胃癌癌相關(guān)成纖維細胞研究進展

郭嘉欣，徐遠義

寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理系，銀川 750004

胃癌(gastric cancer，GC)是全球發(fā)病率第五、病死率第三的癌癥[1]。與美國和英國相比，中國的癌癥發(fā)病率較低，但死亡率較高，其中36.4%的死亡病例來自于消化道腫瘤，而美國和英國消化道腫瘤死亡病例僅占癌癥死亡總數(shù)的5%左右[2]。近年來，隨著胃癌早期篩查技術(shù)的推廣、手術(shù)和放化療技術(shù)的進步以及靶向藥物的研發(fā)，胃癌的治療水平有了一定的提高，但腫瘤復(fù)發(fā)、治療不良反應(yīng)及耐藥反應(yīng)等情況仍嚴重影響胃癌患者的生存質(zhì)量及長期生存率。

研究發(fā)現(xiàn)，癌癥進展是由癌細胞的固有特性(如基因突變)和外部不穩(wěn)定性[如在腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)中的變化]共同決定的[3]。與癌細胞不同，TME內(nèi)的基質(zhì)細胞遺傳穩(wěn)定性更強、耐藥性更低，其中癌相關(guān)成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)因其數(shù)量優(yōu)勢、基因穩(wěn)定以及功能多樣性的特點而被認為是有潛力的抗癌治療靶點。近年來研究顯示，胃癌中CAFs在胃癌發(fā)生發(fā)展的各個階段都起著重要的促進作用，具有重要的研究價值。因此深入了解CAFs的起源和分型，以及在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用和機制，是開發(fā)靶向CAFs的抗癌藥物的重要前提。

1 腫瘤微環(huán)境的構(gòu)成及其影響

癌癥不是僅限于惡性腫瘤細胞的疾病，而是一種以整個細胞周圍環(huán)境根本性失調(diào)為特征的疾病，這種周圍環(huán)境稱為TME，是一個由細胞與非細胞成分構(gòu)成的復(fù)雜的動態(tài)體系[4-5]。TME的細胞成分包括成纖維細胞、間充質(zhì)干細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞等基質(zhì)細胞，以及巨噬細胞、淋巴細胞等免疫細 胞[6]；非細胞成分包括大量細胞外基質(zhì)、細胞因子、生長因子、趨化因子和蛋白酶等[7]。癌癥進展過程中，癌細胞與TME之間存在相互作用：一方面癌細胞不斷分泌因子調(diào)控TME，使其變成有利于腫瘤發(fā)生發(fā)展的微環(huán)境，使TME成為癌癥擴散的“溫床”；另一方面TME為了應(yīng)對環(huán)境條件的改變和腫瘤的致癌信號，在癌癥發(fā)展過程中不斷變化，調(diào)控癌癥進展，導(dǎo)致癌的異常生長、血管生成、轉(zhuǎn)移和耐藥[8-11]。

2 CAFs的來源及特征

成纖維細胞是一種多功能細胞，是間質(zhì)組織的重要組成部分，它們通常保持靜息狀態(tài)，僅在組織受損后發(fā)生組織重塑和修復(fù)期間獲得暫時活性，之后會凋亡或恢復(fù)到休眠狀態(tài)[12]。癌癥中也會發(fā)生慢性組織修復(fù)反應(yīng)，癌細胞在組織中持續(xù)增殖引發(fā)局部組織損傷，繼而導(dǎo)致針對癌細胞的慢性宿主修復(fù)反應(yīng)即癌癥纖維化，表現(xiàn)為活化的成纖維細胞控制的持續(xù)修復(fù)行為[13-14]。癌周圍活化的成纖維細胞被稱作CAFs，它是具有成纖維細胞表型的增生和代謝活性的細胞，參與癌癥進展的所有過程，壽命長且可塑性高，也是TME的關(guān)鍵組成部分[11,15]。組織病理學(xué)分析表明，CAFs的豐富度與不同種類癌癥的預(yù)后有關(guān)[16]。

2.1 CAFs的來源 大量證據(jù)表明，CAFs是復(fù)雜而異質(zhì)的細胞群體，這種異質(zhì)性可能歸因于CAFs的眾多來源途徑，其來源根據(jù)腫瘤的組織學(xué)類型分為六大類[13,17,18]：(1)大多數(shù)CAFs由組織駐留的成纖維細胞活化而來。這些成纖維細胞會通過響應(yīng)TME中豐富的生長因子如轉(zhuǎn)化生長因子β (transforminggrowthfactor-β，TGF-β)、堿性成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2)和血小板衍生因子(platelet-derived growth factor，PDGF)而募集并激活[13]。(2)CAFs也可能源自骨髓間充質(zhì)干細胞(marrow-derived mesenchymal stem cells，MSCs)。有研究使用體內(nèi)外示蹤實驗證實了在骨髓癌、胰腺癌和胃癌等癌癥中，MSCs可以分化成大量的CAFs[17-18]。(3)CAFs還可源自上皮細胞。后者可通過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)失去細胞間連接和極性，并發(fā)生細胞骨架重組和形態(tài)變化，獲得間充質(zhì)表型和侵襲能力，進而轉(zhuǎn)變?yōu)镃AFs[19]。(4)在腫瘤基質(zhì)中的內(nèi)皮細胞可以通過自分泌和旁分泌TGF-β信號介導(dǎo)的內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelialtomesenchymal transition，EndMT)變?yōu)镃AFs[20]。(5)脂肪細胞也可轉(zhuǎn)化為CAFs。由于脂肪細胞與成纖維細胞均屬于同一間充質(zhì)譜系，因此也被認為是CAFs的來源之一。(6)其他一些不常見的來源，如肌成纖維細胞、血管平滑肌細胞、周細胞、纖維細胞等均可轉(zhuǎn)化為CAFs[20]。

2.2 CAFs的生物學(xué)特征及表型 與靜息狀態(tài)的成纖維細胞相比，CAFs體積增大、凸起增多、細胞核有凹陷或切跡，在電鏡下可以看到大量的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、游離核糖體、高爾基體和應(yīng)力纖維，這些結(jié)構(gòu)賦予CAFs更強的增殖和遷移活性以及合成分泌細胞外基質(zhì)的能力[13]。許多細胞標(biāo)記物如α平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)、成纖維細胞活化蛋白(fibroblast activation protein，F(xiàn)AP)、成纖維細胞特異性蛋白1(fibroblast specific protein 1， FSP1)、血小板衍生生長因子受體(platelet-derived growth factor receptor，PDGFR)α和β都可以用于鑒定CAFs，但沒有一種具有完全的特異性，這也凸顯了CAFs異質(zhì)性的特點[5,17,21]。

CAFs是多種細胞亞群的集合，可響應(yīng)不同的刺激，在TME中顯示出獨特的分泌表型和生物學(xué)功能。有學(xué)者將CAFs分為5個亞型：F1和F2亞型分別表現(xiàn)出抑制和促進腫瘤的作用，并具有相互轉(zhuǎn)化的潛力；F3亞型可能具有高度的生長因子分泌活性，從而影響腫瘤免疫力、血管生成和癌細胞增殖；F4亞型具有產(chǎn)生和重塑細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的能力；其他功能的CAFs為F5型[13]。 因此將細胞標(biāo)記物、空間分布、生物學(xué)功能結(jié)合起來對CAFs進行鑒定更為可靠。

3 CAFs在胃癌發(fā)生和進展中的作用

CAFs的高度異質(zhì)性使其在疾病中表現(xiàn)出雙向功能：一方面，它們會誘導(dǎo)血管生成、炎癥、能量供應(yīng)、免疫抑制、侵襲和轉(zhuǎn)移，最終導(dǎo)致腫瘤進展；另一方面，有證據(jù)表明成纖維細胞的抗腫瘤特性可以調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)生成、上皮細胞的生長和分化，以及對組織損傷的反應(yīng)等過程[21]。

3.1 CAFs對胃癌生長的影響 癌的一大特征是具有無限增殖活性，并且癌細胞能通過多種形式維持其增殖能力。一項對1524例胃癌患者TME中細胞表達譜與臨床病理特征關(guān)系的分析表明，胃癌患者TME中CAFs浸潤數(shù)量越高，臨床預(yù)后越差[22]。有研究表明，CAFs通過控制自分泌或旁分泌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一些生長因子及細胞因子，分泌外泌體攜帶運輸非編碼RNA、蛋白質(zhì)類、DNA和代謝產(chǎn)物等物質(zhì)，進而與癌細胞進行細胞間溝通[23]，并可與癌細胞進行物理相互作用如代謝物交換或直接接觸，從而促進癌細胞的生長[24]。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)，CAFs以miRNA-149/IL-6依賴的方式增強GC細胞的EMT和干性，且在體外和體內(nèi)試驗中miRNA-149的降低均促進了腫瘤的生長。Kuroda等[26]對584例胃癌組織標(biāo)本進行研究發(fā)現(xiàn)，CAFs中血小板反應(yīng)蛋白4(thrombospondin-4，THBS4)高表達與浸潤深度、淋巴結(jié)和腹膜轉(zhuǎn)移以及腫瘤體積呈正相關(guān)，且THBS4高表達的患者5年總生存率明顯低于THBS4低表達的患者。最近的一項研究表明，在胃癌中生長停滯特異性蛋白6(CAF-derived growth arrest-specific 6，GAS6)可通過使受體酪氨酸激酶 (anexelekto，AXL)磷酸化，促進胃癌細胞的增殖和遷移，而胃癌組織中AXL磷酸化水平增高與總生存率降低相關(guān)[27]。

3.2 CAFs對胃癌侵襲轉(zhuǎn)移的影響 胃癌患者預(yù)后不良和生存率低的主要原因是發(fā)生轉(zhuǎn)移，約60%的胃癌死亡是由腹膜轉(zhuǎn)移引起的[28]。大量研究表明，CAFs通過釋放生長因子或細胞因子等直接或間接促進胃癌細胞的遷移和侵襲。胃癌CAFs高表達miRNA-106b、143和145，并下調(diào)miRNA-200的表達，所有這些miRNA都可通過多種級聯(lián)途徑誘導(dǎo)胃癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[29]。Wu等[30]的研究表明，胃癌CAFs能分泌大量的IL-6，通過激活JAK2/STAT3途徑誘導(dǎo)EMT，增加胃癌細胞的遷移，進而促進胃癌的發(fā)展。Shen等[31]的研究顯示，胃癌CAFs衍生的血管黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1， VCAM1)可與胃癌細胞中的整合素αVβ1/5相互作用，在體內(nèi)外促進腫瘤侵襲。另有研究發(fā)現(xiàn)，CAFs自噬誘導(dǎo)的腫瘤細胞和CAFs細胞間串?dāng)_可促進癌癥進展，CAFs內(nèi)窖蛋白-1(caveolin-1，Cav-1， 自噬標(biāo)志物)較低可以預(yù)測胃癌的生存時間較短，而微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B(microtubule-associated protein 1 light chain 3B，LC3B，自噬標(biāo)志物)較高則與浸潤性差和生存期長相關(guān)[32]。

ECM是由不同類型的基質(zhì)細胞(包括成纖維細胞樣細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞)組成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)支架，它不斷地被成纖維細胞降解和合成，以響應(yīng)組織狀況的變化[33]。CAFs在ECM重塑、代謝和免疫再編程中起著重要作用，CAFs的標(biāo)志性功能是產(chǎn)生ECM成分(如膠原蛋白、纖連蛋白、蛋白聚糖、骨膜素和腱生蛋白-C)，從而使癌組織結(jié)構(gòu)變得紊亂[34]。此外，CAFs是除癌細胞外基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的另一大來源，MMPs可以降解ECM中除多糖外的幾乎全部成分，是腫瘤獲得侵襲轉(zhuǎn)移能力的首要條件[33]。

3.3 CAFs對胃癌病理性血管生成的影響 病理性血管生成是癌癥的顯著特征，胃癌的生長、浸潤、轉(zhuǎn)移都強烈依賴于血管供應(yīng)的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。CAFs是促血管生成相關(guān)因子的重要來源，包括VEGF、TGF-β、PDGF、HGF、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)、血管生成素-1(angiogenin-1，Ang-1)、胰島素樣生長因子1 (insulin-like growth factors -1，IGF-1)和單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)等，這些因子在癌癥中可加速血管生成的速率[35]。CAFs可分泌基質(zhì)細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)，而SDF-1可將內(nèi)皮祖細胞募集到腫瘤中，從而促進血管生成[36-37]。Galectin-1是半乳糖凝集素β-半乳糖苷結(jié)合蛋白家族的成員，據(jù)報道，Galectin-1在胃癌的CAFs中表達上調(diào)，并可通過增強胃癌中VEGF的表達和內(nèi)皮細胞中血管內(nèi)皮生長因子受體 2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)的磷酸化加速血管生成[38]。缺氧是TME的顯著特征之一，以往研究已證實缺氧可促進CAFs分泌更多的VEGF和Ang，從而促進腫瘤血管生成[39]。Ding等[40]的研究認為，CAFs衍生的HGF通過PI3K/AKT和ERK1/2信號通路增強血管內(nèi)皮細胞的增殖和遷移能力，促進胃癌的血管生成和血管擬態(tài)。

3.4 CAFs對胃癌免疫逃逸的影響 免疫系統(tǒng)是影響癌癥發(fā)生發(fā)展的重要因素。研究表明，CAFs可通過直接作用或旁分泌的方式抑制免疫細胞的浸潤，減少免疫系統(tǒng)對癌細胞的識別與殺傷，進而促進癌癥進展[39]。CAFs可通過分泌多種細胞因子如TGF-β、PDGF、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、音猬因子(sonic hedgehog，SHH)和白介素影響T細胞的浸潤、分化、增殖和凋亡，抑制T細胞的免疫功能。此外，CAFs調(diào)控的ECM重塑也加強了阻礙T細胞浸潤的物理屏障[41-42]。CAFs還可通過促進免疫抑制細胞如髓源性抑制細胞、腫瘤相關(guān)巨噬細胞和樹突細胞等的分化和浸潤誘導(dǎo)腫瘤免疫抑制微環(huán)境。有研究表明，CAFs的一種標(biāo)志物腫瘤神經(jīng)腹側(cè)抗原-1(neuro-oncological ventral antigen 1，NOVA1)在胃癌TME中表達下調(diào)，其下調(diào)與M2型巨噬細胞的增加有關(guān)，而M2型巨噬細胞的數(shù)量與胃癌患者不良預(yù)后密切相關(guān)[43]。CAFs的表面標(biāo)志物FAP也參與了腫瘤免疫抑制，有動物模型研究證實，F(xiàn)AP+的CAFs可在胃癌微環(huán)境中抑制T細胞的抗腫瘤作用，并可增強免疫檢查點阻斷劑的抗腫瘤作用[44]。

3.5 CAFs對胃癌的負調(diào)節(jié)作用 CAFs也能夠通過一些未知的機制來延緩癌癥的發(fā)生。CAFs發(fā)揮抑癌的生物學(xué)作用取決于多種因素，比如癌癥的發(fā)展階段[14]。一些研究表明，miRNA失調(diào)可影響CAFs的分泌功能。Xu等[45]發(fā)現(xiàn)，胃癌的miR-139外泌體與CAFs和胃癌細胞之間的相互作用有關(guān)，miR-139可通過降低TME中MMP11的表達抑制胃癌的進展和轉(zhuǎn)移。由此可知，CAFs的促癌作用遠高于其抑癌作用，將CAFs的促癌作用轉(zhuǎn)化為抑癌作用是治療癌癥有潛力的研究方向，但CAFs抑制腫瘤的機制亟需進一步研究探索。

4 CAFs的靶向策略

由于CAFs的基因比癌細胞更穩(wěn)定，對治療耐受不敏感，目前正在探究能否通過改變CAFs的亞型、數(shù)量或功能，以干擾其與癌細胞的相互作用，繼而作為一種改善癌癥患者治療效果和預(yù)后的途徑。目前CAFs的靶向策略有以下幾類：(1)靶向CAFs的活化信號。TGF-β是癌細胞產(chǎn)生的可以使組織處駐留的成纖維細胞活化成CAFs的重要因子。有研究將TGF-β抑制劑與常規(guī)化療或免疫療法結(jié)合使用，以阻斷與胃腸道腫瘤中CAFs相關(guān)的促腫瘤信號[46-47]。(2)CAFs的耗竭。目前正在探索靶向CAFs的藥物遞釋系統(tǒng)，通過用膠束、納米復(fù)合物、脂質(zhì)體等包裹靶向CAFs特異性表面標(biāo)志物的藥物，可以高效低毒地殺死CAFs[48]。如一些FAP抗體、抑制劑、DNA疫苗和肽-藥物復(fù)合物等的臨床前試驗已顯示出了良好的效果[5,49]。(3)靶向CAFs調(diào)節(jié)腫瘤生長浸潤、血管生成、基質(zhì)重塑及免疫抑制等功能。如直接靶向發(fā)揮這些功能的CAFs亞群的特異性標(biāo)記物，或靶向CAFs分泌的相關(guān)因子間接抑制其功能[42]。(4)使CAFs恢復(fù)為靜息狀態(tài)的成纖維細胞。研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌患者缺乏維生素A會導(dǎo)致胰腺星狀細胞(PSCs)活化，因此服用維生素A代謝的中間產(chǎn)物全反式維甲酸可能使PSCs恢復(fù)為非活性狀態(tài)[17]。

5 總結(jié)與展望

胃癌的進展過程涉及多個步驟和因素，其中關(guān)鍵的因素之一是胃癌細胞與TME中各種成分之間的相互作用，尤其是CAFs作為TME中主導(dǎo)的細胞群體，不僅與癌細胞相互作用，還能通過影響TME中其他細胞成分而間接作用于癌細胞。因此CAFs有成為胃癌早期診斷標(biāo)志物與后期治療靶點的潛力。當(dāng)前針對CAFs的癌癥療法正在探索之中，但仍面臨許多挑戰(zhàn)，如CAFs缺乏特異性和精確的標(biāo)志物，導(dǎo)致很難做出特異性靶向策略，且CAFs存在功能異質(zhì)性和極化動態(tài)性，因此需要對抗CAFs治療反應(yīng)有更深入的了解以及更精準的靶向手段。未來亟須對CAFs開展更為深入的研究，以便將CAFs的靶向治療與其他治療方法相結(jié)合，實現(xiàn)增強臨床療效和提高患者生存率的最終目標(biāo)。