細胞外基質和基底膜重塑是癌細胞侵襲轉移過程中的關鍵環節，需藉助於蛋白降解酶的表達和激活。基質蛋白酶主要有以下數種：絲氨酸蛋白酶類，包括血漿酶原激活劑；半胱氨酸蛋白酶類，包括組織蛋白酶D在內的溶酶體酶；金屬蛋白酶類(metalloprotEinases)［1］。金屬蛋白酶類在腫瘤侵襲過程中的作用近年來倍受關注，大量證據表明基質金屬蛋白酶，特別是基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)在腫瘤細胞介導的細胞外基質降解中起關鍵作用，臨床 研究 表明，MMP-2活性和表達的增加與人類多種惡性腫瘤侵襲轉移潛能及預後密切相關［2～4］。
一. MMP-2基因及其表達和激活的調節
MMP-2基因位於人類染色體16q21，由13個外顯子和12個內含子所組成，結構基因總長度為27kb，與其他金屬蛋白酶不同，MMP-2基因5′旁側序列促進子區域含有2個GC盒而不是TATA盒［5］。MMP-2以前酶原的形式由多種細胞分泌，如成纖維細胞、巨噬細胞、內皮細胞和惡性腫瘤細胞等。與其他金屬蛋白酶相似，MMP-2分子含有氨基末端片段、金屬結合片段及羧基末端片段，其中帶有高度保守序列PRCGV/NPD的氨基末端具有一個不配對的半胱氨酸殘基，該殘基與激活位點的鋅原子相互作用介導著MMP-2的前體狀態；金屬結合片段是公認的鋅結合部位，其含旁側有2個組氨酸的保守序列HE-GH；羧基末端具有類似凝血酶的片段，該片段的具體功能尚未明確。此外，MMP-2還具有一個58個胺基酸殘基組成的明膠結合片段，此片段與纖維連接素的明膠結合Ⅱ型基元相似［6］。 目前 認為，MMP-2表達和功能的調節發生於轉錄、分泌、前酶原的激活、細胞表面的結合以及與來源於腫瘤或宿主細胞的MMP抑制劑的相互作用等多個不同的水平。
MMP-2的轉錄調節與其他金屬蛋白酶相比具有一定的獨特性，如佛波醇酯(phorbol ester)通過AP-1位點的介導增加MMP-9和間質膠原酶的表達，而MMP-2基因促進子區域未能測得AP-1位點［5］；轉化生長因子-β1(TGF-β1)通過其抑制元素TIE抑制間質膠原酶的表達［7］，而TGF-β1卻能誘導人類細胞株轉錄出高水平的MMP-2信使核糖核酸(mRNA)［8］。此外，整合素受體和TN(Tenascin)亦能誘導MMP-2的轉錄表達。MMP-2在細胞外以前酶原的狀態存在，體外實驗表明有機汞化合物和蛋白酶等均可通過干擾氨基末端不配對半胱氨酸殘基與激活位點的鋅原子間的相互作用，導致前酶原氨基末端80個胺基酸片段的自身催化降解轉化成酶原，獲得膠原溶解的活性，激活的酶原進行自身蛋白降解，最終產生具有穩定活性62KD酶，這種激活過程被稱為「半胱氨酸開關(cysteine switch)」假說［9］。
由於膜型MMP即MT1-MMP的成功克隆和排序，MMP-2在體內激活的受體機制已被基本闡明。將MT1-MMP質粒轉染入Cos-1細胞株內後，MT1-MMP即表達於該細胞株的胞膜，並導致MMP-2酶原的特異性激活［10］。研究發現，MMP-2酶原的激活依賴於由TIMP-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2)與MT1-MMP結合始動的一個三元復合體的形式，雖然高濃度的TIMP-2抑制MMP-2的活性［11］。
MMPS活性調節的關鍵是TIMPS對其酶活性的抑制作用。研究表明MMP-2及其前體均可與TIMP-2結合，但結合位點並不相同。MMP-2前體-TIMP-2復合體在不裂解的情況下仍可被繼續激活產生MMP-2活性，該活性能被額外的TIMP-2完全抑制［12］。所以MMP-2與TIMP-2的相對濃度最終決定MMP-2膠原降解的能力。MMP-2的主要底物為Ⅳ型膠原，其次還有Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ型膠原及纖維連接素和彈性蛋白等。
二. MMP-2與惡性腫瘤的侵襲轉移
體外實驗結果顯示，ras基因誘導的惡性腫瘤細胞株的MMP-2表達增加，激活MMP-2的單克隆抗體能促進A2058細胞株的侵襲能力，而抑制MMP-2的單抗則使A2058細胞株穿透重組基底膜的能力明顯減弱［13］。TIMP-2對腫瘤侵襲轉移的抑制是MMP-2與腫瘤侵襲轉移相關性的又一佐證。TIMP-2過度表達，能抑制轉 移性ras轉化小鼠胚胎成纖維細胞裸鼠靜脈注射後肺轉移灶的形成，以及體內腫瘤的生長速度和癌細胞的浸潤特性［14］。Vaisanene認為［15］MMP-2表達是皮膚黑色素瘤的獨立預後因素；Levy［16］採用Northern印跡 分析 技術發現72%的直、結腸腺癌MMP-2 mRNA水平異常增高；Poulsom等［17］採用原位雜交技術，結果顯示結腸腫瘤組織間質細胞能合成MMP-2，且與腫瘤細胞一起參與浸潤癌特異性的組織重塑和基底膜降解過程。Davies［18］研究表明膀胱癌組織中MMP-2 mRNA主要位於間質細胞而不是腫瘤上皮細胞，MMP-2表達水平與腫瘤分化程度及浸潤深度密切相關。
免疫組化染色顯示MMP-2蛋白主要表達於腫瘤細胞膜和胞漿內，而原位雜交技術則發現MMP-2 mRNA主要存在於腫瘤細胞周圍的間質細胞如成纖維細胞和內皮細胞。兩種 方法 結果不一致的原因可能是(1)腫瘤細胞攝取來源於成纖維細胞的MMP-2蛋白；(2)腫瘤細胞與間質細胞MMP-2 mRNA翻譯率及細胞內蛋白貯存能力的不同；以及(3)原位雜交技術和免疫組化檢測閾值的不同等［19］。多數學者認為腫瘤細胞和間質細胞均能合成MMP-2，且腫瘤細胞可通過多種機制誘導間質細胞MMP-2的合成和分泌。如腫瘤細胞表達的一種與免疫球蛋白超家族同源的細胞表面受體，膠原酶刺激因子(TCSF)又稱細胞外MMP誘導因子，能刺激成纖維細胞的MMP-2表達［11］。
三. MMP-2與胃癌侵襲轉移的關係
MMP-2與胃癌關係的研究是近年來開展的新課題。1994年Schwart等［20］研究胃癌細胞株SK-GT的MMP-2 mRNA表達，結果發現浸潤型細胞株SK-GT1、SK-GT5及SK-GT6表達MMP-2，而非浸潤型細胞株SK-GT2和SK-GT4不表達MMP-2；此外，MMP-2表達陽性細胞株來源病人的預後明顯差於陰性者。D′Erric等［21］報道正常胃黏膜上皮MMP-2呈陰性表達，胃癌細胞MMP-2主要表達於細胞膜，分化差的胃癌細胞MMP-2表達陽性率顯著高於分化較好者，進展期胃癌的MMP-2陽性率高於早期胃癌。提示MMP-2表達的檢測有助於胃癌病期進展的評估。Sier等［22］研究表明胃癌組織的MMP-2表達顯著高於鄰近非癌黏膜組織，cox多因素回歸分析顯示MMP-2高表達胃癌患者預後較差。後繼研究檢測胃癌組織MMP-2及其非活性前體的表達情況，發現進展期胃癌和早期胃癌MMP-2前體的陽性率分別為67%和46%，MMP-2則僅限於進展期胃癌，血管侵犯陽性的胃癌MMP-2前體陽性率顯著高於陰性者［23］。1996年Nomura［24］通過採用免疫組化、三明治酶免疫分析及明膠酶譜學等多種測檢手段，研究發現MMP-2主要表達於進展期胃癌，並與腫瘤的血管侵犯密切相關，認為MMP-2前體的激活是胃癌細胞擴散的關鍵環節。Mori［25］通過分析MT1-MMP和MMP-2在胃癌組織中的表達情況，認為MT1-MMP通過胃癌的胃壁浸潤和淋巴結轉移 影響 患者的預後，MMP-2激活與胃癌進展密切相關。Caenazzo［26］研究胃癌組織MT1-MMP與MMP-1 mRNA的比率，發現檢測MT1-MMP與MMP mRNA的比率可作為胃癌術前新的分子生物學預後指標。然而，有研究表明MMP-2表達僅與胃癌患者生存率有單因素相關的趨勢，而不是預後的獨立指標，高uPA受體表達的胃癌患者組則存在MMP-2與預後的相關性，提示僅在MMP-2的激活酶過度表達的情況下，MMP-2可作為胃癌的預後因素［27］。
TIMP-2與MMP-2在胃癌侵襲轉移中的重要性亦頗受關注。一項前瞻性研究表明，胃黏膜內癌TIMP-2表達陽性率為63%，MMP-2陽性率為19%，進展期胃癌TIMP-2表達陽性率下降而MMP-2陽性率升高，預後分析結果顯示胃癌原發灶TIMP-2高表達而MMP-2低表達者生存時間顯著延長。所以TIMP-2和MMP-2在胃癌的負相關作用作為整體調節胃癌細胞的浸潤轉移，並可能具有重要的預後意義［28］。
四. 小 結
MMP-2的表達、有效激活及蛋白降解功能的發揮受諸多因素如膜激活劑、整合素受體的表達及基質成分和TIMP-2的調控。大多數研究表明，MMP-2表達與胃癌侵襲轉移及預後密切相關。然而，對MMP-2及其與胃癌關係的研究尚 處於初始階段，對與MMP-2密切相關的基質蛋白降解關鍵調節機制的深入剖析，將有助於對胃癌侵襲轉移機制的進一步認識，從而為將來的抗胃癌轉移 治療 方案提供方向性的目標。
一. MMP-2基因及其表達和激活的調節
MMP-2基因位於人類染色體16q21，由13個外顯子和12個內含子所組成，結構基因總長度為27kb，與其他金屬蛋白酶不同，MMP-2基因5′旁側序列促進子區域含有2個GC盒而不是TATA盒［5］。MMP-2以前酶原的形式由多種細胞分泌，如成纖維細胞、巨噬細胞、內皮細胞和惡性腫瘤細胞等。與其他金屬蛋白酶相似，MMP-2分子含有氨基末端片段、金屬結合片段及羧基末端片段，其中帶有高度保守序列PRCGV/NPD的氨基末端具有一個不配對的半胱氨酸殘基，該殘基與激活位點的鋅原子相互作用介導著MMP-2的前體狀態；金屬結合片段是公認的鋅結合部位，其含旁側有2個組氨酸的保守序列HE-GH；羧基末端具有類似凝血酶的片段，該片段的具體功能尚未明確。此外，MMP-2還具有一個58個胺基酸殘基組成的明膠結合片段，此片段與纖維連接素的明膠結合Ⅱ型基元相似［6］。 目前 認為，MMP-2表達和功能的調節發生於轉錄、分泌、前酶原的激活、細胞表面的結合以及與來源於腫瘤或宿主細胞的MMP抑制劑的相互作用等多個不同的水平。
MMP-2的轉錄調節與其他金屬蛋白酶相比具有一定的獨特性，如佛波醇酯(phorbol ester)通過AP-1位點的介導增加MMP-9和間質膠原酶的表達，而MMP-2基因促進子區域未能測得AP-1位點［5］；轉化生長因子-β1(TGF-β1)通過其抑制元素TIE抑制間質膠原酶的表達［7］，而TGF-β1卻能誘導人類細胞株轉錄出高水平的MMP-2信使核糖核酸(mRNA)［8］。此外，整合素受體和TN(Tenascin)亦能誘導MMP-2的轉錄表達。MMP-2在細胞外以前酶原的狀態存在，體外實驗表明有機汞化合物和蛋白酶等均可通過干擾氨基末端不配對半胱氨酸殘基與激活位點的鋅原子間的相互作用，導致前酶原氨基末端80個胺基酸片段的自身催化降解轉化成酶原，獲得膠原溶解的活性，激活的酶原進行自身蛋白降解，最終產生具有穩定活性62KD酶，這種激活過程被稱為「半胱氨酸開關(cysteine switch)」假說［9］。
由於膜型MMP即MT1-MMP的成功克隆和排序，MMP-2在體內激活的受體機制已被基本闡明。將MT1-MMP質粒轉染入Cos-1細胞株內後，MT1-MMP即表達於該細胞株的胞膜，並導致MMP-2酶原的特異性激活［10］。研究發現，MMP-2酶原的激活依賴於由TIMP-2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2)與MT1-MMP結合始動的一個三元復合體的形式，雖然高濃度的TIMP-2抑制MMP-2的活性［11］。
MMPS活性調節的關鍵是TIMPS對其酶活性的抑制作用。研究表明MMP-2及其前體均可與TIMP-2結合，但結合位點並不相同。MMP-2前體-TIMP-2復合體在不裂解的情況下仍可被繼續激活產生MMP-2活性，該活性能被額外的TIMP-2完全抑制［12］。所以MMP-2與TIMP-2的相對濃度最終決定MMP-2膠原降解的能力。MMP-2的主要底物為Ⅳ型膠原，其次還有Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ型膠原及纖維連接素和彈性蛋白等。
二. MMP-2與惡性腫瘤的侵襲轉移
體外實驗結果顯示，ras基因誘導的惡性腫瘤細胞株的MMP-2表達增加，激活MMP-2的單克隆抗體能促進A2058細胞株的侵襲能力，而抑制MMP-2的單抗則使A2058細胞株穿透重組基底膜的能力明顯減弱［13］。TIMP-2對腫瘤侵襲轉移的抑制是MMP-2與腫瘤侵襲轉移相關性的又一佐證。TIMP-2過度表達，能抑制轉 移性ras轉化小鼠胚胎成纖維細胞裸鼠靜脈注射後肺轉移灶的形成，以及體內腫瘤的生長速度和癌細胞的浸潤特性［14］。Vaisanene認為［15］MMP-2表達是皮膚黑色素瘤的獨立預後因素；Levy［16］採用Northern印跡 分析 技術發現72%的直、結腸腺癌MMP-2 mRNA水平異常增高；Poulsom等［17］採用原位雜交技術，結果顯示結腸腫瘤組織間質細胞能合成MMP-2，且與腫瘤細胞一起參與浸潤癌特異性的組織重塑和基底膜降解過程。Davies［18］研究表明膀胱癌組織中MMP-2 mRNA主要位於間質細胞而不是腫瘤上皮細胞，MMP-2表達水平與腫瘤分化程度及浸潤深度密切相關。
免疫組化染色顯示MMP-2蛋白主要表達於腫瘤細胞膜和胞漿內，而原位雜交技術則發現MMP-2 mRNA主要存在於腫瘤細胞周圍的間質細胞如成纖維細胞和內皮細胞。兩種 方法 結果不一致的原因可能是(1)腫瘤細胞攝取來源於成纖維細胞的MMP-2蛋白；(2)腫瘤細胞與間質細胞MMP-2 mRNA翻譯率及細胞內蛋白貯存能力的不同；以及(3)原位雜交技術和免疫組化檢測閾值的不同等［19］。多數學者認為腫瘤細胞和間質細胞均能合成MMP-2，且腫瘤細胞可通過多種機制誘導間質細胞MMP-2的合成和分泌。如腫瘤細胞表達的一種與免疫球蛋白超家族同源的細胞表面受體，膠原酶刺激因子(TCSF)又稱細胞外MMP誘導因子，能刺激成纖維細胞的MMP-2表達［11］。
三. MMP-2與胃癌侵襲轉移的關係
MMP-2與胃癌關係的研究是近年來開展的新課題。1994年Schwart等［20］研究胃癌細胞株SK-GT的MMP-2 mRNA表達，結果發現浸潤型細胞株SK-GT1、SK-GT5及SK-GT6表達MMP-2，而非浸潤型細胞株SK-GT2和SK-GT4不表達MMP-2；此外，MMP-2表達陽性細胞株來源病人的預後明顯差於陰性者。D′Erric等［21］報道正常胃黏膜上皮MMP-2呈陰性表達，胃癌細胞MMP-2主要表達於細胞膜，分化差的胃癌細胞MMP-2表達陽性率顯著高於分化較好者，進展期胃癌的MMP-2陽性率高於早期胃癌。提示MMP-2表達的檢測有助於胃癌病期進展的評估。Sier等［22］研究表明胃癌組織的MMP-2表達顯著高於鄰近非癌黏膜組織，cox多因素回歸分析顯示MMP-2高表達胃癌患者預後較差。後繼研究檢測胃癌組織MMP-2及其非活性前體的表達情況，發現進展期胃癌和早期胃癌MMP-2前體的陽性率分別為67%和46%，MMP-2則僅限於進展期胃癌，血管侵犯陽性的胃癌MMP-2前體陽性率顯著高於陰性者［23］。1996年Nomura［24］通過採用免疫組化、三明治酶免疫分析及明膠酶譜學等多種測檢手段，研究發現MMP-2主要表達於進展期胃癌，並與腫瘤的血管侵犯密切相關，認為MMP-2前體的激活是胃癌細胞擴散的關鍵環節。Mori［25］通過分析MT1-MMP和MMP-2在胃癌組織中的表達情況，認為MT1-MMP通過胃癌的胃壁浸潤和淋巴結轉移 影響 患者的預後，MMP-2激活與胃癌進展密切相關。Caenazzo［26］研究胃癌組織MT1-MMP與MMP-1 mRNA的比率，發現檢測MT1-MMP與MMP mRNA的比率可作為胃癌術前新的分子生物學預後指標。然而，有研究表明MMP-2表達僅與胃癌患者生存率有單因素相關的趨勢，而不是預後的獨立指標，高uPA受體表達的胃癌患者組則存在MMP-2與預後的相關性，提示僅在MMP-2的激活酶過度表達的情況下，MMP-2可作為胃癌的預後因素［27］。
TIMP-2與MMP-2在胃癌侵襲轉移中的重要性亦頗受關注。一項前瞻性研究表明，胃黏膜內癌TIMP-2表達陽性率為63%，MMP-2陽性率為19%，進展期胃癌TIMP-2表達陽性率下降而MMP-2陽性率升高，預後分析結果顯示胃癌原發灶TIMP-2高表達而MMP-2低表達者生存時間顯著延長。所以TIMP-2和MMP-2在胃癌的負相關作用作為整體調節胃癌細胞的浸潤轉移，並可能具有重要的預後意義［28］。
四. 小 結
MMP-2的表達、有效激活及蛋白降解功能的發揮受諸多因素如膜激活劑、整合素受體的表達及基質成分和TIMP-2的調控。大多數研究表明，MMP-2表達與胃癌侵襲轉移及預後密切相關。然而，對MMP-2及其與胃癌關係的研究尚 處於初始階段，對與MMP-2密切相關的基質蛋白降解關鍵調節機制的深入剖析，將有助於對胃癌侵襲轉移機制的進一步認識，從而為將來的抗胃癌轉移 治療 方案提供方向性的目標。
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