细胞外基质产物的产生及其在调节细胞活性中的作用

【关键词】  细胞外基质蛋白质类 弹性蛋白 胶原 细胞系 肿瘤

细胞外基质是指分布于细胞外空间，由细胞分泌蛋白和多糖所构成的网络结构[1]。长期以来，人们普遍认为，细胞外基质只是作为结缔组织细胞的框架而起作用。然而，随着研究的进展，人们发现，细胞外基质不仅仅是一种支持物，而且在调节细胞的活动中起到很重要的作用。例如，细胞外基质蛋白可为与之接触的细胞提供特别丰富的信号，从而调节细胞的各种执行功能。细胞外基质中的某些大分子可被部分水解，产生不同的肽，可调节细胞的活动，我们把它们称作matrikines[2]。

    很多细胞不但具有细胞外基质，还可以产生一些蛋白酶，其中有多种基质金属蛋白酶，在一些激活剂的作用下，可以降解细胞外基质大分子，产生一些小分子肽，可以和分布于细胞表面的一些特定的受体结合，产生物理的或化学的信号，从而启动一系列过程，最终表现为生物学效应。例如，可调节细胞黏附、细胞迁移、细胞增殖、细胞程序性死亡以及蛋白合成等。1960年，ROBERT发现，细胞内存在源于结缔组织糖蛋白的小肽，脉管壁存在源于弹性蛋白的肽。而一种源于结缔组织糖蛋白的小肽通过抑制正常或病变纤维原细胞来抑制细胞内胶原蛋白的合成[3]。越来越多的数据表明，绝大多数的细胞外基质大分子都会分解产生matrikines。

　　1  源于弹性蛋白的matrikines

    无论在正常或病变结缔组织中，绝大多数的matrikines都来源于弹性蛋白。弹性纤维被碱水解后，会导致弹性肽混合物的产生，人们称之为Kappaelastin[4]。 Kappaelastin具有几种典型matrikines的活性，研究表明，它会导致单细胞及多形核白细胞的产生，还会使白细胞产生趋化性[5]。除此之外，它还可以抑制弹性蛋白酶的活性，可以使血管舒张[6]，使T淋巴细胞凋亡[7]，刺激纤维原细胞的增殖等。

    一些弹性蛋白的水解产物可以选择性地进行细胞调控。如，一种疏水性的五肽VGPVG能促进平滑肌细胞的增殖，另一种肽VGVAPG可重复性地出现在弹性蛋白单链的几个地方，是这个分子上的受体结合位点[8]。另有研究表明， VGVAPG可促进人纤维细胞内明胶酶A以及基质金属蛋白酶(MMP2)的表达，而且，MMP2的产物MT1MMP及TIMP2的量也随之增加。进一步研究表明， VGVAPG还可以促进胶原酶MMP1的表达[9]，从而说明了这种肽在结缔组织的重生中起着很重要的作用。

　　2  源于结缔组织糖蛋白的matrikines

    结缔组织中的糖蛋白是matrikines的一种很重要的来源，比如说，组织中的纤连蛋白含有几个能调节细胞活性的结构域。比如，它的N末端相对分子质量约25 000的区域可以调节纤维原细胞胶原酶的表达，另一相对分子质量约45 000的区域可以促进MMP13的合成[10]。还有一些15肽具有免疫调节特性，可以促进IL1、IL6以及单细胞TNFα的释放。Ⅰ型胶原蛋白肽链上重复的三肽IGD可以促进纤维原细胞的有丝分裂。另外，Ⅲ型胶原的重复单位，称为anastelin的区域，具有抗肿瘤活性[11]。

    钙结合糖蛋白1作为一种结缔组织糖蛋白，也能够产生几种matrikines。例如三肽RFK，在生长因子β的转移中起到很重要的作用。除此之外，钙结合糖蛋白1还可以产生3种肽，CSVTCG、WSHWSPWS以及GVITRIR，这3种肽都有抵抗血管再生的功能。

    一些由层粘连蛋白产生的肽也具有matrikines的一些特性。例如，肽RKRLQVQLSIRT产生于层粘连蛋白α1链的G端，可以抑制人类唾液腺的形态发生。再如产生于层粘连蛋白β1链的6肽LGTIPG，可以提高明胶酶A/MMP2的产量和活性。近来又有人发现，位于层粘连蛋白α4链的G端的十二肽可以促进细胞的粘连和肝素的粘合[12]。

    糖蛋白还可以分泌一种酸性而且富含半胱氨酸的蛋白，称为SPARC，根据其所在组织的不同，又可分为骨粘连蛋白或BM40，含有一个五肽KKGHK，可以抵抗血管再生，促进内皮细胞的生长。SPARC内还有一种肽KNVLVTLYERDEGNNLLTEK，可以刺激单细胞内明胶酶B和MMP9的产生[13]。

　　3  源于胶原蛋白的matrikines

    近来，又有人发现一些源于胶原蛋白的matrikines。其中，肽DGGRYY存在于Ⅰ型胶原α1链C末端的端肽区，可以促进多形核噬中性白细胞的产生。另外一种典型的matrikines就是三肽GHK。它位于Ⅰ型胶原α2链上，其他的一些细胞外基质大分子中也有这种肽。GHK对二价铜离子有很好的亲和性，可以和铜离子结合，形成一个三肽铜的复合物(GHKCu)。 GHKCu对于单细胞、巨噬细胞以及肥大细胞具有趋药性的效果，可提高神经组织的再生，刺激体内血管再生。GHKCu复合物在体内及体外都可以促进细胞外基质的合成。它还可以选择性地提高明胶酶A、MMP2的产量以及活性，从而调节细胞外基质的重组。 

　　还有一种典型的matrikines，位于Ⅳ型胶原α3链的C末端，距离N末端约185～203个氨基酸。它可以抑制人多形核噬中性白细胞的活性。越来越多的研究表明，这种肽还具有很好的抗肿瘤功能，既可以抑制肿瘤细胞的分裂，又可以抑制肿瘤细胞的转移[13]。还有一种matrikines位于Ⅳ型胶原α3链的C末端，距离N末端约54～32个氨基酸，有抵抗血管再生功能。这些研究表明，胶原蛋白C末端的NC1区域对于细胞的迁移以及再生起着很重要的作用[13]。

　　4  matrikines在控制肿瘤细胞侵蚀中所起的作用

    matrikines可以调整肿瘤细胞的生长或它的某些侵蚀性能。有些和弹性蛋白有关的肽可以增加肿瘤细胞MMP2的数量，为其侵蚀其他细胞提供便利[9]。另一方面，Ⅳ型胶原的α3链的NC1区可以通过抑制肿瘤细胞的生长及迁移来抑制其侵蚀性能。另外，一些和结缔组织糖蛋白有关肽也可阻止肿瘤细胞生长，可以像anastelin一样直接抑制，也可以通过抑制肿瘤细胞的血管生成而间接进行抑制[11]。

    总之，细胞外基质除了作为细胞的框架支持物以外，在细胞之间的通讯中所起到的作用是巨大的。细胞外基质大分子部分水解而释放出的matrikines组成了一个新的家族，可调节细胞的活动。这个调节系统的改变可能会引起结缔组织中一些肿瘤细胞的发生以及发展。

【参考文献】
  　　[1]翟中和. 细胞生物学[M]. 北京:高等教育出版社, 1996:83.

　　[2]MAQUART F X, SIMéON A, PASCO S, et al. Régulation de l'activité cellulaire par la matrice extracellulaire: le concept de matrikines[J]. J Soc Biol, 1999,193:423.

　　[3]MAQUART F X, BELLON G, CORNILLETSTOUPY J, et al. Inhibition of collagen production in scleroderma fibroblast cultures by a connective tissue glycoprotein extracted from normal dermis[J]. J Invest Dermatol, 1985,85:156160.

　　[4]JACOB M P, HORNEBECK W. Isolation and characterization of insoluble and kappaelastins[J]. Front Matrix Biol, 1985,10:92129.

　　[5]SENIOR R M, GRIFFIN G L, MECHAM R P, et al. ValGlyValAlaProGly, a repeating peptide in elastin, is chemotactic for fibroblasts and monocytes[J]. J Cell Biol, 1984,99:870874.

　　[6]FAURY G, RISTORI M T, VERDETTI J, et al. Effect of elastin peptides on vascular tone[J]. J Vasc Res, 1995,32:112119.

　　[7]PETERSZEGI G, TEXIER S, ROBERT L. Cell death by overload of the elastinlaminin receptor on human activated lymphocytes: protection by lactose and melibiose[J]. Eur J Clin Invest, 1999,29:166.

　　[8]TAJIMA S, WACHI H, SEYAMA Y. Tropoelastinderived degradation products downregulate elastin expression in vascular smooth muscle cell in culture[J]. Connect Tissue, 1996,28:231.

　　[9]BRASSART B, FUCHS P, HUET E, et al. Conformational dependence of collagenase (matrix metalloproteinase1) upregulation by elastin peptides in cultured fibroblasts[J]. J Biol Chem, 2001,276:5222.

　　[10]STANTON E, FORSTAND A J. The 45 kDA fragment of fibronectin induces MMP13 synthesis by chondrocytes and degradation of aggrecan by aggrecanase[J]. Biochem J, 2002,364:181190.

　　[11]YI M, RUOSLAHTI E. A fibronectin fragment inhibits tumor growth, angiogenesis and metastasis[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2001,98:620.

　　[12]OKAZAKI I, SUZUKI N, NISHI N, et al. Identification of biologically active sequences in the laminin _4 chain G domain[J]. J Biol Chem, 2002,277:37070.

　

作者单位：青岛市质量技术监督局经济技术开发区分局黄岛分局质检所，山东 青岛 266555