MMP—19在肿瘤中的研究进展

李鹏++++++朱军

[摘要] 基质金属蛋白酶（MMPs）是人体内一组降解细胞外基质的关键酶。MMP-19作为MMPs的一个亚型，其在抑制血管内皮细胞迁移和血管增殖、分离与细胞外基质结合的血管内皮生长因子亚群、调控相关信号通路中起重要作用。通过探讨MMP-19的双重作用与肿瘤治疗、预后和其他细胞因子的关系，以表明其与肿瘤的相关性。

[关键词] 基质金属蛋白酶-19；血管内皮生长因子；信号通路

[中图分类号] R730.23 [文献标识码] B [文章编号] 1674-4721（2014）02（b）-0188-03

据文献报道，中国脑胶质瘤年发病率为3～6/10万，年死亡人数达3万。脑胶质瘤难以完全切除，对放化疗不敏感，非常容易复发，化学药物和一般抗肿瘤中药因血-脑脊液屏障等因素影响，疗效也不理想，因此脑胶质瘤至今仍是全身肿瘤中预后最差的。随着分子生物学和基因治疗的发展，目前对胶质瘤产生和发展过程的机制有了更深入的研究，尤其是胶质瘤细胞血管生成、细胞黏附和增殖、信号通道等的调控是研究的热点话题。MMP-19属于基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的成员之一，最先从一个自身免疫性类风湿关节炎患者中分离得到，随后在胎盘、胰腺、肺、卵巢、乳腺、健康的表皮等正常组织中被陆续发现。MMP-19不仅具有大多数MMPs家族中降解细胞外基质（extracellular matrix，ECM）如胶原蛋白Ⅳ、明胶、纤维连接蛋白、聚集蛋白聚糖等的作用，而且在肿瘤血管生成、癌细胞生长转移过程中起负调节作用，其既能明显抑制人微血管内皮细胞增殖而减少毛细血管样结构生成，又能分离与ECM结合的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）亚群，以减弱ECM参与新生血管的作用，这与多数MMPs介导的功能不同。

1 MMPs概述

MMPs是由体内多种组织和肿瘤细胞产生的蛋白水解酶，几乎能降解ECM中的各种蛋白成分，破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起关键作用，从而使其在肿瘤浸润转移中的作用日益受到重视。根据分子结构，MMPs可分为8类；根据结构特点及作用底物，MMPs又可分为6类。①胶原酶：MMP-1、MMP-8和MMP-13，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原，Ⅵ、Ⅸ原纤维胶原及蛋白多糖有降解作用；②明胶酶：MMP-2和MMP-9，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ明胶，Ⅳ、Ⅴ、Ⅹ胶原，弹力蛋白，纤维结合蛋白及层粘连蛋白有降解作用；③间质溶解素：MMP-3、MMP-10、MMP-11；④基质裂解素：MMP-7和MMP-26；⑤模型MMPs：MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17、MMP-24、MMP-25；⑥其他MMPs：MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-23、MMP-28，其中MMP-12、MMP-19又称为基弹性蛋白酶[1]，MMP-12可降解Ⅵ型胶原、明胶、其他细胞膜基质蛋白及纤溶酶原；MMP-19可降解明胶、纤维结合蛋白、聚集蛋白聚糖；MMP-28是MMPs家族的新成员，2001年被首次成功克隆并鉴定[2]，是第一个从人皮肤角化细胞中克隆出来，因此又被称为上皮水解素，与其他已知的MMPs的同源性很低，但与MMP-19有39%的同源性，故认为MMP-28属于MMP-19亚族[2]。

2 MMPs在肿瘤侵袭和转移中的作用

2.1 降解ECM

ECM是由一些多糖、蛋白或蛋白聚糖构成的在细胞表面或细胞间的大分子物质，其中基底膜（basement membrane，BM）是肿瘤转移的主要屏障，肿瘤细胞首先与BM表面的相关受体结合，然后分泌降解酶降解BM和ECM，最终使肿瘤细胞突破ECM入侵血管、淋巴管、异位组织和器官向周围生长。

2.2 MMPs与肿瘤血管新生

MMPs降解ECM的过程可分为BM的降解、内皮细胞的迁移和增殖、新生血管的生成和ECM的浸润等。许多研究表明，MMPs有促进血管新生的作用，还可提高血管活性因子和许多细胞因子的作用，参与毛细血管的形成，这些因子包括VEGF、碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子、肝细胞生长因子等。

2.3 MMPs与细胞黏附和增殖

原发肿瘤生长是肿瘤侵袭和转移的前提，MMPs通过许多方式促进肿瘤细胞的增殖[3]。MMPs通过调节细胞因子的生物利用度，释放并激活结合于细胞表面或局部ECM的生长因子，从而间接调节细胞增殖[4]；MMPs对ECM的改建可直接调控细胞增殖，在含有胶原的三维培养体系中，MT1-MMP的高表达可通过对细胞周围ECM的降解作用显著加快肿瘤细胞的生长扩增[5]。细胞黏附分子是介导细胞与细胞、细胞与ECM相互黏附作用的分子，其可调整MMPs在细胞侵袭部位的表达。MMPs不仅可降解ECM，使细胞间的正常结构失去支持作用，还可改变细胞黏附因子的信号通路，使黏附分子表达减少、肿瘤间的黏附力减弱，继而肿瘤细胞得以分离并进入ECM，最后通过破损的BM而进入脉管系统引起细胞的侵袭和转移。

3 MMP-19

3.1 MMP-19概述

MMP-19是最近发现的MMPs家庭成员，其参与降解各种组件的ECM。人类MMP-19和小鼠同源基因（人类：U37791，小鼠：AF153199）保留可溶性的MMPs家族成员的共同域组织，但其也包含几个鲜明的特点，包括在催化领域插入一个独特的半胱氨酸，改变延时动机，一个独特的oligoglutamate插入在铰链区和一个C-末端尾巴[6-7]。从人类肝cDNA库中克隆的新MMPs成员，孤立的cDNA包含一个508个氨基酸多肽的开放阅读框编码，被暂时称为MMP-19，其结构特征包括一个信号序列，必须与半胱氨酸残prodomain维护延迟这些酶激活轨迹与锌绑定结构，与血液结合素一个COOH-terminal片段序列相似，但其缺乏一系列多样化独特的结构特点，包括在胶原酶靠近锌绑定结构的Asp MMP的子类、酪氨酸和甘氨酸残留。MMP-19不属于之前定义的MMPs亚科，可能代表新MMPs亚家族的第一个成员[8]，MMP-19基因定位于染色体12q14，是迄今为止任何MMPs中的独特定位。

3.2 MMP-19的表达和作用

MMP-19基因在一个类风湿关节炎患者和人类肝cDNA库中被克隆出来，其广泛表达于正常人体组织，包括乳腺、胎盘、肺、胰腺和健康的表皮等组织。在正常对照患者脑白质，MMP-19组成型表达整个脑实质内的小胶质细胞[9]，同样在增殖的星形细胞瘤/神经胶质瘤细胞中高表达，其表达可促进细胞通过大脑的ECM入侵[10]。有研究显示在卵巢交界性肿瘤和卵巢癌中MMP-19基因的蛋白产物呈高表达[11]。有研究显示，MMP-19在鼻咽癌组织中的表达较在正常鼻咽上皮组织中的表达显著下降。国外学者发现，乳腺和皮肤恶性肿瘤形成过程中MMP-19表达会下调[12-13]，在MMP-19表达缺失的小鼠中肿瘤新生血管和侵袭性会增加，提示其在肿瘤发生、发展过程中起一定的作用[3]。目前认为MMP-19在某些肿瘤整个发生、发展过程中起双重作用。Sadowsik等[8]检测MMP-19在人鼻咽癌的细胞生长和成瘤过程中起重要作用，能显著降低细胞的克隆能力；在部分恶性肿瘤的初始形成中，MMP-19是不表达或微弱表达的，从而加快肿瘤新生血管的生长和增强细胞侵袭性；随着恶性肿瘤的增长，MMP-19表达会增强，其可通过细胞因子和胰岛素样生长因子（insulin-like growth factors，IGFs）信号通道来调节细胞的黏附和增殖，但其表达可能会低于在正常组织中的表达；这种双重作用的产生可能是随着肿瘤的发展，肿瘤细胞对MMP-19的敏感性下降所致。对肿瘤的双重作用在MMP-9[14]、MMP-11[15]和MMP-12[16]中也曾有过报道。

3.3 MMP-19在恶性肿瘤中的研究进展

3.3.1 MMP-19与血管形成 血管在生成过程中，需要血管BM和ECM的降解，也需要内皮细胞的迁移和侵入周围组织。MMPs被认为在BM和ECM重塑中发挥核心作用，其不仅通过降解ECM的成分有助于血管重塑，还通过多种方式增强血管生成特定的MMP，以帮助周围细胞脱离血管进行血管生成，并切割内皮细胞的细胞黏附。MMP-19作为MMPs的负面作用，可通过蛋白水解裂解产生内源性血管生成抑制剂，较强地抑制血管内皮细胞迁移和血管增殖，同时，MMP-19处理人类血纤维蛋白溶酶原的特征性裂解柄生成三个血管抑素样片段，这三个血管抑素样片段的分子量为35、38和42 kD，能明显抑制人微血管内皮细胞的增殖，并减少毛细血管样结构的生成。

3.3.2 MMP-19与VEGF VEGF是由多种培养肿瘤细胞系中发现的一种新型生长因子，是体内重要的促血管生成因素。VEGF家族有五个成员：VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（PIGF）。VEGF-A在诱导新生血管中起主要作用[17]。Lee等[18]发现MMP-19调节血管生成是通过作用于VEGF-A实现的，VEGF-A是血管生成早期一种非常重要的因子，有强烈的促内皮细胞分裂增殖、促进血管生成、提升肿瘤内微血管密度等作用，这种调节作用表现为使现存的血管膨大、密度减少，如果没有MMP-19的调节，血管生成就会形成“瀑布效应”，长出大量分支。研究显示，MMP-19能分离与ECM结合的VEGF亚群，使之成为可溶性片段[18]，在肿瘤血管新生中发挥作用。

3.3.3 MMP-19与IGFs IGFs是一类多功能的细胞增殖调控因子，其不仅在结构上与胰岛素非常相似，而且在功能上也有部分相同，在细胞增殖、分裂和分化，基因重组，胚胎生长发育，中枢神经系统的生长和肿瘤的发生、发展中起重要作用。有研究表明，IGFs在对成纤维细胞增殖和分泌、促进成骨细胞迁移分化和增殖方面起十分关键的作用。IGFs家族由两种小分子多肽（IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ）、两种特异性受体（IGF-Ⅰ受体和IGF-Ⅱ受体）、六种结合蛋白（IGFBP1、IGFBP2、IGFBP3、IGFBP4、IGFBP5、IGFBP6）组成。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ有高度的同源性，但在体内的生物学效应不同，IGF-Ⅰ依赖生长激素，并介导生长激素的合成代谢功能，所以其对细胞生长和增殖、促进蛋白质及DNA合成起重要作用；IGF-Ⅱ又称生长调节素A，其不受生长激素的调节，在成人多种器官中都有表达，是参与比IGF-Ⅰ更具有主导作用的生长因子。IGFs是通过与靶细胞表面的特异性受体结合发挥作用，其特异性受体与特异性结合蛋白竞争地结合IGFs，达到一种平衡状态。当高亲和力受体增加、IGF或胰岛素生长因子结合蛋白（IGFBPs）磷酸化、IGFBPs受特异水解酶水解时，游离IGFs含量增加，从而提高IGFs的生物利用度；此外IGF-Ⅰ受体和IGF-Ⅰ结合后，IGF-Ⅰ受体介导的信号传导通路还可与其他生长因子和受体的信号通路相互作用和影响，进而发挥IGFs的生物学作用。MMP-19可发挥蛋白水解酶的作用水解IGFBPs[19]，通过IGFs信号通路调节细胞的增长、转移和黏附。

3.3.4 MMP-19与肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF） TNF是一类能杀伤和抑制肿瘤细胞、参与免疫调节、促进细胞增殖和分化等重要的细胞炎性因子。TNF-α是其重要的结构，巨噬细胞是其主要来源，成纤维细胞和各种肿瘤细胞也可分泌和合成，TNF-α不仅参与组织的炎症反应和组织损伤，还可作为一种重要的激活细胞凋亡的配体[20]。有实验证明，将外源性的TNF-α注入植有肿瘤株的动物，发现其有抗肿瘤作用，可诱导肿瘤细胞发生凋亡，还可阻止肿瘤新生血管的形成[21]。在高浓度环境下，TNF-α进入血液发挥抑制肿瘤生长和促进肿瘤凋亡等强大的毒性作用，引起全身性反应；在低浓度环境下，诱导肿瘤局部的炎症反应及血管改变。有研究和免疫组化实验方法检测MMP-19在成纤维细胞、毛细血管内皮细胞、巨噬细胞和在皮肤大粒化的伤口表达。MMP-19 mRNA和MMP-19蛋白在真皮成纤维细胞的表达强有力地提高了肿瘤坏死，使肿瘤局部形成低浓度环境，从而进一步激活TNF-α，诱导肿瘤的增殖和肿瘤新生血管的形成。

3.3.5 MMP-19的其他作用 MMP-19促进角化细胞增殖、迁移和细胞黏附[22]；MMP-19在卵泡生长、排卵和黄体回归中起作用[23]；MMP-19低表达的黑色素瘤细胞株相对于MMP-19高表达的黑色素瘤细胞株对周围各种基质的黏附性增加，侵袭性降低，表明MMP-19的表达标志皮肤恶性黑色素瘤级别的增加，并可促进黑色素瘤的生长及肿瘤细胞的侵袭[24]。

4 预期和展望

MMP-19是MMPs家族的一个亚型，在肿瘤分子领域国内研究较少，但其双重作用越来越引起人们的重视，尤其是作为内源性血管生成抑制剂和对VEGF-A的特殊作用，有望从基因水平的研究中找到治疗胶质瘤的突破口。

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（收稿日期：2014-01-02 本文编辑：李亚聪）