Ⅳ型胶原酶与肿瘤的侵袭和转移
肿瘤的发生是一复杂过程，包含了血管生成、肿瘤侵袭与转移等多个步骤。在此过程中，肿瘤细胞分泌许多蛋白水解酶以降解基底膜和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）［1］。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）就是其中一类Zn2+ 依赖的内源性蛋白水解酶［2］。Ⅳ型胶原酶是MMPs家族的一个成员，主要降解细胞外基质中的Ⅳ型胶原成分,与肿瘤的侵袭和转移关系密切，是近年来国内外研究的一个热点［3］。
肿瘤侵袭和转移是一个主动过程，这一过程可以概括为三个步骤：（1）肿瘤细胞与细胞外基质成分粘附；（2）肿瘤细胞释放或诱导释放蛋白水解酶，降解细胞外基质；（3）降解区域肿瘤细胞在趋化因子引导下迁移。完善的细胞外基质和基底膜可以限制肿瘤细胞的浸润和转移。在组织学上，基底膜完整性的破坏被认为是恶性肿瘤侵袭开始的一个标志。肿瘤细胞合成及分泌大量基质降解酶。降解细胞外基质是肿瘤细胞侵袭、转移的重要步骤。细胞外基质和基底膜重塑是癌细胞侵袭转移过程中的关键环节，需借助于蛋白降解酶的表达和激活［4］。目前所知与肿瘤侵袭、转移有关的基质降解酶有两大类：蛋白酶类和糖苷酶类，前者主要降解细胞外基质中的蛋白成分，如Ⅳ型胶原、层粘连蛋白及蛋白聚糖中的核心蛋白部分，后者主要降解其中的糖蛋白及蛋白聚糖中的多糖链。现已识别与肿瘤细胞降解ECM有关的蛋白酶类有四种：丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和MMPs。它们能够降解基质成份，并具有不同程度的特异性。基质金属蛋白酶是一组重要的细胞外基质降解酶，它通过对细胞外基质中不同成份的降解，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用［5］。
2 Ⅳ型胶原酶的结构。
作为MMPs家族的重要一员，Ⅳ型胶原酶包括明胶酶A（gelatinase A，MMP2）、明胶酶B（gelatinase B，MMP9），除含有MMPs 家族所共有的氨基末端和锌离子结合区域外，MMP2 和MMP9 在催化部位间均含有区别于其他MMP的类似Ⅱ型类纤粘连蛋白（fibonectinlike type Ⅱ）的明胶结合部位，而两者之间的差别在于MMP9多一段富含脯氨酸长度为54个氨基酸残基的与Ⅴ型胶原α2链同源的序列。它们主要作用底物分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型明胶，Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型胶原、纤粘连蛋白、弹性蛋白(MMP2)；Ⅰ、Ⅴ型明胶，Ⅳ、Ⅴ型胶原（MMP9）。
3 MMP2基因及其表达和激活的调节。
MMP2基因位于人类染色体16q21，由13个外显子和12个内含子所组成，结构基因总长度为27 kb，与其他金属蛋白酶不同，MMP2基因5旁侧序列促进子区域含有2个GC盒而不是TATA盒。MMP2以前酶原的形式由多种细胞分泌，如成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和恶性肿瘤细胞等。与其他金属蛋白酶相似，MMP2分子含有氨基末端片段、金属结合片段及羧基末端片段，其中带有高度保守序列PRCGV/NPD的氨基末端具有一个不配对的半胱氨酸残基，该残基与激活位点的锌原子相互作用介导着MMP2的前状态;金属结合片段是公认的锌结合部位，其含旁侧有2个组氨酸的保守序列HEGH；羧基末端具有类似凝血酶的片段，该片段的具体功能尚未明确。此外，MMP2还具有一个58个氨基酸残基组成的明胶结合片段。目前认为，MMP2活性调节发生于基因转录、前酶原的激活、细胞表面的结合以及与来源于肿瘤或宿主细胞的MMP抑制剂的相互作用等多个不同的水平［6］。
MMP2与人类肿瘤的侵袭有关，活化的MMP2定位于细胞穿透基质的突出部位，估计其有“钻头”的作用。通过转染MMP2的激活因子膜结合型MMPs，能增强肿瘤细胞穿过基底膜基质的功能。体外实验结果显示，ras基因诱导的恶性肿瘤细胞株的MMP2表达增加，激活MMP2的单克隆抗体能促进A2085细胞株的侵袭能力，而抑制MMP2的单抗则使A2085细胞株穿透重组基底膜的能力明显减弱。TIMP2对肿瘤侵袭转移的抑制是MMP2与肿瘤侵袭转移相关性的又一佐证，正常或早期的前列腺癌MMP2/TIMP2值接近1.0，而重症或晚期的肿瘤该比值却分别达到了3.3、2.8［7］。TIMP2过度表达，能抑制转移性ras转化小鼠胚胎成纤维细胞裸鼠静脉注射后肺转移灶的形成，以及体内肿瘤的生长速度和癌细胞的浸润特性。另外有研究表明，MMP2 在甲状腺癌、癌旁组织和良性病变的阳性表达率比较差异有统计学意义（P 0.05)［8］。然而，有研究表明MMP2表达仅与胃癌患者生存率有单因素相关的趋势，而不是预后的独立指标。MMP2在乳腺癌的很早期即可在乳腺癌细胞中表达，被认为是导致肿瘤形成的早期事件。
血管形成（angiogenesis）是由已存在的血管通过出芽方式而形成新的血管。正常生理状态下，仅发生在创伤愈合、子宫内膜血管生长中。但在病理状态下，如肿瘤组织中也出现血管生成现象，新生成的血管为肿瘤细胞提供氧气和营养。肿瘤细胞也可以穿过新生有缺陷的血管内皮和基底膜进入血液循环，是原位瘤生长和向远端扩散转移的基础。Ⅳ型胶原酶在此过程中具有重要作用。研究表明，在HGF、VEGF（vascular endothelial growth factor）等刺激下，内皮细胞中MMP2活性增强。MMP2 基因缺失的小鼠，肿瘤诱导的血管生成受到抑制，肿瘤生长减慢。进一步研究发现，MMP2启动子序列中位于13241272之间的RE1和位于14351375 之间的RE2对于内皮细胞的MMP2 的表达具有十分重要的调节作用［9］ 。因此MMP2 被认为是肿瘤发生时打开“血管生成开关”的一种调节因子［10］ 。而MMP9 可以通过CD44 定位于细胞表面从而促进血管生成和肿瘤侵袭。Ⅳ型胶原酶不仅作为血管内皮细胞的“开路先锋”降解基质和基底膜，使之从肿瘤邻近组织迁徙到肿瘤组织，而且可能参与一些血管生长调节因子，如成纤维细胞生长因子Ⅰ型受体、TNFα、肝素结合上皮生长因子等和储存于基质的血管生成相关丝裂原的释放，通过与肿瘤的相互作用最终参与肿瘤组织的新血管形成。以上这些证据都证实Ⅳ型胶原酶与血管生成呈正相关。但近几年的一些研究结果显示：MMP2 参与了血管生成抑制剂纤溶素（angiostatin，纤溶酶原的一段）的生成［11］ 。Pozzi等［12］发现，与野生型个体比较，整合素（integrin α1）缺失的小鼠MMP9合成明显升高，MMP9通过纤溶酶原循环产生纤溶素。但现在尚有许多细节还不清楚，如integrin α1的缺失对纤溶酶原是否有影响、Ⅳ型胶原酶如何作用于纤溶酶原等。尽管内皮细胞合成的MMPs能通过基质重建和侵袭促进血管生成，但MMPs的升高似乎也能导致纤溶素等血管抑制因子水平的升高从而维持内皮细胞的自身稳定。这与MMP2结合到血管芽尖的整合素αvβ3（integrin αvβ3）促进ECM 的降解以及随后的血管生存相矛盾，同时也提示，单纯地抑制MMPs 的活性可能会促进血管生成，所以OReilly 等［11］设想血管生成不但依赖内皮激活及抑制因子的平衡，也依赖于基质降解蛋白及其内源性抑制因子的平衡。