外基质和肿瘤细胞侵蚀课件

外基质和肿瘤细胞侵蚀外基质和肿瘤细胞侵蚀外基质和肿瘤细胞侵蚀外基质和肿瘤细胞侵蚀1 糖胺聚糖 凝胶样基质 蛋白聚糖细胞外基质 胶原，弹性蛋白（结构作用）纤维网架 纤连蛋白，层粘连蛋白（黏着作用）2 糖胺聚糖：由重复的二糖单位构成的直链多糖，其二糖单位为氨基己糖和多糖醛酸，因糖残基上常带有硫酸基团或羧基，所以带有大量负电荷。糖胺聚糖可分为六种：1,透明质酸（HA）；2,硫酸软骨素（CS);3,硫酸皮肤素（DS);4,硫酸乙酰肝素（HS）；5,肝素（heparin）；6,硫酸角质素（KS）透明质酸结构最简单，也是一种重要的糖胺聚糖，在胚胎发育早期和组织创伤修复时，细胞大量分泌透明质酸，促进细胞迁移和增殖。任务完成后，可被透明质酸酶降解。糖胺聚糖：由重复的二糖单位构成的直链多糖，其二糖单位3 蛋白聚糖：是由糖胺聚糖（除透明脂酸外）与核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。糖胺聚糖的变化和蛋白聚糖分子的异常表达对肿瘤的发生、发展及转移有着重要意义。在一些肿瘤组织中，如间质瘤、乳腺癌、神经胶质瘤细胞合成分泌透明质酸和硫酸软骨素增多，透明质酸形成的含水凝胶有利于细胞的增殖和迁移，并抑制细胞分化；硫酸软骨素可促进乳腺癌、艾氏腹水癌的生长。载人肝癌、小鼠骨髓瘤、自发性乳腺癌中，均有硫酸乙酰肝素硫酸化程度降低现象，为肿瘤细胞的增值、脱落、侵袭、转移提供了条件。蛋白聚糖：是由糖胺聚糖（除透明脂酸外）与核心蛋白共价4 ECM中起黏着作用的纤维网架有纤连蛋白和层粘连蛋白。纤连蛋白与细胞的形状、黏着、迁移、增值、分化以及创伤修复、肿瘤转移等均有密切关系。由于恶性肿瘤细胞表面的纤连蛋白受体异常，细胞黏着能力下降，使细胞容易分散和转移。层粘连蛋白是基膜的主要组分，其分子上有被多种肿瘤细胞表面层粘连蛋白受体识别与结合的RGD三肽序列，石细胞黏附固定在基膜上，促使细胞的生长及铺展保持一定形态。层粘连蛋白具有促进肿瘤细胞生长和转移的作用。ECM中起黏着作用的纤维网架有纤连蛋白和层粘连蛋白。5 体外培养细胞实验证实，大多数细胞只有在一定的ECM上黏附并铺展，才能时细胞增殖周期运行，这种现象称之为贴壁依赖性生长。细胞的这种特性是由于细胞黏附在基质上时，可通过整联蛋白介导传递多种生存和增殖信号到细胞内，最终影响细胞增殖相关基因的表达。整联蛋白调节细胞增殖主要通过MAPK途径来实现。MAPK信号通路是真核细胞调节细胞增殖和凋亡的关键通路。肿瘤细胞的增殖丧失了贴壁依赖性，可以在悬浮状态下增殖，细胞容易分散和转移。MAPK 丝裂原激活的蛋白激酶 体外培养细胞实验证实，大多数细胞只有在一定的ECM上6Liotta提出肿瘤细胞浸润转移三步法：一：肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与ECM之间的黏附；二：ECM的降解：肿瘤细胞和宿主细胞分泌的蛋白水解酶，使肿瘤细胞周围的ECM发生降解；三：运动：肿瘤细胞被生长因子及趋化因子诱导，向纵深运动。此过程反复连续进行，宏观结果即表现为肿瘤细胞向外扩散、侵袭。Liotta提出肿瘤细胞浸润转移三步法：7肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与ECM之间的黏附：细胞黏附与转移：癌细胞与癌细胞之间的黏附力较正常组织低，癌细胞从母瘤中分离脱落，必然是癌细胞与癌细胞之间黏附力下降。其原因有：1、癌细胞表面负电荷密度增高，增加细胞之间的静电排斥力，这种排斥力可能使肿瘤细胞易于在肿瘤组织中脱落成游离状态。2、更重要的原因是，从分子角度分析，癌细胞间存在一组调控细胞与细胞之间的黏附作用分子钙粘连素（cadherin）家族分子，肿瘤细胞黏附分子（cell abhesion molecule,CAM）的表达下降，这使癌细胞的黏附力降低，使癌细胞从原发瘤分离脱落。3、细胞间隙压力增加，可能促使癌细胞从原发瘤分离脱落。第一步肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与ECM之间的黏附：第一步8 因此，癌细胞从母瘤分离脱落是癌细胞转移的关键，若无癌细胞从母瘤脱落，则无转移之可能。癌细胞为什么要分离脱落，究竟是细胞膜问题还是细胞核问题？如何能设法使之不分离脱落？有待于进一步从分子水平、基因水平去研究、探索。从母瘤分离脱落的癌细胞首先要与细胞基质黏附。细胞与细胞外基质（ECM）间的相互作用，在肿瘤侵袭过程中发挥重要作用。在上皮细胞及内皮细胞下细胞外基质形成基底膜（BM），在降解、穿过ECM之前，癌细胞必须先与之发生接触。第一步 因此，癌细胞从母瘤分离脱落是癌细胞转移的关键，若无癌9 肿瘤细胞在侵袭和转移过程中必需穿透一系列天然组织屏障基底膜和细胞外基质。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。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。第二步 肿瘤细胞在侵袭和转移过程中必需穿透一系列天然组织屏障101 1蛋白酶类蛋白酶类现已发现的与恶性肿瘤侵袭和转移相关的蛋白酶类有四种：(1)丝氨酸蛋白酶(如纤溶酶原激活剂、纤溶酶)；(2)半胱氨酸蛋白酶(如组织蛋白酶B、G、H)；(3)天冬氨酸蛋白酶(如组织蛋白酶D)；(4)金属蛋白酶(如胶原酶等)。其中最重要的是尿激酶型纤溶酶原激活剂、型胶原酶、组织蛋白酶B。1.11.1纤溶酶原激活剂纤溶酶原激活剂纤溶酶原激活剂(Plasminogen activator,PA)有两种：组织型纤溶酶原激活剂(tPA)和尿激酶型纤溶酶原激活剂(uPA)，二者在基因定位、分子结构和功能等方面均有差异，tPA主要在血管内生理性溶栓中起作第二步1蛋白酶类第二步11用；而uPA则主要介导细胞外基质的降解，参与组织改造和细胞迁移。许多研究已证实uPA在肿瘤侵袭和转移过程中起重要作用。uPA是由二硫键相连的30KD和24KD两个亚基组成的蛋白酶，以无活性的尿激酶原形式分泌的。肿瘤细胞分泌的尿激酶原与细胞表面的uPA受体（uPAR)专一性结合后，由血清中的纤溶酶或肿瘤细胞分泌的组织蛋白酶B、L激活为uPA，uPA又激活结合于细胞表面的纤溶酶原，使之转化为纤溶酶，纤溶酶即可降解ECM中的非胶原成份，如层粘蛋白(LN)、纤连蛋白(FN)、蛋白聚糖(PG)，同时，纤溶酶还能激活型胶原酶原，使之降解基底膜的主要成分型胶原网状结构。第二步用；而uPA则主要介导细胞外基质的降解，参与组织改造和细胞迁12 大量的研究结果表明，uPA在很多恶性肿瘤组织如肺癌、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌、骨巨细胞瘤、黑色素瘤及培养的肿瘤细胞中含量增加，且在侵袭和转移性肿瘤组织中含量更高。经体外肿瘤侵袭实验研究发现人黑色素瘤细胞的侵袭性与其分泌uPA水平的升高有关。Ossowski等观察到抗uPA抗体能阻断人类肝癌HEP3细胞由鸡胚绒毛膜向鸡胚肺的转移。Quax考察了5个黑色素瘤细胞素皮下接种于裸鼠后，发现都能发展成为原发肿瘤，但仅表达uPA的细胞才显示出自发的形成肺转移集落的能力，若静脉注射时，则能形成肺转移集落，提示uPA在黑色素瘤转移的早期起着重要的作用。肿瘤细胞还可产生抑制uPA活性的纤溶酶原激活剂抑制物(PAI)，uPA的活性取决于二者相互作用的结果。研究者相继报道PAI对癌细胞的侵袭和转移起负调作用。已发现的PAI-1、PAI-2属于Serpin蛋白超家族成员，PAI-3为nexin蛋白酶。第二步 大量的研究结果表明，uPA在很多恶性肿瘤组织如肺癌、13 在胃癌的血管生成过程中，uPA扮演着关键作用，它能降解血管基底膜，在血管生成的早阶段促进内皮细胞的迁移，从而为肿瘤细胞的血道转移和肿瘤的新生血管形成提供条件。Tanaka等通过对比胃癌、结肠癌的癌中心、癌边缘及相应正常组织发现，uPA的活性逐渐降低，并且以癌中心部位水平最高，uPA也许是一种恶性进行性的指标。Okusa等通过对比胃癌的uPA活性与肿瘤浸润深度和转移的关系得出：肿瘤浸润程度和深度的增加与uPA活性的增加一致。uPA和消化系统肿瘤胃癌 在胃癌的血管生成过程中，uPA扮演着关键作用，它能降14 uPA的活性程度的高低与肿瘤的病理分期、淋巴结转移、分化程度等因素相关，随着肿瘤浸润深度的增加和淋巴结转移的出现，uPA在癌组织中表达的阳性率明显增高，其差异具有显著性，而与年龄、性别等因素无关，这说明肿瘤浸润程度和深度的增加与uPA活性的增加是一致的。有学者认为，PAI-1在肿瘤浸润转移中与uPA、uPAR有协同和调节作用。一些实验提示，采用uPA拮抗剂及血管生成抑制剂可能会对肿瘤的浸润和转移起到抑制作用。PAI通过两个方面来调uPA的作用：一是抑制uPA活性，二是降低细胞表面uPA的水平。uPA的活性程度的高低与肿瘤的病理分期、淋巴结转移、151.21.2金属蛋白酶类金属蛋白酶类金属蛋白酶类(metalloproteinase)是一类需锌、铜等金属离子作辅基的蛋白酶，包括间质胶原酶(、型胶原酶)、型胶原酶及基质溶解蛋白(S-1、S-2、S-3)。间质胶原酶主要降解、型胶原，基质溶解蛋白主要降解蛋白聚糖核心蛋白、LN、FN和胶原蛋白的非螺旋部分，它们的表达在人胃癌和结肠癌中占优势，S-3与人乳腺癌的进展有关。型胶原酶能降解基底膜型胶原，此外还可降解胶原、IX、X及纤连蛋白、弹性蛋白，并具明胶溶解作用。目前已知型胶原酶有两种：72KD型和92KD型型胶原酶。二者为不同基因所编码，第二步1.2金属蛋白酶类第二步16均以无活性的酶原形式分泌，可被纤溶酶、胰酶等激活，于近型胶原分子羧基端1/4处将型胶原分解为1/4和3/4两个片段。型胶原是癌侵袭的天然屏障-基底膜的主要成分，型胶原酶能降解之，故参与癌的侵袭与转移。大量研究表明，型胶原酶在多种恶性肿瘤组织、培养的肿瘤细胞及癌基因转化细胞中活性增强，体内、外侵袭实验均证实肿瘤细胞的高侵袭能力与型胶原酶的活性增强有关，对其在肿瘤侵袭、转移中的作用正日益受到重视，被认为可能是该过程中主要蛋白水解酶。Schwartz等测得以人结肠癌细胞系LS174T经裸鼠原位异植筛选出的高肝转移潜能的细胞系LSLIM6培养液中型胶原酶的活性高于LS174T细胞。Levy等研究发现人结肠癌细胞72KD型胶原酶mRNA表达随癌Dukes分期的进展而增加，并提出该酶可作为预测结肠癌侵袭、转移的重要标记。第二步均以无活性的酶原形式分泌，可被纤溶酶、胰酶等激活，于近型胶17肿瘤细胞也能分泌抑制金属蛋白酶活性的抑制物-金属蛋白酶组织抑制物(TIMP)。已从成纤维细胞和肿瘤细胞分离、克隆出TIMP-1，TIMP-2，并已分别从鸡胚纤维母细胞和鼠纤维母细胞中分离出chTIMP-3和mTIMP-3。研究显示TIMP-1、TIMP-2的表达与肿癌的侵袭、转移呈负相关。Khokha等报道以反义TIMPRNA转染诱导3T3成纤维细胞TIMP表达的减少，与细胞转化成恶性及转移性表型相关。Knokha还发现经转染使TIMP-1上调的B16-F10细胞在肺及鸡绒毛膜尿囊内的转移结节小于未转染的B16-F10对照组。Albini等证实TIMP-2可通过结合与抑制72KDa型型胶原酶活性而抑制肿瘤转移。第二步肿瘤细胞也能分泌抑制金属蛋白酶活性的抑制物-金属蛋白酶组织181.31.3组织蛋白酶组织蛋白酶 组织蛋白酶B(cathepsin B,CB)是一种酸性溶酶体巯基酶，能降解某些基质蛋白如型胶原、层粘蛋白，蛋白聚糖，并能活化间质胶原酶原和型胶原酶原，降解基质中的型、型、型和型胶原纤维，故参与肿瘤侵袭与转移。Maciewicz等用从结直肠癌中纯化得到的CB可以对标本中正常基底膜产生消化作用。最近Campo等在结直肠肿瘤中发现腺瘤中CB表达与正常的结肠粘膜相似，但腺癌中CB表达显著增加，并且观察到CB的表达与结肠癌期和期的生存率显著相关。第二步1.3组织蛋白酶第二步192 2糖苷酶糖苷酶 糖苷酶(glycosidase)能够降解基底膜和间质基质中的糖蛋白(如LN、FN)及蛋白聚糖(如硫酸乙酰肝素，硫酸软骨素)中的多糖链。肿瘤细胞可产生的与肿瘤侵袭和转移相关的糖苷酶主要有-葡萄糖醛酸苷酶和硫酸肝素酶。-葡萄糖醛酸苷酶(-glucuronidase,-G)是一种酸性溶酶体酶，可水解糖蛋白和蛋白聚糖分子中的-糖苷键，降解糖蛋白和蛋白聚糖，破坏基底膜而促进肿瘤的侵袭与转移。Nicolson等报道，高侵袭能力的鼠黑色素瘤细胞系分泌的-G水平高于侵袭力较弱的鼠黑色素瘤细胞系，且该细胞系破坏基底膜的速度远高于其它侵袭性鼠黑色素瘤细胞系。硫酸肝素酶能特异性地裂解基底膜硫酸肝素蛋白聚糖，故也参与恶性肿瘤细胞的浸润与转移。已经证实，在转第二步2糖苷酶第二步20化的上皮细胞中硫酸乙酰肝素酶活性增加。Nicolson及其同事发现高转移潜能的鼠黑色素瘤细胞释放的硫酸乙酰肝素降解片段高于低转移潜能的鼠黑色素瘤细胞。总之，肿瘤细胞分泌大量基质降解酶，降解细胞外基质，是肿瘤侵袭与转移的重要分子基础。对肿瘤组织和细胞及在实验动物身上的肿瘤移植实验结果均显示，肿瘤的侵袭和转移与基质降解酶水平升高有关。对肿瘤相关基质降解酶结构和分子作用的研究不仅对理解人类肿瘤侵袭与转移的分子机制有重要的意义，对临床诊断恶性肿瘤的侵袭与转移也将有一定的指导意义。目前的研究结果也提示人们可通过阻断基质降解酶类的作用来抑制肿瘤的侵袭与转移，从而达到控制和治疗肿瘤的目的。第二步化的上皮细胞中硫酸乙酰肝素酶活性增加。Nicolson及其同21 癌细胞的转移从A部位迁移到B部位，癌细胞必须具有运动能力。癌细胞转移迁徙的机制由运动因子启动，运动因子与受体结合后，通过信息传导而引发癌细胞的运动。癌细胞运动是癌细胞侵袭周围组织及侵入和穿出血管所必需。脱落分离的癌细胞为什么还会运动？它是如何进行运动的？癌细胞本身具有阿米巴运动，早在1863年病理学Virchow就提出肿瘤细胞具有阿米巴运动，现已被许多研究证实。癌细胞运动是一个连续过程，癌细胞运动方式与白细胞相似，主要表现在伪足样伸展。其运动过程，先形成伪足，并通过相应的基膜上有受体与之黏附，拉动该部分的胞体前移，随后胞体收缩后细胞释放黏附受体，使整个细胞移动。第三步 癌细胞的转移从A部位迁移到B部位，癌细胞必须具有运动22 黏附，在癌细胞的侵袭运动中起双重作用：一方面癌细胞必须先从其原来黏附的原发灶上脱离，才能侵袭，另一方面癌细胞又需有黏附才能移动。癌细胞从连续的黏附接触和黏附解除中获得移动的推动力，所以癌细胞侵袭移动的过程是黏附的过程。因此CAM、黏附力与癌转移的关系是研究癌侵袭转移的一大热点。若能抑制细胞运动则可能成为阻断肿瘤转移的途径之一。第三步 黏附，在癌细胞的侵袭运动中起双重作用：一方面癌细胞23 参考文献参考文献 1 参与肿瘤侵袭和转移的细胞外基质降解酶 来源：青年人(Qnr.Cn)2Lund LR,Romen J,Ronne E,et al.Urokinase-receptor biosynthesis,mRNA level and gene transcription are increased by transforing growth factor 1 in human A549 lung carcinoma cells.EMBO,1991,10:33993实用医学杂志 uPA和消化系统肿瘤的研究进展 24THANK YOUTHANK YOU25Thank You世界触手可及世界触手可及携手共携手共进，齐创精品工程精品工程Thank You世界触手可及携手共进，齐创精品工程26