肺癌相關(guān)成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性及研究進(jìn)展*

謝志丹，梁亞奇 綜述，徐芹芹 審校

(1.青海大學(xué)，西寧 810016；2.青海省人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，西寧 810007)

肺癌是全球發(fā)病率和病死率位居第一位的癌癥，其治療依賴于病理診斷及分子病理診斷。肺癌根據(jù)組織學(xué)特征可分為非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)和小細(xì)胞肺癌(SCLC)兩種類型，NSCLC又主要分為腺癌和鱗癌，腺癌中最常見的驅(qū)動基因是表皮生長因子受體(EGFR)、間變性淋巴瘤激酶(ALK)、c-ros原癌基因1酪氨酸激酶(ROS1)等基因。對于沒有驅(qū)動基因突變的肺癌，標(biāo)準(zhǔn)治療方案以鉑二聯(lián)為基礎(chǔ)聯(lián)合抗血管生成或免疫檢查點抑制劑。對于存在驅(qū)動基因突變的肺癌，標(biāo)準(zhǔn)治療方案為小分子酪氨酸激酶抑制劑，耐藥后根據(jù)相應(yīng)的分子病理特征選擇后續(xù)治療方案；但是無論靶向治療、化療，還是化療聯(lián)合免疫治療，耐藥機(jī)制一直是困擾臨床診治的難題。近期有研究發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)是影響臨床治療效果的重要因素[1]，闡明TME的成分及其腫瘤調(diào)控機(jī)制將有助于解決肺癌治療耐藥這一重大難題。

TME是由細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞、多種細(xì)胞成分、細(xì)胞因子、生長因子、趨化因子等構(gòu)成，其成分通過多種方式與腫瘤細(xì)胞相互依存、相互作用，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移[2]。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(carcinoma-associated fibroblasts，CAFs)是構(gòu)成TME的主要細(xì)胞成分之一，也是促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的主要基質(zhì)細(xì)胞成分。以往系列研究闡明了CAFs的細(xì)胞特征，證明了其具有促進(jìn)腫瘤的血管新生、腫瘤浸潤和侵襲、腫瘤上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等作用[3]。并開始嘗試研究靶向CAFs對腫瘤治療效果的影響。近年來多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、細(xì)胞代謝和重編程等領(lǐng)域的進(jìn)展，使醫(yī)學(xué)界對CAFs異質(zhì)性、代謝紊亂及炎癥調(diào)節(jié)等新機(jī)制有了更深入的認(rèn)識。隨著對外泌體、細(xì)胞融合及線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的闡明，醫(yī)學(xué)界對CAFs與腫瘤細(xì)胞的相互作用也有了全新的認(rèn)識，顛覆著靶向肺癌治療的方向。本文主要就近年來CAFs異質(zhì)性及靶向TME治療的進(jìn)展作一概述。

1 多組學(xué)技術(shù)揭示CAFs異質(zhì)性本質(zhì)

CAFs已經(jīng)從多種腫瘤如腦腫瘤、腎腫瘤、卵巢腫瘤及消化道腫瘤和肺癌等組織中分離出來。以往眾多研究闡明了CAFs的細(xì)胞特征，如特異性表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)、成纖維細(xì)胞激活蛋白(fibroblast activation protein，F(xiàn)AP)、血小板源性生長因子受體-β(platelet-derived growth factor receptor，PDGFR-β)、成纖維細(xì)胞特異性蛋白-1(fibroblast specific protein-1，F(xiàn)SP-1)等標(biāo)志物。CAFs生物學(xué)特性研究表明，其通過直接或間接機(jī)制調(diào)控腫瘤耐藥、侵襲轉(zhuǎn)移、血管生成、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及代謝紊亂等[4-6]。在動物實驗中，臨床腫瘤標(biāo)本分離的CAFs與癌細(xì)胞混合后植入裸鼠皮下，可明顯加速腫瘤形成[5]。CAFs促進(jìn)腫瘤生長的可能機(jī)制還包括旁分泌及趨化內(nèi)皮祖細(xì)胞和單核細(xì)胞等。

CAFs代表一類異質(zhì)性非常強(qiáng)和多來源性細(xì)胞，被描述為紡錘樣細(xì)胞并不表達(dá)上皮、內(nèi)皮及白細(xì)胞表型的一類細(xì)胞。CAFs來源可能由腫瘤基質(zhì)中正常成纖維細(xì)胞(normal fibroblasts，NFs)分化而來，也可能是在腫瘤細(xì)胞刺激下重編程所致[7]。闡明CAFs的異質(zhì)性及激活機(jī)制是其靶向治療的關(guān)鍵。以往研究只是從細(xì)胞表型和功能特點闡述了CAFs的異質(zhì)性。近年來隨著單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)及空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等新技術(shù)的發(fā)展，從基因?qū)用娓鞔_了CAFs轉(zhuǎn)錄特征，結(jié)合細(xì)胞代謝及重編程特點，從全新角度了解CAFs的異質(zhì)性及功能差別。

利用多組學(xué)技術(shù)，包括單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因組學(xué)、表觀遺傳性學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等數(shù)據(jù)的整合，有效闡明了TME中CAFs的細(xì)胞類型和功能，并為靶向CAFs治療提供了基礎(chǔ)[8]。在肺癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中，腫瘤CAFs存在眾多不同的細(xì)胞亞群，部分CAFs具有類似纖維母細(xì)胞特性，部分亞群則更加類似前血管細(xì)胞的特征，有些則高表達(dá)細(xì)胞生長因子和免疫調(diào)節(jié)分子，從而在形態(tài)特征、空間關(guān)系、功能特征及細(xì)胞外基質(zhì)方面闡明CAFs的異質(zhì)性。為針對性靶向CAFs細(xì)胞亞群干預(yù)腫瘤提供了理論基礎(chǔ)。LAMBRECHTS等[9]分析了5例肺腺癌或鱗狀上皮癌患者腫瘤標(biāo)本的52 698個細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄序列，鑒定出了52種CAFs，在這52種CAFs亞型中，盡管都?xì)w類為纖維母細(xì)胞，但在表達(dá)譜、代謝特征和細(xì)胞表征方面體現(xiàn)出巨大的差別，有的克隆非常類似成纖維細(xì)胞，有的克隆具有非常強(qiáng)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化特性，能分泌眾多的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，部分克隆高表達(dá)平滑肌動蛋白α2(ACTA2)和高分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)。對來自患者的肺癌、結(jié)直腸癌、卵巢癌和乳腺癌等多種腫瘤基質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性進(jìn)行單細(xì)胞RNA和蛋白質(zhì)組分析，確定了共同特征的68個基質(zhì)細(xì)胞亞群，每個亞群在標(biāo)記基因、轉(zhuǎn)錄因子、代謝活動和組織表達(dá)均存在差異。其中，46個亞群是所有癌癥共有的，其余22個亞群是每種腫瘤特異性的[10]。利用整合的單細(xì)胞表達(dá)譜及多組學(xué)分析還能夠確定肺癌內(nèi)皮細(xì)胞的異質(zhì)性及調(diào)節(jié)血管生成的候選基因。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組還闡明腫瘤中內(nèi)皮細(xì)胞異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)了以前未被認(rèn)識的內(nèi)皮細(xì)胞表型,包括參與調(diào)節(jié)免疫監(jiān)視功能[11]。對腫瘤基質(zhì)細(xì)胞的精細(xì)分類和細(xì)胞間空間關(guān)聯(lián)注釋，將提高對TME異質(zhì)性的理解，并有助于針對不同亞群研發(fā)靶向腫瘤治療的策略[12]。

2 腫瘤CAFs激活及其代謝異常的機(jī)制

CAFs激活的原因和機(jī)制是探索其干預(yù)措施的基礎(chǔ)。癌細(xì)胞對鄰近CAFs的活化作用主要通過外分泌的細(xì)胞因子，包括TGF-β、肝細(xì)胞生長因子(HGF)[13]、血小板衍生生長因子(PDGF)、表皮生長因子(EGF)、胰島素樣生長因子(IGF)[13-15]均已被證明對CAFs具有活化作用，其機(jī)制與核因子-κB(NF-κB)、TGF-β/Smad、Janus蛋白酪氨酸激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活因子-3(JAK/STAT3)等通路有關(guān)。癌細(xì)胞還可以通過趨化和刺激腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞等分泌炎性介質(zhì)，如白細(xì)胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和IL-6等進(jìn)而間接活化CAFs。此外，TME的缺氧狀態(tài)亦可通過激活G蛋白偶聯(lián)受體信號誘導(dǎo)CAFs的活化[16]。

CAFs活化是導(dǎo)致TME代謝異常和炎癥環(huán)境的重要因素。大量的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明NSCLC的高葡萄糖吸收與增殖和侵襲特性密切相關(guān)。在TGF-β及其他信號刺激下，NFs向CAFs的轉(zhuǎn)化過程中會誘導(dǎo)谷氨酰胺-果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶2(GFPT2)表達(dá)并導(dǎo)致CAFs的糖代謝異常，從而改變糖酵解、磷酸戊糖途徑、檸檬酸循環(huán)途徑[17]。因此，GFPT2及其他關(guān)鍵酶也成為腫瘤組織CAFs的標(biāo)志，并可能發(fā)展為潛在的肺腺癌治療靶標(biāo)[18]。CAFs的異常代謝產(chǎn)物可能影響腫瘤細(xì)胞進(jìn)行重編程和自噬，成為區(qū)別NFs的重要特征[18]。

3 CAFs調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞生物學(xué)特性的機(jī)制

3.1 CAFs提供炎性TME

CAFs炎性信號通路激活并分泌各種炎性因子，使TME呈現(xiàn)炎性狀態(tài)。肺癌CAFs中環(huán)氧化酶-2(COX2)和前列腺素E2(PGE2)-整合素信號軸過度激活，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。靶向抑制COX2可有效減少細(xì)胞因子的分泌并減低鱗狀細(xì)胞癌惡化[19]。大數(shù)據(jù)發(fā)掘發(fā)現(xiàn)，COL1A1與NSCLC復(fù)發(fā)有關(guān)聯(lián)?？傮w而言，炎性環(huán)境是CAFs和鱗狀細(xì)胞癌相互作用紊亂的基礎(chǔ)。靶向COX2和SRC激酶可能是一個有效預(yù)防肺癌進(jìn)展的策略[19]。

3.2 外泌體微RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)

CAFs除了分泌細(xì)胞因子、趨化因子等機(jī)制調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞外，還通過外泌體放射調(diào)控肺癌細(xì)胞生物學(xué)特性。細(xì)胞外泌體是包含了復(fù)雜RNA和蛋白質(zhì)的小膜泡，直徑在40～100 nm。CAFs釋放外泌體是CAFs調(diào)控腫瘤細(xì)胞特征的重要方式。miRNA是外泌體中的主要成分之一，也是外泌體發(fā)揮生物學(xué)作用的主要機(jī)制。如miR-210在轉(zhuǎn)移肺癌細(xì)胞外泌體中是促血管新生的因素，通過調(diào)節(jié)Janus蛋白酪氨酸激酶2(JAK2)/STAT3通路影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性[20]。腫瘤來源的外泌體miR-1247-3p誘發(fā)CAFs激活促進(jìn)肝癌肺轉(zhuǎn)移[21]。除了分泌促血管生長因子之外，CAFs分泌的外泌體也參與轉(zhuǎn)移灶的TME形成。另外，外泌體中CAFs相關(guān)分子也可能成為診斷的靶標(biāo)，如血液中整合素β1微?？梢灶A(yù)測腫瘤轉(zhuǎn)移[22]。CAFs外泌體已經(jīng)成為腫瘤診斷的標(biāo)志物和腫瘤治療的靶分子。因此，針對CAFs的干涉策略對防止腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移很有意義。

3.3 CAFs的生物活性物質(zhì)傳遞

CAFs合成生物大分子介導(dǎo)了CAFs對腫瘤細(xì)胞的調(diào)控。中期因子(midkine)是一個肝素結(jié)合生長因子，介導(dǎo)CAFs誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的耐藥性。CAFs高表達(dá)midkine抑制順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，可能是腫瘤順鉑耐藥性機(jī)制之一[23]。腎小球足細(xì)胞膜黏蛋白(podoplanin)是一種淋巴管內(nèi)皮標(biāo)志物的跨膜唾液酸糖蛋白， podoplanin陽性CAFs在EGFR-酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)耐藥中扮演著重要的角色，有可能是一個理想的治療靶標(biāo)[24]。另外，IL-6家族細(xì)胞因子抑瘤素M(OSM)是誘導(dǎo)EMT表型的關(guān)鍵分子，并通過Janus蛋白酪氨酸激酶1(JAK1)/STAT3通路調(diào)控靶向治療耐藥誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[25]。NSCLC細(xì)胞和CAFs之間的相互作用主要通過激活OSM/STAT3通路，并通過旁分泌機(jī)制抑制靶向藥物的敏感性。

3.4 線粒體轉(zhuǎn)移

CAFs除了影響細(xì)胞代謝重編程外，線粒體轉(zhuǎn)移也是CAFs調(diào)控腫瘤細(xì)胞特性的重要機(jī)制之一。通過細(xì)胞間的橋梁可以傳遞CAFs來源線粒體。腫瘤CAFs線粒體作為能量傳感器，將CAFs代謝重編程和細(xì)胞線粒體依賴性傳遞給腫瘤細(xì)胞[26]。

4 靶向CAFs治療肺癌策略

CAFs作為最重要的TME的細(xì)胞成分，在腫瘤發(fā)展過程中發(fā)揮重要的角色。針對CAFs的靶向整合治療策略有可能突破TME對腫瘤細(xì)胞的保護(hù)作用，具有非常好的前景。

4.1 靶向CAFs解除TME對免疫細(xì)胞的抑制作用

TME對免疫細(xì)胞具有明顯抑制作用，靶向TME的CAFs可以增強(qiáng)系統(tǒng)性抗腫瘤免疫反應(yīng)，包括多種類型的細(xì)胞毒性CD8+T淋巴細(xì)胞反應(yīng)、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)活性等[27]。這為腫瘤免疫治療聯(lián)合靶向CAFs提供了一個新的免疫治療策略。

4.2 靶向CAFs的活性氧(ROS)信號抑制炎性TME

針對CAFs異質(zhì)性可以開發(fā)新的治療策略。纖維母細(xì)胞向CAFs轉(zhuǎn)化需要依賴于ROS，ROS是通過NADPH氧化酶4(NOX4)產(chǎn)生的。因此抑制NOX4的藥物可能靶向CAFs的轉(zhuǎn)化，從而對多種腫瘤有廣泛的適用性。另外，CAFs還通過ROS促進(jìn)免疫抑制及骨髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)向肺鱗狀細(xì)胞癌發(fā)展。

4.3 靶向CAFs抑制腫瘤細(xì)胞自噬

靶向CAFs調(diào)控的腫瘤細(xì)胞自噬是腫瘤治療的重要途徑之一。CAFs分泌IGF1/2、趨化因子CXCL12和β-羥丁酸(β-hydroxybutyrate)等物質(zhì)能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬，從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞免于放射或藥物殺傷[28]。CAFs調(diào)節(jié)腫瘤自噬機(jī)制與ROS產(chǎn)生、蛋白磷酸酶2A(PP2A)活性及抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)激活有關(guān)。靶向腫瘤CAFs的自噬調(diào)節(jié)通路可能是一種有前途的增加放療敏感性的策略[29]。

4.4 CAFs的靶向策略

CAFs及間充質(zhì)細(xì)胞容易進(jìn)入腫瘤組織，經(jīng)過工程化改造的基質(zhì)細(xì)胞可以摧毀TME[30]。CAFs表達(dá)多個特異標(biāo)志物，如富含亮氨酸重復(fù)蛋白15(LRRC15)表達(dá)在肺癌和多種實體腫瘤的CAFs上。LRRC15通過TGF-β誘導(dǎo)激活成纖維細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)α-平滑肌動蛋白(α-SMA)。靶向LRRC15陽性CAFs已經(jīng)證明是一種有效的腫瘤治療策略[31]。CD44是CAFs的功能性分子并在TME中維持腫瘤干細(xì)胞數(shù)量和干性。利用CD44抗體藥物可以靶向CAFs起到治療作用[31]。

總之，隨著對CAFs異質(zhì)性、代謝紊亂及炎癥環(huán)境新調(diào)節(jié)機(jī)制的認(rèn)識，將指導(dǎo)發(fā)展新的靶向TME的治療策略，從而提高肺癌及其他腫瘤的臨床治療效果。