MMP—19在腫瘤中的研究進(jìn)展

李鵬++++++朱軍

[摘要] 基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）是人體內(nèi)一組降解細(xì)胞外基質(zhì)的關(guān)鍵酶。MMP-19作為MMPs的一個(gè)亞型，其在抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移和血管增殖、分離與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合的血管內(nèi)皮生長因子亞群、調(diào)控相關(guān)信號通路中起重要作用。通過探討MMP-19的雙重作用與腫瘤治療、預(yù)后和其他細(xì)胞因子的關(guān)系，以表明其與腫瘤的相關(guān)性。

[關(guān)鍵詞] 基質(zhì)金屬蛋白酶-19；血管內(nèi)皮生長因子；信號通路

[中圖分類號] R730.23 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B [文章編號] 1674-4721（2014）02（b）-0188-03

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，中國腦膠質(zhì)瘤年發(fā)病率為3～6/10萬，年死亡人數(shù)達(dá)3萬。腦膠質(zhì)瘤難以完全切除，對放化療不敏感，非常容易復(fù)發(fā)，化學(xué)藥物和一般抗腫瘤中藥因血-腦脊液屏障等因素影響，療效也不理想，因此腦膠質(zhì)瘤至今仍是全身腫瘤中預(yù)后最差的。隨著分子生物學(xué)和基因治療的發(fā)展，目前對膠質(zhì)瘤產(chǎn)生和發(fā)展過程的機(jī)制有了更深入的研究，尤其是膠質(zhì)瘤細(xì)胞血管生成、細(xì)胞黏附和增殖、信號通道等的調(diào)控是研究的熱點(diǎn)話題。MMP-19屬于基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的成員之一，最先從一個(gè)自身免疫性類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中分離得到，隨后在胎盤、胰腺、肺、卵巢、乳腺、健康的表皮等正常組織中被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。MMP-19不僅具有大多數(shù)MMPs家族中降解細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）如膠原蛋白Ⅳ、明膠、纖維連接蛋白、聚集蛋白聚糖等的作用，而且在腫瘤血管生成、癌細(xì)胞生長轉(zhuǎn)移過程中起負(fù)調(diào)節(jié)作用，其既能明顯抑制人微血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖而減少毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)生成，又能分離與ECM結(jié)合的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）亞群，以減弱ECM參與新生血管的作用，這與多數(shù)MMPs介導(dǎo)的功能不同。

1 MMPs概述

MMPs是由體內(nèi)多種組織和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白水解酶，幾乎能降解ECM中的各種蛋白成分，破壞腫瘤細(xì)胞侵襲的組織學(xué)屏障，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用，從而使其在腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移中的作用日益受到重視。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，MMPs可分為8類；根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用底物，MMPs又可分為6類。①膠原酶：MMP-1、MMP-8和MMP-13，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原，Ⅵ、Ⅸ原纖維膠原及蛋白多糖有降解作用；②明膠酶：MMP-2和MMP-9，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ明膠，Ⅳ、Ⅴ、Ⅹ膠原，彈力蛋白，纖維結(jié)合蛋白及層粘連蛋白有降解作用；③間質(zhì)溶解素：MMP-3、MMP-10、MMP-11；④基質(zhì)裂解素：MMP-7和MMP-26；⑤模型MMPs：MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17、MMP-24、MMP-25；⑥其他MMPs：MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-23、MMP-28，其中MMP-12、MMP-19又稱為基彈性蛋白酶[1]，MMP-12可降解Ⅵ型膠原、明膠、其他細(xì)胞膜基質(zhì)蛋白及纖溶酶原；MMP-19可降解明膠、纖維結(jié)合蛋白、聚集蛋白聚糖；MMP-28是MMPs家族的新成員，2001年被首次成功克隆并鑒定[2]，是第一個(gè)從人皮膚角化細(xì)胞中克隆出來，因此又被稱為上皮水解素，與其他已知的MMPs的同源性很低，但與MMP-19有39%的同源性，故認(rèn)為MMP-28屬于MMP-19亞族[2]。

2 MMPs在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中的作用

2.1 降解ECM

ECM是由一些多糖、蛋白或蛋白聚糖構(gòu)成的在細(xì)胞表面或細(xì)胞間的大分子物質(zhì)，其中基底膜（basement membrane，BM）是腫瘤轉(zhuǎn)移的主要屏障，腫瘤細(xì)胞首先與BM表面的相關(guān)受體結(jié)合，然后分泌降解酶降解BM和ECM，最終使腫瘤細(xì)胞突破ECM入侵血管、淋巴管、異位組織和器官向周圍生長。

2.2 MMPs與腫瘤血管新生

MMPs降解ECM的過程可分為BM的降解、內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和增殖、新生血管的生成和ECM的浸潤等。許多研究表明，MMPs有促進(jìn)血管新生的作用，還可提高血管活性因子和許多細(xì)胞因子的作用，參與毛細(xì)血管的形成，這些因子包括VEGF、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子、肝細(xì)胞生長因子等。

2.3 MMPs與細(xì)胞黏附和增殖

原發(fā)腫瘤生長是腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的前提，MMPs通過許多方式促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[3]。MMPs通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的生物利用度，釋放并激活結(jié)合于細(xì)胞表面或局部ECM的生長因子，從而間接調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖[4]；MMPs對ECM的改建可直接調(diào)控細(xì)胞增殖，在含有膠原的三維培養(yǎng)體系中，MT1-MMP的高表達(dá)可通過對細(xì)胞周圍ECM的降解作用顯著加快腫瘤細(xì)胞的生長擴(kuò)增[5]。細(xì)胞黏附分子是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與ECM相互黏附作用的分子，其可調(diào)整MMPs在細(xì)胞侵襲部位的表達(dá)。MMPs不僅可降解ECM，使細(xì)胞間的正常結(jié)構(gòu)失去支持作用，還可改變細(xì)胞黏附因子的信號通路，使黏附分子表達(dá)減少、腫瘤間的黏附力減弱，繼而腫瘤細(xì)胞得以分離并進(jìn)入ECM，最后通過破損的BM而進(jìn)入脈管系統(tǒng)引起細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

3 MMP-19

3.1 MMP-19概述

MMP-19是最近發(fā)現(xiàn)的MMPs家庭成員，其參與降解各種組件的ECM。人類MMP-19和小鼠同源基因（人類：U37791，小鼠：AF153199）保留可溶性的MMPs家族成員的共同域組織，但其也包含幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)，包括在催化領(lǐng)域插入一個(gè)獨(dú)特的半胱氨酸，改變延時(shí)動(dòng)機(jī)，一個(gè)獨(dú)特的oligoglutamate插入在鉸鏈區(qū)和一個(gè)C-末端尾巴[6-7]。從人類肝cDNA庫中克隆的新MMPs成員，孤立的cDNA包含一個(gè)508個(gè)氨基酸多肽的開放閱讀框編碼，被暫時(shí)稱為MMP-19，其結(jié)構(gòu)特征包括一個(gè)信號序列，必須與半胱氨酸殘prodomain維護(hù)延遲這些酶激活軌跡與鋅綁定結(jié)構(gòu)，與血液結(jié)合素一個(gè)COOH-terminal片段序列相似，但其缺乏一系列多樣化獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括在膠原酶靠近鋅綁定結(jié)構(gòu)的Asp MMP的子類、酪氨酸和甘氨酸殘留。MMP-19不屬于之前定義的MMPs亞科，可能代表新MMPs亞家族的第一個(gè)成員[8]，MMP-19基因定位于染色體12q14，是迄今為止任何MMPs中的獨(dú)特定位。

3.2 MMP-19的表達(dá)和作用

MMP-19基因在一個(gè)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者和人類肝cDNA庫中被克隆出來，其廣泛表達(dá)于正常人體組織，包括乳腺、胎盤、肺、胰腺和健康的表皮等組織。在正常對照患者腦白質(zhì)，MMP-19組成型表達(dá)整個(gè)腦實(shí)質(zhì)內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞[9]，同樣在增殖的星形細(xì)胞瘤/神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中高表達(dá)，其表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞通過大腦的ECM入侵[10]。有研究顯示在卵巢交界性腫瘤和卵巢癌中MMP-19基因的蛋白產(chǎn)物呈高表達(dá)[11]。有研究顯示，MMP-19在鼻咽癌組織中的表達(dá)較在正常鼻咽上皮組織中的表達(dá)顯著下降。國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，乳腺和皮膚惡性腫瘤形成過程中MMP-19表達(dá)會下調(diào)[12-13]，在MMP-19表達(dá)缺失的小鼠中腫瘤新生血管和侵襲性會增加，提示其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中起一定的作用[3]。目前認(rèn)為MMP-19在某些腫瘤整個(gè)發(fā)生、發(fā)展過程中起雙重作用。Sadowsik等[8]檢測MMP-19在人鼻咽癌的細(xì)胞生長和成瘤過程中起重要作用，能顯著降低細(xì)胞的克隆能力；在部分惡性腫瘤的初始形成中，MMP-19是不表達(dá)或微弱表達(dá)的，從而加快腫瘤新生血管的生長和增強(qiáng)細(xì)胞侵襲性；隨著惡性腫瘤的增長，MMP-19表達(dá)會增強(qiáng)，其可通過細(xì)胞因子和胰島素樣生長因子（insulin-like growth factors，IGFs）信號通道來調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏附和增殖，但其表達(dá)可能會低于在正常組織中的表達(dá)；這種雙重作用的產(chǎn)生可能是隨著腫瘤的發(fā)展，腫瘤細(xì)胞對MMP-19的敏感性下降所致。對腫瘤的雙重作用在MMP-9[14]、MMP-11[15]和MMP-12[16]中也曾有過報(bào)道。

3.3 MMP-19在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

3.3.1 MMP-19與血管形成 血管在生成過程中，需要血管BM和ECM的降解，也需要內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和侵入周圍組織。MMPs被認(rèn)為在BM和ECM重塑中發(fā)揮核心作用，其不僅通過降解ECM的成分有助于血管重塑，還通過多種方式增強(qiáng)血管生成特定的MMP，以幫助周圍細(xì)胞脫離血管進(jìn)行血管生成，并切割內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞黏附。MMP-19作為MMPs的負(fù)面作用，可通過蛋白水解裂解產(chǎn)生內(nèi)源性血管生成抑制劑，較強(qiáng)地抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移和血管增殖，同時(shí)，MMP-19處理人類血纖維蛋白溶酶原的特征性裂解柄生成三個(gè)血管抑素樣片段，這三個(gè)血管抑素樣片段的分子量為35、38和42 kD，能明顯抑制人微血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，并減少毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的生成。

3.3.2 MMP-19與VEGF VEGF是由多種培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的一種新型生長因子，是體內(nèi)重要的促血管生成因素。VEGF家族有五個(gè)成員：VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盤生長因子（PIGF）。VEGF-A在誘導(dǎo)新生血管中起主要作用[17]。Lee等[18]發(fā)現(xiàn)MMP-19調(diào)節(jié)血管生成是通過作用于VEGF-A實(shí)現(xiàn)的，VEGF-A是血管生成早期一種非常重要的因子，有強(qiáng)烈的促內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖、促進(jìn)血管生成、提升腫瘤內(nèi)微血管密度等作用，這種調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)為使現(xiàn)存的血管膨大、密度減少，如果沒有MMP-19的調(diào)節(jié)，血管生成就會形成“瀑布效應(yīng)”，長出大量分支。研究顯示，MMP-19能分離與ECM結(jié)合的VEGF亞群，使之成為可溶性片段[18]，在腫瘤血管新生中發(fā)揮作用。

3.3.3 MMP-19與IGFs IGFs是一類多功能的細(xì)胞增殖調(diào)控因子，其不僅在結(jié)構(gòu)上與胰島素非常相似，而且在功能上也有部分相同，在細(xì)胞增殖、分裂和分化，基因重組，胚胎生長發(fā)育，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生長和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。有研究表明，IGFs在對成纖維細(xì)胞增殖和分泌、促進(jìn)成骨細(xì)胞遷移分化和增殖方面起十分關(guān)鍵的作用。IGFs家族由兩種小分子多肽（IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ）、兩種特異性受體（IGF-Ⅰ受體和IGF-Ⅱ受體）、六種結(jié)合蛋白（IGFBP1、IGFBP2、IGFBP3、IGFBP4、IGFBP5、IGFBP6）組成。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ有高度的同源性，但在體內(nèi)的生物學(xué)效應(yīng)不同，IGF-Ⅰ依賴生長激素，并介導(dǎo)生長激素的合成代謝功能，所以其對細(xì)胞生長和增殖、促進(jìn)蛋白質(zhì)及DNA合成起重要作用；IGF-Ⅱ又稱生長調(diào)節(jié)素A，其不受生長激素的調(diào)節(jié)，在成人多種器官中都有表達(dá)，是參與比IGF-Ⅰ更具有主導(dǎo)作用的生長因子。IGFs是通過與靶細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合發(fā)揮作用，其特異性受體與特異性結(jié)合蛋白競爭地結(jié)合IGFs，達(dá)到一種平衡狀態(tài)。當(dāng)高親和力受體增加、IGF或胰島素生長因子結(jié)合蛋白（IGFBPs）磷酸化、IGFBPs受特異水解酶水解時(shí)，游離IGFs含量增加，從而提高IGFs的生物利用度；此外IGF-Ⅰ受體和IGF-Ⅰ結(jié)合后，IGF-Ⅰ受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)通路還可與其他生長因子和受體的信號通路相互作用和影響，進(jìn)而發(fā)揮IGFs的生物學(xué)作用。MMP-19可發(fā)揮蛋白水解酶的作用水解IGFBPs[19]，通過IGFs信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞的增長、轉(zhuǎn)移和黏附。

3.3.4 MMP-19與腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF） TNF是一類能殺傷和抑制腫瘤細(xì)胞、參與免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化等重要的細(xì)胞炎性因子。TNF-α是其重要的結(jié)構(gòu)，巨噬細(xì)胞是其主要來源，成纖維細(xì)胞和各種腫瘤細(xì)胞也可分泌和合成，TNF-α不僅參與組織的炎癥反應(yīng)和組織損傷，還可作為一種重要的激活細(xì)胞凋亡的配體[20]。有實(shí)驗(yàn)證明，將外源性的TNF-α注入植有腫瘤株的動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)其有抗腫瘤作用，可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，還可阻止腫瘤新生血管的形成[21]。在高濃度環(huán)境下，TNF-α進(jìn)入血液發(fā)揮抑制腫瘤生長和促進(jìn)腫瘤凋亡等強(qiáng)大的毒性作用，引起全身性反應(yīng)；在低濃度環(huán)境下，誘導(dǎo)腫瘤局部的炎癥反應(yīng)及血管改變。有研究和免疫組化實(shí)驗(yàn)方法檢測MMP-19在成纖維細(xì)胞、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和在皮膚大粒化的傷口表達(dá)。MMP-19 mRNA和MMP-19蛋白在真皮成纖維細(xì)胞的表達(dá)強(qiáng)有力地提高了腫瘤壞死，使腫瘤局部形成低濃度環(huán)境，從而進(jìn)一步激活TNF-α，誘導(dǎo)腫瘤的增殖和腫瘤新生血管的形成。

3.3.5 MMP-19的其他作用 MMP-19促進(jìn)角化細(xì)胞增殖、遷移和細(xì)胞黏附[22]；MMP-19在卵泡生長、排卵和黃體回歸中起作用[23]；MMP-19低表達(dá)的黑色素瘤細(xì)胞株相對于MMP-19高表達(dá)的黑色素瘤細(xì)胞株對周圍各種基質(zhì)的黏附性增加，侵襲性降低，表明MMP-19的表達(dá)標(biāo)志皮膚惡性黑色素瘤級別的增加，并可促進(jìn)黑色素瘤的生長及腫瘤細(xì)胞的侵襲[24]。

4 預(yù)期和展望

MMP-19是MMPs家族的一個(gè)亞型，在腫瘤分子領(lǐng)域國內(nèi)研究較少，但其雙重作用越來越引起人們的重視，尤其是作為內(nèi)源性血管生成抑制劑和對VEGF-A的特殊作用，有望從基因水平的研究中找到治療膠質(zhì)瘤的突破口。

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（收稿日期：2014-01-02 本文編輯：李亞聰）