癌細胞移行(migration)與侵襲(invasion)作用

癌細胞轉移(metastasis)一直是癌症研究之重要領域，當癌細胞在體內生長 時，並不是單獨生長的，而是常會與周邊的正常組織交互作用，以調節一切行 動所需，並且會增加本身的惡性程度，這些與腫瘤有關係的組織包括有:基質 纖維組織母細胞(stromal fibroblasts)、具滲透性的免疫細胞(infiltrating immune cells)、血液及淋巴組織(blood and lymphatic vascular networks)、和細胞外基質 (extracellular matrix)，目前觀察到有許多癌細胞(尤其是肺腺癌)有遠端轉移，破 壞肝、腦等維生器官，因而導致病患死亡的現象，癌細胞亦可以藉由改變周圍

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的正常細胞或者改變其型態來產生其所需的生長因子(growth factor) 、細胞激 素(chemokines) 、或者基質水解酶(matrix-degrading enzyme)，以增加本身生長 及侵犯能力，如 VEGF、PDGF、EGFR、NF-κB、TNF-α、及 MMPs 等(Joyce, 2005)。

在癌細胞轉移過程是涉及許多生化反應與過程，包括細胞移行、細胞侵襲、表 面附著特性(Woodhouse et al., 1997)和細胞外基質降解(extracellular matrix)等特 性(Stetler-Stevenson et al., 1993)，最終產生遠端轉移(Arvelo and Cotte, 2006;

Imanaka et al., 2008)。癌細胞的侵襲能力是藉由分泌基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs) 、 組 織 蛋 白 酶 (cathepsins) 和 纖 溶 酶 原 激 活 物 (urokinase-type plasminogen activator, uPA)(Legrand et al., 2001)等具降解細胞外 基質(ECM)及基底膜的蛋白酶，藉此通過細胞外基質的薄壁，進入血管或淋巴 循環系統，造成遠端轉移(Duffy and Duggan, 2004; Itoh and Nagase, 2002)。其中 又以 MMP 為最，MMP 是中性、與 Zn²⁺結合的蛋白質分解酶，剛開始是以 proenzyme 的形式被釋放至細胞外，當 N 端水解時才具有活性(Westermarck and Kahari, 1999; Yoon et al., 2003)。許多研究皆提到 MMPs 與體內許多生理和 病理組織重新組成過程有關，尤其是 MMP-2 (72 kDa) 及 MMP-9 (92 kDa) 這 兩種明膠酶(gelatinase)，活化後可降解含有明膠(gelatin)成份的基底膜，與傷口 癒合、胚胎移植、腫瘤侵襲、轉移和血管新生的發生有密切關係(Woessner, 1991;

Stetler-Stevenson, 1999; Ray and Stetler-Stevenson, 1994)。也有研究指出 MMP-2 與 MMP-9 與組織基質金屬蛋白酶(tissue inhibitors of metalloproteinases, TIMPs) 抑制因子間的不平衡與慢性牙周炎、牙齦發炎和口腔癌的產生有重要關聯 (Henning, 1993; Kato et al., 2005; Sinpitaksakul et al., 2008)。

因此，當 MAPK 路徑被活化導致 MMP 大量產生之後，會使得細胞具有 較強的能力來分解細胞外基質，產生局部侵襲及移行(Irina et al., 2003; Neil et al., 2007; Lin et al., 2007)。MMPs 間質分解酵素是一群含有鋅的 peptidase，其 主要的功能為分解細胞外間質，進行間質組成份轉換（turnover），目前已被 探討出的間質分解酵素已超過 26 種，根據其主要受質及型態的不同，可將間

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質分解酵素分為五群：

(一) Collagenases：此類的間質分解酵素之受質主要為helical collagen，包括 MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18。

(二) Gelatinases ： 此類 的 間 質分 解 酵 素 之 受 質 主要 為 gelatin、elastin ， 包括 gelatinase A（MMP-2）及 gelatinase B（MMP-9）

(三) Stromelysins：此類的間質分解酵素主要為 aggrecan，包括 MMP-3、MMP-7、

MMP-10。

(四) Membrane-type MMPs：此類的間質分解酵素多具有hydrophobic domain，

且結合於細胞之表面上，包括MMP-14、MMP-15、MMP-24。

(五) Others：包括MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-23。

所有的間質分解酵素均是以酶原的形式（未活化態）由細胞分泌出來，未 活化的間質分解酵素包含三個主要的部份： (一) propeptide domain、(二) catalytic domain, 及(三) substrate-binding carboxy terminal domain。在活化過程 中，先將propeptide domain 切除後，再由一個酵素，通常是藉由一個間質分解 酵素，做進行最後的切割而形成活化態的間質分解酵素。間質分解酵素亦參與 許多細胞的作用，包括正常生理作用如：胚胎發育、傷口癒合、神經的生長、

細胞凋亡及一些病理的過程如關節炎、腫瘤細胞的侵襲、肝臟纖維化等。

有許多文獻指出，在骨關節炎的病患其滑液膜組織及軟骨中具有較高含量 的間質分解酵素，間質分解酵素-3（MMP-3），又稱為 stromelysin-1。之前的 研究指出，骨關節炎病患之血液與滑液膜組織中，MMP-3 表現量有多於正常 人之情形，且MMP-3 除了可以分解軟骨組織的主要成分外，還可以活化諸多 其他的collagenase 如MMP-8、MMP-13。在大部分無論是人類或是動物的腫瘤 細胞，MMP 的表達都有提高的現象(Coussens et al., 2002)。在臨床上，也有許 多案例發現腫瘤惡化程度與一些MMP 家族成員的表達有關，如MMP-1、2、3、

7、9、11、14 等(Stetler-Stevenson, 1996)。在動物實驗中也發現，MMPs 的表

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達量是腫瘤轉移及侵犯能力的指標(McCawley and Matrisian, 2000)。

因此，學術界正努力尋找可以抑制 MMPs 活性的藥物，以對抗發炎反應 及抗癌細胞的移行與侵襲作用(Asmaa et al., 2009)。天然植物性化合物對於癌症 預防和治療是頗具吸引力的研究性藥物。由中藥藥萃取物引起的生物反應，可 能會修飾傳統化療藥物和影響多種訊號傳遞途徑，其功效包含了抗發炎、抗增 殖、抗血管新生、促進癌細胞凋亡與抗癌細胞轉移等等(HemaIswarya and Doble, 2006; Sagar et al., 2006; Treasure, 2005)。同時，許多流行病學、生物學和臨床 研究也發現，飲食與預防人類癌症具有強烈的相關性(Doll, 1992; Rogers et al., 1993; Surh, 2003)。因此，在過去 10 年，以植物萃取的化學物質作為癌症的化 學預防已成為一個頗受矚目的研究項目(Manson, 2003; Surh and Ferguson, 2003;

Gosslau and Chen, 2004; Wei et al., 2005)。

許多研究報告也顯示，由食物或傳統中草藥萃取的天然化合物能預防和治 療動脈粥樣硬化，其機轉可能是通過其抗氧化，抵抗癌細胞的增生，或抵抗癌 細胞的轉移(Basu and Lucas, 2007; Giovannini et al., 2007)。最近研究發現，由 雷公藤(Tripterygium wilfordii)萃取的有效成分 triptolide 已被證明能夠抑制細 胞增殖，誘導腫瘤細胞凋亡(Chang et al., 2001; Kiviharju et al., 2002; Phillips et al., 2007; Yang et al., 2003)。

此外，triptolide 也被證實具有抑制小鼠移植瘤乳腺癌、胃癌、膀胱癌和胰 腺 癌 的 腫 瘤 生 長 和 轉 移 (Phillips et al., 2007; Yang et al., 2003) ； 蕃 茄 (Lycopersicon esculentum) 中的 α-tomatine 可藉由抑制 PI3K/Akt 與 ERK 訊號 傳遞路徑，減少基質金屬蛋白酵素 MMP-2 與 MMP-9 的活性，進而阻止肺癌 細胞 A549 的移行與侵襲(Shih et al., 2009)；薑黃(Curcuma longa)中的活性成分 curcumin 已被證實可抑制細胞增殖和發炎反應，誘導細胞凋亡，並使腫瘤細 胞對癌症治療的敏感性增加(Karunagaran et al., 2005; Thangapazham et al., 2006;

Srivastava et al., 2007)與抑制癌細胞的侵襲、血管增生和轉移(Menon et al.,

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1999)；蓮花(Nelumbo nucifera GAERTN)葉萃取物可抑制血管平滑肌細胞的增 生與轉移，進而減少動脈粥狀硬化的發生(Ho et al., 2009)；雲南重樓(Rhizoma Paridis)中的主要成分 Rhizoma Paridis saponins 可以誘導癌細胞凋亡，促進基 質金屬蛋酵素抑制因子-2(Tissue inhibitors of metalloproteinase-2)的表現，同時 減少 MMP-2 與 MMP-9 的活性進而抑制癌細胞的轉移(Man et al., 2009)；穿心 蓮(Andrographis paniculata)的活性成分 andrographolide 已被證實在體外試驗 中可抑制多種癌細胞的生長活性，並在動物試驗中對腫瘤細胞有明顯的抑制效 果 (Srinivasa et al., 2006)。先前研究中也發現，andrographolide 可以降低基質 金屬蛋白酵素 MMP-7 mRNA 的活性與 MMP-7 蛋白質的表現，進而抑制人類 大腸癌 Lovo 細胞的移行與侵襲(Shi et al., 2009)。