基质金属蛋白酶-2及其诱导因子在肿瘤发展中的作用

基质金属蛋白酶-2及其诱导因子在肿瘤发展中的作用[摘要] 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)是一大类锌依赖性

内肽酶总称,能降解细胞外基质(extracellular matrix, ECM),参与胚胎发育、白细胞移行、创伤修复、肿瘤发生和发展等多种生理病理过程。该类酶与肿瘤的关系主要表现在介导细胞与细胞、细胞与基质间相互作用,促进瘤细胞移行和血管生成等关键环节。其中MMP-2是基质金属蛋白酶家族的重要成员,它与细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(extracellular matrix metalloproteinase inducer,EMMPRIN)一道,在肿瘤侵袭转移和血管生成过程中发挥了举足轻重的作用。作者主要综述近年MMP-2及其EMMPRIN在肿瘤中的研究进展。

［关键词］基质金属蛋白酶-2; 细胞外基质金属蛋白酶诱导因子; 血管生成; 肿瘤; 综述

MMPs是一组锌离子依赖的内肽酶,最早由Gross等［1］于1962年从蝌蚪尾巴中分离得到,因它可以水解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原蛋白而被命名为间质胶原酶。近年发现,MMPs除了水解细胞外基质还参与生长因子释放、细胞表面分子修饰等众多生理病理活动。MMPs家族至少含有28个成员,这些成员之间在基本结构上具有30％～50％的同源性。根据催化底物的不同将MMPs分为5类：(1) 胶原酶,亦称间质胶原酶,包括MMP-1、MMP-3、MMP-8等；(2) 明胶酶,包括MMP-2和MMP-9;(3) 间质溶解素,催化底物广泛还能激活其他MMPs；(4) 膜型基质金属蛋白酶(MT-MMPs),在激活MMP-2中起重要的作用；(5) 其他MMPs。除膜型基质金属蛋白酶外,MMPs皆以无活性的前体形式被合成,并以可溶性形式分泌,需要水解成为活性形式。MMPs活性受组织抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinases,TIMPs)所抑制。

1 MMP-2的一般特点

MMP-2在体内分布广泛,包括间质细胞、内皮细胞和上皮细胞在内的绝大部分细胞均有表达,相对分子质量为72 000,亦称为明胶酶A。MMP-2以无活性的前体形式被分泌,经水解后修饰为相对分子质量为62 000的活性形式,它可以水解Ⅳ、Ⅴ、Ⅰ、Ⅲ型胶原、层黏联蛋白和弹力蛋白。MMP-14(MT1-MMP)与组织基质金属蛋白酶抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinase-2, TIMP-2)协同作用催化MMP-2成为活性形式［2-3］。MMP-2在内皮细胞的激活依赖于“胞膜依赖”的机制,而在成纤维细胞和肿瘤细胞需形成“proMMP-2、TIMP-2和MT1-MMP”三联分子复合体,将pro-MMP-2转化为相对分子质量64 000的中间体,然后通过自身激活形成相对分子质量62 000的活性形式［4］。

2 MMP-2与肿瘤进展

肿瘤的发展有4个关键节点,即瘤细胞移行、侵袭、转移和血管生成均依赖与微环境间的相互作用,而MMPs则是关键效应分子。MMP-2的作用主要表现在

以下几个方面。

2.1 MMP-2与肿瘤血管生成

MMP-2与肿瘤血管生成(angiogenesis)关系密切。形成自身血管系统是肿瘤赖以生存和发展的基础。对于肿瘤血管来说,MMP-2有双向作用。许多肿瘤细胞不仅自身表达MMP-2,尚能诱导临近的成纤维细胞而产生该酶。佛波醇酯处理人脐静脉内皮细胞后,发现培养于胶原上的内皮细胞形成了管状结构,同时检测到MMP-2的激活增多以及MT1-MMP的诱导表达,提示MMP-2及MT1-MMP与血管生成有关［5］。应用阻断性多肽来抑制MMP-2与它的催化底物进行结合,结果显示模型系统中血管生成减少［6］。Itoh等［7］将肿瘤细胞接种于敲除MMP-2基因的小鼠后,发现肿瘤生长缓慢,肿瘤内血管化程度降低。

MMP-2促进肿瘤血管生成的机制主要体现在两方面:一是降解局部ECM,为内皮细胞生长腾出空间；二是活化血管生成的关键分子血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)［8-9］。

MMP-2同时又能抑制血管生成,原因是其降解的ECM片段阻止血管新生。这些片段有tumstatin、endostatin、angiostatin和endorepellin等,它们源自Ⅳ、ⅩⅧ型胶原、纤溶酶原和基底膜蛋白多糖(perlecan)的降解［9-10］。

2.2 MMP-2与肿瘤侵袭

MMP-2促进癌细胞侵袭。癌细胞侵入邻近血管然后从远处血管中游出均需MMPs降解ECM屏障。在癌细胞侵袭过程中,MMPs位于细胞伪足-“侵袭钻头”(invadopodia)内或附近,局部有穿膜蛋白酶MMP-14(MT1-MMP),该酶可使MMP-2活化并与MMP-9一起参与降解ECM大分子,“钻头”附近ECM一旦水解,癌细胞即可向前移动［11］。

2.3 MMP-2与肿瘤生长

MMP-2促进癌细胞生长。MMPs可通过调节生长因子及其细胞表面受体的生物利用度来促进肿瘤细胞增殖。MMP-2能切除胰岛素样生长因子(IGFs)结合蛋白,提高IGF生物利用度；还能使TGF-β由前体转为活性形式［12］。

2.4 MMP-2与癌细胞黏附、移行及上皮间质转换

MMP-2促进癌细胞黏附、移行及上皮间质转换(epithelial to mesenchymal transition, EMT)。癌细胞运动与MMPs、ADAMs的蛋白降解密切相关。酶能调节细胞移行过程中ECM-细胞、细胞-细胞间的相互作用。MMP-2能降解Ⅳ型胶原和层粘蛋白-5,释放隐肽,后者诱导癌细胞移行［8］。MMP-2、-3、-9、13、14过表达还参与上皮间质转换［13］,在转换过程中,上皮细胞主动下调其细胞间连接结构、极性消失、获得间质细胞表型、细胞间相互作用减少、移动能力增加。