基质金属蛋白酶-2与胃癌的侵袭转移

　　中国胃肠外科杂志1999年第2卷第2期vol.2No.21999

张成武综述 邹寿椿审校

　　 关键词：基质金属蛋白酶-2(MMP-2) MMP-2基因 胃癌 侵袭转移

　　细胞外基质和基底膜重塑是癌细胞侵袭转移过程中的关键环节，需借助于蛋白降解酶的表达和激活。基质蛋白酶主要有以下数种：丝氨酸蛋白酶类，包括血浆酶原激活剂；半胱氨酸蛋白酶类，包括组织蛋白酶D在内的溶酶体酶；金属蛋白酶类(metalloproteinases)^［1］。金属蛋白酶类在肿瘤侵袭过程中的作用近年来倍受关注，大量证据表明基质金属蛋白酶，特别是基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)在肿瘤细胞介导的细胞外基质降解中起关键作用，临床研究表明，MMP-2活性和表达的增加与人类多种恶性肿瘤侵袭转移潜能及预后密切相关^［2～4］。

　　一. MMP-2基因及其表达和激活的调节

　　MMP-2基因位于人类染色体16q21，由13个外显子和12个内含子所组成，结构基因总长度为27kb，与其他金属蛋白酶不同，MMP-2基因5′旁侧序列促进子区域含有2个GC盒而不是TATA盒^［5］。MMP-2以前酶原的形式由多种细胞分泌，如成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和恶性肿瘤细胞等。与其他金属蛋白酶相似，MMP-2分子含有氨基末端片段、金属结合片段及羧基末端片段，其中带有高度保守序列PRCGV/NPD的氨基末端具有一个不配对的半胱氨酸残基，该残基与激活位点的锌原子相互作用介导着MMP-2的前体状态；金属结合片段是公认的锌结合部位，其含旁侧有2个组氨酸的保守序列HE-GH；羧基末端具有类似凝血酶的片段，该片段的具体功能尚未明确。此外，MMP-2还具有一个58个氨基酸残基组成的明胶结合片段，此片段与纤维连接素的明胶结合Ⅱ型基元相似^［6］。目前认为，MMP-2表达和功能的调节发生于转录、分泌、前酶原的激活、细胞表面的结合以及与来源于肿瘤或宿主细胞的MMP抑制剂的相互作用等多个不同的水平。

　　MMP-2的转录调节与其他金属蛋白酶相比具有一定的独特性，如佛波醇酯(phorbol ester)通过AP-1位点的介导增加MMP-9和间质胶原酶的表达，而MMP-2基因促进子区域未能测得AP-1位点^［5］；转化生长因子-β1(TGF-β1)通过其抑制元素TIE抑制间质胶原酶的表达^［7］，而TGF-β1却能诱导人类细胞株转录出高水平的MMP-2信使核糖核酸(mRNA)^［8］。此外，整合素受体和TN(Tenascin)亦能诱导MMP-2的转录表达。MMP-2在细胞外以前酶原的状态存在，体外实验表明有机汞化合物和蛋白酶等均可通过干扰氨基末端不配对半胱氨酸残基与激活位点的锌原子间的相互作用，导致前酶原氨基末端80个氨基酸片段的自身催化降解转化成酶原，获得胶原溶解的活性，激活的酶原进行自身蛋白降解，最终产生具有稳定活性62KD酶，这种激活过程被称为“半胱氨酸开关(cysteine switch)”假说^［9］。

　　由于膜型MMP即MT1-MMP的成功克隆和排序，MMP-2在体内激活的受体机制已被基本阐明。将MT1-MMP质粒转染入Cos-1细胞株内后，MT1-MMP即表达于该细胞株的胞膜，并导致MMP-2酶原的特异性激活^［10］。研究发现，MMP-2酶原的激活依赖于由TIMP-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2)与MT1-MMP结合始动的一个三元复合体的形式，虽然高浓度的TIMP-2抑制MMP-2的活性^［11］。

　　MMPS活性调节的关键是TIMPS对其酶活性的抑制作用。研究表明MMP-2及其前体均可与TIMP-2结合，但结合位点并不相同。MMP-2前体-TIMP-2复合体在不裂解的情况下仍可被继续激活产生MMP-2活性，该活性能被额外的TIMP-2完全抑制^［12］。所以MMP-2与TIMP-2的相对浓度最终决定MMP-2胶原降解的能力。MMP-2的主要底物为Ⅳ型胶原，其次还有Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ型胶原及纤维连接素和弹性蛋白等。

　　二. MMP-2与恶性肿瘤的侵袭转移

　　体外实验结果显示，ras基因诱导的恶性肿瘤细胞株的MMP-2表达增加，激活MMP-2的单克隆抗体能促进A2058细胞株的侵袭能力，而抑制MMP-2的单抗则使A2058细胞株穿透重组基底膜的能力明显减弱^［13］。TIMP-2对肿瘤侵袭转移的抑制是MMP-2与肿瘤侵袭转移相关性的又一佐证。TIMP-2过度表达，能抑制转移性ras转化小鼠胚胎成纤维细胞裸鼠静脉注射后肺转移灶的形成，以及体内肿瘤的生长速度和癌细胞的浸润特性^［14］。Vaisanene认为^［15］MMP-2表达是皮肤黑色素瘤的独立预后因素；Levy^［16］采用Northern印迹分析技术发现72%的直、结肠腺癌MMP-2 mRNA水平异常增高；Poulsom等^［17］采用原位杂交技术，结果显示结肠肿瘤组织间质细胞能合成MMP-2，且与肿瘤细胞一起参与浸润癌特异性的组织重塑和基底膜降解过程。Davies^［18］研究表明膀胱癌组织中MMP-2 mRNA主要位于间质细胞而不是肿瘤上皮细胞，MMP-2表达水平与肿瘤分化程度及浸润深度密切相关。

　　免疫组化染色显示MMP-2蛋白主要表达于肿瘤细胞膜和胞浆内，而原位杂交技术则发现MMP-2 mRNA主要存在于肿瘤细胞周围的间质细胞如成纤维细胞和内皮细胞。两种方法结果不一致的原因可能是(1)肿瘤细胞摄取来源于成纤维细胞的MMP-2蛋白；(2)肿瘤细胞与间质细胞MMP-2 mRNA翻译率及细胞内蛋白贮存能力的不同；以及(3)原位杂交技术和免疫组化检测阈值的不同等^［19］。多数学者认为肿瘤细胞和间质细胞均能合成MMP-2，且肿瘤细胞可通过多种机制诱导间质细胞MMP-2的合成和分泌。如肿瘤细胞表达的一种与免疫球蛋白超家族同源的细胞表面受体，胶原酶刺激因子(TCSF)又称细胞外MMP诱导因子，能刺激成纤维细胞的MMP-2表达^［11］。

　　三. MMP-2与胃癌侵袭转移的关系

　　MMP-2与胃癌关系的研究是近年来开展的新课题。1994年Schwart等^［20］研究胃癌细胞株SK-GT的MMP-2 mRNA表达，结果发现浸润型细胞株SK-GT1、SK-GT5及SK-GT6表达MMP-2，而非浸润型细胞株SK-GT2和SK-GT4不表达MMP-2；此外，MMP-2表达阳性细胞株来源病人的预后明显差于阴性者。D′Erric等^［21］报道正常胃黏膜上皮MMP-2呈阴性表达，胃癌细胞MMP-2主要表达于细胞膜，分化差的胃癌细胞MMP-2表达阳性率显著高于分化较好者，进展期胃癌的MMP-2阳性率高于早期胃癌。提示MMP-2表达的检测有助于胃癌病期进展的评估。Sier等^［22］研究表明胃癌组织的MMP-2表达显著高于邻近非癌黏膜组织，cox多因素回归分析显示MMP-2高表达胃癌患者预后较差。后继研究检测胃癌组织MMP-2及其非活性前体的表达情况，发现进展期胃癌和早期胃癌MMP-2前体的阳性率分别为67%和46%，MMP-2则仅限于进展期胃癌，血管侵犯阳性的胃癌MMP-2前体阳性率显著高于阴性者^［23］。1996年Nomura^［24］通过采用免疫组化、三明治酶免疫分析及明胶酶谱学等多种测检手段，研究发现MMP-2主要表达于进展期胃癌，并与肿瘤的血管侵犯密切相关，认为MMP-2前体的激活是胃癌细胞扩散的关键环节。Mori^［25］通过分析MT1-MMP和MMP-2在胃癌组织中的表达情况，认为MT1-MMP通过胃癌的胃壁浸润和淋巴结转移影响患者的预后，MMP-2激活与胃癌进展密切相关。Caenazzo^［26］研究胃癌组织MT1-MMP与MMP-1 mRNA的比率，发现检测MT1-MMP与MMP mRNA的比率可作为胃癌术前新的分子生物学预后指标。然而，有研究表明MMP-2表达仅与胃癌患者生存率有单因素相关的趋势，而不是预后的独立指标，高uPA受体表达的胃癌患者组则存在MMP-2与预后的相关性，提示仅在MMP-2的激活酶过度表达的情况下，MMP-2可作为胃癌的预后因素^［27］。

　　TIMP-2与MMP-2在胃癌侵袭转移中的重要性亦颇受关注。一项前瞻性研究表明，胃黏膜内癌TIMP-2表达阳性率为63%，MMP-2阳性率为19%，进展期胃癌TIMP-2表达阳性率下降而MMP-2阳性率升高，预后分析结果显示胃癌原发灶TIMP-2高表达而MMP-2低表达者生存时间显著延长。所以TIMP-2和MMP-2在胃癌的负相关作用作为整体调节胃癌细胞的浸润转移，并可能具有重要的预后意义^［28］。

　　四. 小　结

　　MMP-2的表达、有效激活及蛋白降解功能的发挥受诸多因素如膜激活剂、整合素受体的表达及基质成分和TIMP-2的调控。大多数研究表明，MMP-2表达与胃癌侵袭转移及预后密切相关。然而，对MMP-2及其与胃癌关系的研究尚处于初始阶段，对与MMP-2密切相关的基质蛋白降解关键调节机制的深入剖析，将有助于对胃癌侵袭转移机制的进一步认识，从而为将来的抗胃癌转移治疗方案提供方向性的目标。

　　作者单位：310014　杭州，浙江省人民医院普通外科

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