基质金属蛋白酶-7表达与胃癌临床病理生物学行为的关系

摘要

目的

研究基质金属蛋白酶-7(MMP-7)表达在胃癌发生和演进中的作用.

方法

采用S-P免疫组化方法利用抗MMP-7、抗CD34抗体研究113例胃癌原发灶中MMP-7表达和微血管密度(MVD), 比较MMP-7表达和MVD与胃癌临床病理特征的关系, 分析胃癌组织中MMP-7表达与MVD的关系.

结果

MMP-7在胃癌旁黏膜中阳性表达率为29.2 % (33/113), 低于胃癌组织的阳性率69.0 % (78/113); MMP-7表达与胃癌肿块大小、浸润深度、转移和TNM分期密切相关(P <0.05), 而与胃癌的生长方式和分化程度无显著相关性(P >0.05); 胃癌组织中MVD与肿块大小、浸润深度、转移和TNM分期关系密切(P <0.05), 但与胃癌的组织分化和生长方式无显著相关性(P >0.05); 特别是MVD的大小依赖于胃癌组织中MMP-7表达(P <0.05).

结论

MMP-7在胃癌中表达上调, 可作为揭示胃癌生物学行为的客观指标, 其可能通过参与胃癌的生长、浸润、转移和血管形成而在胃癌的发生和演进中起到重要作用.

关键词: N/A

Relationship between expression of matrix metalloproteinase-7 and clinic-opathobiological behaviors of gastric cancer

Ji-Min Sun, Hua-Chuan Zheng, Xue-Fei Yang, Yan Xin, Yin-Chang Zhang

Ji-Min Sun, Hua-Chuan Zheng, Xue-fei Yang, Yan Xin, Yin-Chang Zhang, Cancer Institute, The First Affiliated Hospital of China Medical University, Nanjing North Street 155, Shenyang 110001, Liaoning Province, China

Correspondence to: Ji-Min Sun, Cancer Institute, The First Affiliated Hospital of China Medical University, Nanjing North Street 155, Shenyang 110001, Liaoning Province, China. sun-jinmin@hotmail.com

Received: November 19, 2002
Revised: November 23, 2002
Accepted: November 28, 2002
Published online: September 15, 2003

Abstract

AIM

To investigate the role of matrix metalloproteinase-7 (MMP-7) expression in caricinogenesis and progression of gastric cancer.

METHODS

We studied MMP-7 expression and microvessel density (MVD) in primary foci of 113 cases of gastric cancer by streptavidin-biotin-immunoperoxidase method with anti-MMP-7 and anti-CD34 antibodies. MMP-7 expression and mean MVD in primary foci were compared with clinicopathological features of tumors, and the relationship between MMP-7 expression and mean microvessel densities (MVD) in gastric cancer was concerned as well.

RESULTS

MMP-7 showed positive expression in 29.2 % (33/113) of adjacent mucosa of gastric cancer was less than that in its primary foci (69.0 %, 78/113) of gastric cancer. MMP-7 expression in primary foci was closely correlated with tumor size, invasive depth, metastasis and TNM staging of gastric cancer (P <0.05) despite no significant relationship between its expression and differentiation or growth pattern (P >0.05). Positive correlation of mean MVD with tumor size, depth of invasion, metastasis and TNM staging was found (P <0.05), but no relationship was found between mean MVD or differentiation of gastric cancer (P >0.05). Especially, mean MVD was dependent on MMP-7 expression in gastric cancer (P <0.05).

CONCLUSION

MMP-7 is an effective marker to reveal the biological behaviors of gastric cancer and plays an important role in carcinogenesis and progression of gastric cancer by participating in growth, invasion, metastasis and angio-genesis.

Key Words: N/A

0 引言

恶性肿瘤的浸润和转移是多步骤、多因素和多阶段的病理过程. 基底膜和细胞外基质是阻碍肿瘤浸润和转移的天然屏障, 他们的降解是恶性肿瘤发生浸润和转移的关键环节, 基质金属蛋白酶-7 (MMP-7)的底物是细胞外基质. 大量研究发现MMP-7可以降解细胞外基质和刺激血管内皮细胞DNA合成来促进血管形成[1-4], 同时参与Fas配体和肿瘤坏死因子的释放[5,6]. 各种肿瘤均表达MMP-7, 如胰腺癌、肝癌、结肠癌、胃癌、口腔鳞癌和子宫内膜癌等, 可见MMP-7表达参与肿瘤发生和演进过程[2,7-11]. 一些研究表明肿瘤内的微血管密度与肿瘤的大小、浸润深度、局部或远处转移密切相关[12,13]. 胃癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一[14-17], 在中国发病率也居恶性肿瘤的榜首, 而大部分胃癌患者最终死于浸润和转移[18-24], 因此研究胃癌演进的分子机制是非常必要的. 我们观察了MMP-7在胃癌癌旁黏膜和原发灶中的表达, 比较其在原发灶中表达与胃癌临床病理特征的关系, 探讨MMP-7在胃癌演进中的浸润、转移和血管形成中的作用.

1 材料和方法

1.1 材料

收集中国医科大学附属第二医院1997-09/2001-02手术治疗胃癌标本113例, 其中伴有淋巴结或远隔脏器转移38例, 所有患者手术前均未经过放化疗. 所有病例的癌旁黏膜和原发灶均经4 g/L甲醛固定, 用石蜡包埋, 并制作成4 mm的切片. 将切片进行HE染色, 并由两位病理医师来确定其病理诊断和组织学特征. S-P 试剂盒购于中山生物技术公司, 抗MMP-7多抗和 抗CD34单克隆抗体分别购于博士德生物技术公司和中山生物技术公司.

1.2 方法

胃癌癌旁黏膜和原发灶连续切片用于S-P免疫组织化学染色. MMP-7染色定位在细胞质内. 由两位观察者随机选择5个有代表性的视野计数100个细胞, 采用盲法确定MMP-7的染色强度. MMP-7在组织中的表达强度分级如下: 阳性细胞小于或等于5 %为阴性(-); 5-25 %为弱阳性(+); 25-50 %为阳性(++); 大于或等于50 %为强阳性(+++). 另外, 利用改良的 Weidner 法计数微血管密度, 具体操作: 肿瘤中分布的微血管为血管计数热点, 任何棕色的内皮细胞或内皮细胞簇被认为是一个可计数的微血管. 观察者在高倍镜下选定5个高倍视野计数 (物镜: 40×; 目镜10×,每个视野的面积为 0.1885 mm²), 所有病例的微血管密度均由两位研究人员确定并取得一致.

统计学处理 率的比较采用x² 检验, 利用Spearman检验分析等级相关性, 方差分析区分不同组的均值. P < 0.05视为有统计学意义, 所用数据均利用 SPSS 10.0统计软件进行处理.

2 结果

MMP-7阳性染色定位在细胞质中, 在癌旁黏膜上皮细胞中显示低弱表达(29.2 %, 33/113), 而在间质和基底膜上不见MMP-7染色. 研究发现在69.0 % 胃癌组织中显示强表达(图1), 其阳性率显著高于胃癌旁黏膜(P <0.05, x²=35.852). 胃癌原发灶中MMP-7表达与胃癌肿块大小、浸润深度、转移和TNM分期密切相关(P <0.05), 而与胃癌的组织分化程度无显著相关性(P >0.05). 虽然团块型胃癌中MMP-7表达低于巢型或弥漫型胃癌, 但MMP-7表达与胃癌的生长方式无显著相关性(P >0.05, 表1). 抗原CD34定位在细胞质或细胞膜上(图2). 胃癌中MVD均值与肿块的大小相关(P <0.05), 肿块大的肿瘤MVD值高. 即使未分化型胃癌中MVD高于分化型(P >0.05), MVD均值与胃癌的分化无显著相关性. 伴有转移的胃癌中MVD高于未发生转移的胃癌 (P <0.05). 此外, MVD随着胃癌的TNM分期升高而增大 (P <0.05). 特别值得注意的是MVD的大小依赖于MMP-7的表达 (P <0.05, 表2).

表1 MMP-7表达与胃癌临床病理特征的关系.

临床病理特征	n	MMP-7 表达					相关系数	P 值
		-	+	++	+++	阳性率 (%)
大小 小于4 cm	47	21	12	11	3	55.3	0.276	0.003
大于或等于4cm	66	14	18	21	13	78.7
浸润 黏膜下层以上	26	17	6	3	0	34.6	0.347	0.000
肌层	34	5	13	12	4	85.2
浆膜下层以下	53	13	11	17	12	75.4
转移 阴性	75	28	21	19	7	62.6	0.253	0.007
阳性	38	7	9	13	9	81.5
TNM O	18	11	5	2	0	38.8	0.318	0.007
I	28	8	10	8	2	71.4
II	40	12	7	12	9	70.0
III	17	3	5	4	5	82.3
IV	10	1	3	6	0	90.0
生长 团块型	23	7	6	7	3	69.5	0.369	0.000
巢型	30	5	9	8	8	83.3
弥漫型	34	6	9	14	5	81.8
分型 分化型	53	16	18	12	7	69.8	0.061	0.523
未分化型	60	19	12	20	9	68.3

图1 胃癌细胞中MMP-7表达呈强阳性, 间质和基底膜中呈阴性 S-P法×400.

表2 MVD与胃癌临床病理特征的关系.

临床病理特征	n	MVD(均值±标准差)	F值	P值
大小 小于4 cm	47	40.30±24.70	5.682	0.019
大于或等于4 cm	66	51.20±23.44
浸润 黏膜下层以上	26	31.01±20.23	9.686	0.000
肌层	34	45.72±23.65
浆膜下层以下	53	54.95±23.34
转移 阴性	75	41.52±23.06	10.717	0.001
阳性	38	56.82±24.26
TNM O	18	30.95±21.32	6.250	0.000
I	28	37.51±22.69
II	40	50.93±21.75
III	17	62.07±25.26
IV	10	46.67±24.47
生长 团块型	23	50.05±21.27	5.182	0.002
巢型	30	52.70±24.84
弥漫型	34	51.02±24.98
分型 分化型	53	45.46±24.00	0.173	0.678
未分化型	60	47.57±25.04
MMP-7 -	35	31.83±19.72	14.740	0.000
+	30	40.50±23.46
++	32	60.01±17.95
+++	16	63.99±23.84

图2 CD34定位在血管内皮细胞的细胞膜和细胞质中 S-P法×400.

3 讨论

MMP-7是一种19 kd基质裂解素(matrilysin), 为间质溶解素家族成员之一, 其分解底物主要有纤维连接蛋白、IV胶原、层连蛋白和钙粘素等. MMP-7除参与胚胎发育、创伤修复、和器官形态发生等组织再生过程, 而且可通过降解细胞外基质和促进毛细血管的增生在肿瘤的浸润和转移等演进过程中重要作用[25].

本组资料中MMP-7在29.3 %的胃癌旁黏膜中呈阳性表达, 但仍然不可忽视, 因为本组病例中的癌旁黏膜大多伴有肠化生和炎症等病理学变化. 有文献报道IL-2, IL-8等炎症因子可使上皮细胞中MMP-7表达上调[26]. Crawford et al [26]研究发现MMP-7和FasL在胰腺化生导管上皮细胞中协同表达, 提示MMP-7参与胰腺导管化生细胞FasL水解, 进而调节导管上皮细胞的凋亡和增生平衡. Yu et al [27]研究结果显示MMP-7可以和CD44、EGF结合而参与上皮细胞的修复过程. 这些研究均提示MMP-7在胃黏膜的修复和再生等生理过程中起重要调节作用.

为了观察MMP-7在胃癌组织中的表达, 我们比较了MMP-7在胃癌旁黏膜和癌组织中的阳性表达率, 结果发现胃癌中MMP-7中表达高于癌旁黏膜, 提示MMP-7表达上调参与胃癌发生过程. 此外, 本研究显示即使分化型胃癌中MMP-7表达低于与未分化胃癌, 但MMP-7表达与胃癌的分化程度无显著相关性, 说明MMP-7表达上调是胃癌的普遍现象, 不能反映胃癌的分化程度. 我们也发现MMP-7阳性表达与胃癌肿块大小、浸润深度、转移和TNM分期密切相关, 由此可推测MMP-7可能参与胃癌的生长、浸润和转移等过程. Giatromanolaki et al [28]研究发现MMP-7可以水解介导细胞同质性黏附的关键分子E-cadherin, 进而提高肿瘤细胞运动性和浸润能力, 使肿瘤细胞更具恶性表型. Adachi et al [25]将MMP-7 cDNA转染到结肠癌细胞后其浸润和转移能力大大提高. 同时有文献报道MMP-7水解其他金属蛋白酶的活化和参与FasL、肿瘤坏死因子释放[5,6]. 因此MMP-7可能通过水解细胞外基质、参与免疫逃逸和提高细胞运动能力等方面参与胃癌细胞的演进过程.

血管形成是肿瘤生长、浸润和转移所必需的, 肿瘤和宿主相互作用产生的肿瘤血管形成因子(如血管内皮生长因子和MMP-7)可刺激肿瘤新生血管形成[28]. 我们发现胃癌中MVD均值与胃癌的肿块大小、浸润深度和转移密切相关, 如文献[29]报道一致, 提示血管形成在肿瘤的生长、浸润和转移中起到重要作用. 此外, MMP-7表达越高, MVD均值越大. 目前, 大量研究表明血管形成分为三个步骤: (1)血管内皮细胞增生; (2)细胞外基质降解; (3) 内皮细胞运动[30]. 而MMP-7在新生血管形成的过程中均起到相当的作用, 是肿瘤血管形成得重要促进因子. 本研究结果提示MMP-7可能通过参与血管形成而在胃癌生长、浸润和转移等生物学过程中起重要作用.

总之, 我们的结果显示 MMP-7表达在肿块大、浸润深、发生转移和TNM分期高的胃癌中高表达, MVD均值在肿块大、浸润深、发生转移和TNM分期高的胃癌中高, 并且MDV均值大小依从于MMP-7表达. 因此, 我们建议MMP-7是反映胃癌生物学行为的客观指标, 因为其参与胃癌生长、浸润、转移、演进和血管形成过程. 此外, 利用体内实验证明MMP-7在促进血管形成过程中遗传学机制和其在肿瘤免疫逃逸机制中的作用是十分必要的.

备注

$[Footnotes]

参考文献

1.	Davies G, Jiang WG, Mason MD. Matrilysin mediates extracellular cleavage of E-cadherin from prostate cancer cells: a key mechanism in hepatocyte growth factor/scatter factor-induced cell-cell dissociation and in vitro invasion. Clin Cancer Res. 2001;7:3289-3297.  [PubMed]  [DOI]

2.	Bair EL, Massey CP, Tran NL, Borchers AH, Heimark RL, Cress AE, Bowden GT. Integrin- and cadherin-mediated induction of the matrix metalloprotease matrilysin in cocultures of malignant oral squamous cell carcinoma cells and dermal fibroblasts. Exp Cell Res. 2001;270:259-267.  [PubMed]  [DOI]

3.	Nishizuka I, Ichikawa Y, Ishikawa T, Kamiyama M, Hasegawa S, Momiyama N, Miyazaki K, Shimada H. Matrilysin stimulates DNA synthesis of cultured vascular endothelial cells and induces angiogenesis in vivo. Cancer Lett. 2001;173:175-182.  [PubMed]  [DOI]

4.	Huo N, Ichikawa Y, Kamiyama M, Ishikawa T, Hamaguchi Y, Hasegawa S, Nagashima Y, Miyazaki K, Shimada H. MMP-7 (matrilysin) accelerated growth of human umbilical vein endothelial cells. Cancer Lett. 2002;177:95-100.  [PubMed]  [DOI]

5.	Vargo-Gogola T, Crawford HC, Fingleton B, Matrisian LM. Identification of novel matrix metalloproteinase-7 (matrilysin) cleavage sites in murine and human Fas ligand. Arch Biochem Biophys. 2002;408:155-161.  [PubMed]  [DOI]

6.	Mitsiades N, Yu WH, Poulaki V, Tsokos M, Stamenkovic I. Matrix metalloproteinase-7-mediated cleavage of Fas ligand protects tumor cells from chemotherapeutic drug cytotoxicity. Cancer Res. 2001;61:577-581.  [PubMed]  [DOI]

7.	Nakamura H, Horita S, Senmaru N, Miyasaka Y, Gohda T, Inoue Y, Fujita M, Meguro T, Morita T, Nagashima K. Association of matrilysin expression with progression and poor prognosis in human pancreatic adenocarcinoma. Oncol Rep. 2002;9:751-755.  [PubMed]  [DOI]

8.	Liu XP, Oga A, Suehiro Y, Parks WC. Inverse relationship between matrilysin expression and proliferative activity of cells in advanced gastric carcinoma. Hum Pathol. 2002;33:741-747.  [PubMed]  [DOI]

9.	Zeng ZS, Shu WP, Cohen AM, Guillem JG. Matrix metalloproteinase-7 expression in colorectal cancer liver metastases: evidence for involvement of MMP-7 activation in human cancer metastases. Clin Cancer Res. 2002;8:144-148.  [PubMed]  [DOI]

10.	Ozaki I, Mizuta T, Zhao G, Yotsumoto H, Hara T, Kajihara S, Hisatomi A, Sakai T, Yamamoto K. Involvement of the Ets-1 gene in overexpression of matrilysin in human hepatocellular carcinoma. Cancer Res. 2000;60:6519-6525.  [PubMed]  [DOI]

11.	Ueno H, Yamashita K, Azumano I, Inoue M, Okada Y. Enhanced production and activation of matrix metalloproteinase-7 (matrilysin) in human endometrial carcinomas. Int J Cancer. 1999;84:470-477.  [PubMed]  [DOI]

12.	Tenderenda M, Rutkowski P, Jesionek-Kupnicka D, Kubiak R. Expression of CD34 in gastric cancer and its correlation with histology, stage, proliferation activity, p53 expression and apoptotic index. Pathol Oncol Res. 2001;7:129-134.  [PubMed]  [DOI]

13.	Sanz-Ortega J, Steinberg SM, Moro E, Saez M, Lopez JA, Sierra E, Sanz-Esponera J, Mcrino MJ. Comparative study of tumor angiogenesis and immunohistochemistry for p53, c-ErbB2, c-myc and EGFr as prognostic factors in gastric cancer. Histol Histopathol. 2000;15:455-462.  [PubMed]  [DOI]

14.	Yin T, Ji XL, Shen MS. Relationship between lymph node sinuses with blood and lymphatic metastasis of gastric cancer. World J Gastroenterol. 2003;9:40-43.  [PubMed]  [DOI]

15.	Yang L, Kuang LG, Zheng HC, Li JY, Wu DY, Zhang SM, Xin Y. PTEN encoding product: a marker for tumorigenesis and progression of gastric carcinoma. World J Gastroenterol. 2003;9:35-39.  [PubMed]  [DOI]

16.	Jiang YA, Zhang YY, Luo HS, Xing SF. Mast cell density and the context of clinicopathological parameters and expression of p185, estrogen receptor, and proliferating cell nuclear antigen in gastric carcinoma. World J Gastroenterol. 2002;8:1005-1008.  [PubMed]  [DOI]

17.	Zhang H, Wu J, Meng L, Shou CC. Expression of vascular endothelial growth factor and its receptors KDR and Flt-1 in gastric cancer cells. World J Gastroenterol. 2002;8:994-998.  [PubMed]  [DOI]

18.	Zhou YN, Xu CP, Han B, Li M, Qiao L, Fang DC, Yang JM. Expression of E-cadherin and beta-catenin in gastric carcinoma and its correlation with the clinicopathological features and patient survival. World J Gastroenterol. 2002;8:987-993.  [PubMed]  [DOI]

19.	Fang DC, Luo YH, Yang SM, Li XA, Ling XL, Fang L. Mutation analysis of APC gene in gastric cancer with microsatellite instability. World J Gastroenterol. 2002;8:787-791.  [PubMed]  [DOI]

20.	Song ZJ, Gong P, Wu YE. Relationship between the expression of iNOS, VEGF, tumor angiogenesis and gastric cancer. World J Gastroenterol. 2002;8:591-595.  [PubMed]  [DOI]

21.	Yao XX, Yin L, Sun ZC. The expression of hTERT mRNA and cellular immunity in gastric cancer and precancerosis. World J Gastroenterol. 2002;8:586-590.  [PubMed]  [DOI]

22.	Niu WX, Qin XY, Liu H, Wang CP. Clinicopathological analysis of patients with gastric cancer in 1200 cases. World J Gastroenterol. 2001;7:281-284.  [PubMed]  [DOI]

23.	Xin Y, Li XL, Wang YP, Zhang SM, Zheng HC, Wu DY, Zhang YC. Relationship between phenotypes of cell-function differentiation and pathobiological behavior of gastric carcinomas. World J Gastroenterol. 2001;7:53-59.  [PubMed]  [DOI]

24.	Jiang BJ, Sun RX, Lin H, Gao YF. Study on the risk factors of lymphatic metastasis and the indications of less in vasive operations in early gastric cancer. World J Gastroenterol. 2000;6:553-556.  [PubMed]  [DOI]

25.	Adachi Y, Yamamoto H, Itoh F, Arimura Y, Nishi M, Endo T, Imai K. Clinicopathologic and prognostic significance of matrilysin expression at the invasive front in human colorectal cancers. Int J Cancer. 2001;95:290-294.  [PubMed]  [DOI]

26.	Crawford HC, Scoggins CR, Washington MK, Matrisian LM, Leach SD. Matrix metalloproteinase-7 is expressed by pancreatic cancer precursors and regulates acinar-to-ductal metaplasia in exocrine pancreas. J Clin Invest. 2002;109:1437-1444.  [PubMed]  [DOI]

27.	Yu WH, Woessner JF Jr, McNeish JD, Stamenkovic I. CD44 anchors the assembly of matrilysin/MMP-7 with heparin-binding epidermal growth factor precursor and ErbB4 and regulates female reproductive organ remodeling. Genes Dev. 2002;16:307-323.  [PubMed]  [DOI]

28.

Giatromanolaki A, Koukourakis MI, Stathopoulos GP, Kapsoritakis A, Paspatis G, Kakolyris S, Sivridis E, Georgoulias V, Harris AL, Gatter KC. Angiogenic interactions of vascular endothelial growth factor, of thymidine phosphorylase, and of p53 protein expression in locally advanced gastric cancer. Oncol Res. 2000;12:33-41.  [PubMed]  [DOI]

29.	Cristofanilli M, Charnsangavej C, Hortobagyi GN. Angiogenesis modulation in cancer research: novel clinical approaches. Nat Rev Drug Discov. 2002;1:415-426.  [PubMed]  [DOI]

30.	Cox G, O'Byrne KJ. Matrix metalloproteinases and cancer. Anticancer Res. 2001;21:4207-4219.  [PubMed]  [DOI]