文摘
MMP的干预策略与有限的临床成功由于严重的毒性。特别是,治疗广谱MMP-inhibitors (MMPIs)肌肉骨骼疼痛和炎症引起的。选择性可能实现的临床潜力的MMPIs至关重要。这里我们回顾发现确定膜结合基质金属蛋白酶作为癌症和炎症介质的机制和可能的治疗靶点预防/治疗这些疾病。我们讨论这些治疗策略目标蛋白酶使用高选择性抑制代理(即。人类阻止抗体)与个人包围的基质金属蛋白酶。
1。介绍
基质金属蛋白酶(MMPs) zinc-dependent肽链内切酶属于一个更大的蛋白酶家族被称为metzincin总科。基质金属蛋白酶发挥重要作用在肿瘤进展和入侵的炎症细胞降解细胞外基质(ECM)。在所有基质金属蛋白酶,六(MMP-14, -15、-16、-17、-24和-25年)被称为膜anchored-MMPs (MT-MMPs) [1]。MMP-23称为CA-MMP(半胱氨酸阵列基质金属蛋白酶)也是一种膜结合MMP但固定在膜通过一个氨基端信号肽结构不同于所有其他基质金属蛋白酶(2,3]。本文将概述新策略选择高度选择性使用单克隆抗体药物。特别强调将膜结合基质金属蛋白酶的性质及其科学依据使追求吸引力在癌症和炎症的治疗靶点。
2。MMP-Inhibitors在诊所
除了AZD1236目前正在开发的阿斯利康的潜在的治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)和cts - 1027从企图制药目前正在评估在二期临床试验中结合聚乙二醇干扰素(派罗欣)和利巴韦林(Copegus)耐火丙型肝炎患者,目前没有合成或生物MMPIs在癌症临床试验或关节炎。这主要是由于失败的早期研究含zinc-chelating化合物组,如hydroxamates [4- - - - - -6]。强力霉素,四环素衍生物subantimicrobial剂量(Periostat;CollaGenex制药公司,新城,PA,美国)是目前唯一明尼苏达多项美国食品及药物管理局批准,作为辅助治疗成人牙周炎(7]。使用四环素治疗关节炎的疾病是有限的,虽然强力霉素可以改善一些疾病参数以及减少胶原酶活动的水平在某些类风湿性关节炎(RA)患者(8,9]。局部强力霉素还用于提高治疗慢性伤口的10]。
3所示。广谱MMP-Inhibitors的缺点
许多研究在不同的临床癌症模型演示的能力hydroxamate-based MMPIs推迟原发肿瘤生长和阻止转移(11- - - - - -13]。不幸的是,这些MMP的干预策略与有限的临床成功和严重的毒性1,14,15]。大多数MMPIs最终证明副作用在短期给药(如marimastat)或长期治疗(例如,bms - 275291)与肌肉骨骼疼痛和炎症(16,17]。这些毒性的机制被广泛认为是由于这些化合物的选择性差18但这还没有得到证实。此外,现在认识到,在基质金属蛋白酶,具有促进一些活动而其他人tumor-inhibiting函数(19使用广谱MMPIs)强调的风险。沿着这些线路,在活的有机体内研究已经证明,广谱MMPIs促进乳腺转移癌和淋巴瘤小鼠的肝脏(20.,21]。proangiogenic因素的upregulation观察小鼠的肝脏中处理此类抑制剂支持直接影响血管生成过程(22]。或者,广谱MMPIs也可能抑制蛋白酶的活性产生angiostatic因素。4,pyrimidine-2 6-trione导数,属于一类orally-available选择性MMP-2明尼苏达,9,-14不是与副作用的发生,可能会减少这些药物的治疗潜力(23]证明药物选择性的重要性。
4所示。基于抗体的治疗药物
成功的治疗可能非常依赖强有力地抑制基质金属蛋白酶一个或多个导致相关疾病进展而不是抑制基质金属蛋白酶,可能有利于主机或者抑制导致临床毒性。例如,增加表达的MMP-12结肠癌细胞生存(增加有关24],MMP-8缺乏雄性老鼠显示增加皮肤癌易感性(25)由于炎症,增加延迟伤口愈合26]。基于抗体的biotherapeutic代理(例如,人类从噬菌体展示抗体库)可能满足这种需要,因为他们可能会提供所需的选择性和疾病修饰活动所需的能力27]。高亲和力结合的单克隆抗体对其目标所带来的潜在的高强度和选择性耦合药物支架的药理特性。结合人类抗体噬菌体展示库和自动选择和筛选策略(图1)[28),我们已经确定了高选择性免疫抗体MMP抑制剂MMP-14 (dx - 2400)。dx - 2400显示antih-invasive,抗肿瘤,抗血管新生的属性和块proMMP-2处理(29日]。ht - 1080细胞,这种细胞表达MMP-14 MMP-2,被用来评估影响MMP-2活动的选择性抑制内源性MMP-14 dx - 2400。dx - 2400阻塞proMMP-2处理,而兔子anti-MMP-14多克隆抗体,不抑制MMP-14活动,未能抑制proMMP-2激活。dx - 2400抑制HUVEC管形成(IC50 6 nmol / L)和HUVECs迁移抑制纤维蛋白凝胶珠试验而扩散是未受影响。dx - 2400也抑制VEGF165-induced HUVECs的入侵。我们的在活的有机体内研究表明,dx - 2400显著影响肿瘤生长的人类乳腺癌(mda - mb - 231)异种移植肿瘤时作为单药或联合贝伐单抗。联合治疗与抗血管新生和小说antiproteolytic代理如dx - 2400是一种很有前途的方法可能产生协同抗肿瘤效应和对患者获益。在mda - mb - 231模型中,dx - 2400的抗肿瘤作用与强降低肿瘤血管化。dx - 2400治疗也诱导MMP活动显著减少,支持antiproteolytic这种抗体的影响。dx - 2400显示在活的有机体内活动计划给测试,每隔一天治疗方案收益率最高的功效。dx - 2400显示活动针对her2阳性bt - 474异种移植使用时作为一个代理或结合紫杉醇。这些结果让dx - 2400乳腺癌患者一个有吸引力的候选人,尤其是在激素治疗和/或治疗的情况下与赫赛汀(曲妥珠单抗)不是有效的。dx - 2400与贝伐单抗结合导致肿瘤生长延迟增加在活的有机体内。dx - 2400并没有改变的生长MCF-7 (MMP-14消极的)派生的肿瘤,显示MMP-14依赖dx - 2400行动。除了影响原发肿瘤增长,dx - 2400的数量也显著降低转移焦点的mda - mb - 231原位模型和输液的鼠标B16F1黑色素瘤模型。我们的发现药物验证MMP-14在肿瘤的作用,强调特定的基于抗体的治疗潜力MMP抑制剂如dx - 2400治疗实体肿瘤。
扩展我们的方法对人类阻止抗体针对其他基质金属蛋白酶将允许一个明确界定的角色在不同的病理生理疾病,并可能作为治疗药物在癌症和炎症性疾病。
5。Membrane-Anchored MMP的属性:结构、规章草案,并组织本地化
membrane-anchored基质金属蛋白酶的主要结构包括所有领域的其他基质金属蛋白酶(图的特征2),除了MMP-23不包含血液结合素域(2]。此外,MMP-14, -15年、-16年和-24年是I型跨膜蛋白30.)在糖基短细胞质尾(31日]。MMP-17和-25年glycosylphosphatidylinositol——(GPI)固定在细胞表面和有一个非常短的胞质尾切除在内质网的GPI锚(32]。常见的所有膜结合基质金属蛋白酶是11个氨基酸插入守恒RRKRRRRR序列,代表furin裂解位点,位于前肽领域的终结。-25年除了MMP-17和膜相关基质金属蛋白酶也插入内8个氨基酸残基的催化域或膜式——(MT)循环33]。MMP-23有着独特cysteine-rich、脯氨酸和白介素(il - 1)受体类型II-like域。
l(20)GAALSGLCLLSALALL(36)这种独特的膜需要本地化作为信号锚(2]。MMP-23 c端域的明显短于其他基质金属蛋白酶和没有序列相似性血液结合素(3]。
膜结合的每个成员MMP亚映射到一个截然不同的染色体,表明染色体换位活动起到了重要作用,这个基因家族进化的多样性61年]。MMP-14和MMP-15份额82.5%的氨基酸序列同源性(62年),MMP-14 MMP-16, 66%63年],MMP-14 MMP-17, 29%, MMP-17和-25年的77% (3]。MMP-17和MMP-25显示氨基酸身份MMP-14(39%和45%64年),这表明GPI -固定基质金属蛋白酶在结构上和功能上从MT-MMPs遥远。膜结合基质金属蛋白酶的表达差异控制在转录水平(63年,65年,66年]。机制负责膜结合MMP的激活是由furin-like蛋白酶介导细胞(66年]。TIMPs(1 - 4)抑制酶催化活性也调节MT-MMP处理和内化,确定成熟酶在细胞表面的数量(40,67年,68年]。GPI-anchored可以释放液中的细胞基质金属蛋白酶,转移到其他细胞旁分泌的方式可以引起生物效应(57]。喜欢分泌基质金属蛋白酶,膜结合基质金属蛋白酶可以分裂细胞外基质(ECM)的分子,以及趋化因子、细胞因子、生长因子(40)(表1)。有限的ECM降解GPI-anchored基质金属蛋白酶的活动是依照他们的报告无法促进基底膜的入侵69年和纤维蛋白凝胶的入侵在体外(70年]。MMP-17和分裂产生non-ECM蛋白[MMP-25拥有能力57]。hemopexin-like域MMP-14和-16纤维胶原蛋白的乳沟至关重要。此外,膜结合基质金属蛋白酶是已知的分裂和分泌基质金属蛋白酶激活,激活的第一次描述了MMP-2 MMP-14通过互动TIMP-2 [30.,71年]。MMP-14也被证实可以激活proMMP-13 [72年]。MMP-14和-15年mRNA转录表达的组织,但分布完全不同。MMP-16、-17、-23、-24和-25年有更严格的表达式(表模式2)。
6。Membrane-Anchored基质金属蛋白酶在癌症
癌症恶化的过程涉及多个蛋白水解系统的作用,membrane-anchored基质金属蛋白酶发挥关键作用。定位在细胞表面焦结果条件特别适合癌细胞进步和入侵ECM (57]。膜结合基质金属蛋白酶表达不仅通过癌细胞还周围肿瘤基质细胞。也发挥重要作用的发展多反应癌症组织的特征,如乳腺癌、胰腺癌和肺癌。肿瘤微环境的变化由于多反应可能受益增强扩散的肿瘤,诱导更具有攻击性的恶性表型,并增加药物抗性。
6.1。我跨膜型基质金属蛋白酶
广泛的工作从维斯实验室证明,选择I型membrane-anchored基质金属蛋白酶(MMP-14和MMP-15)函数作为直接的,proinvasive因素的主要肿瘤的增长在一个立体的胶原蛋白I型矩阵。MMP-14 proinvasive、血管生成和转移性活动和MMP-15独特的相对于其他家庭成员MMP和不能模仿在活的有机体内通过分泌基质金属蛋白酶,金属蛋白酶- 1、2、3、7、9日或-13年(87年]。MMP-14驱动器入侵功能作为pericellular胶原酶(88年),一个激活proMMP-2 [30.,89年,直接与肿瘤发生和转移(90年- - - - - -92年]。MMP-14表达升高在各种人类癌包括子宫颈癌93年,胃94年)、肺(95年- - - - - -97年],乳腺癌[98年),结肠(99年),头部和颈部One hundred.恶性脑瘤),(101年),和黑素瘤102年]。MMP-14疣状在原发肿瘤标本是甲状腺髓样癌患者的预后预测(103年喉[]或癌104年]。高MMP-14表达与患者的早期死亡supraglottic癌(105年[],结直肠癌患者106年),或乳腺癌107年),与淋巴结转移,发展,入侵,可怜的临床分期,较大的肿瘤大小,增加肿瘤阶段(108年,109年]。MMP-14和MMP-2的表达与肿瘤血管侵犯的深度在人类结肠癌(110年]。
MMP-15也在癌症的发展过程中起着关键作用,肿瘤侵袭和转移(111年]。MMP-15 mRNA表达在乳腺癌112年)和胰腺癌组织(113年]。更高水平的MMP-15 nonsmall中观察到肺细胞癌(nsclc)相对于鳞状细胞癌(癌)和正常的肺组织表明MMP-15可能是一个可行的分子诊断标记为非小细胞肺癌(96年]。神经胶质瘤细胞的趋化因子CXCL12上调MMP-15表达式,并作为效应器的趋化因子受体CXCR4信号在这些细胞通过促进细胞入侵(46]。MMP-15凋亡活动(114年),可能连接转移和抵抗细胞死亡的凋亡通过一个未知的监管机制。
MMP-16表达在人类肝细胞癌与荚膜入侵显著相关(110年]。MMP-16表达,促进黑色素瘤细胞的入侵(115年]。
在脑瘤MMP-24 mRNA高度表达,包括星形细胞瘤和恶性胶质瘤53]。MMP-24基因沉默的RNAi可以抑制SKOV-3卵巢癌细胞的侵袭性在体外,这可能提供一种新的治疗方法对这种类型的癌症116年]。
6.2。GPI-Anchored基质金属蛋白酶
GPI-anchored基质金属蛋白酶与进展相关的人类癌症机制不同于我跨膜型基质金属蛋白酶。有一个优秀的综述的性质和表现MMP-17和MMP-25癌症发表的和同事(57]。数据表明,GPI-anchored基质金属蛋白酶不作为progelatinase活化剂,多数是non-ECM降解酶,不能促进细胞迁移和入侵。MMP-17促进原发肿瘤生长和肺转移的临床前模型。MMP-17强烈表达在人类乳腺癌细胞和人类淋巴结转移性细胞(117年]。Chabottaux等人应用实验和自发性肺转移模型使用人类乳腺癌mda - mb - 231细胞腺癌overexpressing与否MMP-17,发现MMP-17促进肺转移的令人不安的肿瘤血管的完整性,从而促进肿瘤细胞内渗(118年]。人类MMP-25表达白细胞和中性粒细胞在结肠,移行细胞,大脑,和前列腺癌59,119年- - - - - -122年]。MMP-25在神经胶质瘤(建议为疾病进展123年]。表达MMP-25 hct - 116年人类结肠癌细胞促进肿瘤发生在裸小鼠。组织学上,MMP-25-expressing肿瘤表现出一种渗透性的前缘。inflammatory-like强劲MMP-25染色检测细胞符合已知的MMP-25表达在白细胞64年]。
6.3。II型跨膜MMP的
的身体工作MMP-23在癌症和其他基质金属蛋白酶相比仍然是非常有限的。有趣的是,存在MMP-23 mda - mb - 231细胞及其参与细胞侵袭性基因沉默后RNAi已报告(124年]。
7所示。Membrane-Anchored基质金属蛋白酶在炎性疾病
炎性疾病包括大量的障碍,可以非常本地化,区域性、系统性。基质金属蛋白酶作用于促炎细胞因子、趋化因子和其他蛋白质调节炎症和免疫的不同方面。MMP的活动直接影响组件的众多目标免疫系统的炎症通路所描述的审查Cauwe et al。125年]。
7.1。类型1-Transmembrane MT-MMPs
不受控制的细胞迁移和组织入侵的重要因素之一,促进风湿性关节炎等疾病的进展。在RA滑膜血管翳侵入组织成软骨和骨骼发炎,导致关节功能障碍。最近的结果从伊藤集团基于免疫印迹分析原发性滑膜细胞和免疫组织化学的分析RA关节标本突出了所发挥的关键作用MMP-14 RA通过促进软骨的恶化入侵的滑膜血管翳组织(126年]。贾殷等人还表明,入侵人类风湿性tenosynovial细胞部分MMP-14依赖的潜力(127年]。MMP-15,激活proMMP-2 proMMP-13和肿瘤坏死因子α处理(表1),也可促进炎症组织破坏在类风湿性关节炎(128年]。
约翰逊等人强调了MMP-14作为一个潜在的目标稳定的动脉粥样硬化病变(129年]。此外,他们还发表了一份研究报告的影响广谱非选择性明尼苏达在这老鼠模型,证明了非选择性明尼苏达对动脉粥样硬化(没有好处130年]。随后使用double-deficient老鼠,他们观察到关于动脉粥样硬化斑块中断,一些基质金属蛋白酶是有益的,有些是有害的131年]。MMP-24在肾小管萎缩的发病机制中发挥作用和终末期肾病132年]。MMP-24-null老鼠不开发周围神经病变引起的神经性疼痛(133年]。
7.2。GPI-Anchored基质金属蛋白酶
MMP-17参与软骨破坏通过激活ADAMTS-4 [134年,135年]。相反的报道作用MMP-17 TNFsheddase [58),脂多糖(LPS)诱导肿瘤坏死因子的释放α从mmp-17 (巨噬细胞是类似于野生型细胞(136年]。使用定量rt - pcr、酒吧或和同事们系统地分析MMP的表达在白细胞的子集与正常个体的血(76年]。MMP-17明显表现在B细胞。最近的一项研究从Shiryaev和同事强调所发挥的关键作用MMP-25在多发性硬化症(MS)的蛋白水解途径(137年]。MMP-25优于MMP-2 8 9, -10年,-12年,-14年,-15年,-16年、-17年和-24年在裂开髓磷脂碱性蛋白(MBP)亚型。蛋白质水解的Golli-MBP MMP-25亚型,紧随其后的是特定的自体免疫T细胞的刺激引起炎症。这导致了进一步upregulation多种基质金属蛋白酶的活性和大规模乳沟MBP大脑中导致脱髓鞘和[女士137年]。MMP-25是小说和有前途的药物目标相比,尤其是女士与其他个人基质金属蛋白酶。
7.3。II型跨膜MMP的
MMP-23 mRNA表达在软骨细胞和成骨细胞,在某些方面暗示作用的软骨或骨形成138年]。ADAM-12腱子病变衰退和MMP-23 coexpressed痛苦(139年)建议在这种炎症性疾病的作用。
承认
作者要感谢他(范德比尔特大学医学院)芭芭拉博士为她仔细审查。