明膠酶別稱Ⅳ型膠原酶，屬於金屬蛋白酶家族成員，是能夠降解Ⅳ型膠原的特異的一種基質水解酶。 MMPs是一組結構相似、以 ECM成分作為水解底物並依 賴 Zn2+的蛋白水解酶類 , 它們不僅能降解多數大分子細胞 外基質 , 還能激活生長因子和化學增活素 , 在維持正 常組 織自身穩 定方面 發揮重要 作用 。現 在已發 現的 MMPs有二十餘種,按作用底物不同分五大類 。明膠酶除了具有 MMPs共有 的三個結構域之外, 它不同於其他 MMPs的一個獨特之處就 是, 在催化區插入了 3個由 58個胺基酸組成的 Ⅱ型纖維結 合蛋白樣重複序列。這些重複序列構成了膠原結合結構域 (c o l l a g e n-bi nd i ngd o ma i n s , CBDs ) , 能特異性地與膠原和其 他細胞外基質分子相互作用 , 與明膠和彈性蛋白有高度 的親和力, 對降解底物時的定位非常重要, 決定其作用底物 的特異性, 是其發揮水解酶活性所必需的結構 。
基本介紹
- 中文名：明膠酶
- 外文名：gelatinase
- 別稱：Ⅳ型膠原酶
- 歸屬：金屬蛋白酶家族成員
原理,作用,基因調控,基因表達及其功能,與腫瘤的發生,與腫瘤的轉移,與血管發生,
原理
明膠酶（gelatinase）或稱Ⅳ型膠原酶（typeⅣcollagenase）屬於金屬蛋白酶家族成員，是能夠降解Ⅳ型膠原的特異的一種基質水解酶，其活性與腫瘤細胞侵襲和轉移密切相關，衡量藥物對腫瘤細胞金屬蛋白酶活性的影響是評價該藥物抗侵襲作用的一個重要方面。人纖維肉瘤細胞HT1080能大量分泌分子量為72KD和92KD的兩種明膠酶。將藥液與腫瘤細胞金屬蛋白酶提取液共浴，用SDS-聚丙烯醯胺凝膠電泳法可將這兩種明膠酶按分子量大小分開，顯示兩條負染帶，根據帶的亮度和寬度可判斷藥物對金屬蛋白酶活性的影響，用於抗侵襲和轉移藥物的作用及機理研究。
作用
本金屬蛋白酶提取液主要含72KD和92KD兩種明膠酶，將金屬蛋白酶提取液電泳後，在反應緩衝液中加入藥物與膠條反應，經過足夠長時間的溫育後，加藥者負染帶不出現或減弱，則表明藥物對明膠酶活性有抑制作用。此外還可將膠壓膜處理後用雷射光密度計在633nm處對負帶掃描進行定量分析。
基因調控
研究表明，明膠酶的表達 調節大致有以下3種水平：轉錄水平、酶原活化水 平和酶活性水平。明膠酶在體內的調節處於一種 微妙的平衡狀態，其表達調控機制並不孤立，而是 彼此聯繫。以上3個環節的相互作用對於維持人 體MMPs的穩定具有重要意義。
基因表達及其功能
MMP一2基因表達產物主要由成纖維細胞、血管 內皮細胞、漿細胞、巨噬細胞和中性粒細胞產生。 MMP一2酶原的活化發生在細胞表面，由膜型基質。
金屬蛋白酶(membrane—type matrix metalloprotein． ase，MT—MMP)啟動，MTl一MMMIMP/MMP一2酶 原三元複合物形成後n1，MMP一2酶原變成相對分 子質量為64 ku的中間形式，破壞了MMP一2酶原 前肽結構域的穩定性，導致其自發性水解，釋放出 其餘的前肽結構域和活性MMP一2。 MMP一9基因表達產物主要由中性粒細胞、巨 噬細胞和單核細胞等產生，在炎症介質等刺激後 可增加MMP一9基因編碼的mRNA及分泌分子質 量為92 ku的酶原，在Ca2+和zn2+存在條件下，經纖 維蛋白水解酶作用，切去N一端的80個胺基酸殘基 肽段後即轉變為分子質量為82 ku的活性形式。 MMP一2的主要作用底物是I、Ⅳ、V、Ⅶ、X型 膠原和明膠。MMP一9的主要作用底物是Ⅳ、V、 Ⅶ、X型膠原以及明膠和彈性蛋白等，並協同明膠 酶繼續降解變性I、Ⅱ、Ⅲ型膠原，參與細胞外基 質的降解，即結締組織的重塑和基膜的轉換過 程哺3；影響骨小梁結構及骨生物力學性質；促進腫 瘤血管生成陽]。 在生理狀態下，MMP一2與MMP一9基因表達水 平低，參與牙齒形成及萌出、骨組織生長及改建、 胚胎髮育等；在病理過程中，基因表達水平增高， 與慢性炎症和骨吸收病變等相關。
與腫瘤的發生
國內外大量實驗表明, 明膠酶在人類多種惡性腫瘤中都 有過表達的現象, 例如肝癌、胃癌、食管癌、結腸癌、乳腺癌、 宮頸癌、胰腺癌等。 J o o-Hy o nKi m 等通過對多種肝細胞 癌的細胞株中 MMPsmRNA的表達進行研究發現, MMP-2 在 8種不同肝癌細胞株中的表達均明顯增高, 雖然 MMP-9 在各種肝癌細胞中未見表達, 但在癌組織中和患者血清中其 水平明顯提高。並有學者認為血清 MMP-9可以作為肝細 胞癌的標誌物 。 Co us s e nsLM等發現 MMP-9缺陷的 小鼠不易患鱗狀上皮癌, 將可表達 MMP-9的骨髓細胞植入 這種小鼠的體內, 又能使其恢復患鱗癌的風險。與野生型小 鼠相比, MMP-9 缺陷小鼠其癌細胞擴增明顯下降, 說明 MMP-9能產生生長啟動信號。
與腫瘤的轉移
活性的明膠酶能夠破壞基底膜, 為腫瘤的侵襲、轉移提 供條件。 Na k a mur aH等人在對人乳頭狀甲狀腺癌的研究 中首次提出, MMP-2被活化的比例與腫瘤的轉移有密切關 系。實驗表明, 有淋巴結轉移的癌組織中 p r o MMP-2激活 的比例遠遠高於沒有轉移的癌組織(p<0. 01)。 Xu a nJ W 等也發現,相對於無轉移特性的母本 LAT細胞,具有轉移特 性的雜交細胞的一個關鍵性變化就是具有對 MMP-2表達 的誘導作用。肺是多種腫瘤轉移時常侵犯的器官。有學者 認為肺轉移瘤是巨噬細胞通過 MMP- 9和血管內皮生長因子受體 -1(VEGFR-1) 共同作用的形成。他們指出, 如果 VEGFR-1低表達的遠離原發瘤的組織器官不能誘導腫瘤 相關巨噬細胞表達 MMP-9,就不能形成合適轉移瘤細胞生 長的微環境; 而 VEGFR-1表達陽性, 具有大量能夠誘導 MMP-9表達的內皮細胞的器官就為轉移瘤細胞生長提供 了沃土, 有利於轉移瘤的形成。
與血管發生
很多年前, 己經認識到血管發生在原發性腫瘤的生長和 腫瘤轉移中的核心作用。血管為腫瘤的生長提供必要的營 養, 是腫瘤形成和發展所必需的。腫瘤中新生血管具有高滲 透性, 為腫瘤細胞進入血循環並進行遠處轉移提供了途 徑 。瘤內血管密度與腫瘤的大小和深度、腫瘤細胞的局 部轉移或遠端轉移、病人的生存率等都有密切關係[。 Be r g e r s [ 25]等發現 MMP-9在腫瘤的血管生成方面起到 “開關” 的作用。它能激活靜止的脈管系統使之增生, 這可能與血管 內皮生長因子(VEGF)及其受體(VEGFR)同時得到表達有 關。在血管生成障礙時, MMP-9, -2的表達都會上調。而 且, MMP s抑制劑會減弱 MMP-9對血管生成的 “開關”作 用, 抑制腫瘤生長。但 MMP-2的缺失並不影響對血管生成 的誘導作用, 只是延緩腫瘤的生長。 有實驗表明, 在 VEGF 過表達的卵巢癌細胞中, MMP-2的生成及其活性有明顯提 高, 卵巢癌細胞的侵襲力同時增加, 提示了 MMP-2可能是 VEGF促進卵巢癌細胞侵襲生長的關鍵組分 。
