外基質(zhì)和腫瘤細胞侵蝕課件

外基質(zhì)(ECM)和腫瘤細胞侵蝕臨五九班2201150910甘杏方

糖胺聚糖

凝膠樣基質(zhì)蛋白聚糖細胞外基質(zhì)膠原，彈性蛋白（結(jié)構(gòu)作用）纖維網(wǎng)架纖連蛋白，層粘連蛋白（黏著作用）

糖胺聚糖：由重復的二糖單位構(gòu)成的直鏈多糖，其二糖單位為氨基己糖和多糖醛酸，因糖殘基上常帶有硫酸基團或羧基，所以帶有大量負電荷。糖胺聚糖可分為六種：1,透明質(zhì)酸（HA）；2,硫酸軟骨素（CS);3,硫酸皮膚素（DS);4,硫酸乙酰肝素（HS）；5,肝素（heparin）；6,硫酸角質(zhì)素（KS）透明質(zhì)酸結(jié)構(gòu)最簡單，也是一種重要的糖胺聚糖，在胚胎發(fā)育早期和組織創(chuàng)傷修復時，細胞大量分泌透明質(zhì)酸，促進細胞遷移和增殖。任務完成后，可被透明質(zhì)酸酶降解。

蛋白聚糖：是由糖胺聚糖（除透明脂酸外）與核心蛋白共價結(jié)合形成的高分子量復合物，是一種含糖量極高的糖蛋白。

糖胺聚糖的變化和蛋白聚糖分子的異常表達對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移有著重要意義。在一些腫瘤組織中，如間質(zhì)瘤、乳腺癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞合成分泌透明質(zhì)酸和硫酸軟骨素增多，透明質(zhì)酸形成的含水凝膠有利于細胞的增殖和遷移，并抑制細胞分化；硫酸軟骨素可促進乳腺癌、艾氏腹水癌的生長。載人肝癌、小鼠骨髓瘤、自發(fā)性乳腺癌中，均有硫酸乙酰肝素硫酸化程度降低現(xiàn)象，為腫瘤細胞的增值、脫落、侵襲、轉(zhuǎn)移提供了條件。

ECM中起黏著作用的纖維網(wǎng)架有纖連蛋白和層粘連蛋白。纖連蛋白與細胞的形狀、黏著、遷移、增值、分化以及創(chuàng)傷修復、腫瘤轉(zhuǎn)移等均有密切關(guān)系。由于惡性腫瘤細胞表面的纖連蛋白受體異常，細胞黏著能力下降，使細胞容易分散和轉(zhuǎn)移。層粘連蛋白是基膜的主要組分，其分子上有被多種腫瘤細胞表面層粘連蛋白受體識別與結(jié)合的RGD三肽序列，石細胞黏附固定在基膜上，促使細胞的生長及鋪展保持一定形態(tài)。層粘連蛋白具有促進腫瘤細胞生長和轉(zhuǎn)移的作用。Liotta提出腫瘤細胞浸潤轉(zhuǎn)移三步法：

一：腫瘤細胞之間的解黏附和腫瘤細胞與ECM之間的黏附；二：ECM的降解：腫瘤細胞和宿主細胞分泌的蛋白水解酶，使腫瘤細胞周圍的ECM發(fā)生降解；三：運動：腫瘤細胞被生長因子及趨化因子誘導，向縱深運動。此過程反復連續(xù)進行，宏觀結(jié)果即表現(xiàn)為腫瘤細胞向外擴散、侵襲。腫瘤細胞之間的解黏附和腫瘤細胞與ECM之間的黏附：

細胞黏附與轉(zhuǎn)移：癌細胞與癌細胞之間的黏附力較正常組織低，癌細胞從母瘤中分離脫落，必然是癌細胞與癌細胞之間黏附力下降。其原因有：1、癌細胞表面負電荷密度增高，增加細胞之間的靜電排斥力，這種排斥力可能使腫瘤細胞易于在腫瘤組織中脫落成游離狀態(tài)。2、更重要的原因是，從分子角度分析，癌細胞間存在一組調(diào)控細胞與細胞之間的黏附作用分子——鈣粘連素（cadherin）家族分子，腫瘤細胞黏附分子（cellabhesionmolecule,CAM）的表達下降，這使癌細胞的黏附力降低，使癌細胞從原發(fā)瘤分離脫落。3、細胞間隙壓力增加，可能促使癌細胞從原發(fā)瘤分離脫落。

第一步

腫瘤細胞在侵襲和轉(zhuǎn)移過程中必需穿透一系列天然組織屏障—基底膜和細胞外基質(zhì)。合成及分泌大量基質(zhì)降解酶，降解細胞外基質(zhì)是腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移的重要步驟。目前所知與腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移有關(guān)的基質(zhì)降解酶有兩大類：蛋白酶類和糖苷酶類，前者主要降解細胞外基質(zhì)中的蛋白成分，如Ⅳ型膠原、層粘連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鏈。第二步1蛋白酶類現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的與惡性腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白酶類有四種：(1)絲氨酸蛋白酶(如纖溶酶原激活劑、纖溶酶)；(2)半胱氨酸蛋白酶(如組織蛋白酶B、G、H)；(3)天冬氨酸蛋白酶(如組織蛋白酶D)；(4)金屬蛋白酶(如膠原酶等)。其中最重要的是尿激酶型纖溶酶原激活劑、Ⅳ型膠原酶、組織蛋白酶B。1.1纖溶酶原激活劑纖溶酶原激活劑(Plasminogenactivator,PA)有兩種：組織型纖溶酶原激活劑(tPA)和尿激酶型纖溶酶原激活劑(uPA)，二者在基因定位、分子結(jié)構(gòu)和功能等方面均有差異，tPA主要在血管內(nèi)生理性溶栓中起作第二步用；而uPA則主要介導細胞外基質(zhì)的降解，參與組織改造和細胞遷移。許多研究已證實uPA在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程中起重要作用。uPA是由二硫鍵相連的30KD和24KD兩個亞基組成的蛋白酶，以無活性的尿激酶原形式分泌的。腫瘤細胞分泌的尿激酶原與細胞表面的uPA受體（uPAR)專一性結(jié)合后，由血清中的纖溶酶或腫瘤細胞分泌的組織蛋白酶B、L激活為uPA，uPA又激活結(jié)合于細胞表面的纖溶酶原，使之轉(zhuǎn)化為纖溶酶，纖溶酶即可降解ECM中的非膠原成份，如層粘蛋白(LN)、纖連蛋白(FN)、蛋白聚糖(PG)，同時，纖溶酶還能激活Ⅳ型膠原酶原，使之降解基底膜的主要成分—Ⅳ型膠原網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

第二步

在胃癌的血管生成過程中，uPA扮演著關(guān)鍵作用，它能降解血管基底膜，在血管生成的早階段促進內(nèi)皮細胞的遷移，從而為腫瘤細胞的血道轉(zhuǎn)移和腫瘤的新生血管形成提供條件。Tanaka等通過對比胃癌、結(jié)腸癌的癌中心、癌邊緣及相應正常組織發(fā)現(xiàn)，uPA的活性逐漸降低，并且以癌中心部位水平最高，uPA也許是一種惡性進行性的指標。Okusa等通過對比胃癌的uPA活性與腫瘤浸潤深度和轉(zhuǎn)移的關(guān)系得出：腫瘤浸潤程度和深度的增加與uPA活性的增加一致。uPA和消化系統(tǒng)腫瘤胃癌

uPA的活性程度的高低與腫瘤的病理分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分化程度等因素相關(guān)，隨著腫瘤浸潤深度的增加和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的出現(xiàn)，uPA在癌組織中表達的陽性率明顯增高，其差異具有顯著性，而與年齡、性別等因素無關(guān)，這說明腫瘤浸潤程度和深度的增加與uPA活性的增加是一致的。有學者認為，PAI-1在腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移中與uPA、uPAR有協(xié)同和調(diào)節(jié)作用。一些實驗提示，采用uPA拮抗劑及血管生成抑制劑可能會對腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移起到抑制作用。PAI通過兩個方面來調(diào)uPA的作用：一是抑制uPA活性，二是降低細胞表面uPA的水平。均以無活性的酶原形式分泌，可被纖溶酶、胰酶等激活，于近Ⅳ型膠原分子羧基端1/4處將Ⅳ型膠原分解為1/4和3/4兩個片段。Ⅳ型膠原是癌侵襲的天然屏障-基底膜的主要成分，Ⅳ型膠原酶能降解之，故參與癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。大量研究表明，Ⅳ型膠原酶在多種惡性腫瘤組織、培養(yǎng)的腫瘤細胞及癌基因轉(zhuǎn)化細胞中活性增強，體內(nèi)、外侵襲實驗均證實腫瘤細胞的高侵襲能力與Ⅳ型膠原酶的活性增強有關(guān)，對其在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移中的作用正日益受到重視，被認為可能是該過程中主要蛋白水解酶。Schwartz等測得以人結(jié)腸癌細胞系LS174T經(jīng)裸鼠原位異植篩選出的高肝轉(zhuǎn)移潛能的細胞系LSLIM6培養(yǎng)液中Ⅳ型膠原酶的活性高于LS174T細胞。Levy等研究發(fā)現(xiàn)人結(jié)腸癌細胞72KDⅣ型膠原酶mRNA表達隨癌Dukes分期的進展而增加，并提出該酶可作為預測結(jié)腸癌侵襲、轉(zhuǎn)移的重要標記。第二步

腫瘤細胞也能分泌抑制金屬蛋白酶活性的抑制物-金屬蛋白酶組織抑制物(TIMP)。已從成纖維細胞和腫瘤細胞分離、克隆出TIMP-1，TIMP-2，并已分別從雞胚纖維母細胞和鼠纖維母細胞中分離出chTIMP-3和mTIMP-3。研究顯示TIMP-1、TIMP-2的表達與腫癌的侵襲、轉(zhuǎn)移呈負相關(guān)。Khokha等報道以反義TIMPRNA轉(zhuǎn)染誘導3T3成纖維細胞TIMP表達的減少，與細胞轉(zhuǎn)化成惡性及轉(zhuǎn)移性表型相關(guān)。Knokha還發(fā)現(xiàn)經(jīng)轉(zhuǎn)染使TIMP-1上調(diào)的B16-F10細胞在肺及雞絨毛膜尿囊內(nèi)的轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)小于未轉(zhuǎn)染的B16-F10對照組。Albini等證實TIMP-2可通過結(jié)合與抑制72KDa型Ⅳ型膠原酶活性而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。

第二步1.3組織蛋白酶

組織蛋白酶B(cathepsinB,CB)是一種酸性溶酶體巰基酶，能降解某些基質(zhì)蛋白如Ⅰ型膠原、層粘蛋白，蛋白聚糖，并能活化間質(zhì)膠原酶原和Ⅳ型膠原酶原，降解基質(zhì)中的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型膠原纖維，故參與腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移。

Maciewicz等用從結(jié)直腸癌中純化得到的CB可以對標本中正常基底膜產(chǎn)生消化作用。最近Campo等在結(jié)直腸腫瘤中發(fā)現(xiàn)腺瘤中CB表達與正常的結(jié)腸粘膜相似，但腺癌中CB表達顯著增加，并且觀察到CB的表達與結(jié)腸癌Ⅲ期和Ⅳ期的生存率顯著相關(guān)。第二步2糖苷酶

糖苷酶(glycosidase)能夠降解基底膜和間質(zhì)基質(zhì)中的糖蛋白(如LN、FN)及蛋白聚糖(如硫酸乙酰肝素，硫酸軟骨素)中的多糖鏈。腫瘤細胞可產(chǎn)生的與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的糖苷酶主要有β-葡萄糖醛酸苷酶和硫酸肝素酶。β-葡萄糖醛酸苷酶(β-glucuronidase,β-G)是一種酸性溶酶體酶，可水解糖蛋白和蛋白聚糖分子中的β-糖苷鍵，降解糖蛋白和蛋白聚糖，破壞基底膜而促進腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移。Nicolson等報道，高侵襲能力的鼠黑色素瘤細胞系分泌的β-G水平高于侵襲力較弱的鼠黑色素瘤細胞系，且該細胞系破壞基底膜的速度遠高于其它侵襲性鼠黑色素瘤細胞系。硫酸肝素酶能特異性地裂解基底膜硫酸肝素蛋白聚糖，故也參與惡性腫瘤細胞的浸潤與轉(zhuǎn)移。已經(jīng)證實，在轉(zhuǎn)第二步化的上皮細胞中硫酸乙酰肝素酶活性增加。Nicolson及其同事發(fā)現(xiàn)高轉(zhuǎn)移潛能的鼠黑色素瘤細胞釋放的硫酸乙酰肝素降解片段高于低轉(zhuǎn)移潛能的鼠黑色素瘤細胞。

總之，腫瘤細胞分泌大量基質(zhì)降解酶，降解細胞外基質(zhì)，是腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移的重要分子基礎(chǔ)。對腫瘤組織和細胞及在實驗動物身上的腫瘤移植實驗結(jié)果均顯示，腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移與基質(zhì)降解酶水平升高有關(guān)。對腫瘤相關(guān)基質(zhì)降解酶結(jié)構(gòu)和分子作用的研究不僅對理解人類腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移的分子機制有重要的意義，對臨床診斷惡性腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移也將有一定的指導意義。目前的研究結(jié)果也提示人們可通過阻斷基質(zhì)降解酶類的作用來抑制腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移，從而達到控制和治療腫瘤的目的。第二步

癌細胞的轉(zhuǎn)移從A部位遷移到B部位，癌細胞必須具有運動能力。癌細胞轉(zhuǎn)移遷徙的機制由運動因子啟動，運動因子與受體結(jié)合后，通過信息傳導而引發(fā)癌細胞的運動。癌細胞運動是癌細胞侵襲周圍組織及侵入和穿出血管所必需。脫落分離的癌細胞為什么還會運動？它是如何進行運動的？癌細胞本身具有阿米巴運動，早在1863年病理學Virchow就提出腫瘤細胞具有阿米巴運動，現(xiàn)已被許多研究證實。癌細胞運動是一個連續(xù)過程，癌細胞運動方式與白細胞相似，主要表現(xiàn)在偽足樣伸展。其運動過程，先形成偽足，并通過相應的基膜上有受體與之黏附，拉動該部分的胞體前移，隨后胞體收縮后細胞釋放黏附受體，使整個細胞移動。第三步

參考文獻

[1]參與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的細胞外基質(zhì)降解酶來源：青