EMMPRIN、Hpa与肿瘤侵袭转移关系的研究新进展(1)
文章编号：1009-5519(2008)22-3404-02 中图分类号：R36 文献标识码：A
肿瘤的侵袭和转移是造成癌症患者死亡的主要致命因素，它的侵袭转移涉及很多进程，包括细胞—细胞、细胞—基质间的黏附、细胞外基质(ECM) 及基底膜(BM)的降解、肿瘤细胞的运动、新生血管形成、逃避宿主免疫监视等，其中BM和ECM的降解是癌细胞穿透组织屏障从而发生转移的重要步骤。该屏障主要由结构蛋白和糖胺聚糖/黏多糖组成。研究发现，细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(EMMPRIN)及乙酰肝素酶(Hpa)与肿瘤细胞的侵袭转移及癌症患者的预后明显相关。
1 EMMPRIN
1.1 EMMPRIN分子的结构特征：EMMPRIN属IgSF成员。编码EMMPRIN的基因定位于人19号染色体19p1313，与主要组织相容性复合体Ⅱ类β链及IgK链 V区基因有一定同源性。EMMPRIN mRNA 长度大约117kb，N端起始密码之前有115个核苷酸为非编码区，编码区编 269个氨基酸，21个氨基酸为信号肽，中间185个氨基酸构成胞外结构域，从206～229共24个氨基酸为穿膜区，C端39个氨基酸为胞内结构域，穿膜区包括3个亮氨基酸和1个苯丙氨酸，且每隔7个氨基酸出现1次，为典型的亮氨酸拉链结构，胞外4个半胱氨酸形成2个二硫键构成IgSF典型的半球型结构域。成熟的 EMMPRIN蛋白包括2个免疫球蛋白超家族(IgSF)结构域，一个包含带电荷Glu残基的膜区和胞内功能域，N末端的IgSF结构域属于C2型，而靠近胞膜的IgSF结构域属于V型。此外，胞膜外区还有3个相似的 N-糖基化天冬酰氨序列，Endo-F糖苷酶消化可使 EMMPRIN分子质量减少20×103，表明此分子存在大量翻译后修饰，主要是蛋白质的糖基化。其糖基化程度具有组织特异性，所以在不同组织纯化的EMMPRIN，相对分子质量可由40×103～68×103不等。另外，在不同种属中，蛋白分布不同，其糖基化方式亦有不同，不同的糖基化方式在不同组织中又使蛋白发挥不同的功能[1]。最近发现EMMPRIN表面至少包括两个与调控细胞黏附和淋巴细胞激活相关的抗原决定簇[2]。
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1.2 EMMPRIN在肿瘤侵袭、转移中的作用机制：目前，EMMPRIN在肿瘤侵袭、转移中的作用机制还不明了，可能与以下机制有关：(1)EMMPRIN可通过激活MMPs及MMPs激活剂(MT1- MMP，MT2-MMP)而发挥作用，EMMPRIN可刺激成纤维细胞而且也可以刺激内皮细胞产生 MMPs，从而参与破坏天然组织机械屏障，促使癌细胞浸润转移和肿瘤新生血管生成[3]。(2)Tang等[4] 发现双调蛋白和表皮生长因子诱导乳腺癌细胞表达 EMMPRIN、MMP-2和 MMP-9，表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂 ZD1839可下调EMMPRIN蛋白的表达，表达双调蛋白和表皮生长因子受体反义cDNA可下调EMMPRIN、MMP-2和MMP-9的表达，从而证实了表皮生长因子受体信号通路参与介导调控EMMPRIN表达。(3)EMMPRIN与整合素家族α3β1、α6β1形成蛋白复合物，也可以与α4β1、α4β7相关，与整合素胞质区相关的信号分子主要是蛋白激酶和接头分子，其中最重要的是黏着斑激酶，而黏着斑激酶在MMPs的分泌中起中枢作用，从而使EMMPRIN和基质蛋白相互作用，降解基质成分，促进癌细胞的扩散转移。(4)EMMPRIN可能通过Ca依赖性信号途径来促进肿瘤的浸润、转移。通过对 EMMPRIN干扰一氧化氮/环鸟苷酸介导的钙离子内流来研究钙离子和肝癌细胞转移潜能的关系揭示，人肝癌细胞的转移潜能依赖于细胞内钙离子的稳定性;在调节钙离子稳态中，EMMPRIN和一氧化氮/环鸟苷酸可能起着相反的作用。(5)EMMPRIN胞内羧基端结构的改变可以影响细胞内骨架蛋白 Catenin、Factinm的聚集和解聚，参与细胞的运动和伪足的形成。而在小鼠肝癌细胞株上发现小窝蛋白1可上调 EMMPRIN 的糖基化作用，促进MMP-11分泌而使肿瘤细胞更具恶性表型，表明小窝蛋白1可能参与对 EMMPRIN的调控作用[5]。
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2 Hpa
2.1 Hpa分子的结构特征：HPA有HPA1和HPA2两种基因亚型。文献中HPA一般是指HPA1，其定位于4q21.3，从起始密码子到终止密码子的长度约为39kb，包含12个外显子和11个内含子，由1756个单核苷酸编码的543个氨基酸组成，基因的启动子区位于上游约2.3 kb处，编码分子量为61.2 kD的蛋白前体，其Glu 157～Lys 158处易被蛋白水解酶水解，切除N端157个氨基酸残基后形成一个含有386个氨基酸残基(C端)的活性很强的相对分子量约为50 kD的成熟蛋白。前体和成熟 HPA均有活性，但前者比后者低[6]。Dong等[7]报道HPA基因位于4q22，全长约50 kb，含有14个外显子和13个内含子；通过选择性剪切得到5 kb的1 a型和1.7 kb的1b型两种 mRNA表达；它们含有相同的开放读码框架，均编码含有543个氨基酸残基的蛋白质。HPA2是由乳腺癌cDNA文库克隆而来，定位于10q23~24上，分为HPA2a、HPA2b、HPA2c三型，各编码480、534、592个氨基酸残基，其氨基酸序列线阵约有35%与HPA1一致[8]。
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2.3 Hpa在肿瘤侵袭转移中的主要作用机制：(1)HPa降解HS，使其所结合并保护的蛋白裸露而易于溶解，从而协同结构蛋白水解酶破坏细胞外基质和基底膜屏障，使得肿瘤细胞侵袭转移[9]。另外HS在细胞膜上有不同的结合位点，其被破坏后，不利于细胞的粘附反而有利于细胞的运动与转移。(2)通过促进释放尿激酶型纤溶酶原激活物和组织型纤溶酶原激活物，从而激活纤溶酶原，活化基质金属蛋白酶，并促进HS结合的活性bFGF、VEGF的释放[10]，以发挥其促细胞转移作用。(3)HSPG不仅作为bFGF的辅助受体，介导受体成为二聚体及信号传导，而且还是FbGF在细胞外基质中的贮存池。HPa将具有高度活性的HS-bFGF复合体从贮存在细胞外基质和肿瘤微环境中释放出来，促使肿瘤细胞、内皮细胞和成纤维细胞增生迁移并诱发肿瘤管生成，从而间接促进肿瘤细胞转移。(4)机体的抗肿瘤免疫是以T淋巴细胞介导的细胞免疫为主，HSPG经HPa降解后所得的降解产物可以抑制激活的T淋巴细胞的免疫功能，从而使肿瘤细胞逃避机体的免疫监视，易于扩散。
3 展望
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EMMPRIN及HPA广泛分布于人体内，在不同的生理或病理过程中发挥作用，特别是它们在肿瘤的生长、侵袭及转移过程中的起重要作用；相关研究表明 EMMPRIN及HPA有望成为一些肿瘤的早期诊断、早期治疗、评价预后及恶性分级的指标，但是它们具体分子作用机制尚为完全明确，需我们进一步研究。
参考文献：
[1] Sluijter JP，Pulskens W P，Schoneveld AH，etal.Matrix metallo-pro-teinase 2 is associated with stableand matrix metallo pro-teinases 8 and 9 with vulnerable carotid atherosc leroticlesions:a study in hu-man endarterectomy specimen pointing toarole for different extracel-lular matri xmetallo proteinase inducer glycosyla-ionforms[J].Stroke，2006，37(1):235., http://www.100md.com(欧阳红娟 张 琍)
肿瘤的侵袭和转移是造成癌症患者死亡的主要致命因素，它的侵袭转移涉及很多进程，包括细胞—细胞、细胞—基质间的黏附、细胞外基质(ECM) 及基底膜(BM)的降解、肿瘤细胞的运动、新生血管形成、逃避宿主免疫监视等，其中BM和ECM的降解是癌细胞穿透组织屏障从而发生转移的重要步骤。该屏障主要由结构蛋白和糖胺聚糖/黏多糖组成。研究发现，细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(EMMPRIN)及乙酰肝素酶(Hpa)与肿瘤细胞的侵袭转移及癌症患者的预后明显相关。
1 EMMPRIN
1.1 EMMPRIN分子的结构特征：EMMPRIN属IgSF成员。编码EMMPRIN的基因定位于人19号染色体19p1313，与主要组织相容性复合体Ⅱ类β链及IgK链 V区基因有一定同源性。EMMPRIN mRNA 长度大约117kb，N端起始密码之前有115个核苷酸为非编码区，编码区编 269个氨基酸，21个氨基酸为信号肽，中间185个氨基酸构成胞外结构域，从206～229共24个氨基酸为穿膜区，C端39个氨基酸为胞内结构域，穿膜区包括3个亮氨基酸和1个苯丙氨酸，且每隔7个氨基酸出现1次，为典型的亮氨酸拉链结构，胞外4个半胱氨酸形成2个二硫键构成IgSF典型的半球型结构域。成熟的 EMMPRIN蛋白包括2个免疫球蛋白超家族(IgSF)结构域，一个包含带电荷Glu残基的膜区和胞内功能域，N末端的IgSF结构域属于C2型，而靠近胞膜的IgSF结构域属于V型。此外，胞膜外区还有3个相似的 N-糖基化天冬酰氨序列，Endo-F糖苷酶消化可使 EMMPRIN分子质量减少20×103，表明此分子存在大量翻译后修饰，主要是蛋白质的糖基化。其糖基化程度具有组织特异性，所以在不同组织纯化的EMMPRIN，相对分子质量可由40×103～68×103不等。另外，在不同种属中，蛋白分布不同，其糖基化方式亦有不同，不同的糖基化方式在不同组织中又使蛋白发挥不同的功能[1]。最近发现EMMPRIN表面至少包括两个与调控细胞黏附和淋巴细胞激活相关的抗原决定簇[2]。
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1.2 EMMPRIN在肿瘤侵袭、转移中的作用机制：目前，EMMPRIN在肿瘤侵袭、转移中的作用机制还不明了，可能与以下机制有关：(1)EMMPRIN可通过激活MMPs及MMPs激活剂(MT1- MMP，MT2-MMP)而发挥作用，EMMPRIN可刺激成纤维细胞而且也可以刺激内皮细胞产生 MMPs，从而参与破坏天然组织机械屏障，促使癌细胞浸润转移和肿瘤新生血管生成[3]。(2)Tang等[4] 发现双调蛋白和表皮生长因子诱导乳腺癌细胞表达 EMMPRIN、MMP-2和 MMP-9，表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂 ZD1839可下调EMMPRIN蛋白的表达，表达双调蛋白和表皮生长因子受体反义cDNA可下调EMMPRIN、MMP-2和MMP-9的表达，从而证实了表皮生长因子受体信号通路参与介导调控EMMPRIN表达。(3)EMMPRIN与整合素家族α3β1、α6β1形成蛋白复合物，也可以与α4β1、α4β7相关，与整合素胞质区相关的信号分子主要是蛋白激酶和接头分子，其中最重要的是黏着斑激酶，而黏着斑激酶在MMPs的分泌中起中枢作用，从而使EMMPRIN和基质蛋白相互作用，降解基质成分，促进癌细胞的扩散转移。(4)EMMPRIN可能通过Ca依赖性信号途径来促进肿瘤的浸润、转移。通过对 EMMPRIN干扰一氧化氮/环鸟苷酸介导的钙离子内流来研究钙离子和肝癌细胞转移潜能的关系揭示，人肝癌细胞的转移潜能依赖于细胞内钙离子的稳定性;在调节钙离子稳态中，EMMPRIN和一氧化氮/环鸟苷酸可能起着相反的作用。(5)EMMPRIN胞内羧基端结构的改变可以影响细胞内骨架蛋白 Catenin、Factinm的聚集和解聚，参与细胞的运动和伪足的形成。而在小鼠肝癌细胞株上发现小窝蛋白1可上调 EMMPRIN 的糖基化作用，促进MMP-11分泌而使肿瘤细胞更具恶性表型，表明小窝蛋白1可能参与对 EMMPRIN的调控作用[5]。
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2 Hpa
2.1 Hpa分子的结构特征：HPA有HPA1和HPA2两种基因亚型。文献中HPA一般是指HPA1，其定位于4q21.3，从起始密码子到终止密码子的长度约为39kb，包含12个外显子和11个内含子，由1756个单核苷酸编码的543个氨基酸组成，基因的启动子区位于上游约2.3 kb处，编码分子量为61.2 kD的蛋白前体，其Glu 157～Lys 158处易被蛋白水解酶水解，切除N端157个氨基酸残基后形成一个含有386个氨基酸残基(C端)的活性很强的相对分子量约为50 kD的成熟蛋白。前体和成熟 HPA均有活性，但前者比后者低[6]。Dong等[7]报道HPA基因位于4q22，全长约50 kb，含有14个外显子和13个内含子；通过选择性剪切得到5 kb的1 a型和1.7 kb的1b型两种 mRNA表达；它们含有相同的开放读码框架，均编码含有543个氨基酸残基的蛋白质。HPA2是由乳腺癌cDNA文库克隆而来，定位于10q23~24上，分为HPA2a、HPA2b、HPA2c三型，各编码480、534、592个氨基酸残基，其氨基酸序列线阵约有35%与HPA1一致[8]。
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2.3 Hpa在肿瘤侵袭转移中的主要作用机制：(1)HPa降解HS，使其所结合并保护的蛋白裸露而易于溶解，从而协同结构蛋白水解酶破坏细胞外基质和基底膜屏障，使得肿瘤细胞侵袭转移[9]。另外HS在细胞膜上有不同的结合位点，其被破坏后，不利于细胞的粘附反而有利于细胞的运动与转移。(2)通过促进释放尿激酶型纤溶酶原激活物和组织型纤溶酶原激活物，从而激活纤溶酶原，活化基质金属蛋白酶，并促进HS结合的活性bFGF、VEGF的释放[10]，以发挥其促细胞转移作用。(3)HSPG不仅作为bFGF的辅助受体，介导受体成为二聚体及信号传导，而且还是FbGF在细胞外基质中的贮存池。HPa将具有高度活性的HS-bFGF复合体从贮存在细胞外基质和肿瘤微环境中释放出来，促使肿瘤细胞、内皮细胞和成纤维细胞增生迁移并诱发肿瘤管生成，从而间接促进肿瘤细胞转移。(4)机体的抗肿瘤免疫是以T淋巴细胞介导的细胞免疫为主，HSPG经HPa降解后所得的降解产物可以抑制激活的T淋巴细胞的免疫功能，从而使肿瘤细胞逃避机体的免疫监视，易于扩散。
3 展望
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EMMPRIN及HPA广泛分布于人体内，在不同的生理或病理过程中发挥作用，特别是它们在肿瘤的生长、侵袭及转移过程中的起重要作用；相关研究表明 EMMPRIN及HPA有望成为一些肿瘤的早期诊断、早期治疗、评价预后及恶性分级的指标，但是它们具体分子作用机制尚为完全明确，需我们进一步研究。
参考文献：
[1] Sluijter JP，Pulskens W P，Schoneveld AH，etal.Matrix metallo-pro-teinase 2 is associated with stableand matrix metallo pro-teinases 8 and 9 with vulnerable carotid atherosc leroticlesions:a study in hu-man endarterectomy specimen pointing toarole for different extracel-lular matri xmetallo proteinase inducer glycosyla-ionforms[J].Stroke，2006，37(1):235., http://www.100md.com(欧阳红娟 张 琍)