肿瘤转移分子生物学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,*,肿瘤转移的分子生物学,目前，肿瘤治疗最棘手的问题，莫过于肿瘤细胞对传统治疗药物的抗性和肿瘤转移。因此，进一步研究肿瘤转移的分子机制，有助于我们寻找预防措施以及早期诊断和有效治疗的新靶点。肿瘤转移的过程受诸多因素影响，近年来肿瘤分子生物学方面的研究提示，许多基因直接,/,间接的参与,/,影响肿瘤的转移。我们首先按照肿瘤转移的过程，作一个大体的介绍。,肿瘤细胞发生转移，必须要克服多个障碍。,肿瘤细胞都必须要逃脱宿主的免疫监控。,在转移的起始阶段，肿瘤细胞从原发部位扩散并迁移，这一过程,涉及,到：,（,1,）细胞间作用的调节,（,2,）细胞基质粘附的调节,（,3,）肿瘤细胞的迁移及侵入周围组织。,肿瘤细胞如果要通过全身循环系统就必须先通过血管内皮进入瘤内血管或者进入淋巴管，这个过程称作,“,内渗,”,（,intravasation,）；,然后，再从全身循环中逃逸出来，这个过程称作,“,外渗,”,（,extravasation,），并最终到达继发部位。,在,“,外渗,”,过程中，肿瘤细胞处在与原发灶差别很大的微环境中。因此，若要在继发组织中生存并增生，肿瘤细胞必须具有相当强的适应能力。,Chamber,实验室的研究表明，从单个细胞转移到微小转移（,micrometastases,）直至产生最终肉眼可见转移的这个过程中，主要,限速步骤,在“外渗”过程之后。,因此，单个细胞转移或微转移在发展成为肉眼转移之前，可数月甚至多年处于休眠状态。,转移的最终形成受诸多因素,/,基因的调控。,1,癌基因、抑癌基因与肿瘤转移,许多癌基因被证明与肿瘤的转移过程有关。例如，在一些人类肿瘤中，经常可以观察到小,GTP,结合蛋白中的,Ras,家族存在有突变，在多种细胞类型出现这种突变时会发生转移。除,Ras,以外，其他一些癌基因诸如丝氨酸,/,苏氨酸激酶,Mos,和,Rof,，以及酪氨酸激酶,Src,，,Fms,和,Fes,的异位表达也可以在受体细胞中诱导出具有转移特性的表型。,此外，在人类肿瘤中，,Met,和（或）肝细胞生长因子,/,扩散因子（,HGF/SF,）的异常表达经常与肿瘤的转移及较差的预后有关。最近，从人类肾乳头状癌中分离出的活化了的,Met,基因突变使小鼠细胞发生转化，并在小鼠模型系统的体外实验中介导了小鼠细胞的癌变及转移。,当把这种突变基因转入小鼠后，小鼠发生了乳腺的肿瘤。,在,HGF/SF,Met,转导途径被发现并证明在转移中起核心作用后，研究者正在寻找可用于治疗肿瘤的,HGF/SF,Met,转导途径抑制剂。,许多基因通过抑制转移级联中的不同作用点来抑制肿瘤的转移。例如，,组织特异性基质蛋白酶抑制物（,Tissue specific inhibitor of metalloproteinases,TIMP,）及纤维蛋白溶酶活化抑制剂（,plasmin activator inhibitor,PAI,）都显示具有抑制转移的能力。,一些较传统的肿瘤抑制物被证明参与肿瘤转移的后期阶段。,（,1,）,Nm23,被发现在转移的黑色素瘤细胞中下调表达，后来这一现象又在很多其他人类肿瘤的转移过程中被发现。,（,2,）,PTEN,酪氨酸磷酸酶的突变可以在诸如脑、乳腺、前列腺等部位的癌瘤中发现，而该酶功能的缺失在转移表型的产生过程中起一定作用。,（,3,）,Nf2,基因是一种编码,Nf2,细胞膜,/,细胞骨架连接蛋白的抑癌基因。,Nf2,基因的丢失被证明与肿瘤的转移有关。例如，,Nf2,基因缺失的小鼠易患多种具有转移特性的恶性癌肿。,（,4,）,p53,功能的丢失促进肿瘤的进展，不仅是因为它在血管生成中的作用，而且还与其在保持遗传稳定性中的重要作用有关。因此，,p53,的丢失导致了遗传上改变的积累，而这些改变可以促进肿瘤的转移。,（,5,）肿瘤转移分子,C4.4A,是一类与尿激酶型纤维酶原激活物受体（,urokinase,type,plasminogen,activator,receptor,uPAR,）有某些共同特性的分子。采用,RT,PCR,及,Northern,blot,的方法检测，人类胎盘组织、皮肤、食管及外周血中的白细胞都有,C4.4A,的表达。虽然脑、肺、肝、肾、胃、结肠及淋巴器官起源的肿瘤经常可以找到,C4.4A mRNA,的存在，但在以上组织器官中却不能观察到,C4.4A,的表达。,有研究表明，恶性黑色素瘤中,C4.4A mRNA,的表达与肿瘤的转移相关。即使在痣中找不到,C4.4A,的存在或者在原发黑色素瘤中仅有一小部分瘤细胞表达,C4.4A,，但在所有转移灶中，,C4.4A,都为阳性。鉴于人类与大鼠,C4.4A,的高度同源性，及大鼠,C4.4A,的表达与肿瘤转移的密切关系，人类,C4.4A,极有可能成为某些肿瘤的预后指标及潜在的治疗靶点。,2,肿瘤细胞的播散与相关因子,粘附分子中的钙黏着蛋白及相关蛋白如,联蛋白、,联蛋白及,plakoglobin,构成了在转移过程中介导细胞间粘附的粘附联接。,E,钙黏着蛋白介导的粘附作用的丢失与膀胱、胰腺及胃部癌肿浸润,/,转移有密切关系。许多参与转移扩散的生长因子部分通过受体酪氨酸蛋白激酶转导途径和钙黏着蛋白,/,联蛋白复合物之间的结合及其随后发生的连接蛋白酪氨酸的磷酸化来调控,E,钙黏着蛋白,/,联蛋白介导的粘附过程。例如，,HGF/SF,介导的内皮细胞的“扩散”（,scattering,）就与,联蛋白的酪氨酸的磷酸化及钙黏着蛋白,/,联蛋白的内部作用有关。,细胞内粘附分子（,Intracellular adhesion molecules,ICAM,）中的免疫球蛋白家族如,ICAM,1,和,ICAM,2,也是细胞间粘附的重要介质。这些蛋白表达的丧失或因突变而失活将有利于肿瘤的播散。高水平的,ICAM,常常是乳腺癌预后良好的标志物。,3,肿瘤细胞的运动和侵袭,（一）在肿瘤播散过程中，肿瘤细胞的运动和侵润是必须的。多种,生长因子,对肿瘤细胞的迁移具有趋化和（或）化学激动（,chemokinetic,）的作用。这些因子可以由肿瘤细胞、周围间质细胞和（或）浸润性白细胞产生，并被这些细胞以,自分泌,或,旁分泌,的形式排出进而刺激细胞的迁移。,例如，（,1,）自分泌运动因子（,autocrine motility factor,AMF,）是由某些肿瘤细胞分泌并结合到同一细胞上的,AMF,受体（,gp78,），通过,自分泌,的方式刺激细胞的运动。,AMF,和（或）,gp78,的过度表达已被证明与肺、胃、食管及结肠癌的转移有关。,（,2,）,HGF/SF,能有力的促进具有,Met,受体表达癌细胞的迁移和侵润。它主要是由间质起源的细胞合成并以,旁分泌,的形式排出的。因此，在很多癌肿，特别是那些具有侵润,/,转移特性的肿瘤中，经常可以观察到,HGF/SF,和（或）,Met,水平升高的现象。例如，高水平的,HGF/SF,和,Met,可以在多形性胶质母细胞瘤中，特别是在侵润的边界区域里被发现。而低水平的,HGF/SF,和,Met,通常是在较低恶性度的肿瘤，如低恶性度的星形细胞瘤中被观察到。,（二）在细胞外基质（,Extracellular,matrix,ECM,）蛋白水解过程中，尿激酶型纤维酶原激活物（,Urokinase,type plasminogen activator,uPA,）,/,纤维蛋白溶酶网络及基质金属蛋白酶（,Matrix,metalloproteinase,，,MMP,）的活化在肿瘤细胞的侵润过程中是,关键,。,因此，在患有诸如乳腺、肺、肾脏、结肠、胃部及软组织等部位恶性肿瘤的病人体内，,uPA,、,uPAR,和（或）纤维蛋白溶酶活化抑制剂,PA,1,的活性增高或过度表达与肿瘤的进展与较差的预后相关。在脑肿瘤中，高水平表达,uPA,和（或）,uPAR,可以在高恶性度的肿瘤中，特别是在肿瘤浸润的边缘区域被观察到，而通过运用抑制,uPAR,合成的反义基因治疗，可以抑制裸鼠体内胶质母细胞瘤的形成。,uPAR,还可以与,ECM,中的玻基结合素相结合，从而参与,ECM,所介导的粘附过程、细胞内信号转导、细胞运动及浸润。,uPAR,的这些作用与它在,ECM,蛋白水解中所起的作用是相互独立的。,基质金属蛋白酶（,matrix metalloproteinase,，,MMP,）家族中的多种成员及其抑制剂（,TIMP,）的异常表达可在多种癌肿观察到，并且常与癌肿的浸润及转移相关。例如，,MMP-2,与,MMP-9,都参与胶质细胞瘤的进展及其浸润。,许多可以诱导肿瘤转移的生长因子已被证明可以调控,uPA-,纤维蛋白溶酶网络和（或）,MMP,的活性,/,表达。例如，,HGF/SF,可以在多种肿瘤细胞系中诱导,uPA,和,uPAR,的表达。在人类神经胶质细胞瘤受,HGF/SF,刺激后，,MT-MMP-1,及,MMP-2,的表达,/,活化都上升。,（三）肿瘤细胞若要发生迁移及浸润就必须与细胞外基质粘附。,细胞粘附分子,中的整联蛋白家族在转移过程中可以介导,ECM,及基底膜的粘附。多种不同的整联蛋白的亚单位都参与肿瘤转移的过程。由于各种组织环境中,ECM,的差异，不同的肿瘤细胞在浸润及迁移过程中可以合成分泌多种不同的整联蛋白。以人类黑色素瘤为例，某些整联蛋白如,2,1,，,3,1,及,6,1,表达的调高与肿瘤的进展程度及转移能力有关。,（四）一旦与,ECM,发生粘附后，肿瘤细胞的运动、浸润及生存都由整联蛋白所介导的,细胞内信号转导,来调控。整联蛋白介导的,FAK,的活化引起多种信号转导分子如,Src,PI,3,激酶及,MAPK1/2,的激活。它们都是细胞运动及浸润的重要介导者。有趣的是，由肿瘤抑制剂,PTEN,编码的一种胞质酪氨酸磷酸酶可以使,PI,3,激酶产生的肌醇脂（,inositol lipids,）及其它的灶性接触成分（,focal contacts,）如,FAK,及,Shc,等脱磷酸。因此，,PTEN,的过度表达可以抑制整联蛋白介导的信号转导。相反，,PTEN,功能的丧失将导致整联蛋白调控的癌变及转移的产生。,许多,非整联蛋白糖蛋白,在肿瘤细胞的浸润及转移中也参与细胞,ECM,的粘附以及其后信号转导途径的活化过程。由同一基因经不同剪接方式所产生的跨膜糖蛋白,CD44,的多种同工型蛋白是,ECM,成分之一的透明质酸酶的受体，并被证明参与了肿瘤的转移。尤其是,CD44v3,的同工型，它的胞外部分含有肝素硫酸盐（,heparin sulfate,），可以与肝素硫酸盐生长因子（,heparin,sulfate binding growth factor,）结合，并被证明与肿瘤的进展及转移有密切的关系。,CD44v3,还可以与,HGF/SF,结合并且促进由,HGF/SF,所介导的,Met,受体的活化过程。,4,肿瘤细胞在循环系统内的存活,肿瘤细胞进入血液循环后所面对的两大主要障碍是,自身的凋亡,及,宿主的免疫监控,。,（,1,）如果上皮细胞由于整联蛋白所介导的信号转导的丢失而没有与,ECM,发生粘附作用，上皮细胞通常发生凋亡。这是因为，由整联蛋白介导的,FAK,，,PI,3,激酶及,AKT,（蛋白激酶,B,，,protein kinase,B,）的活化可以抑制细胞的凋亡。肿瘤细胞在与,ECM,粘附过程中不断发生自身的修饰，并通过改变整联蛋白、整联蛋白相关信号转导分子和（或）凋亡调控剂而避免凋亡的发生。,（,2,）循环中的肿瘤细胞对宿主的免疫细胞特别易感。但在某些情况下，肿瘤细胞似乎可以击退某些参与肿瘤免疫监控的细胞。例如，某些结肠癌细胞可以通过表达,Fas,配体从而诱导具有,Fas,受体的,T,细胞发生凋亡。另外，肿瘤细胞可以通过掩盖其表面的抗原来逃避循环中淋巴细胞的识别。尤其是肿瘤细胞表面的糖类，他们经常发生改变，这使得肿瘤细胞能够逃脱宿主的免疫反应。淋巴细胞与肿瘤细胞的粘附在免疫识别过程中起着十分重要的作用。所以，包括,ICAM,1,等在内的嗜异染细胞粘附分子极有可能是肿瘤淋巴细胞粘附过程的重要介体。,5,肿瘤细胞与内皮细胞的粘附,当到达继发组织的毛细血管床后，肿瘤细胞便开始沿着内皮层移行。内皮细胞表达的选择蛋白（,selectins,）介导了内皮细胞与表达有某种唾液酸寡糖（,sialylated oligosaccharides,）的肿瘤细胞之间的最早的细胞接触。整联蛋白也在转移过程中介导肿瘤细胞内皮细胞间的粘附。肿瘤转移的模式不仅由循环系统的解剖所决定，还与扩散的肿瘤细胞到达的继发组织之特定部位有关，这一观点已被广泛接受。,这个由,Paget,早在,1889,年就提出的,“,种子与土壤,”,假说直到最近才开始在分子水平上被充分理解。组织特异性的肿瘤细胞是决定转移的组织特异性的主要因素。已有噬菌体文库显示，某些多肽能够导向,（,homing,）不同组织内的内皮层。,最近，有研究证明，含有天冬氨酸甘氨酸精氨酸（,NGR,）序列的多肽通过与肿瘤血管所表达的氨肽酶,N,（,CD13,）结合，可特异性导向肿瘤血管系统。这些研究使我们对内皮细胞在肿瘤特异性转移中的作用有了进一步的了解，并且会对未来开发有效的肿瘤治疗方法产生巨大影响。,6,肿瘤转移后休眠血管生成,肿瘤转移过程的限速步骤在于休眠细胞向微小转移的发展转化，这一观点为今后的研究提供了方向。临床上，转移被认为是很难治疗的。因为，在原发肿瘤确诊或在开始治疗时，出现远处转移者的病情往往已经很严重。现在普遍认为，肿瘤在早期阶段就发生了微小转移，而肉眼可见转移直到后期阶段才发生。而血管生成在肿瘤转移过程中具有,核心,作用。,Folkman,实验室在分离血管抑素,(angiostatin),过程中所做的研究工作是最好的例证。患有原发肿瘤而无转移迹象的小鼠在原发灶被切除后出现了转移的表现。研究显示，原发肿瘤在实验动物体内产生了高水平的血管抑素，它能抑制继发灶的血管形成，因而使微小转移灶保持在无血管、无症状的休眠状态。,Chamber,实验小组及其他遍布全球的实验室所做的工作已经开始揭示转移级联的组成及参与这一过程的诸多因子。例如，实验显示，利用,MMP,的抑制剂,batimastat,可以减少小鼠黑色素瘤发生肝转移的机会，这一现象并不是如以往所设想的那样通过减少瘤细胞的,“,外渗,”,，而是通过抑制血管生成达到的。因此，转移过程的后期阶段可以当作一个很好的治疗窗。转移休眠状态中所参与因素的发现以及对肿瘤宿主的相互作用的研究，将有助于我们开发针对肿瘤转移的新的治疗措施。,基质金属蛋白酶,(MMPs),及其组织抑制物,(TIMPs),与肿瘤侵袭转移,我们说，肿瘤的,进程,包括：正常细胞某些基因的改变、恶性表型的形成、侵袭临近正常组织、远距离及全身组织扩散转移。肿瘤细胞的生物学特性不同于正常细胞，近年来，通过对这些细胞及其所依赖的细胞外环境中各种不同类型分子与肿瘤间质之间相互关系的研究，发现了许多新的黏附分子、细胞移动分子及各种类型的降解酶。肿瘤细胞侵袭与转移的成功在很大程度上正是依赖于这些酶降解了一系列的组织屏障（屏障的主要成分包括有，各型胶原、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹力蛋白和蛋白多糖等）。在这些降解酶中，对,MMPs,及其组织抑制因子,TIMPs,的研究最多，两者表达的动态平衡决定了细胞外基质的降解程度，继而也决定了肿瘤的侵袭与转移。,MMPs,MMPs,是具有高度同源性的能降解基底膜的水解酶类，至今已发现有,23,种，在人体内至少有,19,种，构成,MMPs,超家族,。,按照,MMPs,各成员作用的底物特异性，可将它们分为以下几类：,胶原酶，,MMP-1,、,-8,、,-13,；,明胶酶，,MMP-2,、,-9,；,基质溶酶，,MMP-3,、,-10,、,-11,；,膜型基质金属蛋白酶，,MMP-14,、,-15,、,-16,、,-17,；,以及其他类，,MMP-7,、,-12,、,-18,、,-19,、,-20,、,-21,、,-22,。,MMPs,的,存在方式,有前酶型、活化酶型以及与组织抑制因子结合的复合物型，其存在方式与肿瘤的种类及恶性程度密切相关。,MMPs,产生于正常组织细胞（包括有结缔组织细胞、内皮细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、胸腺细胞等）和肿瘤细胞中，以,前酶,的形式分泌。,它们的,结构,具有高度同源性，其肽链中都含有两个,Zn,2+,、两个,Ca,2+,和一个半胱氨酸开关，它可以封闭或暴露活性中心,2,价阳离子并维持酶蛋白的稳定。,MMPs,一般都含有三个结构域即,N-,末端前肽域、催化域和,C-,末端类血红素域，而后两个域区较为保守。,MMPs,的,活化机制,尚未明了，一般认为,MMP,的活化是一个由其他,MMP,及血清蛋白酶介导的级联水解过程，切除,N-,末端前肽并将半胱氨酸与锌离子分离，暴露活性中心而活化；在体外可被一系列有机汞试剂、烷基化试剂、氧化试剂及一些水解酶试剂活化。,MMPs,的,功能,主要有：降解细胞外基质膜有效成分、调节细胞黏着、作用于细胞外组分或其他蛋白成分而启动潜在的生物学功能、直接或间接参与胚胎发育、组织模型再塑及创伤修复等正常生理过程。一般认为活化型,MMP,与其组织抑制因子,1:1,比例的结合将导致,MMP,功能的抑制。,MMPs,活性的,调节机制,包括：,A.,酶自身代谢的调节、,B.,天然抑制因子的调节,C.,转录调控。,（,1,）代谢调节，就是,MMPs,的合成与分解的调节，包括有，前酶的合成分泌、前酶的前肽域水解、酶的活化、酶的降解失活。代谢过程中酶的活化又有生理的激活和病理的激活。生理情况下，由血浆纤溶酶系统和间质溶解素介导，由,MMP,级联效应激活、尿激酶型或组织型纤溶酶原激活物激活纤溶酶原，活化的纤溶酶再激活基质金属蛋白酶。而病理情况下，则是由许多的细胞内外信息传导分子诱导而产生病理性激活因子继而再作用于基质金属酶使之活化。,（,2,）抑制因子的调节有特异性和非特异性：,A.,特异性抑制因子调节指的是,MMPs,的天然抑制物,TIMPs,对,MMPs,的调节，一般认为,TIMPs,特异结合活化型的,MMP,可以导致,MMP,的功能失活；,B.,非特异性抑制因子则是某些蛋白质如,2,巨球蛋白以及一些肽类衍生物或非肽类衍生物，它们以结合,MMPs,的锌离子活性中心而使酶失活。,（,3,）转录调节机制则尚未完全明了。,TIMPs,按照,TIMP,发现的先后、分子结构同源以及功能上的相关性可分为四类：,TIMP-1,-2,-3,-4,。,TIMPs,广泛分布于组织及体液中，主要由巨噬细胞和结缔组织产生。,TIMP-1,-2,-4,以可溶性小分子量多肽的形式分泌；而小分子量多肽,TIMP-3,则是以不溶性形式分泌，而且与分泌细胞和基质组分间的相互作用机制有关，目前仅发现于细胞外基质中；,TIMP-4,的表达更具有组织特异性，其分泌水平在各脏器差异较大，而以心脏最为丰富。,TIMPs,的,结构,具有一定的同源性，有两个功能区：,N-,末端功能区为一个大三环结构，其中的半胱氨酸残基为与,MMPs,锌离子活性中心结合的区域；,C-,末端功能区为一较小的三环结构，该功能区在,TIMPs,定位和,/,或与前,MMPs,形成复合物方面有重要意义。,TIMPs,的,功能,主要是天然地抑制,MMPs,，在调节细胞外基质的代谢中起重要作用。其作用方式较为复杂，大多数情况下是和,MMPs,以,1,：,1,的比例结合成复合物，使,MMPs,失活。近来发现有的,TIMPs,可以与,MMPs,的,C-,末端类血红素区作用，而调节,MMPs,活性。此外，,TIMP-2,还在细胞生长、繁殖及刺激血管生成等生理和病理学方面发挥一定的作用；,TIMP-3,甚至能直接作用于细胞周期的调控，诱导肿瘤细胞的凋亡。,TIMPs,的,调控机制,研究不多。一般认为其表达调控主要是受细胞内的某些激酶以及胞内外的某些激素和一些信息分子、效应分子所诱导。,各类,TIMPs,表达的调控有差异,:,TIMP-1,的调控有强刺激反应性，在对成纤维细胞的研究中发现,FGF,、,PDGF,、,IL-1,等均能强调节其表达，有研究更揭示,TIMP-1,至少间接受到,ras,原癌基因的调控；,TIMP-2,的表达调控与,MMP-2,相关，大多与前,MMP-2,形成复合体的形式分泌；,TIMP-3,与其他,TIMPs,仅有,25%,的氨基酸同源性，其调控与细胞周期之间有复杂关系，为,TIMP-3,所独有；,而,TIMP-4,的表达则体现出组织器官特异性，具体机制还不清楚。,肿瘤细胞与其所依赖的细胞外间质之间相互作用，导致细胞外基质代谢平衡的失调，从而引发细胞的侵袭转移。细胞外基质代谢主要涉及到基质有效成分的生成与降解，在肿瘤的侵袭转移中这一代谢的失衡表现为对细胞外基质有效成分降解的,增强,。尽管胞外基质成分复杂，且涉及的降解酶种类较多，但人们发现,MMPs,在对胞外基质有效成分降解的过程中起着,关键,的作用。越来越多的研究表明，恶性表型和侵袭转移表型的细胞均,高,表达,MMPs,水平。,在形成细胞外基质的两大部分,(,即基底膜和间质,),中，基底膜构成一道阻滞屏障，该屏障以基膜胶原即,IV,型胶原为主要成分，故对其降解成为细胞侵袭与转移的关键步骤，,IV,型胶原酶,(MMP-2,，,MMP-9),因此被研究得最多。不同种类的肿瘤，特别是乳腺癌其恶性程度与,MMP-2,、,MMP-9,过多表达有正相关。同时有些研究还发现，,MMP-2,、,MMP-9,与,TIMPs,特别是,TIMP-1,-2,相互作用的结果与肿瘤细胞侵袭与转移有相关性，,MMP-2/TIMP-2,比值甚至作为一些肿瘤恶性程度及预后判断的一项指标。,在,MMPs,超家族其他成员及,TIMPs,与肿瘤的侵袭转移的研究中，发现有些,MMP,可表现与恶性表型和侵袭转移表型相关的高表达水平，而有些,MMP,的表达则与此无相关性，有的甚至检测不到表达，呈现典型的不均一性，而且也呈现功能上的差异。,对,TIMPs,的研究也显示类似的结果。一般认为，,TIMPs,天然抑制,MMPs,，在某些条件下却表现出调节,MMPs,活性，这是通过与后者的类血红素结合区作用而实现的，在有些情形下更表现出促肿瘤进程，如,Baker,等发现，低浓度的,TIMPs,启动,MMP-2,活化，,TIMP-1,等不能抑制,MT1-MMP,；,TIMP-1,-2,发挥类似生长因子的作用，,TIMP-3,在肿瘤细胞循环周期中发挥特有的诱导细胞凋亡的作用，,TIMP-4,既能抑制肿瘤侵袭也能抑制肿瘤转移，其在心脏中的高表达也许说明了有些器官组织很少恶性变的部分机理。,综上所述，,MMPs,及,TIMPs,与肿瘤侵袭转移的关系十分复杂，从理论上讲二者间动态平衡的改变是肿瘤侵袭转移成功的,关键,因素。高表达,MMPs,水平和相对低表达,TIMPs,水平在很多恶性表型和侵袭转移表型肿瘤的研究中得到了证实。但在对有些肿瘤的研究中，这一现象却得不到验证，尤其是,TIMPs,的作用更加复杂，往往表现相悖的结果。所以对不同的肿瘤表型要作具体的相关分析。,抑癌基因与肿瘤转移,肿瘤转移是一个由多种基因参与的过程。在此过程中，一方面是许多正常的细胞基因过度表达，如,IV,型胶原蛋白酶，识别细胞外基质的某些整合蛋白、转基因子及其受体、各种生长因子及其受体如,bFGF,等，从而使得细胞更具粘附性、浸润性、运动性及繁殖能力；另一方面是一些抑癌基因和转移抑制基因的丢失和失活。,作为,抑癌基因,通常必须满足以下两个,条件,：,该基因在与肿瘤相应的正常组织中表达，但在该肿瘤中则存在缺陷，如在直肠癌中，,DCC,、,p53,、,RB,、,NF1,、,APC/MCC,等抑癌基因出现等位基因丢失；,如果导入该基因，则肿瘤生长受抑或部分受抑。,到目前为止，已发现有多种抑癌基因，大致可分为以下几类：,A.,跨膜受体类，如,DCC,基因；,B.,胞质调节因子或结构蛋白类，如,PTEN,、,NF2,；,C.,转录因子和转录调节因子类，如,VHL,、,p53,；,D.,细胞周期因子类，如,p16,、,p15,、,p21,；,E.DNA,损伤修复因子类，如,MLH,、,ATM,等；,F.,其它类。,细胞粘附能力下降是肿瘤转移的因素之一。正常细胞表面存在多种介导细胞之间、细胞与细胞外基质,(ECM),之间粘附的分子，如神经细胞黏附分子,(NCAM),、,E-,钙黏着蛋白,(E-cadherin),、选凝素，细胞通过其粘附分子的胞外部分和,ECM,发生粘附、识别，然后通过粘附分子的胞内部分与骨架蛋白,(,、,连环蛋白,catenin,、黏着斑蛋白,vinculin,、根蛋白,radixin,等,),相连，从而将细胞外信号转入胞内，调节细胞生长。因此，上述过程任一环节的缺失将使细胞粘附能力下降，促使肿瘤的发生与转移。目前已发现有多种抑癌基因编码的蛋白与细胞粘附有关，它们的失活将使细胞的转移潜能增加。,下面以与细胞粘附有关的几个抑癌基因为例，简要说明它们与肿瘤转移的关系。,(1),DCC,基因,该基因含有,1.4Mbp,和,29,个外显子，其表达产物为,190kD,的跨膜磷蛋白，膜外有,1100,个氨基酸，膜内有,324,个氨基酸。值得注意的是,DCC,的氨基酸序列与,NCAM,及其它相关的细胞表面糖蛋白具有同源性，这提示,DCC,功能的丢失可能导致细胞间接触、粘附能力下降，从而提高癌细胞的转移能力。,(2),NF2,基因,该基因位于染色体,22q12,，其编码产物,merlin,为,66kD,的细胞骨架相关蛋白，与其它骨架相关蛋白具有同源性，介导细胞骨架蛋白与细胞膜连接，参与细胞骨架信号传导调节及细胞间接触，提示,NF2,与肿瘤转移有关。,实验发现,22qLOH,与淋巴结转移有关。,(3),PTEN,基因,该基因为新发现的抑癌基因，位于,10q23.3,，转录产物为,515kb mRNA,。其蛋白产物含有一酪蛋白磷酸酶的功能区和约,175,个氨基酸左右的与骨架蛋白,tenasin,、,auxilin,同源的区域。,PTEN,可能通过去磷酸化参与细胞调控。磷酸化和去磷酸化是调节细胞活动的重要方式，许多癌基因的产物都是通过磷酸化而刺激细胞生长。因此，,PTEN,可能与酪氨酸激酶竞争共同的底物，在肿瘤的发生、发展中起重要作用。,细胞间黏附分子,-1,与胃癌侵袭转移的关系,细胞间黏附分子,-1,（,ICAM-1,）是体内重要的免疫活性分子，参与机体免疫过程，尤其是在炎症、肿瘤的发生发展中起着极为重要的作用。,ICAM-1,通过与其相应,配体,的结合，介导肿瘤细胞与不同细胞、基质的黏附，最终使瘤细胞逃避免疫监视，利于侵袭转移。,我们说，肿瘤的转移是指瘤细胞脱离原发瘤，随淋巴、血流、腔道到达靶组织并生长增生形成继发瘤的过程。,在这一阶梯过程中，肿瘤细胞通过,黏附分子,与宿主不同细胞以及细胞外基质、基底膜相互接触黏附，使瘤细胞延长生存、免于吞噬、利于侵袭。,ICAM-1,是由,19,号染色体基因编码的一种单链跨膜糖蛋白，属黏附分子免疫球蛋白超家族（,IgSF,）成员之一。具有,5,段细胞外免疫球蛋白样位点以及一个较短的胞质尾巴结构，其分子量为,76000-114000KD,，可随分布细胞种类的不同而有差异，这种差异主要由该分子的,糖基化程度,不同造成。,正常情况下，体内某些细胞，如非活化的血管内皮细胞、淋巴细胞、胸腺上皮细胞、成纤维细胞及甲状腺上皮细胞均有,低水平,的基础表达。,多种细胞因子如,IL-1,、,IFN-,、,TNF-,及内毒素等可,上调,其表达。,ICAM-1,在体内有两种,形式,：,一种为膜型，结构上分成胞外区、跨膜区、胞质区；,另一种是可溶型,(sICAM-1),，存在于血循环中。,ICAM-1,的,天然配体,为,淋巴细胞功能相关抗原,-1,(LFA-1,，,CD11a/CD18),及,巨噬细胞相关复合体,(Mac-1,，,CD11b/CD18),，两者是整合素家族成员，分别表达在白细胞及吞噬细胞、大颗粒淋巴细胞表面。,有人报道,ICAM-1,亦是鼻病毒的受体分子。,ICAM-1/LFA-1,黏附途径是细胞间相互作用和传达信息的一个关键途径。生理状态下，这种黏附与,T,、,B,细胞的激活，抗原递呈细胞功能的调节及白细胞的移动、淋巴细胞再循环有关。,sICAM-1,亦具有与,LFA-1,结合能力，并被认为是膜型,ICAM-1,的,竞争抑制剂,。一方面能发挥与膜型,ICAM-1,相似的信号刺激效应，另一方面能减弱淋巴细胞对表达膜型分子的靶细胞的黏附，在生理及病理过程中发挥效应。,具有淋巴结高转移力的胃癌细胞林可能是通过,低,表达,ICAM-1,，减弱了,LFA-1,介导的效应细胞的黏附，从而逃避免疫监视，利于转移。,Yasuda,等研究发现，开始阶段瘤细胞同时,高,表达,ICAM-1,及,1,整合素,，当后者与相应细胞外基质或特异性抗体结合后，瘤细胞对,ICAM-1,的表达显著,下调,，而培养基中,sICAM-1,的浓度明显升高。,进一步实验发现这一改变是因为,1,整合素在完成与基质如纤维连结蛋白、层连蛋白、,I,型胶原结合后，通过酪氨酸激酶信号传导途径的介导阻止了瘤细胞对,ICAM-1,进一步表达。,该种酪氨酸激酶位于细胞质中，被称为非受体型局部黏附激酶,(focal adhesion kinase,FAK,),，,FAK,在整合素参与下可自身磷酸化，所产生的磷酸化位点能与含,SH2,结构域,(Src,同源序列,2,，能专一地与磷酸酪氨酸的结构模块结合,),的胞内蛋白结合，从而将由整合素促发的多种信号连接起来，在细胞黏附运动中发挥作用。由于肿瘤细胞表面,ICAM-1,表达的下降，从而逃避了淋巴细胞的黏附、杀伤。,由此推测，同一瘤细胞在迁移黏附的不同阶段，在周围组织不同细胞、基质接触刺激下表达,不同,黏附分子，并且相互调节，各司其职。,在某一阶段，肿瘤细胞高表达,ICAM-1,，通过,ICAM-1/LFA-1,与浸润淋巴细胞结合，从而随着淋巴细胞的迁移脱离母瘤进入血循环，并在穿越血管时免受伤害，易于在毛细血管内或淋巴窦滞留和坐床，形成转移灶。,当肿瘤细胞受到细胞外基质刺激时，又通过表达,1,整合素等黏附分子与相应基质结合，激活酪氨酸激酶通路，进而改变基因的表达及其相应产物的修饰，使膜型,ICAM-1,的表达下降，而,sICAM-1,的分泌增加，并竞争性抑制,ICAM-1/LFA-1,途径，使淋巴细胞不能黏附于瘤细胞表面，中断了激活静止淋巴细胞所必需的信号，从而使瘤细胞避免了细胞毒效应。,随着肿瘤的生长，脱落于肿瘤细胞的,sICAM-1,不断进入周围组织和血液循环，形成一个保护肿瘤免遭机体免疫系统攻击的防御环境，最终导致病情恶化和不良预后。,总之，,ICAM-1/sICAM-1,是,IgSF,中的一员，在胃癌侵袭转移的不同阶段，癌细胞各有其相应的表达水平。目的在于介导与不同细胞、基质的黏附，最终使癌细胞逃避免疫监视，完成侵袭转移。,血管抑素及其抑瘤作用的研究进展,血管抑素,(angiostatin),最初是从荷瘤小鼠血清及尿液中分离得到的一种蛋白质，分子量为,38ku,，它与纤溶酶原的一段内部片段一致，包括纤溶酶原连续,5,个,Kringle,结构中的前,4,个。体外试验表明，这种蛋白质具有抑制内皮细胞增殖活性。在体内，它能抑制包括小鼠,Lewis,肺癌在内的多种肿瘤的生长和转移。,1994,年，哈佛医学院的,Folkman,实验室在,Cell,杂志上报道了一种新的能够抑制血管生长的因子,Angiostatin,，随后又发现了,Endostatin,。小鼠实验表明，这两种蛋白能有效地抑制血管生成和癌症的继续，成为目前较为看好的两种抑癌新药。美国,FDA,已经批准,Folkman,开始这两种药物的人体实验。,肿瘤的生长依赖于血管的生成。,体积在,12mm,3,以下的瘤体可通过渗透作用从周围组织中获得营养，维持自身的生存，但它的进一步生长则要依赖形成新生血管以获得充分的营养供应。,血管生成不仅为肿瘤提供了生长所必需的营养，同时也为肿瘤细胞扩散提供了重要的途径。,临床观察中人们发现了肿瘤团块本身可以抑制肿瘤生长的现象，有一些癌症，如乳腺癌、结肠癌、骨肉瘤，切除病灶后可促使其转移，加重患者病情；,在一些晚期癌症患者身上还可发现原发灶对继发灶的抑制现象；,一种肿瘤可以抑制另一种肿瘤的转移，如乳腺癌能抑制黑色素瘤的转移；,另外，还发现黑色素瘤原发灶的自行退化可引起快速转移；原发灶部分切除后，促进残余病灶的快速生长等。在动物实验中能更确切地观察到上述现象。,人们试图从免疫、营养、活性因子的产生及手术中肿癌细胞的逃逸等诸多方面对这一现象进行分析，然而都没有能从分子机制上对其作出令人信服的解释。,OReilly,等人大胆地提出了一种假设：原发灶刺激自身血管生成的同时能抑制其转移灶及其他次发灶的血管生成。,亦即在原发灶部位，产生的,促血管生成因子,的量超过其产生的,抑制血管生成因子,的量，从而刺激自身血管生成；而这种抑制血管生成因子的循环系统中有很长的半衰期，可通过循环到达转移灶及后生灶。促血管生成因子则不能完成上述过程，从而使转移灶及后生灶处抑制血管生成因子的量超过促血管生成因子的量，抑制转移灶血管生成，阻断其血液供应，进而限制其生长。,根据这一假说，他们以小鼠为实验对象，用,Lewis,肺癌细胞接种小鼠，不但发现原发灶具抑制肿瘤转移的作用，还发现小鼠血清及尿也具这种作用。随后又在小鼠血清及尿中提纯到一种能特异地抑制内皮细胞增殖的物质，进一步的实验证明，正是这种物质通过对内皮细胞增殖的抑制作用，从而抑制了血管生成，进而抑制了转移灶及次发灶的生长。这是一种分子量为,38ku,的蛋白质，根据其生物学活性命名为,血管抑素,(angiostatin),。,体外实验表明，血管抑素对血管生成的,关键步骤,(,内皮细胞增殖、移行、管路的形成,),具抑制作用。然而对此过程的生物化学机制及其在体内抑制血管生成的过程不十分清楚，但它们可能与内皮细胞存在的特异,受体,有关。,Moser,等认为，血管抑素抑制内皮细胞移行及增殖机制是由于它与内皮细胞表面,ATP,合成酶的,-,、,-,亚基结合，这种结合能影响内皮细胞增殖和移行。,Luo,等认为血管抑素能提高内皮细胞中,E-,选择蛋白,(E-selectin),的表达。,E-,选择蛋白是一种特异的由内皮细胞表达的蛋白质，在炎症部位参与白细胞旋转运动并具有促进血管生成作用，在非炎症部位内皮细胞只有处在,G2/M,时相才表达,E-,选择蛋白。但研究发现血管抑素并不使细胞周期停止在,G2/M,时相。现在还无法解释这一看似矛盾的现象，血管抑素与,E-,选择蛋白表达之间的关系也有待进一步阐明。,血管抑素的,生成,与肿瘤的存在有关，在后者的参与下产生使纤溶酶原转变为血管抑素的有关酶类，肿瘤细胞也可能直接产生血管抑素。,不同类型的瘤细胞可能并不以同样的方式产生血管抑素。,除血管抑素以外，瘤细胞也产生其他血管生成抑制剂，如内皮抑素,(endostatin),。,血管抑素的发现，揭示了肿瘤原发灶之所以能够抑制转移灶生长的原因，同时人们对用它来治疗肿瘤也寄予了很大的希望。,有关实验已充分证实，血管抑素能够通过抑制血管生成而有效抑制肿瘤的生长和转移，这为肿瘤治疗提供了一条全新的途径，特别是利用血管抑素治疗肿瘤不存在抗药性和毒副作用等问题。,血管抑素是人体内源蛋白纤溶酶原的一个组成部分，机体不会对其产生免疫反应。,血管抑素作用的靶细胞是内皮细胞，它不具有肿瘤细胞那种高度不稳定性，因此不易对血管抑素产生抗药性。,内皮细胞的寿命很长，而且肿瘤血管内皮细胞增殖速度较正常组织血管内皮细胞增殖速度高,50,倍，因此对于肿瘤患者来说，在一定时间内使用血管抑素，并不会对正常组织内的血管造成明显影响。,虽然血管抑素在体外试验和动物体内试验已表现出了明显的抑制内皮细胞增殖活性和抑制肿瘤生长及转移功能，然而其是否能够在人体内有效地遏制肿瘤尚需通过临床试验进一步校验证实。,总之，血管抑素完全有