孙根林综述，鲍扬漪审校

(合肥市第一人民医院肿瘤科 230061)

基质金属蛋白酶(MM Ps)在肿瘤细胞凋亡、转移、血管生成等方面起重要作用，并成为药物研究的靶点。现将相关研究进展综述如下。

1 分类及结构

按作用底物不同主要分为五大类:间质胶原酶(MM P-1、8、13)、明胶酶又称Ⅳ型胶原酶(M MP-2、9)、基质溶酶(MM P-3、10、11)、膜型基质金属蛋白酶(包括 MM P-14、15、16、17)和其他类(MMP-7、12、18、19、20、21、22)。大多数 MM Ps有一个N端信号序列(前端域)，随后为反应域和C端血红素结合蛋白结构域。N端的肽包含被包含半胱氨酸。所有的MMPs都是酶，被激活时，通过其他的MMPs或者其他的酶作用域周围的肽链将被移走，域被暴露。反应域含有锌指样结构HEXXHXXGXXH，由3个组氨酸残基结合1个锌离子和被包绕的蛋氨酸残基，形成1个蛋氨酸环，这样有利于保护反应性的锌离子，MMP-2、MMP-9包含数个纤维连接蛋白Ⅱ结构域插入到反应结构域中，它(们)可能是增强反应结构域与底物的结合能力。除MMP-7和M MP-26外，血红素结合蛋白结构域出现在所有MMPs中，作为调节的亚单位，一个高可变铰链区可使它和反应结构域分离，这个铰链区通过直接和底物结合或通过影响血红蛋白和反应结构域构象来稳定MMPs空间结构。通过加入或除去结构域或功能结构域，可分为不同亚组，C端肽链的末端结合一个大约含25个氨基酸疏水肽，并插入弗林蛋白丝氨酸蛋白激酶的位置，这就是M T-MMPs的结构;但MMP-14、15、16、24有跨膜和胞浆结构域，MMP-17和-25的 C端肽链延长部分充当糖基化磷酸脂酰肌醇锚定信号。在MMPs三维结构中，虽然结构域一级结构基本相同，但反应域多肽链高度折叠，反应域包含5个β折叠、3个α螺旋和连接的环，2个锌离子和3个钙离子从而形成稳定结构，底物的结合位置包括疏水的可变的在深部的“S1口袋”，它有利于稳定底物的构象。由3个α螺旋和连接的环组成的“半胱氨酸开关”位于底物结合的口袋中，半胱氨酸间形成巯基与锌离子相互作用;如proMM P-1的前体结构域与血红素蛋白结合域相互作用导致“关闭”，而激活的MM P-1却导致“开放”，这就是明胶和明胶酶相互作用机制[1]。

2 在细胞增殖中的作用

MMPs能酶解各种不同的底物，包括其他 MMPs、细胞因子、生长因子和受体及其他非基质蛋白，或者招募促进生长的因子。MMPs通过其酶解作用使得肝素结合表皮生长因子(HB-EGF)从细胞膜上脱落，促进胰岛素样生长因子(IGFs)从胰岛素样生长因子及其结合蛋白(IGFs-IGFBPs)形成复合物中释放;还可以激活 TGF-β，从而促进细胞增殖。Yoshida等[2]发现顺铂通过诱导生成HB-EGF裂解体而激活 EGFR;抗EGFR单抗阻碍EGFR系统，促进肿瘤生长抑制。上述结果说明，MM Ps具有酶解HB-EGF形成生物活性裂解体的功能，并通过激活EGFR通路而促进细胞生长。Miyamoto等[3]在结肠癌细胞T H29的研究中发现 MMP-7降解 IGFBP-2，从而有利于IGF-Ⅱ在组织环境中发挥促进生长的生物学活性，提示MMPs一方面通过对IGF-Ⅱ/IGFBP-2复合物作用，另一方面通过对ECM的降解，共同促进活性IGF-Ⅱ形成。Joji和McCarthy[4]在pro MMP-1cDNA对黑色素瘤细胞生长的影响的研究中发现，MMP-1直接酶解 TGF-β1产生有活性 TGF-β1(25 k D)，并认为MMP-1的催化产生 TGF-β，而刺激恶性黑色素瘤的生长，提示M MPs至少在恶性肿瘤演变的中、晚期通过TGF-β促进肿瘤细胞生长。HARP和VEGF形成复合物两者均无活性，通过 MMP-2的水解形成具有活性的分子，其中HARP-N末端诱导细胞增殖[5]。Wang等[6]在肺上皮细胞中癌基因K-Ras调节细胞增殖和黏附的研究显示，K-Ras转染后细胞核浆比例增大，MM P-9对E-cad的酶解作用，稳定β连环蛋白，激活WNT信号通路，作者认为COX-2与MM P-9相互作用诱导β-连环蛋白信号，刺激增殖并改变黏附连接点，即COX-2抑制β-连环蛋白磷酸化稳定该蛋白，而 MMP-9使β-连环蛋白从细胞膜上释放，通过WNT信号途径促进细胞增殖。

3 抑制细胞凋亡作用

MMPs通过一些信号途径抑制肿瘤细胞凋亡。Meyer等[7]用MMPs抑制剂和MMPsiRNA导入SW480结肠腺癌细胞研究显示，MM Ps保护细胞免于 PKC/p53诱导的凋亡，并且确定MMP-9和MMP-10有这样保护作用。说明MMPs在肿瘤细胞中具有抗 PKC/p53诱导凋亡作用。Chetty等[8]在MMP-2-siRNA诱导A549肺腺癌细胞凋亡研究中发现，MMP-2-siRNA转染改变Bax/Bcl-2表达和诱导 caspase-3、8、9以及PARP-1分裂体形成;诱导Bid分裂体形成和细胞色素c的释放;诱导Fas/FasL的活性和招募FADD(Fas相关死亡域)形成多聚体促进细胞凋亡;增加MMPs组织抑制因子-3(TIMP-3)表达。通过TUNEL染色分析提示MM P-2通过上述途径发挥抗凋亡作用。有研究显示，基质溶解因子(MM P-7)是MMPs家族成员之一，MM P-7可促进凋亡抵抗，降低了凋亡的效能[9]。Kippenberger等[10]用E-cad基因转染黑色素瘤细胞发现，E-cad过表达导致线粒体释放细胞色素C的增加和caspase-3、caspase-8活性提升而促进凋亡，但缺乏细胞外 E-cad作用结构域的细胞并没有出现凋亡改变。从细胞、裸鼠模型、人的组织的研究中发现多数MMPs有促进VEGF释放的作用，如 MTI-MMP上调VEGF的表达，VEGF-A的上调是与MTI-MM P增加VEGF-A的转录活性有关而不是增加m RNA的稳定性，能被M MP抑制剂 TIMP 2阻断，其信号传导机制可能为通过MTI-MM P信号通路，涉及到S rc酪氨酸激酶[11]，MMP-2通过水解HARP-VEGFF和CTGF-VEGF复合物而释放活性VEGF[5]。VEGF-siRNA转染乳腺癌细胞MCF-7实验中表明，VEGF-siRNA通过降低乳腺癌细胞Bcl-2/Bax表达比例，上调capase-3蛋白表达，促进细胞色素C等从线粒体释放等诱导凋亡，并且在乳鼠模型中肿瘤生长降低[12]，提示VEGF有抗凋亡作用。

4 促进肿瘤细胞侵袭、转移作用

肿瘤细胞转移过程包括肿瘤细胞的分离、侵袭、运动、血管侵袭、血循环中的存活、黏附于上皮细胞及溢出血管外[13]。在细胞间和细胞与基质间的黏接中钙调蛋白和桥黏芯蛋白起重要作用，桥黏芯蛋白在包膜和胞质间流动的改变可能导致肿瘤细胞间黏附的丧失，在 MMP抑制的 SCC68上皮细胞中，MMPs抑制导致黏接的桥黏芯蛋白-2的聚集，减少内化，并且桥黏蛋白比钙黏蛋白更敏感，而钙黏蛋白增加黏附强度;MMPs能使桥黏芯蛋白-2从细胞表面脱落[14]。又有实验显示MMP-7通过调节非基底膜蛋白而促进肿瘤细胞侵袭，E-cad蛋白通过与连环蛋白细胞质尾相互作用调节细胞黏附，MM P-7、MMP-3使 E-cad蛋白外功能区脱落释放可溶性E-cad[9]，通过旁分泌可溶性E-cad抑制E-cad的功能而刺激肿瘤细胞侵袭和转移[15]。除了降解作用外还调节与细胞生理学相关生物活性分子的活性，这些分子包括细胞因子及其受体和黏附分子，如:细胞表面锚定 M MP-9激活转化因子β(TGF-β)刺激MMPs表达并促进肿瘤侵袭和血管形成[9]。组织MMPs抑制物(TIMP)和MMPs形成复合物导致MMPs失活而影响肿瘤的侵袭和扩散，TIMP-3 抑制 MM P-1、MM P-2、MMP-3，TIM P-3的表达降低与肿瘤患者存活的降低有关，同时还认为食管腺癌发展过程中分别在早期和晚期侵袭转移导致患者死亡中起重要作用，TIM P-3分子恢复重建是基因治疗的一个研究方向[16]。值得一提的是 ChiIp等在肝癌细胞跨膜基金蛋白-1(MTI-MMP)基因转染研究中发现，过多表达MTI-MM P增加致瘤性和转移能力，增强肿瘤的扩散和生长，延迟失巢现象(即黏附的细胞失去和基质黏附后，很短时间内将凋亡)。推测认为:M TI-MMP刺激肝癌细胞的致瘤性，并通过增加肿瘤生长和侵袭能力实现肝内转移，更重要的是M TI-MMP促进存活，保护肝癌细胞免于凋亡在肿瘤细胞分离后24 h，M TI-MMP的作用不限于基质的降解，而是在分离后环境(如进入血循环)中改变了包括存活优势在内的细胞行为，有助于肿瘤转移的实现[17]。陈莉萍和杨鹰[18]通过对子宫内膜癌基质金属蛋白酶-2表达检测及与肿瘤发生、发展的关系研究推测MM P-2主要通过以下机制促进肿瘤浸润及转移:(1)降解癌细胞周围细胞外基质和基底膜主要成分Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ型胶原及明胶，为癌细胞增殖制造空间，使癌细胞能进出周围组织，促使肿瘤发生浸润和转移;(2)在降解ECM过程中释放促血管生成因子如VEGF、b-FGF、TGF-β、TGF2等，促进新生血管形成，产生肿瘤转移的血行通路。

5 促进血管生成

Du等[19]在M MP-2基因剔除鼠星状胶质母细胞移植瘤研究中发现:MM P-2通过调节血管侧支影响血管密度;M MP-2影响VEGFR-2的表达水平;MMP-2调节周细胞的活性和活性分子招募;MMP-2影响肿瘤血管的功能。由于MMP-2缺乏削弱血管成熟，认为剔除MMP-2基因的星状胶质母细胞移植瘤生长较慢，虽然肿瘤细胞仍然沿血管浸润，但乳鼠存活时间显著延长，MMP-2可作为药物研究靶点。Chantrain等[20]通过分析已有的一些研究认为MMPs可能从以下6个方面促进周细胞在肿瘤血管形成中的招募作用:(1)通过对ECM的降解直接刺激周细胞的侵袭;(2)通过ECM改变刺激周细胞的增殖和免于凋亡;(3)通过释放ECM上的生长因子激活周细胞;(4)和新生血管表面受体相互作用;(5)促进新生血管信号传导的整合;(6)招募源于骨髓的干细胞。Suhr等[21]认为MMPs促进肿瘤血管生成至少表现在3个方面:(1)MMPs通过降解ECM，刺激干细胞和内皮细胞迁移而侵袭血管区域;(2)MMPs能释放血管生成因子，如FGF-2、TGF-β和 VEGF;(3)白明胶酶通过作用于ECM上的分子产生抗血管生成片段，如内皮抑素和肿瘤抑素。在体内和体外上调TIMP-2能抗血管生成，重组TIMP-2蛋白或TIMP-2表达结构转染都能抑制表皮细胞侵袭和肿瘤血管形成。另外，MMPs与其他活性分子协同促进肿瘤血管生成，如吕钢等[22]通过贲门癌研究发现MMP-7和E-cadherin表达之间呈现显著的负相关，M MP-7与E-cadherin的相互作用，MMP-7降解细胞外基质是VEGF的促血管内皮细胞生成的前提，MM P-7和VEGF都具有降解血管基底膜作用，MMP-7与VEGF之间可能存在相互促进、相互协同的促进血管生成的机制。

总之，在肿瘤演变过程中，MMPs所起的作用是复杂的，其主要作用是促进肿瘤细胞增殖、抑制凋亡、刺激侵袭转移和肿瘤血管形成;但也有与主要作用不一致的方面，如M MP-2的水解HARP-VEGF复合物形成具有活性的分子，HARP-N末端诱导细胞增殖，而HARP-C末端诱导抑制细胞增殖和血管形成[5];MMPs在对TNF-α的作用中，有研究认为促进肿瘤细胞凋亡，但又有研究认为促进 TNF-α表达，可促进MM Ps表达进而促进细胞增殖和转移等等，需要进一步研究和探索。

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