肿瘤的侵袭、转移是恶性肿瘤最显著的生物学特性，直接影响肿瘤患者的预后 ［1］ 。
癌症治疗的最大障碍即是癌症的转移。了解转移的生物学机制对于设计有效的抗转移策略至关重要。肿瘤的侵袭转移过程十分复杂，这一过程主要包括了肿瘤细胞之间、肿瘤细胞与宿主之间、肿瘤细胞与细胞外基质之间的相互作用 ［2～5］ 。肿瘤细胞与细胞外基质之间的相互作用导致细胞外基质成分变化，在瘤细胞从原发瘤脱离后向周围组织侵袭，穿过瘤周围的细胞外基质屏障，继而穿过管壁的基底膜使转移顺利进行过程中起重要作用;该侵袭过程构成原发瘤部位侵袭微生态系统。基质金属蛋白酶（MMPs）等降解酶与其组织金属蛋白酶抑制物（TIMPs）在侵袭的微生态系统表型中可很好地平衡和调节细胞外基质的降解，使瘤细胞能顺利穿过细胞外基质到达循环中 ［6］ 。本文就MMPs和TIMPs在肿瘤侵袭、转移中的作用做一综述。正常情况下，细胞与细胞外基质及其它细胞之间的选择性粘附作用是胚胎发育及成熟组织结构和功能维持的基本需要。细胞外基质调节细胞形态变化，同时也调节各类正常细胞的生物学行为 ［7］ 。正常细胞粘附过程中出现异常信号则表明出现了异常的细胞生物学行为或恶性肿瘤细胞;且此种异常行为直接导致肿瘤细胞的生长、转移以及细胞外基质降解酶的产生和释放，肿瘤细胞穿过基底膜，形成转移瘤 ［8～9］ 。细胞外基质（ECM）主要由胶原（collagen）、糖蛋白（gly-coprotein）、蛋白多糖（proteoglycan）和氨基葡聚糖（gly-cosaminoglycan）组成。ECM位于上皮或内皮细胞的基底部，即以基底膜（BM）的形式存在，位于细胞间粘附结构时以间质结缔组织形式存在。胶原是ECM的主要成分，目前已发现至少有12种不同胶原类型;其中以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型胶原研究得多。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原是间质结缔组织中的主要成分;Ⅳ型胶原则主要存在于基底膜内。大量实验研究表明，癌细胞侵袭转移能力与其产生或诱导产生降解ECM或BM的蛋白酶能力密切相关 ［10］ 。癌细胞侵袭基底膜过程中，蛋白降解酶对ECM的降解已被大量实验所证实 ［11］ 。与ECM降解有关的蛋白酶及其抑制物主要指金属蛋白酶MMPs;MMPs包括间质胶原酶、Ⅳ型胶原酶及基质溶解素等。MMPs及TIMPs是一对作用于细胞外基质的蛋白，与肿瘤转移关系密切。MMPs是ECM降解过程中的重要酶类，在正常稳定状态的组织中MMPs表达量少。TIMPs是MMPs的天然抑
制剂。MMPs与TIMPs之间的平衡关系丧失为肿瘤侵袭转移提供了一个重要的有利因素。MPs在转移中的主要作用是它有利于破坏转移的物理屏障从而使转移得以发生，进入血管或淋巴管道。而且，的研究资料亦表明，MMPs在转移过程中承担更复杂的角色，在转移过程的其它阶段亦起重要的作用。体内电视显微镜（intravital videomicroscopy，IVVM）及实验研究已表明MMPs及其组织抑制因子TIMPs是由基因及其多形态调控的。MMPs在肿瘤的生长（原发和转移部位）中亦起重要的调节作用 ［12］ 。MMPs是一个分泌型跨膜蛋白家族;包括胶原酶、明胶酶和基质溶解素，它们共同起作用，分解ECM的每一种成分，在生理条件下能消化细胞外基质和基底膜 ［13］ 。迄今为止，已识别了16个家庭成员。它们结合锌与HEXGH基本构式相同，占据分解区域起重要的分解作用。MMPs家族成员结构彼此不同主要表现于附加区域的出现或缺失从而具有不同的生物学行为，例如:基质特异性，抑制粘合剂，基质粘合剂，细胞表面定位等。MMPs主要有三种亚型，由它们的基质（底物）特异性识别:胶原酶降解纤维胶原蛋白，基质溶解素以糖蛋白和蛋白多糖为底物，明胶酶在降解非纤维性和变性的胶原蛋白中具有特殊作用。总之，胶原蛋白以非激活形式迅速分泌并参与细胞外活动，蛋白酶串联包括其余MMPs家族成员与其它种类酶的活动;一旦酶被激活，它们就易于被普通的血清蛋白酶抑制因子α 2 -巨球蛋白和家族的特殊的组织抑制因子所抑制。肿瘤细胞发生转移时必须通过蛋白水解酶降解ECM成分后穿过ECM屏障，MMPs家族中两个重要成员明胶酶A（MMP-2）和明胶酶B（MMP-9）与此过程密切相关，由于MMPs能使BM的Ⅳ型胶原蛋白水解，研究报道在卵巢癌 ［14］ 、前列腺癌 ［15］ 、
乳腺癌 ［16］ 、结肠癌 ［17］ 、
肺癌 ［18］ 、等恶性肿瘤的浸袭转移过程中起关键性作用。Kleiner ［19］ 在对金属蛋白酶与转移关系的文献研究中指出MMPs在肿瘤细胞的浸润转移过程的多重角色中起重要作用，影响浸润过程三个关键性的生物学行为:ECM结构的降解，对ECM结构的粘附，细胞迁徙行为。MMPs以隐匿的胞质分裂特性释放肽片段从而降解ECM与其它蛋白。MMP-2又称为基质金属蛋白酶2，是分泌型跨膜蛋白家族MMPs主要成员之一;分子量为72KD的Ⅳ型胶原酶和明胶酶A，是细胞外基质降解过程中的重要酶类，在一些正常细胞，如肌上皮细胞和内皮细胞中以低水平量分泌和合成;在许多浸润的恶性肿瘤细胞中，这种蛋白酶会大量产生，降解细胞外基质以及Ⅳ型胶原蛋白，破坏转移的物理屏障，形成局部溶解区构成肿瘤细胞移动的通道，从而使转移得以发生，促进肿瘤浸润转移。明胶酶A量的增加与肿瘤细胞浸润增加密切相关，这种酶活性的下调可发生肿瘤浸润表型的缺失。韩等 ［20］ 对42例原发性胆囊癌标本行SABC免疫组化染色后显示MMP-2的高表达与胆囊癌细胞分化程度差、有淋巴结转移、预后差有关，从而表明MMP-2的表达有利于判断胆囊癌的生物学行为和预后。通过免疫电子显微镜对胃和皮肤癌的研究发现MMP-2定位于肿瘤成纤维细胞的内质网腔和肿瘤细胞的溶质中，其可能机制是肿瘤细胞具有摄取酶的功能，但就肿瘤-基质如何相互作用调节MMPs机制目前仍不清楚 ［13］ 。组织抑制因子TIMPs，目前已知四种TIMPs家族成员，它们的共同之处是对MMPs具有抑制行为但特异性不同，结合及表达形式不同。尽管它们不能有效区分MMPs家族的每个成员，但TIMPs与活性MMPs形成复合物后抑制金属蛋白酶MMPs活性具有家族酶特异性 ［21］ 。TIMPs能以各种不同的亲和力阻止所有活性MMPs家族成员，虽然它们的抑制行为有重叠性，但定位于不同的染色体上且表达调控不同。TIMP-1是分子量为21KDa的糖蛋白，以1:1比例与活性间质胶原酶、基质溶解素-1及明胶酶B形成复合物;TIMP-2分子量为21KDa的非糖基化蛋白，与明胶酶A前体有最大亲和力，可与活性或非活性酶形成1:1复合物，作为MMP-2的特异性抑制剂，以非共价键形式与其紧密结合，抑制MMP-2对ECM和BM的降解，具有抗肿瘤浸润转移功能;TIMP-3是去糖基化蛋白，与TIMP-1和TIMP-2不同之处是它能与细胞外基质更紧密粘附。TIMP-2可抑制明胶酶A的IV型胶原蛋白酶和明胶分解酶活性，且可阻断所有MMPs的水解酶行为。活性MMPs与自由型TIMPs水平比例平衡决定MMPs行为 ［13］ 。 陈华江等 ［22］ 用免疫组织化学方法检测60例结、直肠肿瘤石蜡标本中TIMP-1、TIMP-2的表达结果显示TIMP-1肿瘤细胞中表达高于间质，肿瘤细胞TIMP-1表达高于TIMP-2，无血管转移组TIMP-2表达高于有血管转移组，表明TIMPs在结、直肠癌中的表达与抑制肿瘤转移有关。Imren和Kohn等 ［23］ 将转染TIMP-2基因的逆转录病毒载体与c-Ha-ras转化细胞共同注射裸鼠皮下观察肿瘤细胞生长情况，发现实验组（平均肿瘤直径1.5cm 3 ）与对照组（平均肿瘤直径4.1cm 3 ）相比明显缩小，同时行HE和Masson染色，实验组肿瘤细胞未侵及肌层，对照组侵及肌层及腹腔，表明TIMP-2有抗肿瘤浸润转移作用。Grignon等 ［21］ 在对浸润性膀胱癌的冰冻肿瘤标本行免疫组化研究显示明胶酶A（MMP-2）和明胶酶B（MMP-9）的表达与肿瘤组织学分级和分型无关，二者共同表达亦与生存期无关;在行TIMP-2和IV型胶原蛋白后发现二者染色结果与患者生存期短有关，且可作为浸润性膀胱癌的预后指标。Jill和RAY ［13］ 用转染病毒形式上调和下调TMMP-2含量对人黑色素瘤A2058系细胞进行研究后发现通过基因调控TIMP-2含量改变MMP-2与TIMP-2之间的平衡不仅可以调节细胞外基质的蛋白水解酶作用，而且还可调节细胞对细胞外基质的粘附及细胞通过基质的移动，从而使转移得以发生。Visscher在对乳腺癌标本观察中亦得出同样结论，TIMP-2的表达可能是基质对肿瘤微浸润的早期反应，虽然其发生机制不清楚，但它必须要求肿瘤以特异性信号与基质紧密结合 ［13］ 。ECM的降解是肿瘤浸润转移的重要步骤，MMPs与TIMPs之间的平衡是维持ECM的结构稳定和完整的决定性因素。Ray ［13］ 等的研究表明，MMPs/TIMPs比值较MMPs更能准确地反映恶性肿瘤浸润转移潜能。范跃祖和张景涛 ［24］ 对45例原发性胆囊癌石蜡标本行SABC免疫组化染色结合图像分析技术结果观察MMP-2/TIMP-2比值与Nevin分期、肿瘤浸润深度、有无转移等均有关，表明肿瘤恶性程度高，此比值高，复发早，预后差。Gohji ［25］ 等用一步酶 免疫测定法研究了97例患者，其中44例膀胱表皮癌患者（肌肉浸润深度≤pT1），53例进展期有浸润转移的尿道上皮性肿瘤患者（肌肉浸润深度≥pT2），二者MMP-2/TIMP-2比值差异有显著性，后者明显高于前者，COX比例风险回归模型分析表明MMP-2/TIMP-2比值可作为尿道上皮性肿瘤患者
手术后预测复发的新指标。这些研究表明，MMPs与TIMPs也许不仅在抗新生物的治疗方面有益，而且可应用于
临床，识别高复发率的肿瘤病人，药物学的干预来调节MMPs行为可能控制肿瘤细胞在体内的转移 ［19］ 。
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作者单位:100853北京空军总医院肝胆外科（Δ 在读博士）
解放军总医院肝胆外科
作者：
肖 梅 宁新 2005-7-8