MMP—2，MMP—9與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移

摘要：惡性腫瘤的一個重要生物學(xué)特征是能浸潤和轉(zhuǎn)移到其他組織并增殖，形成新的侵襲轉(zhuǎn)移瘤。細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解是腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；|(zhì)金屬蛋白酶是目前已知能降解細(xì)胞外基質(zhì)的唯一酶類。另外，基質(zhì)金屬蛋白酶還參與了原發(fā)腫瘤的形成及新生血管的生成、腫瘤細(xì)胞生長和凋亡等生理過程。本文將對基質(zhì)金屬蛋白酶-2和基質(zhì)金屬蛋白酶-9的生物學(xué)性質(zhì)及其與惡性腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)系進行綜述，旨在為探索腫瘤診斷和治療的新方法提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)金屬蛋白酶-2；基質(zhì)金屬蛋白酶-9；腫瘤侵襲；腫瘤轉(zhuǎn)移

【中圖分類號】

R365 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1002-3763（2014）07-0043-01

1 MMPs的基本簡介

基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是一組能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）的鋅離子（Zn2+）依賴型內(nèi)肽酶。在惡性腫瘤內(nèi)，MMPs主要由間質(zhì)細(xì)胞以無活性酶原的形式分泌。活化后MMPs可通過影響細(xì)胞內(nèi)信號來介導(dǎo)細(xì)胞對宿主ECM的降解、控制腫瘤新生血管生成、調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和運動以及調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長，直接或間接參與多種生理及病理過程。

自1964年第一個基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-1發(fā)現(xiàn)以來，MMPs家族成員已增至26個，且結(jié)構(gòu)上具有同源性。一般由3個基本功能調(diào)節(jié)區(qū)域組成：結(jié)構(gòu)高度保守的Zn2+結(jié)合域、若干殘基組成的催化區(qū)及血紅素蛋白序列相似的C端片段。后兩者間連接一個富含脯氨酸的鉸鏈區(qū)，N端還有一個作為酶原激活過程中外源酶的剪切位點的前肽區(qū)。根據(jù)MMPs一級結(jié)構(gòu)的特異性，可將其分為6大類：①最簡單的MMPs：MMP-7及MMP-26。 ②間質(zhì)膠原酶或溶解素：MMP-1、MMP-3、MMP-8、MMP-10、MMP-12、MMP-13、MMP-18和MMP-19等。③明膠酶類/IV型膠原酶：MMP-2 （明膠酶A） 和MMP-9（明膠酶B）1。 ④MMP-11：在前肽區(qū)和催化區(qū)間含有RXKR序列的插入?yún)^(qū)，可形成獨特的細(xì)胞內(nèi)激活機制。⑤膜型基質(zhì)金屬蛋白酶：即MT-MMPs，在羧基端有跨膜功能區(qū)，包括MMP-14、MMP-15、MMP-16和MMP-17等。⑥新型特殊MMPs：CAMMP/MMP-23。

2 MMPs的調(diào)節(jié)

MMPs 的表達(dá)和活性的調(diào)控由多種因素協(xié)同起作用，這種精確的調(diào)控機制是ECM降解和重構(gòu)的生理基礎(chǔ)，一旦調(diào)節(jié)失控則會誘發(fā)原發(fā)腫瘤的形成和腫瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移等病理過程。因此，認(rèn)識及研究MMPs的調(diào)控機理，對于以MMPs為突破口探尋癌癥治療的新途徑具有重要意義。

2.1 分子水平的調(diào)節(jié)/酶原合成的調(diào)控： 細(xì)胞通過基因轉(zhuǎn)錄合成MMPs酶原受到許多因素的影響?；钚越橘|(zhì)如生長因子和細(xì)胞因子等是基因轉(zhuǎn)錄最主要的調(diào)節(jié)因素。近年來有研究表明，原癌基因的過表達(dá)及突變，可刺激MMPs啟動子，而RECK基因的表達(dá)能抑制MMP-2、MMP-9及MT1-MMP的表達(dá)與活性2，這就為通過基因來調(diào)節(jié)MMPs的合成從而實現(xiàn)癌癥的基因治療提供了理論基礎(chǔ)。在MMP-9及大多數(shù)MMPs的基因的調(diào)節(jié)序列中存在多種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合位點； MMP-2是典型的看家基因，因其沒有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合位點，故其表達(dá)也很少受原癌基因影響。

2.2 MMPs的酶原活化： MMPs酶原需被激活才能對ECM產(chǎn)生降解作用。其激活機制尚不完全清楚，已知大多數(shù)成員均需通過外源性酶切斷活性前肽區(qū)，使Zn2+活性中心暴露而得以激活。MMPs家族成員還可以內(nèi)部之間激活，如MMP-2可激活MMP-9^[3]。

2.3 TIMP對MMPs的調(diào)節(jié)作用： ECM和BM的降解由MMPs 及其抑制劑TIMPS協(xié)同參與完成。TIMPs是由6個二硫鍵連成的非糖蛋白小分子，是MMPs的活化和功能活性調(diào)節(jié)的主要內(nèi)源性抑制劑，目前已知的TIMPs主要有4種。在腫瘤細(xì)胞中，TIMPs以MMPs前體復(fù)合物的形式與MMPs結(jié)合。TIMP的N端功能區(qū)與Zn2+活性中心形成牢固的非共價鍵雙分子，阻斷MMPs的催化效應(yīng) ^[4]。MMPs 與TIMPS表達(dá)水平的動態(tài)平衡關(guān)系決定了ECM和BM的降解程度，繼而也影響了腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移。近年來已有研究者應(yīng)用TIMPs治療腫瘤。

3 MMPs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

ECM主要由間質(zhì)膠原蛋白、層粘連蛋白、彈性蛋白、硫肝素蛋白多糖等組成，因MMPs是目前已知的間質(zhì)膠原蛋白唯一的基質(zhì)降解酶，而且能降解除多糖外ECM的所有成分，故在涉及ECM降解的腫瘤細(xì)胞的增殖分化、腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移、凋亡等生理活動中，MMPs均發(fā)揮著重要作用。

3.1 MMPs與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移：

腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移過程：腫瘤細(xì)胞首先與ECM表面的整合素受體及非整合素受體結(jié)合進而破壞ECM和BM，穿過ECM缺損處侵入間質(zhì)；瘤細(xì)胞在間質(zhì)中移行并接觸局部淋巴系統(tǒng)脈管及毛細(xì)血管，突破血管內(nèi)皮及其下BM進入血流；隨血流及淋巴在遠(yuǎn)端部位突破毛細(xì)管結(jié)構(gòu)進入組織并在組織中存活、增殖，形成新的轉(zhuǎn)移灶。

3.1.1 破壞腫瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移的組織學(xué)屏障： ECM和BM為腫瘤細(xì)胞的惡性增殖提供微環(huán)境，并可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的基因表達(dá)。ECM和BM由基本骨架IV型膠原蛋白及其他蛋白、多糖類成分組成，并處在持續(xù)代謝和重塑的動態(tài)平衡中。所以，腫瘤必須通過多次降解ECM和BM來破壞這種動態(tài)平衡來實現(xiàn)侵襲和轉(zhuǎn)移。不同的ECM成分由不同的MMPs降解， MMP-2和MMP-9是到目前發(fā)現(xiàn)的唯一能夠降解IV型膠原的基質(zhì)蛋白酶5。

3.1.2 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)的粘附、分離： 腫瘤細(xì)胞粘附到細(xì)胞外基質(zhì)上是腫瘤浸潤的必要步驟，粘附太緊密則細(xì)胞不能分開和移動，粘附力太弱則移動性也弱，故腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過程的完成，必須具有合適的粘附和脫粘附的能力。細(xì)胞粘附實驗結(jié)果顯示，加入MMP-2抗體后，細(xì)胞對組織培養(yǎng)板的粘附能力明顯增加，表明MMPs可影響細(xì)胞的粘附作用6。

3.1.3 激活具有潛在活性的蛋白質(zhì)： 研究表明， MMP-9可使血膠原蛋白原降解為抗腫瘤的血管抑制素及類似片段，而只有活化的MMP-2才能誘導(dǎo)反應(yīng)的進行。這表明MMP-2能活化ECM結(jié)構(gòu)蛋白的潛在活性，在腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移中具有重要作用7。

3.2 MMP在新生血管形成中的作用： MMP-2能促進血管生成表型的轉(zhuǎn)變，MMP-9能激活血管的生成，這兩者是內(nèi)皮細(xì)胞形成新生血管的先決條件。另外，MMP-2和MMP-9還能通過對其他細(xì)胞或血管因子的作用促進新生血管的生成。

3.3 MMPs調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖： 有實驗嘗試抑制轉(zhuǎn)移灶的MMP-9表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其生長減緩，這表明MMPs能產(chǎn)生生長啟動信號8。由此可見，MMPs的活性與腫瘤細(xì)胞的增殖正相關(guān)。

3.4 MMPs與細(xì)胞凋亡： 雖然有數(shù)據(jù)顯示MMP-9降低了癌細(xì)胞的凋亡，也有研究表明它可以反向調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生長9。MMPs可以通過降解層黏蛋白，使隱蔽位點暴露，產(chǎn)生凋亡分子前體或活化轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）啟動腫瘤細(xì)胞凋亡。

3.5 MMPs與腫瘤免疫應(yīng)答： 表面存在特異性抗原的癌細(xì)胞，能被免疫活性細(xì)胞有效地識別并攻擊，另一方面，癌細(xì)胞可利用MMPs對細(xì)胞毒性T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)來逃避免疫監(jiān)視，實現(xiàn)炎性侵潤。MMPs可通過激活轉(zhuǎn)化生長因子β顯著抑制T細(xì)胞對腫瘤的免疫應(yīng)答。MMPs還可作用于趨化因子，雙向調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞白細(xì)胞的生成。

綜上所述，MMPs參與ECM的降解、新血管生成、腫瘤細(xì)胞的生長和凋亡等重要過程，在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移的復(fù)雜過程中起了關(guān)鍵性的作用，這就使其抑制劑TIMP在腫瘤治療中的地位顯得舉足輕重。當(dāng)今的研究主要集中在合成MMPs抑制劑在腫瘤治療中的應(yīng)用，隨著研究的深入，MMPs在腫瘤中的作用將會得到新的認(rèn)識，利用MMPs的生理性質(zhì)治療癌癥也將取得新突破。

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