基质金属蛋白酶（MMPs）表达与活性的调节机制.doc

基质金属蛋白酶（MMPs）表达与活性的调节机制?118?中华综合lI富床医掌杂志综述2005年6月第七卷第6期基质金属蛋白酶(MMPs)表达与活性的调节机制李清泉(综述)许祖德(审校)复旦大学上海医学院病理学系上海200032【摘要】肿瘤侵袭转移是一个多步骤的复杂过程,涉及肿瘤细胞与宿主之间复杂的相互作用,多种基因及其产物参与这一过程的调控.目前认为肿瘤的侵袭和转移与细胞外基质关系密切,基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,删Ps)不但介导肿瘤细胞对宿主的包括基底膜在内的细胞外基质(extrace1lularmatrix,ECM)的降解,还控制肿瘤新生血管生成,影响细胞黏附分子的功能以及调控肿瘤细胞(原位及异位)的生长等,大部分肿瘤中均能检测到MMPs,随着肿瘤的进展,MMPs家族成员的表达数量增加.因此MMPs是肿瘤侵袭转移过程中重要的调控分子之一.MMPs的表达和活性受转录水平,酶原激活和抑制剂抑制等水平的调节,现就金属蛋白酶的结构,功能及其表达和活性的调节作一综述.【关键词】基质金属蛋白酶(MMPs)信号转导通路APlEtsMAPKNF-KBTGF_B基质金属蛋白酶抑制剂(TIs)活性调节1.MMPs的结构与功能基质金属蛋白酶(MMPS)是一族结构与功能上相关的内肽水解酶类,由于它们的催化活性依赖于金属离子(Zn)及其参与调控胞外基质降解和重建的功能而得名.MMPs属于Metzincin超家族,迄今为止,人体已有22种MMP被发现,除了含有Metzincin超家族所共有的保守性锌结合模序以及蛋氨酸拐角,删s的氨基酸系列中均有几个结构高度同源的功能区域:(1)前肽区(大约为8O个氨基酸残基片断):可与催化区的锌离子相互作用以保持MMPs的酶原形式.(2)催化反应区(大约为170个氨基酸残基):有一锌离子结合位点和一保守的蛋氨酸结构,与酶的活性及稳定性有关.(3)C-末端区:除MMP7,MMP6,MMP3外,其余MMPs均有此区,它通过一铰链结构与催化反应区连接,该区的主要功能是决定底物的特异性及与TIMPs的结合.另外,MT-MMPs在c_末端还有疏水跨膜结构域.根据作用底物的不同,删Ps可分为5类:(1)间质胶原酶类:MMP1,MMP8,MMP13,MMP18,其作用底物主要是I型和型胶原.(2)明胶酶类:包括删P2和删P9,其作用底物是/V型胶原.(3)基质溶解素类:包括删P3,MMP7,MMP1O,MMPl1,MMP12,其作用底物是层粘蛋白,纤维蛋白和蛋白多糖核心蛋白.(4)膜型金属蛋白酶类:如MMP14,IP15,删P16,删P17,其作用底物是明胶酶A前体.(5)其他:包括删19,tP20,删21,tP22,tP23,删24,其作用底物尚不明确.删Ps家族主要有以下的共同特性:(1)能裂解一种或多种ECM成分;(2)其催化机制依赖于含锌离子的活化中心;(3)以酶原形式分泌,激活后发挥水解酶活性;(4)激活后要失去约1万的分子量;(5)有相同的氨基酸序列;(6)可被TIMPs及螫合剂所抑制.基质金属蛋白酶不仅可以以细胞外基质作为其底物,它们还可通过分解细胞表面分子和其他细胞周围非基质性蛋白以达到调节细胞功能的目的.目前己知,删Ps对肿瘤侵袭和转移起着重要作用.在肿瘤侵袭过程中,肿瘤细胞首先通过自身受体(整合素)与基底膜成分如纤维连接蛋白(FN)和层黏蛋白(LN)结合,然后分泌MMPs等降解酶或诱导基质细胞分泌酶类,降解基底膜和基质,最终肿瘤细胞沿基底膜缺损和基质空隙向周围生长1.删Ps主要以3种机制促进肿瘤细胞的侵袭生长:(1)蛋白酶的水解作用破坏肿瘤细胞周围由基质分子如胶原,LN,FN等形成的物理屏障.(2)MMPs可以重塑细胞间黏附力,以便肿瘤细胞向周围生长.(3)MMPs作用于基质成分后,激发其他一些潜在的生物活动,如MMP2分解LN后可产生具催化作用的可溶性片段,参与肿瘤的免疫过程.2.MMPs表达的调节2.1转录水平调节删s基因表达的调控主要是在转录水平上进行的.众多因子如激素,生长因子,细胞因子,癌基因表达产物和细胞周期素等均可诱导删Ps在转录水平的表达;删Ps自身的某些成分亦可调节MMPs的合成;许多致癌剂如鞣酸(tannicacid,TPA),以及细胞外环境等因素对删s的转录也有调控作用.所有这些调控都是通过特定的信号转导途径以及删Ps基因启动子内的顺式反应元件来实现的,而且它表现出高度的组织细胞专一性.在大多数删s基因的调节序列中,含有TATA盒,在此TATA盒前,存在多种转录调节因子结合位点,下面分述之.2.1.1转录因子AP一1在MMPs基因表达调节中的作用有研究表明,每个MMPs基因启动子内大约一7O位置都有一个AP一1(activatorprotein一1)反应元件,其碱基序列高度保守(5LTGAG/CTCA一3).除此之外,MMP1,MMP3,MMP9基因启动子内部还有若干其它位置的AP一1反应元件,只是它们的功能尚不清楚.转录因子AP一1具有重要调控功能,它是由Jtr/FOS或JUN/JUN二聚体组成,而cjun和clos是原癌基因,在多种肿瘤中有异常表达.Jun家族和los家族的表达产物二聚化后可以结合到AP一1反应元件上从而激活删Ps的转录.前者可以Jun/Jun同型二聚体或Jun/Fos异型二聚体的方式结合到DNA上,后者只能以Jun/Fos异型二聚体与DNA结合,不同的二聚体与DNA有不同的亲和力,从而引发了不同的生物学效应.AP一1通过调控删Ps基因的表达,对细胞的增殖,浸润转移,凋亡及转化,免疫调节,分化方面ChinesejournalOfCompositeClinicalMedicine?综述?VoL7,No.6Jun,2005?119起着重要作用.所以,AP一1在肿瘤发生发展的基因活动网络中具有关键性作用.2.1.2转录因子Ets在VPs基因表达调节中的作用与转录因子Ets结合的PEA一3(polyomaenhancerAbindingprotein一3)元件存在于除lP12以外的所有M肝s启动子内,PEA一3的保守序列是富含嘌呤的A/cGGuA/T.这一序列存在于许多基因的5端,有反式活化功能.PEA一3元件可以与Ets结合而激活Ms基因的表达.因此,Ets转录因子可调节大部分M肝s的表达.Ets并不单独的与DNA作用,其作用机制是转录因子AP一1依赖性的:Ets1促进cJun和JunB对MMP1启动子的活化,ERGB/F1i1只作用于cJun,PU.1则减弱cJun和JunB对MMP1启动子的活化.Ets2,Erg及结合物对MMP1和MMP3的调节也有不同效应,Ets2活化M肝1,M肝3两个启动子而Erg只活化M肝1启动子,而且Erg能完全抑制Ets2对MMP3的诱导;Erg与Fos/Jun也可协同调节M肝1启动子.JoniL等发现在MMP1启动子1607处存在鸟嘌呤(G)单核苷酸多态性,可产生新的Ets结合位点,在黑色素瘤细胞中的2G多态性引起更高的转录活性,结合更多Ets1,使MMPI表达增加,而促进肿瘤侵和转移.Ets对l,IPs的作用受多种因素影响,如表皮生长因子(EGF)可刺激Ets1,Ets2表达而活化尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)和M9启动子.在MDCK细胞中,潜伏膜蛋白1(LMI)诱导Etsl的表达而促进细胞运动及uPA表达,引起鼻咽癌细胞的侵袭.Ets家族成员EIAF也可强烈诱导多种l,IPs的转录,EIAF表达使人非侵袭性乳腺癌细胞MCF7的运动和侵袭力加强,伴M9基因表达增强.ElkF也介导肝细胞生长因子(HGF)诱导口腔鳞癌细胞HSC中M肝1,M9表达.2.1.3转录因子NFKB在MMPs基因表达调节中的调控作用转录因子NFKB是一种诱导蛋白,大量证据显示其表达或活性失调引起肿瘤发生并促进转移.NFKB介导多种转移相关信号转导通路,如参与肿瘤坏死因子(TNF)对各种粘附分子的诱导;人绒毛膜促性腺激素(HCG)抑制肿瘤发生和转移是通过抑制NFKB.NF-KB可影响MSPs表达而调控肿瘤转移.MSPs启动子区存在NFKB结合位点.有文献报道称EB病毒致瘤蛋白LMP一1活化区cTAR一1和CTAR一2能活化NFKB而使MMP9上调;水杨酸盐如阿斯匹林能抑制NFKB和AP一1而抑制L肝一1阳性表达细胞的侵袭性3.所以现在认为NFKB在肿瘤转移调节中起关键和特殊的作用,甚至可能成为抗肿瘤转移治疗的重要目标之一.除上述的三种主要反应元件外,还有一些其它的元件也参与到基因表达的调节中,例如,MMPI3启动子中一140处有成骨细胞特异性启动元件,MMP7转录起始位点附近的LEF/TCF识别位点,一些M肝S基因中所共有的视黄酸反应元件,SP一1,SP一2,NFK.B反应元件等等.与其它MSVs不同的是,M咿2基因的调节序列中不含TATA盒,其表达也很少受原癌基因的影响,因此被认为是一种典型的看家基因.2.2信号转导途径2.2.1MAPK途径目前已有三条MAPK通路被阐明:ERK1,2通路(RasRafMEKI,2ERK1,2)可以被各种不同的有丝分裂原以及佛波酯激活.JNl(/SAPK通路(MEILK14一MI(I(4/MI(I(7一JNl(/SAPKS)和p38通路(TAKI一慨K3/MI(I(6一p38s)主要时由环境应激以及各类细胞炎症因子所激活.转录因子AP一1和Ets结合DNA及转录激活的能力都可以受有丝分裂原或外界应激激活的MAPK信号转导通路的调节.K/SAPK通过磷酸化cJun蛋白63和73位的丝氨酸可以提高其稳定性和转录活性,磷酸化93,91位的苏氨酸可以增强其与DNA的结合力.ERK1,2能够诱导cJun的表达和磷酸化,提示ERK1,2通路和INK/SAPK通路在调节cJun活性时有转导途径间的交互影响(crosstalk).p38MAPK尽管不能直接磷酸化cJun,但它可以通过活化那些上调cjun,c-fos基因表达的转录因子(ATF一2,8EF2C,ELK一1,SAP一1)来提高AP一1的活性.cFos蛋白可以被p9O,ERK2磷酸化从而增强自身稳定性和转录活性.转录因子Ets结合DNA的能力与转录活性可以为ERK1,2,JUN/SAPK,p38通路所调节.近来分离出来的在信号转导组分之间起连接作用的接头蛋白(adaptors)所具有的特异性证明,特定条件下激活的MAPK通路都有高度的特异性,这些通路严格地控制着对应条件下基因的表达4.总之,MAPK所介导的转录因子AP一1和Ets的激活与肿瘤细胞在应激条件下l,IPs的高表达呈明显相关,甚至有人认为,MAPK途径是调控肿瘤细胞侵袭转移的主要信号传导通路.2.2.2NFKB途径NFKB是一类具有多向调节作用的转录调控因子家族,与肿瘤细胞转移关系密切;它可以促进与肿瘤侵袭,血管生成相关的因子的转录表达,例如VEGF,u-PA,ICAM-I及MMPs等.Sovak等在研究一个雌激素受体阴性乳腺癌细胞系发现NF-KB处于持续活化状态,且与肿瘤细胞分化不良和高转移性相关.还有研究表明,受NFKB调控的M咿s尤其是M咿2,MMP9就是与肿瘤转移密切相关的因子之一.作为MMPs的转录调控因子NFKB与MMPs启动子-615,一600位点上的相应序列结合,将明显上调MMPs的分泌.同时受NFKB调控的表皮生长因子和转化生长因子,与相应的跨膜受体结合后通过Ras-GTP结合蛋白信号途径,也促进MMPmRNA的转录并影响其半衰期,从而使MMPs的分泌增加5.2.2.3PKC途径蛋白激酶C(PKC)是一族结构相近,Ca和磷脂依赖,甘油二酯(DAG)活化的同工酶,它是细胞活化包括肿瘤细胞转化的重要信号分子,也是介导肿瘤细胞粘附,运动,侵袭及转移的关键因素.研究发现,PKC途径也参与了M咿s表达的调控.在许多癌侵袭模型中,PKC激动剂如TPA可调节MMPs和TIMPs的表达.Ries等采用酶谱分析的方法研究HL一6O细胞.发现TNFQ可增强MMP9的表达34倍,而TPA则可达到8-9倍.当加入的PKC抑制剂StaUrosporine浓度为2mol/L时,可完全抑制TPA的刺激作用.研究还发现人神经胶质瘤的侵袭性主要与MMP2活性有关,而后者则受PKC?120?中华角合l瞄床医掌舞乏角述2005年6月第七卷第6期所调控.MMP2的活性可被PKC特异性抑制剂calphostinC所抑制,神经胶质瘤细胞经calphostinC处理后,其侵袭性降低,并呈剂量效应关系,同时伴随MMP2活性的降低.而用佛波酯则可使肿瘤细胞的侵袭性和MMP2的活性都相应的增加.Ree等在乳腺癌细胞MCF7中未能检测到MMPImRNA表达,TIbIPImRNA亦呈低表达,而经100nmol/LTPA处理后,MMPlmRNA呈高表达,TIbIPImRNA的表达水平亦提高5-10倍.HahN等进一步研究了参与MMP9表达的信号传导通路,PMA能增加细胞的侵袭性,通过激活蛋白激酶C(proteinkinasec,PKc),使ERK1/2磷酸化,致NFKB的激活,导致肝癌细胞株中MMP9的表达6.2.3TGFB调控MMPs和TIMPs表达的机制在肿瘤细胞浸润和转移过程中,体内肿瘤细胞通常以自分泌或旁分泌的形式分泌一些细胞生长因子,有研究证明,许多细胞因子和生长因子都对MMPs有调节作用.IL一1,IL一12,表皮生长因子(EGF),血小板衍生生长因子(PDGF),转化生长因子Q(TGFQ),肿瘤坏死因子Q(TNFQ)均能上调Ms的表达.转化生长因子B(TGF_B),干扰素c,类固醇激素(包括糖皮质激素)和视黄醛则下调Ms的表达.在所有这些因子中,转化生长因子B(transforminggrowthfactorB,TGFB)在目前许多体内外的实验都证实是最重要的MMPs的调节因子.很多MMPs家族成员的启动子区域中有TGF_B反应元件(TGF_Bresponseelement,TRE)或TGF_B抑制元件(TGFBinhibitoryelement,TIE),作为TGFB对MMPs家族成员进行调控的顺式作用元件.最早发现的TIE是位于大鼠M3基因启动子一709bp的10bp序列GAGTTGGTGA,人MMP7基因启动子中也含有与大鼠MMP3的TIE高度同源的序列,在人M1基因启动子中位于-246bp.cFos能直接与MMPI启动子中的TIE结合,从而介导TGF_B对MMP1的调控作用.最新发现M9基因启动子中也含有位于-474bp处的TRE.TGFB主要是通过以下途径实现对MMPS表达的调控.2.3.1通过激活Smad调控Ms和TIMPs的表达Smads是果蝇的Mad蛋白以及线虫中Sma蛋白具有同源性的蛋白家族.迄今为止发现了9种脊椎动物Smad蛋白.它们可以将TGFB信号直接由细胞膜激酶受体转导入细胞核内,是受体激酶介导的胞内信号转导新途径,为细胞信号跨膜后与核内基因转录之间开通了一条简便途径.很多TGF_B效应基因中,Smad结合元件(Smadbindingelement,SBE)或称Smad结合序列(Smad-bindingsequences)通常位于AP一1结合元件的附近,有时也位于TRE的内部.Smad复合物与SBE的结合是TGFB诱导基因表达的重要机制,但这种结合作用并不足以激活基因转录,还需要其他转录共激活因子的协同7.例如,在人表皮成纤维细胞中,TGFB通过Smad3和Smad4实现其对MMP1基因表达启动的抑制效应.这种TGF_B对MMP1的抑制效应能够被CREBbindingprotein(cBP)/p300缓解.p300具有内在的组蛋白乙酰基转移酶活性,它能修饰染色质结构,直接影响启动子区域的结构,并能直接与Smad6,Smad7的磷酸化MH2结构域结合,是Smad通路中的转录共激活因子.另外也有证据表明p300能够与NFKB或Smad3竞争性结合,从而在p65/relA和Smad3介导的转录激活过程中起重要作用.在人表皮成纤维细胞中还发现,TGF_B对TIbIPI的表达刺激效应也是通过Smad3实现的.2.3.2通过激活MAPK通路调控Ms的表达TGFB选择何种MAPK途径实施它对某种SMPs的上调或下调作用因细胞类型的不同而异.TGF_B在A_5和UTSCC一7中通过激活ERKI,2通路抑制M1,M9表达.在人胚胎表皮成纤维细胞中的研究发现,TGFB对M13的基因表达诱导效应则是通过p38通路实现的.在MAPK通路和Smad通路之间还存在着交互激活的关系,已有报道证明TGFB以Smad依赖的和非Smad依赖的两种机制激活JNl(.阻断JNK或p38激酶活性,导致Smad依赖的jan和活化转录因子2(activatingtranscriptionfactor2,ATF2)的基因转录激活作用的阻断.另一方面,Smad上有ERK激酶位点.受ERK磷酸化的丝氨酸残基位点位于Smadl,Smad2,Smad3的linker结构域,这些丝氨酸残基的突变导致Smads核移位的阻抑.在表皮生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF)和肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)的刺激下,ERK磷酸化Smad2的位点位于C端SSXS基元中,以此激活Smad通路.而Smad2/Smad3被MEKKI和JNK磷酸化的位点位于SSXS基元以外的未知氨基酸残基8.2.3.3通过刺激AP一1的形成调控Ms的表达由TGF_B诱导产生的DNA结合复合物通常由cJun,cFos,Smad3和Smad4组成,其中cJun与Smad3的linker区域结合,c-Fos与Smad3的MH2结构域结合.该复合物与启动子上重叠或邻近的AP一1结合元件和SBE结合,启动Ms基因的转录9.AP一1复合物的形成与激活以及jan和fos基因的转录受MAPKs的诱导.然而,TGFB究竟通过何种信号通路刺激AP一1转录因子的形成迄今尚未见报道.2.4转录后水平的调节有研究表明,转录后调节也能影响MMPs表达.Vincenti报道,佛波酯,EGF可使编码MMPI和MMP3的mRNA的稳定性上调,MMPI3的转录产物在PDGF或糖皮质激素存在时更稳定,在TGFB存在时不稳定.mRNA3端非翻译区富含AU的序列也可以影响自身的稳定性.2.5嘲Ps转录调节的特点由上述各转录因子及信号转导通路在MMPs表达调控中的作用可以得出:一种转录因子受多种因素影响,即一种转录因子可同时介导多条信号转导通路,在不同信号途径的相互作用中起联系作用;对其阻断后将使多条信号通路失活.一种转录因子可影响多种基因表达,如AP一1结合位点存在于MMPs,uPA,MI)R,MRP等多种基因.一种基因受多种转录因子的影响,如MMP9启动子区存在AP一1,NFKB,SP-I结合位点.转录因子间存在的调节作用:关于Ets和AP一1间及AP一1和NFKB间相互作用均有报道.近年来有文献报道称,耐药小鼠白血病细胞同种小鼠腹腔接种后,用PGP相C/dncscjournalOfCompositeClh6calMecme?综述?Vo1.7,No.6tm,2005关化疗药物治疗后,其肝脏转移程度要比接种耐药肿瘤细胞,但用PGP不相关化疗药物治疗或接种不耐药肿瘤细胞,用相同化疗药物治疗都更为明显,提示PGP的表达与肿瘤的侵袭浸润能力可能存在一定联系1o】,另有文献称,MRP基因启动子中能与转录因子AP_1,SP-1结合的序列也存在于MMPs基因中,联系到上述转录调节的特点,提示可能存在一种通用的转录因子,它可以同时激活数套功能基因的转录,比如MDR,Ms,脉P基因等,但其确切机制及其上下游分子事件不甚明了,有待于进一步的探究.3.嗍Ps的活性调节3.1酶原的激活酶原的活化过程是Ms发挥作用的重要环节.目前认为酶原的活化存在3个不同的机制u】:逐步激活机制,细胞表面激活机制和细胞内激活机制.3.1.1逐步激活机制大多数MMPs是以酶原形式(proMMPs)分泌入细胞外基质中,经水解去除前肽区才能被活化.酶原逐步激活过程中关键步骤是通过多种方式分离前肽区中PRcGV/NPD保守序列中Cys的SH_基与活性中心催化性Zn2+离子的结合,从而使水分子与Zn离子能相互反应.然后,活化的基质金属蛋白酶前体一般在已活化的MMPs作用下前肽被部分水解掉,方被彻底激活.多种蛋白酶和非蛋白酶水解剂如纤溶酶,SH反应剂,变性剂以及热处理均具有水解Ms前肽的作用.3.1.2细胞表面激活机制膜型基质金属蛋白酶是通过其C一末端的跨膜区定位于细胞膜上.MT1-MMP,MT2一MMP或MT3-MMP均能使proMMP2转化为有活性的MMP2.其中对MT1-MMP在细胞表面激活proMMP2的机制研究较多.TI2可以其C一末端与proMMP2结合,TIMP2-MMP2复合物进一步与细胞膜上的受体(即MT1)结合形成MT1一MMP-TIMP2一proMMP2三聚体进而激活proMMP2.少量的外源性TI2可以一种剂量依赖的方式增强proMM2的激活,而过量的TI2反而抑制ProMMP2的活化.3.1.3细胞内激活机制MTMs,proMMP11能在细胞内活化并以活性形式表达或分泌.他们在前肽区与催化区之间有11个氨基酸的插入序列,其中含特殊的RXKR序列.这一序列能被一种丝氨酸蛋白酶furin所识别.furin蛋白酶可在MTMMPs前肽区的Argiii_Tyr之间裂解前肽,然后MTIM)在Tyr-ALa之间发生自我裂解,从而成为有活性的蛋白酶.此外,furin蛋白酶也能识别RQKR97序列,在Arg-phe位点裂解proMMP11,产生以phe为末端的45kD的有活性的MMPI1.3.2MMPs组织抑制因子及其它基质金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)是能够特异性抑制M肝s活性形式的一组相对低分子量蛋白,其家族由4个结构相关的成员组成,它们在氨基酸水平有30%-40%的同源性,位于氨基端由12个保守的半胱氨酸残基构成的3个大环状结构是抑制MMPs活性的主要区域.通常TIMPs与酶原形态删Ps结合成1:1复合物,内以非共价键连接,从而阻止酶的激活.当酶已激活时,它也可直接抑制酶活性12】.近来有报道认为,TI2可作为MMP2酶原的激活剂,TIMP2结合在proMMP2的血红蛋白C区和MT1一MMP的激活区,形成三聚体复合物,体外实验证明要激活MMP2,MMP2,MTI-MMP,TIMP2最理想的比率是1:2:1,过多或过少的TI2均阻止MMP2的激活.不同的TIMPs对于不同的MMPs有着不同的抑制能力.例如:TIMP2和TIMP3可抑制MTIMMP,而TIll则不具备这种功能.类似的,TIll也是一种gr3-MMP相对较弱的抑制剂,TIMP3是MMP9最强的抑制剂.此外,TIMPs尚具有独立于其M)s抑制活性之外的促生长活性,这一功能可能与其c_端结构域有关.尽管目前还不清楚TIs促进细胞生长的机制如何,但它至少可以解释TIMPs与肿瘤进展间的联系.由此可以看出,TIMPs对由删Ps产生的基质降解起着重要的平衡作用,通常情况下,组织中4Ps与TIMPs之间保持着相对平衡状态,它们的平衡和相互影响,决定着细胞基质是降解还是聚集.在恶性肿瘤组织中,Ms表达增高时TIMPs表达往往也增高,这可能与机体基因水平的平衡调节有关.但由于某种因素的存在,侵袭性肿瘤组织中删Ps的高表达程度总要高于TIMPs,正是由于这两者之间的平衡被打破,才导致了肿瘤的侵袭和转移TIs并不是唯一的内源性MMPs抑制剂,a-2巨球蛋白也是一种主要的删Ps抑制剂,二者的差别主要有以下几点:(1)由于血浆中有丰富的含量,它是MMPs在组织液中主要的抑制剂,而TIMPs的作用主要局限在局部(2)因d-2巨球蛋白/Ms复合物的清除是通过受体介导的胞吞作用进行的,故a-2巨球蛋白在M)s不可逆性清除中起到关键性作用,而TIMPs则是参与MMPs可逆性清除的过程中.近来,与TIMPs有结构相似性的另一族M)s抑制剂也有所报道.PCPE蛋白(procoIiagenC-terminalproteinaseenhancerprotein)的水解可产生具有Ms抑制活性的C一末端片段,它与TIMPs的N一末端有结构相似性13.3.3嗍Ps蛋白水解活性的胞周定位调节细胞活动的胞外信号转导通常是发生在胞膜上或细胞周围,许多细胞信号的产生或灭活是通过细胞周围蛋白水解来进行的.由于这个过程是不可逆的,因此,水解胞周蛋白是调控胞外信号转导的理想模式14】.细胞周围的微环境是大多数细胞外蛋白酶发挥作用所必须的,这就需要一些特异性定位机制使得Ms必须在细胞膜外周聚集,并结合到细胞膜表面.这些机制包括有:(1)膜型删Ps(MT-s)的表达:有研究表明,当去除MT卜M),MT2-MMP,MT3一MMP的跨膜结构域后可以大大减弱它们促进癌细胞侵袭的能力,而且当细胞外基质发生降解时,MT-MMPs会聚集到细胞表面特异性invadopodia结构域上,MT1一MMP的胞内及跨膜结构域对于其结合到invadopodia上是必需的,而这一结合对于肿瘤细胞侵袭的发生也是不可或缺的.(2)Ms与细胞表面受体的结合:激活的MMP2可以与血管内皮细胞及肿瘤细胞表面的整合素avB3结合,从而定位到细胞膜表面.MMP1可以与整合素a2B1结合,这一结合还可以诱导MMP1的表达.另一?122?中华综合II富床医掌舞皂综述2005年6月第七卷第6期个能够诱导MMPl表达并将它定位到细胞膜上的分子是CDl47/E删PRIN,它在肿瘤细胞表面有较多分布,通过刺激周围的纤维母细胞分泌M)l并与之结合来介导肿瘤细胞的浸润1.(3)Ms在胞周细胞外基质的聚集.(4)细胞表面vPs激活酶受体的出现等等.所有这些定位机制可以有效提高M)s活化效率,限制vPs抑制剂的靠近并把vPs聚集在它们靶物的周围.3.4MMPs的代谢与清除活化的M)s如何被灭活的具体机制尚不明确,但研究表明有些机制可以彻底灭活M)s的活性,有些机制只能使M)s对部分底物的作用能力丧失并使其不能定位于细胞表面,还有些机制可以抑制它们与TIMPs的结合能力,所有以上这些因素都能够影响IPs稳定性,从而改变M)s聚集的浓度,细胞表面的定位,底物的特异性及其他们被激活或抑制的能力.另一种调节M)s水平的途径就是直接的清除.目前已经了解的一条途径是,M)s通过水解Q一2巨球蛋白改变它的四级结构,然后改变了空间结构的a一2巨球蛋白包被M)s,最终Q-2巨球蛋白/M)s复合物被吞噬和清除.据Yang等报道称,血小板反应蛋白2(thrombospondin2)也以相同的方式参与了M)s的清除.此外,一些与TIMPs有相似结构的肽段也可以抑制IPs的活性,这类抑制剂包括前胶原蛋白C末端片断,型胶原NCI结构域以及近年来发现的唯一一种膜结合MMPs抑制剂RECK(reversioninducingcysteineproteinwithkazalmotifs)16o4.小结综上所述,M)s是一类参与细胞外基质和基膜降解的蛋白水解酶,其结构,功能和调节水平的改变与肿瘤的生长,侵袭和转移有密切的关系.M)s的产生和表达受到多种因素影响并在不同水平调节,包括基因转录,酶的合成分泌,酶原激活及与抑制物的相互作用,酶的清除与代谢等等.JPs表达和活性调节的各个水平都可以作为阻止肿瘤侵袭转移的有效靶物,因此,更深入地研究各条通路的上下游分子事件,以及更宏观地探讨各条信号通路之间的调控关系,更完善地探究M)s活性调控的具体机制,无疑是本领域的科研工作所待解决的问题.参考文献1.HofmannlIB,Eggert从,BlassK,BrockerEB,BeckerJC,eta1.ExpressionofmatrixmetalloproteinasesinthemicroenvironmentofspontaneousandexperimentalmeianomametastasesreflectstherequirementsfortumorformationJ.CancerRes.2003,63:822卜8225.,2.RajabrataS,JackieL,RajeevM,DavidL,eta1.P53.YB一1andtheAP一1familyoftranscriptionfactorsmediatestranscriptioninducedbyskeletalmuscleischemiaJ.JournaloftheAmericanCollegeofSurgeons.2004,September,199(3):103.3.Suni1KM,AsokM,BharatBA,eta1.Humanchorionicgonadotropinsuppressesactivationofnuc1eartranscriptionfactorKBandactivatorproteinlinducedbytumornecrosisfactorJ.JournalofBiologicalChem-istry.2000,275(18):1330713314.4.BartschJE.StarenED.AppertHE.eta1.MatrixmetalloproteinaseexpressioninbreastcancerJ.JournalofSurgicalResearch2003,April,1i0(2):383392.5.QingH,HanMingS,Choon-Na0,eta1.Inhibitoryeffectofemodinontumorinvasionthroughsuppressionofactivatorprotein一1andnuclearfactorKbJ.BiochemicalPharmacology.2004,July15,68(2):36卜371.6.HahN,LeeST.AnabsoluteroleofthePKCdependentNFkappaBactiva