成纖維細胞激活蛋白靶向治療的研究進展△

邱婉芳，侯宗柳，石劍林，梁陸鑫，楊芳#

1昆明醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院細胞生物學與醫(yī)學遺傳學系，昆明650500

2昆明醫(yī)科大學附屬延安醫(yī)院科研部，昆明650500

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個多基因、多步驟的復雜生物學過程，它除了與腫瘤細胞自身的因素（各種癌基因的激活及抑癌基因的失活）有關，還涉及腫瘤細胞所處的微環(huán)境[1]。腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）中的成分與腫瘤細胞之間的相互刺激作用是腫瘤進展的決定性因素。TME是腫瘤在發(fā)生、發(fā)展過程中所處的內環(huán)境，是一個包括腫瘤細胞、成纖維細胞、內皮細胞、微血管、微淋巴管、組織液、免疫細胞及各種細胞因子和趨化因子等的復雜系統(tǒng)[2]。腫瘤相關成纖維細胞（carcinoma associated fibroblast，CAF）是起源于骨髓和局部組織的成纖維細胞，它是在腫瘤細胞及TME中各種因素的刺激下形成的一種“激活狀態(tài)”的特殊成纖維細胞，其具有極強的增殖、遷移、分泌細胞因子和合成各種細胞基質蛋白的能力，是TME的主要組成部分。CAF可通過分泌細胞因子、生長因子、趨化因子及細胞外基質降解酶等，促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移，并促進腫瘤微血管的生成。正因為CAF對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用巨大，因此，對CAF進行進一步深入的研究將會對惡性腫瘤的診斷、治療和預后判斷產生重大的意義[3]。CAF表面的分子標志物包括成纖維細胞激活蛋白（fibroblast activation protein，F(xiàn)AP）、α-平滑肌肌動蛋白（alpha-smooth muscle actin，α-SMA）和波形蛋白（vimentin）等。由于α-SMA和vimentin在靜息成纖維細胞、周細胞以及血管平滑肌細胞中也有表達，而FAP僅在激活的成纖維細胞中呈高度特異性表達，因此，F(xiàn)AP成為CAF最具潛力的分子標志物。此外，F(xiàn)AP還是促進腫瘤細胞增殖和轉移、重塑細胞外基質、誘導新生血管生成、介導免疫抑制、參與腫瘤細胞能量代謝等必不可少的因素[4]。目前，已有將腫瘤和TME的關系比喻為“種子”和“土壤”的說法，針對“種子”治療效果不佳的現(xiàn)狀，人們開始從“土壤”中尋找新的治療方法。因此，本文主要針對以FAP為靶點的相關研究、治療進展及其與TME的關系進行綜述。

1 CAF與FAP

成纖維細胞為靜息的間充質干細胞，可向功能性成纖維細胞分化。轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、血小板源性生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等可誘導成纖維細胞成為激活成纖維細胞。激活成纖維細胞是一種稀有的間質細胞，具有分化為內皮細胞、脂肪細胞或軟骨細胞的潛能，并能被誘導為誘導多能干細胞。腫瘤組織中的激活成纖維細胞又稱CAF，通過活躍的分泌活動調節(jié)腫瘤的進展，如分泌基質細胞衍生因子-1（stromalcell derived factor-1，SDF-1，又稱CXCL12）招募骨髓來源的內皮細胞誘導腫瘤血管的生成；分泌基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）促進腫瘤細胞的運動、侵襲。CAF還可通過尿激酶型纖溶酶原激活物受體（uroki-nase-type plasminogen activator receptor，uPAR）上調CC類趨化因子配體2（CC chemokine ligand 2，CCL2），從而趨化髓系來源的免疫抑制細胞（myeloid derived suppressor cell，MDSC），造成TME的免疫抑制狀態(tài)。TME免疫抑制狀態(tài)誘導腫瘤細胞產生藥物抵抗，導致腫瘤治療無效及腫瘤復發(fā)等[5]。

在慢性愈合的傷口、纖維化組織和基質活化的腫瘤組織中，激活成纖維細胞數(shù)量較多，并高表達FAP。FAP既是CAF的重要分子標志物，又是腫瘤進展過程中必不可少的因素。FAP具有蛋白酶活性和參與細胞信號轉導的雙重功能。作為CAF細胞膜上的跨膜蛋白，F(xiàn)AP分為胞質區(qū)和胞外區(qū)。其中，胞外區(qū)由α/β催化結構域和β螺旋結構區(qū)組成，而α/β催化結構域介導了二肽基肽酶（dipeptidyl peptidase，DPP）和肽鏈內切酶活性。FAP單體分子量為95 kD，只有裝配成170 kD的二聚體才具有完整的酶活性。FAP是Ⅱ型絲氨酸蛋白酶家族的成員之一，具有膠原酶和DPP活性，在腫瘤的生長過程中具有雙重功能，可降解細胞外基質中的二肽和Ⅰ型膠原[6]。除酶活性外，F(xiàn)AP還具有非酶催化活性。Knopf等[7]在人結腸癌CAF上，利用免疫共沉淀聯(lián)合敲除技術證實FAP是實體瘤細胞外基質脂筏的整體構件之一，與caveolin-1、erlin-2及stomatin等形成脂筏復合物，從而重塑細胞外基質，促使腫瘤發(fā)生轉移。

FAP的表達具有腫瘤組織分布的特異性：①FAP選擇性表達于90%以上的惡性上皮性腫瘤（如乳腺癌、結直腸癌和肺癌等）基質中的CAF中，定位于細胞膜和細胞質[8]；②FAP也可存在于上皮性腫瘤中，如胃癌和宮頸癌等[9]；③FAP在正常組織中通常不表達，但可一過性地出現(xiàn)在一些胚胎間葉組織和一些細胞外基質活化的疾病中[8]。FAP在激活成纖維細胞中呈高度特異性表達，使得其成為腫瘤與TME相互作用的靶蛋白。

2 FAP與TME

腫瘤的進展和轉移不僅與腫瘤細胞本身有關，還受TME的控制。在TME中，腫瘤細胞與CAF具有復雜的相互作用，具體機制如下：①FAP對腫瘤間質的形成、再塑和維持起重要作用，F(xiàn)AP可發(fā)揮蛋白質水解酶的作用，直接溶解與其相鄰的細胞外基質，也可通過激活另一種蛋白酶原間接溶解細胞外基質[10]。此外，F(xiàn)AP能夠與DPPⅣ、MMP-1、MMP-2、尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinase-type plasminogen activator，u-PA）等結合形成復合物，作用于細胞間信號轉導通路，從而促進腫瘤細胞的侵襲[11-12]。②FAP的DPP活性能夠刺激內皮細胞發(fā)揮類似血管內皮細胞生長因子的作用，促進腫瘤新生血管的生成[12]；FAP在細胞表面參與介導一些促腫瘤新生血管生成的信號通路，促進生長因子發(fā)揮促新生血管生成的作用；FAP參與細胞外基質的降解和重建，使膠原異常積聚，促進血管內皮細胞的遷移并逐漸形成血管[13]。阻礙FAP的表達可引起γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等抑制血管形成的細胞因子水平升高，從而導致腫瘤組織缺氧、壞死[14]。TME中存在導致機體免疫應答弱或不應答的因素，而FAP正是其中的關鍵因素之一[15]。FAP+CAF主要通過分泌細胞因子，促進免疫抑制細胞的生成，抑制免疫效應細胞的應答，形成有利于腫瘤逃逸的微環(huán)境。FAP+CAF可通過分泌或促進分泌TGF-β、白細胞介素-10（interleukin-10，IL-10）、PDGF、CXC類趨化因子配體2（CXC chemokine ligand 2，CXCL2）和 CCL2等，促進調節(jié)性 T 細胞（regulatory T cell，Treg）、腫瘤相關樹突狀細胞、MDSC及腫瘤相關巨噬細胞等免疫抑制細胞的生成[16]。同時，F(xiàn)AP+CAF可誘導TME免疫抑制狀態(tài)，阻止免疫細胞攻擊腫瘤細胞，如干擾樹突細胞的分化成熟、阻斷T細胞向細胞毒性T細胞的轉換及抑制MHC抗原表達等[17]。實驗表明，破壞FAP+CAF既能改善機體對抗腫瘤的免疫功能，又能增強抗腫瘤藥物的功效[18]。

3 靶向FAP治療策略

FAP與腫瘤細胞的生長、侵襲、轉移及免疫抑制等關系密切，因此，以FAP為靶點，圍繞其在TME中的作用，一些腫瘤生物治療的新方法應運而生。目前，靶向FAP的治療策略包括以下幾種。（圖 1）

圖1 以FAP為靶點的免疫治療策略

3.1 FAP小分子酶抑制藥

如前所述，F(xiàn)AP具有膠原酶和DPP雙重蛋白酶活性，與TME細胞外基質的降解與重建、腫瘤脈管系統(tǒng)的建立關系密切。因此，推測選擇性抑制FAP蛋白酶活性可以減緩腫瘤細胞生長、侵襲和轉移的進程。研究者們嘗試通過使用FAP蛋白酶抑制藥來減緩腫瘤的進展。其中，ValboroPro（也稱Talabosta）是第1個進行臨床試驗的FAP蛋白酶活性抑制藥，Ⅱ期試驗已在轉移性結腸癌、黑色素瘤和非小細胞肺癌患者中開展[19]。但ValboroPro仍存在很多問題：應用ValboroPro抑制FAP蛋白水解酶活性的同時，也可能抑制了包括FAP在內的其他絲氨酸蛋白酶家族的酶活性；ValboroPro在生理條件下極易發(fā)生環(huán)化，到達腫瘤部位可能已經失效。雖然該藥物的療效目前尚無法確定，但鑒于FAP蛋白酶水解活性在腫瘤侵襲和轉移中的作用，F(xiàn)AP仍是一個潛在的治療靶點，F(xiàn)AP小分子蛋白酶活性抑制藥還有待進一步深入研究。

3.2 FAP酶激活式前體藥物

FAP酶激活式前體藥物的設計思路是通過將細胞毒性藥物與特殊肽鏈形成暫時失活的前體藥物，當該藥物被輸送至腫瘤組織時，F(xiàn)AP的肽鏈內切酶活性可使細胞毒性藥物釋放并殺傷靶細胞。毒胡蘿卜素（thapsigargin，TG）能夠引發(fā)細胞間鈣離子水平的上升和細胞凋亡。有研究在裸鼠實驗中利用FAP激活肽-TG前體藥物殺傷TME中的FAP+CAF，從而產生治療腫瘤的作用[20]。但靜脈注射這種前體藥物是否對正常組織存在損傷目前仍存在爭議。由于抑制FAP酶活性及信號轉導通路的雙重功能存在一定的技術難度。因此，相較于同時抑制FAP酶活性和信號轉導功能，利用FAP特異性前體藥物與FAP接觸釋放細胞毒性藥物，從而殺傷FAP+CAF和腫瘤細胞可能更具有腫瘤治療價值。

3.3 以FAP為靶點的CAR-T細胞療法

如前所述，F(xiàn)AP+CAF可使TME處于免疫抑制狀態(tài)，是腫瘤治療的阻力之一。因此，可以CAF和腫瘤細胞為靶點治療實體瘤。采用基因修飾T細胞，使其表達特異性FAP嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor，CAR），以FAP為靶點的CAR-T細胞能夠特異性識別并殺傷FAP+CAF。Tran等[21]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP可同時表達于CAF和多能骨髓間質細胞上，并可被以FAP為靶點的CAR-T細胞識別。Kakarla等[22]在A549肺癌模型中，利用以FAP為靶點的CAR-T細胞特異性識別FAP+CAF，并通過釋放細胞因子和發(fā)揮細胞溶解作用殺傷FAP+CAF，結果顯示，采用CAR將T細胞定向至TME，能夠增強T細胞的抗腫瘤作用，F(xiàn)AP+CAF減少的同時，腫瘤生長緩慢。

3.4 FAP疫苗

有研究者在B16小鼠黑色素瘤模型中，設計了一種新型藥物FAP-PE38，聯(lián)合多抗原疫苗，以CAF為靶點治療小鼠黑色素瘤，結果表明該藥物具有很強的抗腫瘤作用，這種聯(lián)合治療的機制是調節(jié)免疫系統(tǒng)抑制TME，激活細胞毒性T細胞特異性識別和殺傷腫瘤細胞[23]。另有研究者給小鼠移植瘤模型注射來源于FAP的多肽疫苗FAPτ后，小鼠體內CD8+T細胞內的IFN-γ表達水平較高，F(xiàn)APτ能夠有效激活體液和細胞的免疫應答，具有較強的抗腫瘤活性[24]。

3.5 FAP雙特異性抗體

為了抑制FAP的功能，研究者們進行了多種FAP抗體的臨床試驗。西羅珠單抗（sibrotuzumab）是最早進入臨床試驗的FAP抗體，一期臨床試驗在轉移性肝癌患者中完成，二期臨床試驗在轉移性結腸癌患者中完成，試驗結果顯示該抗體在人體內的耐受性及安全性均較高，但是臨床應答較低[25]。盡管如此，更有效的FAP抗體研究仍在繼續(xù)：①生物特異性單鏈抗體ScFvs是一種雙價抗體，能夠以FAP和T細胞CD3受體為靶點，啟動和調控TME免疫應答[26]；②RG7386是一種以FAP+CAF和腫瘤細胞上DR5受體為靶點的雙特異性抗體。腫瘤細胞由于凋亡調控失調導致細胞凋亡抵抗，因此，腫瘤細胞可逃避機體的免疫監(jiān)視。RG7386通過結合FAP+CAF和腫瘤細胞的細胞膜上DR5受體，介導細胞凋亡信號，選擇性殺傷FAP+CAF和腫瘤細胞，引發(fā)FAP過表達的實體瘤退化[27]。FAP抗體可聯(lián)合其他抗腫瘤藥物如伊立替康或阿奇霉素治療腫瘤，也可單獨治療腫瘤。

目前，越來越多的FAP靶向藥物進入試驗階段，或單獨作用或聯(lián)合其他抗腫瘤藥物作用，為腫瘤治療帶來了新的思路。

4 小結與展望

目前，越來越多的證據表明CAF在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移、耐藥性和能量代謝中發(fā)揮著重要的作用。由于CAF的高度異質性，在不同的腫瘤背景和腫瘤進展階段下，CAF所起的作用不盡相同，未來尚需更深入的研究。

FAP作為CAF表面重要的標志物之一，因靶點豐富且基因穩(wěn)定，成為抗腫瘤藥物的新靶點。目前出現(xiàn)了以抑制FAP的酶活性、破壞FAP參與的信號轉導通路或殺傷FAP+CAF等腫瘤治療策略。但以FAP為靶點的腫瘤治療仍存在諸多問題。FAP在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移過程中的作用存在爭議，相關分子機制尚未完全闡明。雖然目前大部分實驗支持其促進腫瘤細胞的增殖及轉移，但在小鼠腫瘤模型中敲除該基因后并未使小鼠的生存情況有所改善，提示FAP具有復雜的分子機制。此外，大部分FAP靶向治療藥物試驗是在體外進行的，并且僅針對某一實體瘤，并不能完全模擬復雜的體內TME，也無法確定其是否適用于所有實體瘤，因此需要更多的臨床前期和臨床試驗來評估FAP靶向藥物的有效性、特異性和安全性。盡管FAP的機制有待進一步研究，但由于FAP高表達于上皮性腫瘤細胞外基質，使其可能成為監(jiān)測一些腫瘤發(fā)生和預后的指標，同時，諸多研究均證實FAP靶向藥物單獨或聯(lián)合其他藥物使用能夠解除腫瘤藥物抵抗，這為未來臨床腫瘤的治療帶來了新的希望。總之，繼續(xù)深入研究FAP、CAF和TME三者的關系，有利于更加全面地了解腫瘤發(fā)生和進展的機制，為腫瘤的治療提供更加充分的理論和實驗依據。