CC BY
3139
© М. И. Ярмолинская,
А. С. Молотков, В. М. Денисова
НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта СЗО РАМН
МАТРИКСНЫЕ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ И ИНГИБИТОРЫ:
КЛАССИФИКАЦИЯ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
УДК: 612.017+577.1
■ Матриксные металлопротеиназы (MMPs) относятся к семейству внеклеточных протеиназ и играют важную роль в физиологических и патологических процессах, таких как эмбриогенез, репарация тканей, неоангиогенез, в процессах опухолевой трансформации и метастазирования при различных злокачественных заболеваниях. Ингибиторы этих ферментов применяются в качестве терапевтических средств в ревматологии, онкологии, неврологии, кардиологии и гинекологии. В статье представлен обзор литературы по основным свойствам и биологической роли MMPs, приведена классификация, а также основные механизмы регуляции активности этих энзимов.
■ Ключевые слова: металлопротеиназы; ингибиторы металлопротеиназ; биологическая роль.
Изучение молекулярных аспектов различных физиологических и патологических процессов с последующей разработкой патогенетически обоснованных методов терапии, несомненно, является актуальной задачей современной медицины. Особый интерес представляют исследования системы протеолитических ферментов, в частности семейства матриксных металлопротеиназ (Matrix metalloproteinases, MMPs) и их ингибиторов. Определение особенностей функционирования и регуляции этих ферментов при различных заболеваниях позволит не только расширить представления о патогенезе, но также обосновать и внедрить в практическую медицину новые методы лечения.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ
Матриксные металлопротеиназы — семейство внеклеточных протеиназ. Свое название MMPs получили за способность специфически гидролизовать основные белки внеклеточного матрикса; относятся к семейству цинковых металлопротеиназ, так как содержат в активном центре Zn2 [4].
Известно, что MMPs играют центральную роль в обмене белков соединительной ткани, в процессах нормального развития и ремо-делирования клеточного матрикса, эмбриогенезе, репарации тканей, неоангиогенезе, а также в процессах опухолевой трансформации и метастазирования. Активно изучается роль MMPs при ревматоидных артритах, остеоартритах, эндометриозе, аневризмах аорты, периодонтитах, аутоиммунных поражениях кожи, атероматозе, язвообразовании.
Все члены семейства обладают общими характерными чертами [6, 54]:
1. Относятся к кальций зависимым протеиназам, ингибиру-ются хелатными агентами.
2. Каталитический домен всех MMPs содержит одинаковый мотив, в котором три остатка гистидина связывают атом цинка в активном центре.
3. Гидролизуют один или несколько компонентов матрикса и базальных мембран.
4. Секретируются в виде проферментов (про-MMPs), пропеп-тидный домен содержит консервативную последовательность, которая отвечает за активацию про-MMPs.
5. Обладают сходной доменной структурой.
6. Проферменты активируются рядом протеиназ, тиолмоди-фицирующими агентами и хаотропными реагентами.
7. Ингибируются специфическими тканевыми ингибиторами.
8. Последовательности ДНК всех MMPs имеют высокую степень гомологии с ДНК коллагеназы.
9. Промоторные участки генов содержат несколько сходных регуляторных последовательностей [8].
Определено, что базовая структура MMPs состоит из следующих гомологичных доменов: 1) сигнальный пептид, который ведет к секреторному пути или пути вставки в плазматическую
Таблица 1
Ингибиторы ароматазы
Группа Номер ММР Полное название Субстрат
Коллагеназы 1 Интерстициальная коллагеназа Коллаген I, II, III, VII, X типов
8 Нейтрофильная коллагеназа Коллаген I, II, III, VII, X типов
13 Коллагеназа Коллагены (I, II и III, IV, IX, X и XIV), желатин, активатор плазминогена-2, аггрекан, перлекан, большой тенасцин-С и фибронектин, стеонектин, MMP-9
Желатиназы 2 Желатиназа А, Коллагеназа IV типа Коллаген I, IV, V, X типов, желатин, ламинил V
9 Желатиназа В Коллаген I, IV, V, X типов, желатин
Стромелиезины 3 Стромилезин 1 Желатин, ламинил, проММР-1, протеогликаны, коллаген III, IV, V, IX, X типов десмоплакин, Е-кадгерин
10 Стромилезин 2 Желатин, ламинин, про-ММР-1, протеогликаны, коллаген III, IV,V, IX, X типов
11 Стромилезин 3 А1-антипротеаза, а1-антитрипсин, казеин, IGF-связывающий белок-1
Мембрано-связанные матриксные металлопротеиназы 14 МТ1-ММР Про-MMP^, желатин, коллагены
15 МТ2-ММР Про-MMP^, фибронектин, большой тенасцин-С, энтактин, ламинин, аггрекан, перлекан, GST-TNF
16 МТ3-ММР Про-MMP^, коллаген III, желатин, казеин; фибронектин
17 МТ4-ММР Про-ММР-2
24 MT5-MMP ?
25 MT6-MMP ?
Неклассифицированные матриксные металлопротеиназы 7 Матрилизин Желатин, про-MMP-!, фибронектин, эластин
12 Металлоэластаза Эластин, коллаген IV; желатин, эластин и k-эластин, казеин, а1-антитрипсин, фибронектин, витронектин, ламинин, энтактин, протеогликан, GST-TNF, MBP; фибриноген, фибрин, плазминоген
18/19 RASI-1 коллаген IV типа, у2-цепи ламинина 5, нидоген-1, большая изоформа тенансцина-С, фибронектин, олигомерный матриксный протеин хряща (COMP) и аггрекан, IGFBP-3
20 Энамелизин Амелогенин
21 X-MMP ?
23A CA-MMP ?
23B — ?
27 MMP-22, C-MMP ?
28 Эпилизин Белки нервной ткани, NCAM-1, NRG1
мембрану; 2) продомен, который поддерживает латентное состояние фермента путем связывания активного сайта с цинком, делая фермент недоступным для субстрата; 3) цинк-содержащий каталитический домен; 4) гемопексиновый домен, который опосредует взаимодействия с субстратом и поддерживает специфичность ферментов; 5) шарнирную область, которая связывает каталитический и гемопексиновый домены [10].
Известно, что в наименьшей по размеру метал-лопротеиназе, ММР7, или матрилизине, отсутствует гемопексиновый домен, что отражает ее субстратную специфичность. Дополнительные структурные домены или субстратные специфичности привели к подразделению ММРs на подгруппы. ММРs мембранного типа, или мембрано-связанные MMPs, содержат дополнительный 20-аминокислотный трансмембранный домен и маленький цитоплазмен-ный домен (ММР14, ММР15, ММР16, и ММР24) или гликозилфосфатидил-инозитоловую связку
(ММР17 и ММР25), которая прикрепляет эти ферменты на поверхности клетки. ММР2 и ММР9 (относящиеся к желатиназам на основании их субстратного предпочтения) содержат фибронектин-подобный повторный домен, который способствует их связыванию с субстратом [10].
В настоящее время в литературе описано около 30 MMPs. Как указывалось выше, все семейство белков обладает некоторыми общими характерными чертами. В то же время на основании данных по структурной организации и субстратной специфичности в семействе ММPs выделены подсемейства [31; 9; 4; 21; 35; 38; 54]:
В таблице приведена классификация ММPs, объединяющая их на основе субстратной специфичности в пять подгрупп, которая является несколько произвольной, так как истинные физиологические субстраты для некоторых ММPs в настоящее время до конца не определены (отмечены в таблице вопросительным знаком). Тем не менее, можно выделить
группу коллагеназ, гидролизирующих интерстици-альные коллагены I, II и III типов и группу желатиназ, гидролизующих коллаген IV типа. Представители этих подсемейств инициируют инвазивные процессы, так как базальные мембраны состоят из коллагена IV типа, а внеклеточный матрикс представлен в основном фибриллярными коллагенами I—III типов. Стромелизины гидролизуют протеогликаны и целый ряд адгезивных белков, мембрано-связанные MMPs принимают участие в активации проММР-2 и могут разлагать коллагены. Группа неклассифицированных MMPs наименее изучена, некоторые ее представители могут расщеплять эластин. Таким образом, MMPs способны специфически гидролизовать основные компоненты матрикса: коллагены, желатин, лами-нин, протеогликаны и эластин, а также адгезивные и другие белки соединительной ткани [4].
Матриксная металлопротеиназа-1 (MMP-1)
MMP-1 (также известная как интерстициальная коллагеназа, коллагеназа позвоночника, фибробла-стов и коллагеназа I) синтезируется фибробластами, хондроцитами, макрофагами, кератиноцитами, эн-дотелиальными клетками и остеобластами. Синтез MMP-1 стимулируется различными агентами, например, эпидермальным фактором роста, цитокина-ми и фактором некроза опухолей — альфа (TNF-a), а также химическими соединениями, такими как цАMФ и эфирами форбола. MMP-1 ингибиру-ется тканевыми игибиторами металлопротеиназ (Tissue inhibitors of metalloproteinases — TIMP-1 и -2), а также а2-макроглобулином. MMP-1 принимает участие в деградации коллагена и, следовательно, в процессе ремоделирования внеклеточного матрик-са. Повышенный уровень MMP-1 определяют при таких заболеваниях, как ревматоидный артрит, осте-оартрит, различные опухоли, изъязвление роговицы, воспалительные заболевания кишечника, атеросклероз, аневризма и стеноз аорты, наружный гениталь-ный эндометриоз и аденомиоз [5]. К тому же MMP-1 может также расщеплять другие субстраты: казеин, желатин, энтактин и линкпротеин хряща. Известно, что значительную активность MMP-1 проявляет в микроокружении ран, где продуцируется фибро-бластами, макрофагами и другими клетками грануляционной ткани. Имеются данные о повышенном уровне экспрессии MMP-1 в гладкомышечных клетках сосудов при атеросклерозе [32]. Уровень MMP-1 при различных патологических состояниях является наиболее часто изучаемым. Все сериновые протеи-назы (калликреин, трипсин, эластаза нейтрофилов, катепсин G, триптаза и химаза плазмы), оцененные в исследовании W. Brian Saunders и соавторов, вызывали активацию MMP-1, которая приводила к редукции капиллярной стенки [34]. Важно заметить, что MMP-1, являющаяся центральной по важности для
феномена регрессии капиллярных трубок, описанного в этом исследовании, также регулирует редукцию желез эндометрия в ходе менструального цикла. В этом случае регрессия как эндометриальной, так и сосудистой тканей коррелирует с максимальной экспрессией MMP-1. Это предполагает вовлечение MMP-1 в качестве ключевого фактора регрессии тканей у человека. MMP-1 проявляет свою активность, оказывая влияние на инвазию и прогрессию опухоли. Показана новая функция MMP-1, которая регулирует регрессию сосудов в трехмерных компонентах внеклеточного матрикса [34]. Способность различных сериновых протеаз инициировать активацию MMP ведет к протеолизу коллагена, внеклеточного матрик-са и регрессии ткани [34].
Матриксная металлопротеиназа-2 (MMP-2)
MMP-2 (желатиназа A) прежде всего экспресси-руется в мезенхимальных клетках (главным образом в фибробластах) в период развития и регенерации ткани. Также синтезируется нейтрофилами, макрофагами и моноцитами. Pанее описываемая в литературе MMP-5 оказалась идентична MMP-2 [50]. Уровень экспрессии MMP-2 постоянен и обычно не индуцируется цитокинами или факторами роста [12]. MMP-2 необходима для ингибирования процесса ангиогенеза в опухолях, и ее уровень повышен в эндотелии сосудов опухоли и в моче пациентов с различными опухолевыми образованиями [50]. Кроме того, MMP-2 наряду с некоторыми другими MMPs (а именно MMP-7, MMP-9 и MMP-12) могут инги-бировать ангиогенез. Это связывают с их способностью образовывать антиангиогенные полипептиды путем превращения плазминогена в ангиостатин, который угнетает пролиферацию и усиливает апоптоз клеток эндотелия [32]. MMP-2 совместно с MMP-9 участвуют в деградации коллагена IV типа, главного компонента базальных мембран и желатина (денатурированного коллагена). MMP-2 может также разрушать другие типы коллагенов (V, VII и X), эластин и фибронектин, принимает участие в процессинге многих других молекул, модулируя их функции различными способами. Например, MMP-2 расщепляет моноцитарный хемотаксический белок-3, что приводит к уменьшению воспаления и обеспечивает ва-зоконстрикцию. Двойной эффект действия MMP-2 (как провоспалительный, так и противовоспалительный) описывается различными исследователями [50]. Имеются данные о повышении экспрессии гена MMP-2 в хряще при остеоартрите [18]. По некоторым данным [43], MMP-2 совместно с MMP-9, TIMP-1, TIMP-2 и TIMP-3 может участвовать в про-теазном каскаде овуляции. Показано повышение активности желатиназ (MMP-2 и MMP-9) в ткани глиомы, причем возрастающий уровень экспрессии этих белков коррелирует с агрессивностью опухоли [49].
В исследовании J. Fang [29] определено, что ММР-2 ответственна за включение ангиогенного фенотипа во время развития хондросаркомы, причем, по мнению авторов, MMPs могут играть в этом ключевую роль. Отмечено, что изолированное подавление ММР-2 ингибирует переход от преваскулярной к ва-скулярной стадии во время развития опухоли и, соответственно, подавляет рост опухоли [29].
Матриксная металлопротеиназа-3 (MMP-3)
MMP-3, также называемая стромелизином-1, катализирует деградацию многих компонентов соединительной ткани, включая протеогликаны, коллаген типов II, IV, IX и XI, ламинин и фибронектин. MMP-3 может также влиять на деградацию внеклеточного матрикса через активацию проколлагеназы-1. MMP-3 секретируется как профермент массой 57 кДа и активируется in vivo путем ограниченного протеолиза тканевыми и плазматическими эндопептидазами [32]. Активность MMP-3 инигибируется TIMP, который взаимодействует с активной MMP-3 в стехиоме-трическом соотношении 1:1. Полагают, что равновесие между MMP-3 и TIMP является определяющим фактором в разрушении межклеточного матрикса. Активность MMP-3 также может ингибироваться а2-макроглобулином [16]. В свою очередь ММР-3 может активировать про- формы ММР- 1, 7, 8 и 13, и эта активация представляет собой ключевой момент в коллагенолизе хряща. Экспрессия ММР-3 — это маркер активности заболевания и процесса повреждения сустава при ревматоидном артрите, и может играть роль в других дегенеративных артритах, включая остеоартрит и ювенильный идиопати-ческий артрит [27].
Получены данные, что MMP-3 играет важную роль в естественных процессах тканевого ремоде-лирования (в особенности кровеносных сосудов) и патологических процессах (остеоартритах и ревматоидных артритах, метастазировании рака молочной железы) [16; 32]. Однако, по некоторым данным, при остеоартрите уровень экспрессии гена ММР-3 в хрящевой ткани снижен [18]. Определяется достоверное повышение уровня MMP-3 в перитонеальной жидкости у больных эндометриозом, особенно в секреторную фазу менструального цикла. Это и объясняет возможность инвазии эндометриоидных гетерото-пий и неоангиогенез в них [16]. Была показана роль полиморфизма генов MMP-1 и MMP-3 у больных ко-лоректальным раком. В частности, генотип MMP-1 -1607ins/delG и генотип MMP-3-1612ins/delA коррелирует с высоким риском метастазирования и соответственно плохим прогнозом [42].
Матриксная металлопротеиназа-7 (MMP-7)
MMP-7 — одна из самых маленьких MMPs, состоящая из про-домена и каталитического домена.
MMP-7 экспрессируется в нормальных и патологически измененных эпителиальных клетках. MMP-7 синтезируется различными опухолями: молочной железы, толстого кишечника, простаты, желудка, верхних дыхательных путей и пищевода, легких и кожи [11]. MMP-7 способна к утилизации большого ряда белков внеклеточного матрикса: коллагена IV типа, желатинов, ламинина, аггрекана, энтактина, эластина и верзикана, усиливает пролиферацию эндотели-альных клеток, усиливает экспрессию в эндотелии MMP-1 и MMP-2 и индуцирует ангиогенез in vivo [32]. Она активирует другие протеиназы: активатор плазминогена урокиназного типа и про-MMP-1, -2, -9, а также разрушает субстраты типа остеопонтина. MMP-7 может разрушать некоторые молекулы на поверхности клеток, в том числе и CD95 (Fas/APO-1). Именно эта особенность делает опухолевые клетки менее чувствительными к проапоптотическим факторам. Отмечено, что повышенный уровень MMP-7 является плохим прогностическим фактором у больных колоректальным раком [11]. Матрилизин/ММР-7 содержит только общий каталитический домен и цинк-связывающую область и остаток гемопексин-подобного домена, общего для всех MMPs. Вместе с прометастатической функцией также показана фундаментальная роль ММР-7 в развитии опухолей [13]. На мышиной модели рака кишечника было показано, что при отсутствии ММР-7 формирование опухоли уменьшалось на 67 % [24]. С другой стороны, чрезмерная экспрессия ММР-7 у мышей на модели рака молочной железы значительно способствовала развитию опухоли. Результаты исследований S. Strand и соавторов [11] показывают, что эндогенная экспрессия ММР-7 может усиливать поверхностную экспрессию CD75 и чувствительность опухолевых клеток к цитотоксическому действию Т- клеток. Эти данные определяют причинные взаимодействия между экпрессией ММР-7 и резистентностью опухолевых клеток к апоптозу [11]. Роль ММР-7 в раннем развитии опухолей известна, но механизмы, опосредующие эти эффекты не ясны. Одно из свойств опухолевых клеток — это резистентность к апоптозу. Вероятно, что одним из механизмов, посредством которого опухолевые клетки могут стать устойчивыми к апоптозу, является расщепление CD 95 при помощи ММР-7 [11]. Также имеются сообщения о повышении уровня транскрпитов мРНК MMP-7 после ранения спинного мозга у мышей [45].
Матриксная металлопротеиназа-8 (MMP-8)
MMP-8 (также известная как нейтрофильная коллагеназа и коллагеназа 2) содержится в специфических гранулах полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) в виде неактивного профермента. Различные агенты, такие как IL-1 и IL-8, TNF-a, и GM-CSF (гранулоцитарно-макрофагальный ко-
лониестимулирующий фактор) стимулируют высвобождение из нейтрофилов MMP-8 — ключевого фермента, начинающего разрушение внеклеточного матрикса, особенно при патологических воспалительных процессах, ревматоидном артрите и остео-артрите. Имеются данные о повышенном уровне экспрессии MMP-8 в зрелых клетках меланомы. MMP-8 может расщеплять белки, такие как фибро-нектин, хрящевой аггрекан и серпины, а также пептиды типа ангиотензина и субстанции P [17; 52].
Только интерстициальные коллагеназы I (MMP-1), II (MMP-8), III (MMP-13) могут инициировать разрушение интактного трехспирального коллагена, разрушать коллагены I, II и III типов на фрагменты молекулы размером в одну четверть и три четверти [17]. Хотя коллагеназы имеют перекрещивающуюся субстратную специфичность, ММР-1 и ММР-13 преимущественно разрушают коллаген III и II типов соответственно. ММР-8, однако, разрушает коллаген I типа в три раза активнее, чем ММР-1 или ММР-13. После этого инициального воздействия фрагменты фибриллярного коллагена становятся чувствительными к дальнейшему разрушению различными чрезмерно экспрессирующимися ММР, ММР-2, ММР-3 и ММР-9 [17].
ММР-8 проявляет в 3 раза большую ферментативную активность в отношении коллагена I типа, по сравнению с другими интерстициальными колла-геназами, что делает ее наиболее эффективной колла-геназой I типа у человека. Цитокин-индуцированная экспрессия ММР-8 в эндотелиальных клетках, гладкомышечных клетках и макрофагах отличается от экспрессии этого фермента традиционным путем, а именно нейтрофилами, которые накапливают зимо-ген в гранулах и выделяют коллагеназу практически незамедлительно после стимуляции. Таким образом, в то время как реализация активности ММР-8 может начаться в месте острого воспаления одновременно с полиморфноядерной инфильтрацией, синтез и реализация активности ММР-8 эндотелиальными клетками, гладкомышечными клетками и макрофагами в местах хронического воспаления нуждается в пролонгированном воздействии провоспалительных ци-токинов [17].
Матриксная металлопротеиназа-9 (MMP-9)
MMP-9 (известная как желатиназа B) секрети-руется как профермент массой 92 кДа. Субстраты для MMP-9 включают денатурированный коллаген I типа (желатин), нативные коллагены типов IV, V, VII, X и XI, фибриноген, витронектин, IL-1 и эн-тактин, который соединяет ламинин и коллаген IV типа. Источниками ММР-9 являются кератиноциты, моноциты, лейкоциты, макрофаги и фибробласты [14]. Базальные уровни ММР-9 обычно низки, ее экспрессия может индуцироваться различными цитоки-
нами/хемокинами, включая TNF-a (фактор некроза опухолей-альфа), и главным образом- секретируется воспалительными клетками [12]. MMP-9 принимает участие в процессах воспаления (так же, как и MMP-2, может обладать про- и противовоспалительной активностью), ремоделирования тканей и репарации, мобилизации матрикс-связанных факторов роста и процессинга цитокинов. [5]. Регуляция воспаления желатиназами осуществляется путем процессинга цитокинов/хемокинов, поскольку ММР-9 обладает стимулирующим эффектом, а ММР-2 ингибиторным эффектом в отношении воспаления. Промоторная область ММР-9 имеет в своем составе некоторые функциональные места связывания энхансеров, такие как NF-kB и AP-1 сайты. Эти сайты делают ММР-9 способной индуцировать провоспалительные цитокины, особенно TNF-a, ключевой медиатор в патогенезе и поддержании ревматоидного синовиита [12].
Экспрессия MMP-9 коррелирует с десмоплазией (неправильная ориентация коллагена), которая сопровождает рак поджелудочной железы, метастази-рование в лимфатические узлы при раке молочной железы. Уровень MMP-9 может повышаться в жидкости зубо-десневых карманов и слюне пациентов с гингивитами и болезнями периодонта. При эндо-метриозе повышается уровень MMP-9 (а также TNF и MMP-1) в сыворотке крови и перитонеальной жидкости [50; 3; 47; 22].
ММР-9 способствует клеточной инвазии в ба-зальную мембрану клеток, принимающих участие в патогенезе артрита и рака (а именно Т- клеток, мо-нонуклеарных фагоцитов, синовиальных фибробла-стов, метастатических опухолевых клеток). ММР-9 ассоциирована с хроническими воспалительными аутоиммунными заболеваниями, включая ревматоидный артрит, синдром Шегрена, идиопатический увеит и системную красную волчанку. Более того, чрезмерная экспрессия ММР-9 отмечалась при различных патологических состояниях, характеризующихся избыточным фиброзом, включая идиопати-ческий легочный склероз, бронхиальную астму, экспериментальный билиарный фиброз, хронический панкреатит [14].
В исследовании W. Kim и соавторов [14] уровень циркулирующего трансформирующего фактора роста ß (TGF)-ß четко коррелировал с концентрацией ММР-9. Известно, что TGF-ß увеличивает продукцию ММР-9 в клетках различных типов, возможно через процесс, захватывающий синтез протеина, который ведет к увеличению стабильности мРНК ММР-9. С другой стороны, увеличенная ММР-9, напротив, способна расщеплять латентный TGF-ß, приводя к активации TGF-ß. ММР-9 может опосредовано принимать участие в фибротической реакции через активацию TGF-ß, возможного фиброгенного фактора [14]. Отмечено, что экспрессия ММР-9 уве-
личена в культурной среде альвеолярных макрофагов у пациентов с идиопатическим легочным фиброзом или бронхиальной астмой.
Матриксная металлопротеиназа-10 (MMP-10)
MMP-10 (также известная как стромелизин-2, итранзин-2) экспрессируется остеокластами, клетками опухолей головы, шеи и легких человека, имеет сходный субстрат с MMP-3, но несколько менее активна. Этот фермент принимает участие в миграции базальных кератиноцитов, клеток карциномы головы и шеи [32]. Известно, что при компрессии спинного мозга у крыс повышается уровень транскрип-тов мРНК, кодирующих ММР-10 [45]. Однако при остеоартрите уровень экспрессии гена, кодирующего данный фермент, снижен в хрящевой и синовиальной тканях [18]. Избыточная экспрессия MMP-10 в роговичном эпителии у больных диабетом может быть главной причиной наблюдаемых изменений при диабетической ретинопатии. Активная форма MMP-10 способна расщеплять несколько белков, участвующих в заживлении ран: коллаген типов III и IV, желатин, нидоген, ламинин-1, эластин и протеогликаны. Активный фермент также активирует про-ММР-1, -7, -8 и -9. В исследовании H. E. Barksby и соавторов было показано, что ММР-10 активирует про- ММР-13. ММР-10, в свою очередь, подобно многим другим ММРs, индуцируется про-воспалительными цитокинами, такими как IL-1 и TNF-a [27]. ММР-10 активирует про- формы ММР 1, 7, 8, и 9 и ее экспрессия коррелирует с инвазивны-ми свойствами фибробласто-подобных синовиоци-тов при ревматоидном артрите [27].
Матриксная металлопротеиназа-13 (MMP-13)
MMP-13, также известная как коллагеназа-3, обладает широкой субстратной специфичностью и играет важную роль в инвазии и метастазировании опухолей. Очищенный мономерный фермент имеет молекулярную массу 19,6 кДа. ММР-13 была открыта в клетках карциномы молочной железы, а затем была определена ее экспрессия клетками нескольких типов, включая эндотелий [28]. Дальнейшие исследования показали, что этот фермент продуцируется большим количеством различных злокачественных клеток, включая плоскоклеточные опухоли головы и шеи, где усиление экспрессии MMP-13 отражает повышенную инвазивность опухоли, плоскоклеточную карциному верхних дыхательных путей, гортани и вульвы [5]. Недавние исследования показали, что MMP-13 является диагностически значимым маркером рака предстательной железы и объектом для мониторинга пациенток с раком молочной железы в анамнезе [4]. Повышенная экспрессия MMP-13
связана с агрессивностью опухоли при карциноме пищевода. Вместе с другими MMPs, она вовлечена в деградацию межклеточного матрикса десен при периодонтите, кроме того, MMP-13 связывают с агрессивным типом меланомы [4; 36]. Важно отметить, что экспрессия ММР-13 в самих клетках меланомы невысока, но показано, что индукция ММР-13 происходит в строме, а не непосредственно в клетках меланомы [52]. Активность MMP-13 связана с плохим прогнозом выживаемости при колоректальном раке. Эндотелиальные клетки кожи также являются источником MMP-13. Экспрессия фермента усиливается в условиях, способствующих росту эндоте-лиальных клеток и сосудистой дифференциации. Связь гиперэкспрессии MMP-13 с незаживающими ранами показана на примере хронических кожных язв. Увеличивается количество исследований, подтверждающих важную роль MMP-13 в развитии ревматоидного артрита и остеоартрита [4]. В исследовании R. K. Davidson и соавторов было показано, что уровень экспрессии гена MMP-13 при остеоар-трите увеличивается в синовиальной и хрящевой ткани [18]. На экспериментальной модели у крыс показано, что при повреждениях спинного мозга уровень транскриптов мРНК, кодирующей ММР-13, увеличивается в течение 24 часов после компрессионного повреждения [45]. Данные исследования E. Lopez-Rivera и соавторов [28] показывают важность ММР-13 в миграции эндотелиальных клеток, активированных оксидом азота (NO). ММР-13 располагается в плазматической мембране пораженного слоя эндотелиальных клеток, а NO приводит к высвобождению ММР-13, который в свою очередь участвует в ремоделировании эпителиальной ткани. ММР-13 принимает участие в заживлении ран во многих тканях, включая кость, радужную оболочку глаза и суставную ткань. Однако значение ММР-13 в миграции эндотелиальных клеток до конца не определено. Данные о том, что NO способствует экспрессии ММР-13, показывают необходимость исследования ее роли в клетках эндотелия сосудов [28].
Матриксная металлопротеиназа-14 (ММР-14)
Основная функция ММР-14 или металлопротеиназы мембранного типа-1 (MT1-MMP) заключается в активации про-ММР-2 путем формирования трех-молекулярного комплекса с про-ММР2 и TIMP-2 [38, 23, 10, 40]. MT1-MMP эскпрессируется в опухолях человека, и ее потенциальными субстратами являются коллаген, фибронектин, ламинины, аггрекан. Кроме того, ММР-14 способна расщеплять про-ММРs, CD44, av-цепь интегрина, белок, относящийся к рецептору липопротеинов низкой плотности, интерлейкин-8 и про-фактор некроза опухолей, и,
следовательно, способствовать прогрессии опухолей [33]. При расщеплении av-интегрина ММР-14 способствует усилению адгезии и клеточной миграции к витронектину [32]. ММР-14 способствует клеточной инвазии при таких опухолях, как меланома, рак молочной железы, карцинома желудка [49]. Важную роль ММР-14 играет в ангиогенезе, причем проан-гиогенные механизмы действия ММР-14 включают в себя ряд факторов: 1 — разрушение молекул внеклеточного матрикса; 2 — продукцию ангиогенных факторов, таких как VEGF; 3 — взаимодействие с молекулами на поверхности клетки, таких как CD44 и S1P (сфингозин-1-фосфат); 4-деградацию анти-ангиогенных факторов, таких как декорин в роговице. Эти регуляторные механизмы могут усиливать ангиогенез при физиологических и патологических состояниях. Кроме того, дополнительные сигнальные молекулы, такие как проTGFp и рецептор к TGFP являются субстратами для ММР-14, что может играть определенную роль в созревании сосудов и ангиогенезе [40]. Эскпрессия ММР-14 коррелирует со степенью злокачественности меланомы [52].
Матриксная металлопротеиназа-15 (ММР-15)
Экспрессия мембраносвязанной металлопро-теиназы-2 или ММР-15 повышена при карциномах яичника, мочеточника, молочной железы, глиобластомах, причем в последнем случае уровень ММР-15 коррелирует с инвазивностью опухоли. Показано, что уровень ММР-15 повышен в клетках меланомы, по сравнению с нормальными клетками [52]. В исследовании J. Zhang и соавторов было показано, что уровень экспрессии транскриптов, кодирующих ММР-15 в клетках глиобластомы увеличивается после воздействия SDF-1a (фактора, выделяемого стромальны-ми клетками или CXCL12). В этом же исследовании было показано, что снижение уровня MMP-15 приводит к снижению инвазивности клеток глии у мышей [49]. MMP-15 может быть альтернативным активатором ММР-2 при содействии урокиназо-плазминогеновой системы [23]. Уровень экспрессии гена ММР-15 повышен в хрящевой ткани при остеоартрите [18]. Одним из субстратов ММР-15 является ламинин. При физиологических состояниях MMP-15 способствует инвазии трофобласта, причем в этих условиях экспрессия фермента увеличивается под воздействием TNFa [51].
Матриксная металлопротеиназа-16 (ММР-16)
Изначально ген MMP-16 был отнесен к MT-MMP2, но затем был назван MT-MMP3 или MMP16 [25]. Экспрессия гена, кодирующего ММР-16, повы-
шена в синовиальной и хрящевой ткани при остеоартрите, однако ее уровень не ассоциирован с тяжестью заболевания [18]. Есть данные о том, что ММР-16 может играть определенную роль при активации ММР-2 [23].
Матриксная металлопротеиназа — 17 (ММР-17)
Мембрано-связанная ММР-4 (MT4-MMP) или MMP-17, а также MMP-25 (MT6-MMP) закреплены на плазматической мембране при помощи гликозил-фосфатидил-инозитольного якоря (GPI), что опосредует уникальные свойства этих ферментов как регуляторов функциональных механизмов, которые отличают их от остальных членов семейства ММРs. ММР-17 была открыта более 10 лет назад, однако, по сравнению с другими MT-MMPs, относительно мало исследований было посвящено ее свойствам. Сообщается, что GPI-MT-MMPs экспрессируют-ся на высоком уровне в раковых клетках человека и ассоциированы с его прогрессией [39]. Показана чрезмерная экспрессия ММР-17 в некоторых линиях клеток рака молочной железы, причем данная метал-лопротеиназа усиливает рост опухоли и стимулирует развитие метастазов в легких. Ультраструктурный анализ перицитов сосудов опухоли, экспрессирую-щей ММР-17 в больших количествах, показал, что перициты имеют неправильную форму, увеличенный объем цитоплазмы и плохую связь с эндотели-альными клетками, и таким образом предполагается, что MMP-17 может влиять на ангиогенез [40]. Отмечено, что ММР-17 активирует про-ММР-2 [31]. Уровень экспрессии гена, кодирующего MMP-17, повышен в хрящевой ткани при остеоартрите [18]. Определенную роль, совместно с другими протеи-назами, ММР-17 играет в протеазном каскаде овуляции, что было продемонстрировано на мышиной модели [43].
Матриксная протеиназа-19 (ММР-19)
Субстратами ММР-19 являются коллаген IV типа, у2-цепи ламинина 5, нидоген-1, большая изоформа тенансцина-С, фибронектин, олигомерный матрикс-ный протеин хряща (COMP) и аггрекан, а также фермент активно разрушает белок, связывающий инсу-линоподобный фактор роста-3 (IGFBP-3) [35]. Этот фермент экспрессируется в эпидермисе человека и играет роль в клеточной пролиферации и миграции и адгезии к коллагену I типа [26]. Нарушение экспрессии ММР-19 в эпидермисе приводит к различным заболеваниям кожи, характеризующимся гиперпролиферацией, таким как псориаз, опоясывающий лишай и экзема. Повышение экспрессии ММР-19 наблюдается в клетках рака молочной железы, плоскоклеточном раке [36]. Также ММР-19 экспресси-руется макрофагами, причем экспрессия усиливает-
ся при воспалении, например артрите и рассеянном склерозе [35]. Уровень экспрессии гена ММР-19 повышен при поражениях спинного мозга [45]. Исследование I. M. Beck и соавторов показало, что ММР-19 играет принципиальную роль в Т-клеточно-опосредованном иммунном ответе в коже и оказывает влияние на развитие Т-лимфоцитов. При недостатке ММР-19 не только снижен воспалительный ответ в коже, который характеризуется уменьшением как числа привлеченных в место воспаления клеток, так и снижением пролиферации кератиноцитов и CD8+ клеток, которые ответственны за этот тип реакции [35]. Уровень экспрессии гена ММР-19 повышен в хрящевой ткани при остеоартрите [18]. По данным M. Muller и соавторов, ММР-19 не экспрессируется в меланоцитах в норме и на ранних стадиях мелано-мы, однако, при прогрессировании опухоли, уровень экспрессии ММР-19 возрастает [36].
Матриксная металлопротеиназа-20 (MMP-20)
Основная роль MMP-20, или энамелизина, заключается в разрушении органического матрикса эмали зубов для последующего его замещения минеральными веществами [20]. Показано, что экспрессия мРНК MMP-20 начинается с начальной стадии формирования матрикса эмали. Исследование Y. Gao и соавторов выявило, что экспрессия MMP-20 зависит от TGFßl и его рецептора (TGFBR1), так в ходе формирования эмали они начинают экспрессиро-ваться практически одновременно, и, кроме того, TGFßl и активная форма TGFBR1 усиливают экспрессию MMP-20 [48]. Показана ассоциация полиморфизма rs1711437 гена MMP-20 со старением почек [46].
Также определенную роль MMP-20 играет при поражениях спинного мозга, что было доказано на экспериментальной модели компрессионного повреждения спинного мозга у крыс [45].
Матриксная металлопротеиназа — 28 (MMP-28)
MMP-28, или эпилизин, сходна по строению и функциям с ММР-19. Фермент экспрессируется в тестикулах, костях, почках, легких, сердце, толстой и тонкой кишке, мозге, коже, синовиальной ткани, хряще, межпозвонковых дисках. Однако субстратная специфичность данного фермента остается несколько неясной. Считается, что MMP-28 способна разрушать некоторые белки нервной ткани, такие как молекула адгезии нервных клеток (NCAM-1) и нейрегулин 1 (NRG1) [21]. Экспрессия ММР-28 в кератиноцитах, где она была впервые обнаружена, регулируется TNFa [15]. Экспрессия гена ММР-28 в суставах повышена при остеоартритах, причем и в хрящевой, и в синовиальной тканях [15; 18]. Чрезмерная экс-
прессия ММР-28 приводит к увеличению уровня мРНК ММР-2, ММР-19 и TIMP-3 [15]. Показано, что ген MMP-28 активно экспрессируется в линии высоко-инвазивных клеток карциномы желудка, причем экспрессия ММР-28 заметно связана с глубиной инвазии опухоли, метастазированием в лимфатические узлы и прогнозом выживаемости [37].
РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ
Активность ферментов в тканях зависит от уровня активности их генов и от наличия непосредственных активаторов и ингибиторов ферментов в окружающей среде [53].
In vivo активность MMPs контролируется на нескольких уровнях. Обычно эти ферменты экс-прессируются в очень небольших количествах и их транскрипция регулируется, как в положительную, так и в отрицательную строну гормонами, цитоки-нами и факторами роста, такими как интерлейкины (IL-1, IL-4, IL-6), трансформирующие факторы роста (EGF, HGF, TGFP) или фактором некроза опухолей альфа (TNF-a). Некоторые из этих молекул в свою очередь могут инактивироваться протеолитическим путем посредством ММРs (эффект обратной связи) [10].
На посттранскрипционном уровне активность ММРs ограничивается их латентностью, поддерживаемой пропептидом, расположенном на N-конце молекулы новообразованного профермента. Активация MMPs, следующая за их секрецией из клетки зависит от разрушения продомена, взаимодействующего с каталитическим сайтом, которое может произойти при конформационных изменениях или при протео-литическом отщеплении продомена. MMPs, которые содержат фурин-подобные домены распознавания в своих пропептидах (MMP-11, MT-MMPs, MMP-28) могут активироваться в транс-отделе комплекса Гольджи членами семейства сериновых протеиназ [10; 40]. Внеклеточная протеолитическая активация секретируемых ММРs может осуществляться посредством сериновых протеиназ, таких как плазмин [10].
После активации ММРs их функции далее регулируются эндогенными ингибиторами, аутодеградаци-ей и селективным эндоцитозом. Показан эндоцитоз ММР- 2, -9 и -13 при помощи протеина, относящегося к рецептору липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). При дальнейшей секреции из клетки ММР-9 способна связываться на поверхности клетки, и таким образом она защищена от воздействия локальных ингибиторов [10].
Непосредственно повреждение или сам инфекционный агент могут активировать систему ММРs через повышенное образование свободных радикалов и/или недостаточную их инактивацию. Активация ММPs свободными радикалами осуществляется
прямым действием супероксида на аллостерический центр фермента и активацией факторов транскрипции NF-kB, повышающего транскрипцию генов MMPs [12].
Известно, что половые стероиды (эстрогены и особенно прогестерон) контролируют продукцию и активность ММРs через разветвленную сеть локальных регуляторов, включая цитокины. Эта сеть предохраняет интеграцию эндометрия во время секреторной и пролиферативной фаз. Была изучена экспрессия генов некоторых ММРs и их ингибиторов в различные фазы менструального цикла, и были получены данные, что гены ММР-1, ММР-2, ММР-3, ММР-7, TIMP-1, TIMP-2 и TIMP-3 максимально экспрессируются во время менструации [44]. Экспрессия мРНК ММР-1, ММР-8 и ММР-3 увеличена в менструальную фазу, в отличие от экспрессии мРНК ММР-7, которая наиболее широко представлена в пролиферативную фазу. Высокие уровни мРНК ММР-10 в поздних секреторных образцах в дальнейшем повышаются еще больше, достигая пика в менструальную фазу, таким образом, ММР-10 является специфической менструально-ассоциированной ММР. А мРНК ММР-7 экспрес-сируется на высоком уровне во время ранней про-лиферативной фазы и не уменьшается в такой же степени, как мРНК ММР-1 и ММР-3 в секреторную фазу цикла [44].
Механизм регуляции экспрессии генов MMPs стероидами яичников объясняется наличием в промоторных участках генов, кодирующих ММРs, специальных связывающих последовательностей, включая активаторный белок (АР-1), ССААТ/энхансер-связывающий белок (СЕВР) и Е26 специфический транскрипторый фактор (Ets). Однако эти последовательности, организованы в разном порядке в промоторах MMP-1, MMP-3, MMP-10 по сравнению с таковыми в MMP-8 и ММР-7, и, таким образом, осуществляют способность различного взаимодействия между этими генами [44].
Тканевые ингибиторы матриксных металлопротеиназ
В организме существует биологический механизм ограничения протеолиза тканей, вызванного активными ММPs, в виде секреции клетками стро-мы тканевых ингибиторов металлопротеаз (TIMP), которые могут блокировать разрушение экстрацел-люлярного матрикса. TIMP представляют собой белки небольшого размера, способные формировать нековалентные комплексы со многими членами семейства матриксных металлопротеаз. Кроме TIMPs ингибировать металлопротеиназы могут различные макроглобулины (а1-макроглобулин, а1-ингибитор-3) [10, 41]. Концентрация TIMP
обычно зависит от концентрации ММР в тканях и внеклеточной жидкости, ограничивая таким образом протеолитическую активность в фокальном околоклеточном пространстве.
Имеются четыре известных TIMP (TIMP 1-4). Все TIMP состоят из двух доменов, фиксируемых шестью дисульфидными связями. Один домен в основном ответственен за ингибирование, в то время как другой домен может связываться с про-желатиназами, а также стимулировать клеточную пролиферацию. Все соединительные ткани содержат TIMP [10, 5].
TIMP действуют как ключевые ингибиторы MMPs в тканях путем связывания в активном сайте и формирования стабильного, инактивного комплекса фермент-ингибитор. TIMP отличаются в своей специфичности ингибирования желатиназ, с наибольшей активностью TIMP-2 к ММР-2, и TIMP-1, преимущественно связывающейся с ММР-9 [12].
Дополнительно некоторые TIMP обладают активностью, способствующей росту, которая не зависит от их ингибиторной функции в отношении ММР и также апоптоз-индуцирующими свойствами (например, TIMP-3). Транскрипция TIMP регулируется теми же цитокинами и факторами роста, которые контролируют экспрессию ММР, а именно TGFp, TNFa, IL-1, IL-6, хотя часто посредством других путей. Другими эндогенными ингибиторами ММР являются плазменный белок а2 макроглобулин и поверхностный ингибитор MMPs, RECK ингибитор [10].
Особо следует отметить роль TIMP в ангиогенезе. Так, TIMP-2 обладает двумя типами антиан-гиогенной активности, которые могут дополнять друг друга, первая представлена ММР-зависимой ингибиторной активностью, которая может инги-бировать только эмбриональную неоваскуляриза-цию, и вторая представлена ММР-независимым механизмом, который ингибирует и нормальный ангиогенез, и митоген- опосредованный ангио-генез in vivo. Регуляция активности ММР достигается на транскрипционном уровне, также как и семейством эндогенных ингибиторов, тканевых ингибиторов матриксных металлопротеи-наз. Сдвиг протеолитического баланса в сторону активности MMPs показал их принципиальную роль в регуляции ангиогенеза, так же как в росте и метастазировании опухолей. Не смотря на то, что общепринятым считается ингибирование всеми тремя типами TIMP (TIMP-1, 2, 3) активности MMPs и миграции эндотелиальных клеток, стимулированных ангиогенными митогенами, эти ингибиторы отличаются по своей способности регулировать другие процессы ангиогенеза. Например, TIMP-2 обладает способностью ингибировать пролиферацию капиллярных эндотелиальных клеток, привлеченных ангиогенными митогенами, тогда
как TIMP-1 является модулятором роста эндотели-альных клеток капилляров [19].
Тканевой ингибитор металлопротеиназы-1 (TIMP-1)
TIMP-1 представляет собой белок массой 28,50 кДа, определяемый во многих тканях. Основные места экспрессии TIMP-1 находятся в яичниках и костной ткани. Pегуляторные функции TIMP-1 еще не до конца изучены. Показано, что TIMP-1 ингиби-рует развитие опухоли, метастазирование и ангио-генез. С другой стороны для TIMP-1 описана и ан-тиапоптотическая активность. TIMP-1 стимулирует синтез MMP-1 в фибробластах, очевидно, по механизму отрицательной обратной связи [53].
Тканевой ингибитор металлопротеиназы-2 (TIMP-2)
Экспрессия TIMP-2 наблюдается как в нормальных, так и в опухолевых тканях. Концентрация TIMP-2 в сыворотке крови коррелирует как с длительностью ремиссии, так и с выживаемостью пациенток с раком молочной железы. Сывороточные уровни TIMP-2 повышены у пациентов с системным склерозом. Предполагается использование этого теста для оценки степени малигнизации опухоли. Кроме своей обычной ингибиторной роли, низкая концентрация TIMP-2 способствует индукции активации MMP-2 при помощи MMP-14, формируя трехмолекулярный комплекс этих белков на поверхности клетки [10].
Тканевой ингибитор металлопротеиназ 4 (TIMP-4)
Определено, что мPНК TIMP-4 экспрессиру-ется на высоком уровне в сердце, низкие значения отмечены в почках, поджелудочной железе, толстой кишке и тестикулах. Уровень TIMP-4 в плазме снижен у пациентов с гипертрофической обструк-тивной кардиомиопатией, после этаноловой абляции межжелудочковой перегородки, что указывает на важную роль TIMP-4 в миокардиальном ремо-делировании. Кроме того, экспрессия TIMP-4 нарушается при различных типах опухолей, включая рак молочной железы, шейки матки и эндометрия, глиомы и хориокарциномы [53].
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ
В целом можно сказать, что функция матрикс-ных металлопротеиназ связана с обменом белков соединительно-тканного матрикса (GTM). Эти ферменты в совокупности способны гидролизо-вать все компоненты СTM.
Значение MMPs в развитии патологических процессов можно разделить на следующие группы [32]: 1 разрушение ткани при инвазии и метастазирова-
нии рака, ревматоидном артрите, остеоартрите,
язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, колоректальной язве, заболеваниях паро-донта, нейровоспалительных заболеваниях.
2 фиброз при циррозе печени, заболеваниях легких, отосклерозе и рассеянном склерозе.
3 ослабление матрикса при дилатационной кар-диомиопатии, аневризме аорты, рестенотических поражениях.
Инвазия опухолевых клеток и метастазирование связаны с нарушением деградации межклеточного матрикса. Следовательно, MMPs играют немаловажную роль в этих процессах. Известно, что в эпителии нет сосудов, и питание осуществляется диффузно через базальную мембрану. Именно при разрушении базальной мембраны и прорастании опухоли за ее пределы можно говорить об инвазив-ных формах рака и возможности метастазирования [26]. В дальнейшем развитии опухоли матриксные металлопротеиназы играют роль ферментов, разрушающих интактную ткань и способствующих про-грессированию метастазов. Деградация базальной мембраны и стромы — ключ, необходимый для начала опухолевого роста и метастазирования. Клетки некоторых опухолей сами образуют MMPs и, независимо от этого, любая опухоль является мощным индуктором образования MMPs. Способствуя инвазии опухолевого роста и метастазированию, MMPs в то же время являются мощными стимуляторами неоангиогенеза [4, 7, 32].
Выше уже были описаны характерные для тех или иных опухолей изменения активности ма-триксных металлопротеиназ. Однако рассматривать отдельно уровни экспрессии тех или иных матриксных металлопротеаз или их ингибиторов — значит не учитывать тот важный факт, что в норме и патологии повышение уровня протеаз приводит к увеличению продукции их ингибиторов и определяющее значение для осуществления протеолиза в итоге имеет нарушение их баланса.
В последнее время появились интересные работы по патогенезу рака шейки матки, в которых указывалось, что онкогенные типы вируса папилломы человека помимо онкогенной трансформации клетки участвуют также в изменении экспрессии генов матриксных металлопротеиназ. Это позволяет уже изменившимся клеткам преодолевать барьер базальной мембраны. На этом примере показано, что взаимодействие вируса и здоровой ткани приводит не только к опухолевой трансформации последней, но и к созданию условий, наиболее благоприятных для дальнейшего развития опухолевого процесса [8; 7].
Ангиогенез — процесс образования новых сосудов из уже существующих. Физиологический ангиогенез наблюдается во время фетального периода развития, у взрослых — при заживлении
ран и в женской репродуктивной системе: регулярно при развитии желтого тела и в эндометрии в течение менструального цикла. Применительно к менструальному циклу выделяют три определенные стадии, во время которых наблюдается ангиогенез: во время менструации для восстановления «сосудистого ложа», во время быстрого роста эндометрия в пролиферативную и секреторную фазы, когда спиральные артерии растут и скручиваются в спираль. Деструкция базальной мембраны является одним из ключевых моментов ангиогенеза, потому что влечет за собой миграцию эндотелиальных клеток, что необходимо для процесса неоваскуляризации [29, 40, 30]. MMP-9 способствует ангиогенезу опухолей через высвобождение связанных с внеклеточным матриксом ангиогенных факторов, таких как VEGF [40]. MT1-MMP вовлечена в миграцию эндотелиальных клеток и инвазию через фибриновые барьеры посредством своей фибринолитической активности [32].
взаимосвязь ММРs И цитокинов
MMPs имеют несколько перекрестов с ци-токиновой сетью. Провоспалительные цитоки-ны и факторы роста могут регулировать экспрессию MMPs. Активация клеток цитокинами приводит к увеличенному процессингу MMPs из неактивных зимогенов в активные ферменты [30]. Цитокины и их рецепторы могут также быть субстратами для действия MMPs. Провоспалительный цитокин IL-1P может быть разрушен и инактивирован MMP-1, -2, -3 и -9. Дополнительно деградация белков матрикса, таких как декорин, посредством MMP-2, MMP-3, MMP-7, может высвобождать факторы роста, такие как TGF-P1, который запасается в матриксе [40]. Многие связанные с мембраной цитокино-вые рецепторы и молекулы адгезии могут высвобождаться с поверхности клеток под действием металлопротеиназ, относящихся к конвертазам. Это может снижать сигналы с поверхности клеток посредством удаления рецептора или расширения влияния молекул при высвобождении активных растворимых форм. Последствия этого будут зависеть от высвобожденной молекулы. Например, растворимый TNF, отщепленный с поверхности клетки, является провоспалительным, тогда как рецепторы TNF, отщепленные от клетки, действуют как растворимые ингибиторы TNF. Напротив, освобожденный растворимый рецептор IL-6 действует как стабилизатор IL-6 и комплекс действует как агонист IL-6 [30]. TNF-a оказывает влияние на экспрессию MMP-15, так было показано, что воздействие TNF-a на ткань плаценты увеличивает экспрессию данного фермента [51].
Заключение
Таким образом, роль матриксных металлопротеиназ при патологических процессах является несомненной и очевидной. В связи с этим активно изучаются ингибиторы этих ферментов в качестве терапевтических средств в ревматологии, онкологии, неврологии, кардиологии и гинекологии. Большинство из исследуемых препаратов находится на стадии клинических испытаний и одной из проблем является их низкая или недостаточная активность in vivo. Кроме того, важным направлением является определение прогностического значения уровня металлопротеиназ при разных заболеваниях, особенно онкологических аспектов метастазирования и рецидивов.
Учитывая уже известные свойства MMPs, а также перспективы дальнейших исследований этих энзимов, возможно внедрение новых препаратов для патогенетически обоснованной терапии в различных областях медицины.
Литература
1. БохманЯ. В. Руководство по онкогинекологии. — Л., 1989. — 464 с.
2. Влияние эпигена на систему матриксных металлопротеиназ при вирусных инфекциях половых органов / Шуршалина А. В. [и др.] // Российский вестник акушера-гинеколога. — 2009. — № 2. — C. 21-24
3. ЕрмоловаН. В. Значение нарушений процессов клеточной регуляции в развитии наружного генитального эндоме-триоза // Российский вестник акушера-гинеколога. — 2008. — № 3. — С. 33-36
4. Клишо Е.В. Кондакова И. В. Чойнзонов Е. Л. Матриксные металлопротеиназы в онкогенезе // Сибирский онкологический журнал. — 2003. — № 2. — С. 63-70.
5. Матриксные металлопротеиназы URL http://laboratory. rusmedserv.com/files/43_MMP.pdf. — (дата обращения 26.12.2011)
6. Про- и антиангиогенная активность у больных с ретро-цервикальным эндометриозом / Бурлев В. А., Ильясова Н. А., Дубинская Е. Д. [и др.] // Проблемы репродукции. — 2005. — № 2. — C. 75-81.
7. Рыжакова О. С. Итерстициальная коллагеназа (ММП-1) и ее эндогенные регуляторы при трансформации фибро-бластов геном Е7 вируса папилломы человека 16 типа (HPV16): автореф. дис. ... канд. биол. наук. — М., 2008.
8. СоловьеваН. И. Матриксные металлопротеиназы и их биологические функции // Журнал биоорганической химии. — 1998. — № 24. — С. 217-226.
9. Association between MMP1 and MMP9 activities and ICAM1 cleavage induced by tumor necrosis factor in stromal cell cultures from eutopic endometria of women with endometriosis / Pino M. [et al.] // Reproduction. — 2009. — Vol. 138, N 5. — P. 837-847.
10. Cao J. Zucker S. Biology and chemistry of matrix metallopro-teinases (MMPs) URL http: // www.abcam.com/index.html
?pageconfig = resource&rid = 11034. — (дата обращения 26.12.2011)
11. Cleavage of CD95 by matrix metalloproteinase-7 induces apoptosis resistance in tumour cells / Strand S. [et al.] // Oncogene. — 2004. — Vol. 23. — P. 3732-3736.
12. Differential Regulation of Matrix Metalloproteinase 2 and Matrix Metalloproteinase 9 by Activated Protein C Relevance to Inflammation in Rheumatoid Arthritis / Xue M. [et al.] // Arthritis Rheumatism. — 2007. — Vol. 56, N. 9. — P. 2 8 64-2874.
13. EgebladM., Werb Z. New functions for the matrix metallo-proteinases in cancer progression // Nat. Rev. Cancer. —
2002. — Vol. 2, N 3. — P. 161-174.
14. Elevated matrix metalloproteinase-9 in patients with systemic Sclerosis / Kim W.-U. [et al.] // Arthritis Res. Ther. — 2005. — Vol. 7. — P. R71-R79.
15. Expression and function of matrix metalloproteinase (MMP)-28 / Rodgers U. R. [et al.] // Matrix Biol. — 2009. — Vol. 28, N 5-3. — P. 263-272.
16. Expression of angiogenic factors in endometriosis: relationship to fibrinolytic and metalloproteinase systems / Gilabert-Estelle's J. [et al.] // Human Reproduction. — 2007. — Vol. 22, N. 8. — P. 2120-2127.
17. Expression of neutrophil collagenase (matrix metalloprotei-nase-8) in human atheroma: A novel collagenolytic pathway suggested by transcriptional profiling / Herman M. P. [et al.] // Circulation. — 2001. — Vol. 104. — P. 1899-1904.
18. Expression profiling of metalloproteinases and their inhibitors in sinovium and cartilage / Daidson R. K. [et al.] // Arthritis Research Therapy. — 2006. — Vol. 8. — P. R124
19. Functional Uncoupling of the Enzymatic and Angiogenic Inhibitory Activities of Tissue Inhibitor of Metalloproteinase-2 (TIMP-2) / Fernandez C. A. [et al.] // J. Biol. Chemistry. —
2003. — Vol. 278, N. 42. — P. 40989-40995.
20. Functions of KLK4 and MMP-20 in dental enamel formation / Papagerakis L. Y. [et al.] // Biol. Chem. — 2008. — Vol. 389, N 6. — P. 695-700.
21. Human MMP28 expression is unresponsive to inflammatory stimuli and does not correlate to the grade of intervertebral disc degeneration / Klawitter M. [et al.] // J. Negative Results BioMedicine. — 2011. — Vol. 10. — P. 9.
22. Increased expression of matrix metalloproteinase-9 in the eu-topic endometrial tissue of women with endometriosis / Collette T. [et al.] // Human Reproduction. — 2006. — Vol. 21, N 12. — P. 3059-3067.
23. Individual Timp Deficiencies Differentially Impact Pro-MMP-2 Activation / English J. L. [et al.] // J. Biol. C. — 2006. — Vol. 281, N. 15. — P. 10337-10346.
24. Intestinal tumorigenesis is suppressed in mice lacking the metalloproteinase matrilysin / Wilson C. L. [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1997. — Vol. 94. — P. 1402-1407.
25. Matrix metallopeptidase 16 (membrane-inserted). — 2011 URL http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/4325. — (дата обращения 28.12.2011).
26. Matrix metallopeptidase 19. — 2011 URL http: // www.ncbi. nlm.nih.gov/gene/4327. — (дата обращения 28.12.2011).
27. Matrix Metalloproteinase 10 Promotion of Collagenoly-sis via Procollagenase Activation Implications for Cartilage Degradation in Arthritis / Barksby H. E. [et al.] // Arthritis Rheumatism. — 2006. — Vol. 54, N 10. — P. 32443253.
28. Matrix metalloproteinase 13 mediates nitric oxide activation of endothelial cell migration / Lopez-Rivera E. [et al.] // PNAS. —
2005. — Vol. 102, N. 10. — P. 3685-3690.
29. Matrix metalloproteinase-2 is required for the switch to the angiogenic phenotype in a tumor model / Fang J. [et al.] // PNAS. — 2000. — Vol. 97, N. 8. — P. 3884-3889.
30. Matrix Metalloproteinases (MMPs): minireviews. — 1999 URL http://www.rndsystems.com/mini_review_detaiLobject-name_MR99_MMPs.aspx. (дата обращения 26.12.2011)
31. Matrix metalloproteinases and their inhibitors in human pituitary tumors / Beaulieu E. [et al.] // Neurosurgery. — 1999. — Vol. 45, N 6. — P. 1432-1440.
32. Matrix metalloproteinases involvement in pathologic conditions / Amalinei C. [et al.] // Romanian J. Morphology Embri-ology. — 2010. — Vol. 51, N 2. — P. 215-228.
33. Membrane Type 1 matrix metalloproteinase (MT1-MMP/ MMP-14) cleaves and releases a 22-kDa extracellular matrix metalloproteinase inducer (EMMPRIN) fragment from tumor cells / Egawa N. [et al.] // J. Biol. Chemistry. —
2006. — Vol. 281, N 49. — P. 37576-37585.
34. MMP-1 activation by serine proteases and MMP-10 induces human capillary tubular network collapse and regression in 3D collagen matrices / Saunders W. B. [et al.] // J. Cell Science. — 2005. — Vol. 118. — P. 2325-2340.
35. MMP19 Is Essential for T Cell Development and T Cell-Mediated Cutaneous Immune Responses / Beck I. M. [et al.] // PLoS One. — 2008. — Vol. 3, N 6. — P. 2343.
36. MMP19 is upregulated during melanoma progression and increases invasion of melanoma cells / Muller M. [et al.] // Modern Pathology. — 2010. — Vol. 23. — P. 511-521.
37. MMP28 (epilysin) as a novel promoter of invasion and metastasis in gastric cancer / Jian P. [et al.] // BMC Cancer. — 2011. — Vol. 11. — P. 200.
38. MT1-MMP hemopexin domain exchange with MT4-MMP blocks enzyme maturation and trafficking to the plasma membrane in MCF7 cells / Atkinson S. J. [et al.] // J. Biochem. — 2006. — Vol. 398. — P. 15-22.
39. MT4- (MMP17) and MT6-MMP (MMP25), A unique set of membrane-anchored matrix metalloproteinases: properties and expression in cancer / Sohail A. [et al.] // Cancer Metastasis Rev. — 2008. — Vol. 27, N2. — P. 289-302.
40. MT-MMPs as regulators of vessel stability associated with angiogenesis / Sounni N. E. [et al.] // Frontiers in Pharmacology. — 2011. — Vol. 2. — article 111.
41. Nagase H. Zinc Metalloproteinases in health and disease / ed. N. M. Hooper. — London: Taylor Francis Ltd., 1996. — 153 p.
42. Prognostic Significance of MMP-1 and MMP-3 Functional Promoter Polymorphisms in Colorectal Cancer / Zinzin-dohoue F. [et al.] // Clinical Cancer Research. — 2005. — Vol. 11. — P. 594-599.
43. Regulated Expression of ADAMTS Family Members and Cumulus Oocyte Complexes: Evidence for Specific and Redundant Patterns During Ovulation / Richards J. S. [et al.] // Biology Reproduction. — 2005. — Vol. 72. — P. 1241-1255.
44. Response of Matrix Metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases messenger ribonucleic acids to ovarian steroids in human endometrial explants mimics their gene-and phase-specific differential control in vivo / Vassilev V. [et al.] // J. Clin. Endocrinol. Metab. — 2005. — Vol. 90. — P. 5848-5857.
45. Role of Matrix Metalloproteinases and Therapeutic Benefits of Their Inhibition in Spinal Cord Injury / Zhang H. [et al.] // Neuro-therapeutics. — 2011. — Vol. 8. — P. 206-220.
46. Sequential use of transcriptional profiling, expression quantitative trait mapping and gene association implicates MMP20 in human kidney aging / Wheeler H. E. [et al.] // PLoS Genet. — 2009. — Vol. 10. — e1000685.
47. Snoekvan-BeurdenP.A.M., Von den HoffJ. W. Zymographic techniques for the analysis of matrix metalloproteinases and their inhibitors // BioTechniques. — 2005. — Vol. 38.— P. 73-83.
48. TGF-beta1 and TGFBR1 are Expressed in Ameloblasts and Promote MMP20 Expression / Gao Y. [et al.] // Anatomical Record. — 2009. — Vol. 292. — P. 885-890.
49. The Chemokine stromall cell derived factor-1 (CXCL12) promotes glioma invasiveness through MT2-matrix metalloprotei-nase / Zhang J. [et al.] // Carcinogenesis. — 2005. — Vol. 26, N. — P. 2069-2077.
50. The dual personalities of matrix metalloproteinases in inflammation / Le N. T. [et al.] // Front Biosci. — 2007. — Vol. 12. — P. 14751487.
51. The first trimester human trophoblast cell line ACH-3P: a novel tool to study autocrine/paracrine regulatory loops of human trophoblast subpopulations — TNF-a stimulates MMP15 expression / Hiden U. [et al.] // BMC Developmental Biology. — 2007.— Vol. 7. — P.137.
52. Variability in Melanoma Metalloproteinase Expression Profiling/Gir-icz O. [et al.] // J..Biomolecular Techniques. — 2010. — Vol. 21. — P.194-204.
53. VisseR. Matrix Metalloproteinases and Tissue Inhibitors of Metalloproteinases: Structure, Function, and Biochemistry / Visse R., Na-gase H. // Circulation Research.—2003.—Vol. 92. — P. 827-839.
54. Woessner J.F. Jr. Matrix metalloproteinases and their inhibitors in connective tissue remodeling / Woessner J. F. Jr. // The FASEB Journal. — 1991. — Vol. 5, N 8. — P.2145-2154.
Статья представлена С. А. Сельковым, ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН, Санкт-Петербург
MATRIX METALLOPROTEINASES AND INHIBITORS: CLASSIFICATION, MECHANISM OF ACTION
Yarmolinskaya M. I., Molotkov A. S., Denisova V. M.
■ Summary: Matrix metalloproteinases (MMPs) belong to family of extracellular proteases and play critical role in different physiological and pathological processes, embryogenesis, tissue reparation, neoangiogenesis, tumor transformation and metastastatic process and in different diseases. Inhibitors of these enzymes are used as therapeutic methods in rheumatology, oncology, neurology, cardiology and gynaecology. This article represents review of fundamental functions and biological role of MMPs, basic activity regulation mechanisms of these enzymes, classification is given.
■ Key words: metalloproteinases; inhibitors of metalloproteinases; biological role.
■ Адреса авторов для переписки-
Ярмолинская Мария Игоревна — д. м. н., в. н. с. отдела эндокринологии репродукции.
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН РАМН, II акушерское отд. патологии беременности.
199034, Россия, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3. E-mail: [email protected].
Молотков Арсений Сергеевич — аспирант, отделение оперативной гинекологии.
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН
199034, Россия, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3.
E-mail: [email protected].
Денисова Валентина Михайловна — аспирант, отделение
гинекологической эндокринологии.
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН.
199034, Россия, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, д. 3
E-mail: [email protected].
Yarmolinskaya Maria Igorevna — MD, PhD. Leading Scientific Researcher
of the department of reproductive endocrinology.
D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology.
199034 Russia, St. Petersburg, Mendeleyevskaya Line, 3.
E-mail: [email protected].
Molotkov Arseny Sergeyevich — PhD student, Department of Operative Gynecology.
D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology. 199034 Russia, St. Petersburg, Mendeleyevskaya Line, 3. E-mail: [email protected].
Denisova Valentina Michailovna — PhD student, D. O. Ott Resrearch Institute of Obstetrics and Gynecology Department of Gynecological Endocrinology. E-mail: [email protected].
