文摘
时空调节pericellular蛋白水解由当地生长环境因素,如EGF和TGF -β,发起一个广泛的细胞反应耦合的血纤维蛋白溶酶/基质金属蛋白酶(MMP)依赖stromal-remodeling轴。细胞能动性和入侵,肿瘤转移,伤口愈合,和器官纤维化时,例如,代表不同的事件控制的表达基因编码的一个子集的各种类的组织改造蛋白质。其中包括功能上的丝氨酸蛋白酶和MMP的家庭成员构成一个复杂的系统交互的蛋白酶级联和滴定各自的抑制剂。一些细胞外基质的结构组件由TGF -调节β像matrix-active蛋白酶(如尿激酶(uPA)、血纤维蛋白溶酶、金属蛋白酶- 1,3,9日,-10年,-11年,-13年,-14年)。严格控制丝氨酸蛋白酶/ MMP的表达和维持组织内稳态地形活动是必不可少的。针对单个元素在这个高度交互的网络可能导致新的治疗方法治疗癌症,纤维化疾病,慢性伤口。
1。介绍
上皮细胞分化转移或“可塑性”指的是专门的形态形成开关典型损失的正常上皮属性,增加基因的表达通常局限于固着的间叶细胞谱系和转换,不动的细胞迁移表型(1,2]。而在开发过程中必不可少的器官发生(即。,embryonic patterning) (also termed Type 1 transition), this process is relatively limited in the adult organism, occurring during wound healing and regenerative repair [3- - - - - -5),或更异乎寻常地,在组织纤维化(2型)和肿瘤转移(3型)6- - - - - -9]。是否真正epithelial-mesenchymal-myofibroblast过渡,或者更多的分化转化的中间状态,有助于人类纤维化疾病的病理生理学,然而,是相当大的争论的主题10- - - - - -16]。
的时空调控细胞的可塑性,以及后续赔偿epitheloid表型,可能是一个集体应对特定生长因子(单独或组合)和信息信号从细胞外环境(2,8,17]。启动刺激的性质以及相关联的潜在的病理和基因重组也影响时序控制和持久性的塑料重组。表皮生长因子受体(EGFR)在转化生长因子-放大和更改β(TGF -β)信号转导网络,例如,经常陪从良性上皮肿瘤恶化或非侵入性损伤咄咄逼人,转移癌(18- - - - - -20.]。在这个过渡,尽管增加TGF -的自分泌/旁分泌表达β细胞通常成为耐火材料,通常growth-suppressive TGF -的影响β部分家庭成员由于以上的差别,对这些TGF -βTGF -受体和/或异常β启动信号通路(20.,21]。纤维化疾病,同样,在组织分化、增殖,和随后的肾间质“成”元素的积累和肺(两个的最佳器官系统的上下文中fibroproliferative疾病)似乎是编程,但是持久,应对几个profibrotic细胞因子,其中最著名的是TGF -β(11]。
2。在组织重构的丝氨酸Protease-Matrix金属蛋白酶级联
TGF -β促进细胞运动型和侵入性属性,以及塑料群体的出现,通过表达基因编码的一个子集的各种类基质重塑蛋白(22,23]。这些包括丝氨酸蛋白酶的成员和基质金属蛋白酶(MMP)家庭和各自的抑制剂,矛盾的是,支持矩阵破坏性以及稳定过程。几位细胞外基质的结构组件24,25),事实上,调节TGF -β像matrix-active蛋白酶(如尿激酶(uPA)、血纤维蛋白溶酶、金属蛋白酶- 1,3,9日,-10年,-11年和-13年)和蛋白酶抑制剂26- - - - - -29日]。严格控制丝氨酸蛋白酶/ MMP的转录,表达时间和地形活动是至关重要的维持组织内稳态的完整的有机体以及organotypic系统(30.]。蛋白水解网络pericellular微环境内,此外,经常激活纤溶酶原血纤维蛋白溶酶,物的转换广谱蛋白酶。血纤维蛋白溶酶,反过来,目标基质元素直接同时激活多个基质金属蛋白酶触发一个复杂的级联导致矩阵退化(31日]。上游血纤维蛋白溶酶生成大大影响MMP-dependent基质重塑,因此,细胞侵入性特征。这样的在活的有机体内病理可以优雅地建模在体外添加EGF + TGF -β1人类恶性上皮细胞经常模仿观察到TGF -β1在肿瘤微环境和表皮生长因子受体信号放大晚期癌症的特征32]。表皮生长因子+ TGF -相结合β1聚集有关导致一组定义的协同upregulation proinvasive基因,其中最著名的编码纤溶酶原激活物inhibitor-type-1 (PAI-1或SERPINE1进化枝E家族成员1丝氨酸蛋白酶抑制剂)。PAI-1是一个有效的和快速的抑制剂uPA-dependent血纤维蛋白溶酶生产(22,23]。这个发现相当平移的相关性,因为增加PAI-1水平通常发生在演唱会与上皮细胞可塑性,并联的要求增强细胞活性(33]。TGF -的能力β和/或增加PAI-1 EGF表达在一些细胞类型(26,34)提供了一个潜在的机制通过控制上游滴定的MMP的级联代pericellular血纤维蛋白溶酶因此调制,在时间和空间中,细胞外基质蛋白水解作用和基质重塑。的确,PAI-1水平升高通常伴随肿瘤恶化等多样化的病态的发展,炎症,肥厚性疤痕、动脉粥样硬化、血栓形成、心肌梗死、糖尿病和肥胖症相关的代谢综合征(11,31日,35- - - - - -40]。
3所示。焦蛋白水解作用:调节细胞迁移和信号
PAI-1的贡献作为一个促进各种疾病状态下的元素被认为涉及蛋白水解的发生通过多种渠道控制,维护中的一个重要方面的“基质支架”,影响细胞的生存、生长和分化转化,细胞能动的过程和信号转导。焦蛋白质水解pericellular内微环境控制主要通过机制调节纤溶酶原激活物在细胞表面,进而影响MMP激活下游的一个复杂的组织改造项目的后续接触(41)(图1)。
重要的是,铺排蛋白水解作用促进离散释放生理上的几个重要的生物活性片段和生长因子影响细胞增殖和细胞基质间的迁移。MMP-dependent代细胞外基质的降解产物的结构元素,例如,影响血管生成和血管生成影响内皮能动的特色活动在活的有机体内相关条件(42]。MMP-2和MMP-9裂开胶原IV,露出神秘的抗原表位,刺激血管生成(43,44]而matrikines如arrestin canstatin tumstatin metastatin,也从第四胶原蛋白生成,抗血管新生(41,42]。Proteolytically派生的碎片胶原十八(血管内皮抑制素和neostatin),胶原蛋白八世(vastatin),胶原XV (restin),和perlecan (endorepellin)同样表现出抗血管生成属性(41,42]。这些碎片通常与完整的细胞外基质分子争夺绑定到不同的细胞表面受体的影响作为一个机械的基础(41]。一个特别重要的事件涉及MMP-dependent释放层粘连蛋白- 332片段,促进上皮细胞迁移。实际上,重组领域第三层粘连蛋白- 332γ2链(MT1-MMP层粘连蛋白- 332处理的膜1型MMP和MMP-2)和表皮生长因子受体结合和启动信号事件高潮在增强细胞活性(45- - - - - -47]。同样,MMP-based纤连蛋白的蛋白质水解收益率碎片影响迁移(MSF) (41,42,48),血管生成(anastellin) [49,50)、细胞增殖和分化(41]。基质PAI-1本身就是一个衬底几个细胞外蛋白酶包括弹性蛋白酶、MMP-3和胞浆素导致的生成,而特定PAI-1乳沟产品(32,33,51- - - - - -53]。这种“裂解”PAI-1无法绑定目标纤溶酶原激活物物uPA和组织类型(tPA)抑制plasmin-based蛋白质水解,但保留能够绑定到低密度脂蛋白受体相关蛋白1 (LRP1恰巧)有效增强细胞迁移通过uPA / tPA complex-independent互动(54]。这个响应的机械基础还不清楚,但似乎涉及LRP1恰巧函数作为一个关键的中介在几个细胞内信号通路的结果,在某种程度上,与多个适配器交互和脚手架蛋白(55]。LRP1恰巧配体结合和/或复杂的形成还额外的表面受体激活特定蛋白质(地图)和增殖作用src激酶(56- - - - - -60)刺激细胞增殖(58,61年- - - - - -63年和迁移54,56,64年)与能动的结果依赖于ρ的家人gtpase [64年]。另外,PAI-1也可以启动信号事件,影响细胞迁移通过接触LRP1恰巧和相关很低密度脂蛋白受体(65年]。事实上,不同构象的PAI-1(活跃,潜在的血纤维蛋白溶酶,或MMP-cleaved)所有与LRP1恰巧来增强细胞迁移到生理支架或基质等价物(66年]。PAI-1出现的三种形式来增加LRP1-dependent通过特定细胞运动性Jak / Stat1的参与信号通路(54,67年,68年]。这些数据符合最近发现迁徙应对TGF -β1 + EGF在改变人类表皮角化细胞PAI-1-dependent [22,23),稳定(即。,long half-life) recombinant PAI-1 alone, in the absence of added growth factors, stimulates motility comparable to that attained by growth factor supplementation (Figure2)。receptor-associated蛋白(RAP)的LRP1恰巧拮抗剂结合LRP1恰巧和块与所有已知的配体的相互作用包括PAI-1,抑制了migration-promoting PAI-1趋化和伤口愈合的影响分析(54),有效地抑制EGF-stimulated运动性,是依赖LRP1恰巧/ PAI-1(图2)。虽然活跃PAI-1定期清除从细胞外环境与uPA / uPAR LRP1恰巧一个复杂,潜在的和裂解物种PAI-1,能动的保存功能,保持嵌入矩阵可能作为水库来维持细胞运动(33]。总的来说,这些数据说明丝氨酸蛋白酶/ MMP-initiated蛋白水解处理的细胞外环境影响多个方面对调节细胞的能动性。
(一)
(b)
4所示。肿瘤微环境和皮肤伤口修复:网站相互作用的蛋白水解的瀑布
放大MMP的表达与肿瘤侵犯、转移和预后不良69年]。毫不奇怪,因此,最近的研究表明一些基质金属蛋白酶,包括MMP-3, 7日,9日和-28年引发plasticity-related过程(69年]。TGF -的结合β+ EGF有效促进epithelial-to-mesenchymal过渡和移植MMPs-1, 3, 9日,-10年,14 (22,23,70年,71年),耦合细胞胞浆素/ MMP-10 /入侵潜力MMP-1-dependent collagen-remodeling轴。作为一个概念验证,急性溶胶原的表型,与plasmin-dependent激活stromelysin-2 (MMP-10),伴随聚集有关的恶性(HaCaT与角质细胞与TGF -β1、EGF与胶原蛋白入侵(32)(图3)。MMP-10通常限于上皮细胞(29日,72年)目标proMMPs-1 7, 8, 9,到-13年,以及胶原蛋白类型III, IV, V,凝胶弹性蛋白、纤连蛋白、蛋白聚糖,层粘连蛋白(30.,31日]。MMP-10感应响应TGF -β+ EGF表明,精确控制水平和激活可能皮肤内稳态的关键。MMP-10,事实上,在完整的皮肤不明显但表达在皮肤损伤修复本地化在伤口边缘,角化细胞迁移侵袭性行为的暗示作用[73年]。
类似于其他系统(29日,71年,72年,74年),MMP-10和金属蛋白酶- 1是调节TGF -β1和/或EGF-stimulated人类恶性角质细胞维持胶原蛋白基质(32]。金属蛋白酶- 1的酶原形式和MMP-10血纤维蛋白溶酶底物。MMP-10抑制后,然而,残留水平的活跃plasmin-generated金属蛋白酶- 1似乎不足以启动胶原蛋白溶解(32]。这反映了建立MMP-10“superactivate”的能力或增强MMP-1-dependent蛋白水解作用,以及MMP-8和-13,显著增强溶胶原的单独活动,观察血纤维蛋白溶酶(72年,75年]。虽然血纤维蛋白溶酶显然是一个重要的主要催化剂这一复杂的级联,组织蛋白酶,如基质金属蛋白酶,也与肿瘤细胞入侵。尤其如此的半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶L和组织蛋白酶B,降低1型胶原蛋白和动员几个基质金属蛋白酶(包括金属蛋白酶- 1),分别为(76年]。抑制半胱氨酸组织蛋白酶没有效果,然而,在胶原蛋白溶解HaCaT与模型,而丝氨酸蛋白酶封锁有效减毒胶原降解[32]。这些数据加强积极的血纤维蛋白溶酶的关键作用,而不是组织蛋白酶,胶原降解的起始TGF -β1 + EGF和符合观察几个组织蛋白酶的差别有关对这些TGF -β(77年]。
keratinocyte-based 1型胶原降解的耦合与纤溶酶原激活物涉及MMP-10以外的中间体,包括MMP-13 [78年,79年]。现有证据表明存在的功能重叠MMP-13 uPA在皮肤伤口修复的背景下,至少在小鼠系统[80年]。相反已经观察到的主要人类角质细胞,MMP-13表达式,事实上,与人类角质细胞(即转变。HaCaT细胞和各种衍生品)27,74年]实际上增强后的TGF -β1 HaCaT与细胞(32,74年]。使用生理基质微环境的三维重建模型,然而,导致结论的结合TGF -β1 + EGF并不显著上调MMP-13蛋白质HaCaT与细胞,但相反,导致一个健壮的感应MMP-10 [32]。这种差异可能是由于部分差异拉-HaCaT变体MMP的表达程序(81年),TGF -β/ EGF受体串扰(11,71年,82年在2 d],或文化与一个更复杂的3 d stromal-equivalent系统(32]。
皮肤损伤修复的模型揭示的复杂角色相当大的增长因素和级联组织蛋白酶系统应对创伤。一般来说,两个TGF -β1、EGF水平大幅增加急性损伤后,部分由于血小板释放他们α颗粒,但也通过增加细胞表达,特别是在伤口边缘(83年]。这些生长因子出现的关键的初始阶段通过促进皮肤组织再生角化细胞迁移,以及扩散(84年- - - - - -87年]。TGF -β1,在角化细胞EGF上调MMP-10 [72年,88年)和皮肤伤口修复期间,MMP-10专门本地化细胞迁移的舌头,它似乎增强迁移(87年,88年]。同样,uPA和MMP-3 9和-13年所有本地化前缘表皮细胞(80年]。持续活跃的MMP-10表皮的过度表达,此外,有害影响协调的角化细胞迁移到伤口床;影响归因于过度laminin-5(层粘连蛋白- 332)处理(87年]。无约束MMP-10活动导致过度collagenolysis [32)在细胞迁移和负面影响,最终,恢复组织的完整性。值得注意的是,PAI-1表达也增加角质细胞在伤口边缘,并存入这些细胞的迁移轨迹,表明这个SERPIN,过程中发挥着不可或缺的作用,在调节定向迁移和伤口关闭(89年- - - - - -92年]。协调upregulation蛋白水解酶如基质金属蛋白酶,与上游血纤维蛋白溶酶的抑制剂代(即。,PAI-1) by individual growth factors provides an exquisite mechanism for fine control of focal proteolysis to facilitate optimal cell motility in complex environments.
5。结论
增加上皮MMP-10表达式,随后激活catalytic-levels血纤维蛋白溶酶,调动一个MMP的级联创建一个加速胶原蛋白降解的蛋白水解轴通过金属蛋白酶- 1的“superactivation”而提高基质蛋白水解作用主要由MMP-7, 8, 9, -13。Upregulation PAI-1丝氨酸蛋白酶抑制剂,在肿瘤细胞、间充质细胞在肿瘤微环境以及“wound-stimulated”上皮细胞,可能随后转变这个蛋白水解平衡优化创建迁徙”脚手架。“可用的数据清楚地表明PAI-1作为主要的上游调制器uPA→plasmin-generating系统,运用精细控制MMP-dependent pericellular蛋白水解级联。在这种背景下,PAI-1可能“滴定”的范围和区域内的胶原基质重构促进细胞入侵基质间的转移性和组织修复项目。进一步澄清控制的复杂性和相互依存的程度的个人级联“武器”这个高度交互的网络矩阵蛋白酶和蛋白酶抑制剂将所需的基本原理设计集中治疗方法治疗癌症,纤维化疾病和慢性伤口。评估MMP抑制剂在临床试验已经在进行。的确,uPA的出现和PAI-1总体存活率的重要level-of-evidence-1预后标记在乳腺癌是良好的93年]。小分子抑制剂的发展PAI-1(即。,tiplaxtinin or PAI-039) that effectively attenuate aortic remodeling in the context of vascular injury [94年建议针对这SERPIN可能转化治疗慢性纤维化的影响,也许,恶性疾病。
承认
这项工作是由国家卫生研究院授予GM57242和格兰特间皮瘤巴特勒家庭基金会的研究p . j . H。