癌相關成纖維細胞的研究進展

丁洪基，王 燦，王貴珍，李龍龍，張 迪

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)是由腫瘤細胞與各種間質細胞及細胞外基質(extracellular matrix, ECM)共同構成。腫瘤間質細胞包括成纖維細胞、血管內皮細胞、炎癥/免疫細胞、間充質干細胞、脂肪細胞等。癌相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts, CAF)是在TME中被激活的成纖維細胞。在所有構成TME的間質細胞中，CAF是最豐富的腫瘤間質細胞。盡管CAF在腫瘤間質中廣泛存在，但它們在腫瘤發(fā)展中的作用一直未得到充分認識。近年CAF在癌癥生物學領域中的核心作用日益顯現(xiàn)。大量證據(jù)表明，CAF能產生支持腫瘤的ECM，促進腫瘤前上皮細胞的生長、擴張和擴散，為新出現(xiàn)的惡性細胞創(chuàng)造舒適的環(huán)境，是許多器官腫瘤進展的關鍵驅動因素。在TME中，CAF通過細胞與細胞的接觸調節(jié)腫瘤細胞和其他間質細胞的生物學行為；通過釋放大量的調節(jié)因子，合成和重構ECM，從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[1]。目前，將CAF作為癌癥治療的靶向治療方法已經(jīng)提上議事日程。越來越多研究證明CAF可與腫瘤中不同免疫細胞之間相互作用，它們與腫瘤進展有關，是潛在的靶向治療方法。令人可喜的是，CAF基因組穩(wěn)定且不易耐藥。因此，CAF靶向治療可能會成為腫瘤治療的新方法。

1 CAF與正常成纖維細胞(normal fibroblasts, NF)的區(qū)別

CAF與NF相比，在形態(tài)特征、生物學行為及分泌功能等均有明顯不同。通常CAF在形態(tài)上是一種細胞核不規(guī)則的大梭形細胞，核切跡較明顯，胞質豐富，胞質內有肌絲和豐富的粗面內質網(wǎng)。王甜甜等[2]培養(yǎng)及純化的結腸CAF呈紡錘形或長梭形，胞突少，大小不一，生長密集，排列無方向性，出現(xiàn)重疊生長，接觸抑制和密度抑制喪失；結腸NF形態(tài)較規(guī)則，呈多胞突的扁平星狀，細胞大小基本一致，排列有一定方向性，無重疊生長，存在接觸抑制和密度抑制現(xiàn)象。一般來說，CAF處于持續(xù)活化狀態(tài)，與NF相比具有更強的增殖能力，生成更多的膠原蛋白、生長因子和其他ECM活性因子，具有更強的遷移能力。

2 CAF的起源和標志物

關于CAF的起源有許多理論，但至今仍爭論不休。如常駐組織的成纖維細胞、骨髓來源的間葉干細胞(mesenchymal stem cell, MSC)、造血干細胞、上皮細胞和內皮細胞均被認為可能是CAF的前體細胞，表明CAF具有多源性和異質性。大多數(shù)CAF可能來自常駐組織成纖維細胞的激活。此外，周細胞、前脂肪細胞、MSC、內皮細胞和上皮細胞的轉分化，也可產生類似CAF的細胞群[3]。多項研究表明，成纖維細胞的活化是一個可逆的過程[3]。近年，Nair等[4]在以小鼠誘導的多能干細胞與乳腺癌細胞的共培養(yǎng)中，首次證明腫瘤干細胞(cancer stem cell, CSC)是腫瘤生態(tài)位中CAF的關鍵來源之一。由于CAF的多源性與異質性起源，使得精確區(qū)分CAF亞群變得較為困難。

CAF使用最廣泛的標志物是α-SMA，這可能是由于腫瘤間質中有較多肌成纖維細胞，但肌成纖維細胞只是CAF的一個亞型，因此并非所有的CAF均表達SMA。CAF的另一常見標志物是成纖維細胞活化蛋白(fibroblast activation protein, FAP)，這也是肌成纖維細胞的標志，然而FAP也可在惡性上皮細胞中呈陽性。此外，膠原蛋白11-A1、骨連接蛋白和CD90也被確定為相對特異性的CAF標志[5]。肌腱蛋白-c(tenascin-c)、骨膜蛋白(periostin)、膠質細胞抗原-2、desmin、血小板源生長因子α/β(PDGFRα/β)、成纖維細胞特異性蛋白(fibroblast specific protein, FSP)、平足蛋白(podoplanin)、微纖絲相關蛋白5及vimentin也被認為是CAF的標志物，但這些標志物對CAF均無特異性。paladin是一種肌動蛋白結合蛋白，可以參與調節(jié)膠原生物合成、組裝和ECM的基因表達，在CAF激活時比α-SMA表達更早[6]。Fujisawa等[7]對76例手術切除原發(fā)性卵巢癌和17例繼發(fā)性卵巢癌組織應用CAF標志物forkhead蛋白L2(forkhead protein L2, FOXL2)進行雙重免疫組化染色。卵巢病變中，F(xiàn)OXL2陽性細胞可表達多種CAF標志物，卵巢間質細胞是上皮性卵巢癌中CAF的來源，且不與腫瘤細胞一起通過循環(huán)向遠處轉移。目前認為，由于缺乏特異性CAF標志物，多種標志物組合可能有助于識別CAF，形態(tài)學與分子標記相結合是鑒別CAF最可靠的方法。

3 CAF與免疫細胞之間的相互關系

CAF通過分泌細胞因子、趨化因子和其他因子，如膠原蛋白、基質金屬蛋白酶、層粘連蛋白等，與免疫細胞相互作用，以調節(jié)TME，促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

3.1 CAF與巨噬細胞的相互作用CAF通過分泌多種細胞因子調節(jié)巨噬細胞，腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophage, TAM)也可以調節(jié)CAF的狀態(tài)。TAM由M1和M2型兩種不同表型的巨噬細胞組成。M1型TAM有抗腫瘤作用，而M2型TAM具有免疫抑制功能，能促進腫瘤進展。TAM和CAF常在瘤組織的同一區(qū)域被檢測到，但在不同腫瘤中，兩種細胞的比例不同。在胃腸道癌、肺癌、胰腺癌和前列腺癌組織中，CAF密度高于TAM；而腦瘤、淋巴瘤、腎癌和肝癌組織中，TAM的密度較高[8]。Yavuz等[9]研究發(fā)現(xiàn)，CAF不僅可以通過單核細胞趨化蛋白-1和基質細胞衍生因子-1招募單核細胞，還可將其分化為M2型TAM，從而在乳腺癌中發(fā)揮免疫抑制作用；他們的研究還發(fā)現(xiàn)，高級別CAF與乳腺癌組織中TAM的數(shù)量顯著相關，也與Ki-67增殖指數(shù)較高和腫瘤體積較大相關。這種腫瘤細胞、CAF和M2型TAM之間復雜的相互作用，增強了腫瘤細胞的運動性，從而促進了原發(fā)性腫瘤的逃逸、轉移擴散和內皮細胞的血管生成。

3.2 CAF與NK細胞的相互作用在腫瘤免疫中，NK細胞起重要作用，CAF能通過不同的方式抑制NK細胞的表達和功能，促進腫瘤生長。NKG2D是NK細胞的激活受體，對激活NK細胞必不可少，MICA/B作為NKG2D的2個配體，在腫瘤細胞表面表達。Ziani等[10]研究發(fā)現(xiàn)黑色素瘤CAF通過分泌基質金屬蛋白酶，可降低MICA/B的表達，從而進一步降低NK細胞對黑色素瘤NKG2D依賴性細胞的毒性殺傷活性。Zhang等[11]發(fā)現(xiàn)在結直腸癌中，CAF可通過分泌IL-8吸引單核細胞，進而促進巨噬細胞M2極化，TAM與CAF在TME中協(xié)同作用，可抑制結直腸癌NK細胞的功能。NK細胞也可影響CAF的細胞因子表達，但這方面的研究有限，尚待進一步探討。

3.3 CAF與T淋巴細胞的相互作用研究表明，在腫瘤間質中調節(jié)性T細胞(regulatory T cells, Treg)高表達患者比Treg低表達的患者預后差。在TME中，Treg和CAF都起作用，免疫調節(jié)因子在CAF中的表達，可以誘發(fā)基質中的Treg。Costa等[12]發(fā)現(xiàn)，在三陰型乳腺癌中，有2個肌成纖維細胞亞群CAF-S1和CAF-S4。CAF-S1誘導Treg的分化和活性，并增加T淋巴細胞的存活率，CAF-S4沒有表現(xiàn)出該特性。因此，不同來源的CAF具有不同的生物學功能，尤其是對Treg的影響。

輔助性T細胞(Th細胞)通常表達CD4，分為Th1細胞和Th2細胞。多項研究表明，CAF在調節(jié)Th1和Th2細胞表達平衡中發(fā)揮重要作用。De Monte等[13]發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌中，由腫瘤細胞激活的CAF分泌TNF-α和IL-1β，進一步分泌胸腺基質淋巴生成素(thymic stromal lymphopoietin, TSLP)，發(fā)生Th2細胞極化，降低患者的生存期。因此，阻斷CAF產生的TSLP，可能改善胰腺癌的預后。

CD8+T細胞通常被稱為T細胞毒細胞，激活后進一步分化為效應細胞，稱為細胞毒性T淋巴細胞。它是一種特殊類型的T細胞，可以殺滅一些抗原(如病毒和癌細胞)，并與NK細胞形成重要的防線，抵御病毒和癌癥。Lakins等[14]報道，CAF通過抗體PD-L2和FASL，可以殺滅CD8+T細胞。因此，在CAF中抑制PD-L2和FASL，可以重新激活細胞毒性T細胞。

3.4 CAF與中性粒細胞的相互作用有學者研究肝細胞癌衍生的CAF對中性粒細胞的影響，發(fā)現(xiàn)肝細胞癌CAF可誘導中性粒細胞的趨化性，并保護其免受自發(fā)性凋亡。肝細胞癌CAF通過IL-6-STAT3-PD-L1信號級聯(lián)，調控肝癌中中性粒細胞的存活、活化和功能，為CAF在腫瘤生態(tài)位重構中的作用提供新機制，為肝癌的治療提供潛在的靶點[15]。Zhu等[16]發(fā)現(xiàn)，胃癌MSC可誘導中性粒細胞的趨化性，并保護它們不發(fā)生自發(fā)性凋亡。胃癌MSC啟動的中性粒細胞能誘導正常的MSC分化為CAF，可明顯促進胃癌細胞的遷移，提示CAF與中性粒細胞之間存在著協(xié)同驅動胃癌進展的作用。

3.5 CAF與樹突狀細胞的相互作用CAF在免疫調節(jié)過程中起關鍵作用，但其在調節(jié)樹突狀細胞中的作用尚不清楚。Cheng等[17]最先報道，來源于肝癌的CAF可促進調節(jié)性樹突狀細胞的產生。其特征為共刺激分子低表達，高抑制細胞因子的產生和免疫反應調節(jié)的增強，包括T細胞增殖障礙及通過上調吲哚胺-2、3-雙加氧酶(indoleamine-2, 3-dioxygenase, IDO)來促進Treg的擴增。此研究還表明，樹突狀細胞中信號傳導和轉錄活化因子3(signal transduction and transcriptional activation factor 3, STAT3)的活化是由CAF起源的IL-6介導的，這對IDO的生成至關重要。此外，IDO抑制劑、STAT3及IL-6封閉抗體，可以逆轉肝臟CAF對樹突狀細胞的調節(jié)功能。這一研究結果為CAF誘導免疫逃逸的機制，及一種新的癌癥免疫治療方法(如靶向CAF、IDO或IL-6)提供新思路。

4 CAF在癌癥進展中的作用

CAF在促進腫瘤生長和轉移方面扮演非常重要角色。CAF可分泌多種生長因子和細胞因子，通過誘導癌細胞增殖、血管生成和細胞基質降解等作用，促進腫瘤的生長和侵襲轉移。研究表明，CAF中微小RNAs(microRNAs, miRNAs)異常表達可參與調控腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移等多種生物學行為。閆玉等[18]利用RT-PCR技術檢測原代培養(yǎng)的胃CAF和NF中18種miRNAs的相對表達水平。結果發(fā)現(xiàn)：人胃癌TME中，CAF和NF的miRNAs表達差異有顯著性，其中miRNA-214在CAF中的表達明顯降低；過表達CAF中的miRNA-214可以顯著降低胃癌細胞的遷移和侵襲能力，抑制胃癌的進展。Zhang等[19]從胃癌組織中分離出胃CAF，并用雌激素治療。結果發(fā)現(xiàn)，雌激素可激活CAF，分泌IL-6，最終促進胃癌細胞的增殖和侵襲，這一結果可能為胃癌的治療提供新的靶點。Zhan等[20]采用免疫組化和免疫熒光雙染法檢測268例胃腺癌中B7-H3、CD31與α-SMA的表達。結果發(fā)現(xiàn)，間質B7-H3表達多見于α-SMA陽性CAF，間質B7-H3和α-SMA高表達患者的總生存期明顯較差，提示間質B7-H3和α-SMA表達狀態(tài)可作為判斷胃腺癌預后的指標。Shen等[21]對幽門螺桿菌感染胃癌患者進行CAF與胃癌關系的研究，發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌感染能激活胃癌CAF，引起多種基因改變，幽門螺桿菌通過激活JAK/STAT1信號通路，使胃癌CAF中血管黏附分子1(vascular adhesion molecule 1, VCAM1)的表達增強，VCAM1水平與腫瘤進展和預后不良呈正相關，為胃癌的治療提供潛在方法。Du等[22]發(fā)現(xiàn)，在食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)中，CAF來源的過氧化氫誘導克隆-5(hydrogen peroxide induced cloning-5, HIC-5)通過調節(jié)細胞因子和修飾ECM來調節(jié)ESCC細胞的遷移和侵襲。ESCC組織芯片顯示，腫瘤間質中HIC-5表達增強與淋巴結轉移陽性及TNM分期較高有關，HIC-5是ESCC淋巴結轉移的高危預測因素。近年Neuwirt等[23]報道，CAF可通過上調膽固醇和類固醇的生物合成促進前列腺腫瘤的生長和進展。Minna等[24]發(fā)現(xiàn)，CAF和衰老的甲狀腺癌細胞同時出現(xiàn)在各種組織學類型的甲狀腺腫瘤中，并定位于腫瘤侵襲的前沿，表明CAF與甲狀腺癌的局部侵襲特征相關。Catalano等[25]報道，磷酸二酯酶5在乳腺癌間質CAF中高表達，可促進乳腺腫瘤的進展，并影響其臨床結果。他們認為這種酶可作為治療乳腺癌的潛在靶點。越來越多的證據(jù)表明，纖維化病變的存在大大增加許多組織發(fā)生癌癥的風險，包括肺、肝和乳腺。特發(fā)性肺纖維化與普通人群相比，肺癌的發(fā)病率更高[26]。值得注意的是，由于腫瘤內CAF亞群的異質性可能是由于其祖細胞在腫瘤相關間質中的來源不同所致，因而可能具有抑制或促進腫瘤生長的功能[26]。

5 抗CAF的腫瘤治療策略

CAF與腫瘤細胞和TME中的免疫抑制成分相比，具有更強的遺傳穩(wěn)定性，是腫瘤免疫治療的理想靶點。目前，常通過以下途徑對CAF進行靶向治療：(1)阻斷CAF的活化；(2)消滅或抑制CAF增殖；(3)阻斷CAF對腫瘤細胞作用的信號通路。Yan等[27]報道，CAF外泌體介導的LINCOO355能轉移調控膀胱癌細胞的增殖和侵襲，從CAF釋放的外泌體中調控LINCOO355表達，可能是一種針對膀胱癌的治療策略。文獻報道一些抗纖維化的藥物，如吡非尼酮、含溴域蛋白4(BRD4)、氯沙坦及二甲雙胍等，具有消弱或阻斷CAF促腫瘤的潛能[26]。為摧毀特定的CAF，Xia等[28]構建針對人類成纖維細胞激活蛋白α(FAPα)的DNA疫苗，這種疫苗通過產生特異性免疫反應和改變TME，靶向FAPα抗原，對腫瘤細胞產生細胞毒性殺傷作用，抑制腫瘤的生長和進展，該疫苗可能成為有效的癌癥免疫治療方法。Menon等[29]認為，放療對間質細胞介導的腫瘤免疫逃避機制具有獨特的優(yōu)勢，放療能根除和重編間質程序。把放療和其他間質改良劑(如集落刺激因子1受體、IDO1和TGFβ抑制劑)結合起來，可能有利于晚期轉移性疾病患者，并提高患者的生存率?；熀蟮臍堄嗄[瘤中往往存在相當數(shù)量的CAF，存活的CAF獲得先天性和適應性治療耐藥性，同時伴有間質炎癥和膠原積累的增加，導致醫(yī)源性腫瘤的僵硬和耐藥性腫瘤的發(fā)展，用CAF抑制劑聯(lián)合化療藥物可增加化療藥物的療效，降低CAF誘導的耐藥性[26]。另外，實行針對CAF的精準醫(yī)療勢在必行。

6 總結與展望

腫瘤細胞與間質細胞之間廣泛的、多層次的相互作用，為TME提供支持腫瘤生存、生長和轉移的條件。CAF是TME中最豐富的間質細胞之一，其處于活化狀態(tài)，在表型和功能上均發(fā)生變化，可以通過自分泌、旁分泌等多種信號途徑與免疫細胞和癌細胞相互作用，形成復雜的分子網(wǎng)絡，發(fā)揮其生物學功能。盡管目前對CAF的研究已取得豐碩的成果，但很多問題仍模糊不清。如在不同類型癌癥中，CAF的原始來源是否不同？在TME中存在哪些CAF亞型？這些具有不同表型和免疫功能的CAF亞型是否有不同的細胞來源？其特異性標志物是什么？不同亞群的CAF對腫瘤的調控作用為何會有相反的結果等。目前，大規(guī)模隨機臨床實驗仍然是靶向CAF治療領域的主要空白。因此，需要大量針對CAF的原始研究來進一步闡明其臨床價值和對癌癥進展的影響。為加速對CAF的研究，未來的基因命運圖譜和單細胞轉錄分析有望為深入了解CAF的異質性、層次性和可塑性提供新思路[30]。