗炎药等）可上调RECK的表达，这为进一步研究提供了新的思路。

【参考文献】

[1]Takahashi C，Sheng Z，Horan TP，et a1.Regulation of matrix metalloproteinase-9 and inhibition of tumor invasion by the membrane—anchored glyeoprotein RECK[J].Proc Natl Acad Sci USA，1998，95：13221-13226.

[2]Eisenberg I， Hochner H， Sadeh M，et a1.Establishment of the genomic structure and identification of thirteen single-nucleotide polymorphisms in the human RECK gene[J].Cytogenet Genome Res ，2002，97：58-61.

[3]Oh J，Takahashi R，Kondo S，et al.The membrane anchored MMP inhibitor RECK is a key regulator of extracellular matrix integrity and angiogenesis[J].Cell，2001，107：789-800.

[4]Gabriely G，Wurdinger T，Kesari S.et a1.MicroRNA 21 promotes glioma invasion by targeting matrix metalloproteinase regulators[J].Mol Cell Biol，2008，28：5369-5380.