癌相關(guān)成纖維細(xì)胞在胰腺導(dǎo)管腺癌中的研究現(xiàn)狀

劉 杰 雍 桃 盧 彧 周成亮 樊 勇

胰腺癌是一種致命的惡性腫瘤，而大約85%的胰腺癌病例以胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)為特征。既往研究表明，腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)成分在PDAC的進(jìn)展中起重要作用。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblast, CAF)是腫瘤微環(huán)境中的重要成分，這類細(xì)胞聚集激活后可以重塑ECM，導(dǎo)致其沉積并使腫瘤組織的一些表型如增殖浸潤、血管生成及免疫反應(yīng)發(fā)生改變，最終使PDAC結(jié)締組織增生并纖維化。因此，CAF在PDAC的進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用[1]。

一、CAF的功能及異質(zhì)性

CAF來源于間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和骨髓源性干細(xì)胞，而在胰腺癌中，CAF最常見的細(xì)胞前體是胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cell, PSC)，當(dāng)其在腫瘤環(huán)境中被激活時(shí)，誘發(fā)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smooth muscle actin, α-SMA)表達(dá)，從而促使CAF參與免疫抑制并重塑細(xì)胞外基質(zhì)[2]。現(xiàn)階段研究認(rèn)為，α-SMA、成纖維細(xì)胞活化蛋白(fibroblast activation protein, FAP)、血小板生長因子受體α或β(platelet-derived growth factor receptors α/β, PDGFR α/β)以及腫瘤相關(guān)平足蛋白可作為CAF的標(biāo)志而進(jìn)一步探索其亞群[3]。

1.CAF的功能：CAF通過多種機(jī)制促進(jìn)腫瘤生長。PDAC的特征是由CAF介導(dǎo)的富含膠原蛋白(COL1A1、COL1A2)、糖蛋白和蛋白多糖的ECM沉積引起的結(jié)締組織增生反應(yīng)。隨著癌癥轉(zhuǎn)移，CAF有利于通過產(chǎn)生ECM成分、促進(jìn)免疫排斥來促進(jìn)腫瘤生長。此外，CAF可以促使血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth facto, VEGF)釋放，并上調(diào)其表達(dá)，以促進(jìn)腫瘤組織生成血管。另外有研究發(fā)現(xiàn)，CAF釋放的白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)同樣也能促進(jìn)血管生成，改善腫瘤缺氧環(huán)境[4]。據(jù)相關(guān)報(bào)道，CAF通過分泌生物分子建立免疫抑制環(huán)境，如IL-6、CXC趨化因子配體12(chemokine CXC motif ligand 12, CXCL12)、生長轉(zhuǎn)化因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、生長停滯特異性蛋白6(growth arrest-specific protein 6, GAS6)、成纖維細(xì)胞生長因子-5(fibroblast growth factor-5, FGF-5)、生長分化因子-15(growth differentiation factor-15, GDF-15)和肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)，促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和增殖行為[5]。CAF通過分泌或上調(diào)IL-6、CXCL9和TGF-β，抑制CD8+T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(T-regulatory cell, Treg)和巨噬細(xì)胞的分化或浸潤從而達(dá)到免疫抑制的作用。此外，CAF還能招募免疫抑制細(xì)胞群，比如髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cell, MDSC)和中性粒細(xì)胞[6]。因此，在之前的研究中大都確定CAF具有促進(jìn)腫瘤微環(huán)境形成，并在腫瘤細(xì)胞生長、血管生成、侵襲轉(zhuǎn)移和免疫抑制方面有促進(jìn)作用。

2.CAF的異質(zhì)性：腫瘤微環(huán)境中，靶向基質(zhì)和CAF已被評估為改善PDAC的策略；在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，將PDAC中腫瘤微環(huán)境分化的CAF注入胰腺尾部，這樣聯(lián)合注射導(dǎo)致的腫瘤較單獨(dú)注射癌細(xì)胞顯著增大[7]。FAP可以促進(jìn)組織修復(fù)和腫瘤細(xì)胞增殖、浸潤，在移植的胰腺癌模型中，白喉毒素受體(diphtheria toxin receptor, DTR)介導(dǎo)的FAP陽性細(xì)胞耗竭降低了腫瘤負(fù)擔(dān)，緩解了免疫抑制[8]。但相反地，Ozdemir等[9]研究顯示，胰腺癌中α-SMA和CAFs的缺失導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生，同時(shí)增加了腫瘤干細(xì)胞的數(shù)量。Lee等[10]在PDAC小鼠模型中嘗試刪除一種促結(jié)締組織增生基質(zhì)音猬因子(sonic hedgehog, SHH)時(shí)發(fā)現(xiàn)，抑制SHH可以導(dǎo)致腫瘤生長減少，結(jié)締組織增生減少。Steele等[11]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SHH似乎與PDAC中CAF的異質(zhì)性有關(guān)，在SHH信號得到抑制時(shí)，炎性CAF(inflammatory CAF, iCAF)信號同樣得到了抑制，但肌纖維母細(xì)胞CAF(myo-fibroblastic CAF, myCAF)的表達(dá)較前上調(diào)。這使得針對CAF的研究需要進(jìn)一步細(xì)化。

此前有研究者確定了兩種類型的CAF，myCAFs和iCAFs。myCAF具有收縮表型，通常以α-SMA的高表達(dá)為特征，具有ECM性質(zhì)；而iCAF具有炎癥表型，發(fā)現(xiàn)了IL-6的高表達(dá)和α-SMA的低表達(dá)[12]。進(jìn)一步研究顯示，癌細(xì)胞分泌TGF-β和IL-1似乎有助于CAF的異質(zhì)性[13]。IL-1通過核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)和IL-6發(fā)揮作用，誘導(dǎo)白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor, LIF)的表達(dá)，并激活下游Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)生成iCAF；相反，TGF-β通過抑制IL-1受體IL-1R1來拮抗這一過程，并促進(jìn)向肌成纖維細(xì)胞的分化。總之，IL-1/JAK-STAT3和TGF-β/SMAD2/3蛋白分別是誘導(dǎo)iCAF或myCAF形成的兩條相反的信號通路。這兩種形式的CAF在體外是可相互轉(zhuǎn)化的，細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄特征表明，myCAF有助于腫瘤微環(huán)境中的促結(jié)締組織增生基質(zhì)，而iCAF是炎性細(xì)胞因子的來源。使用Janus激酶(Janus kinase, JAK)抑制劑抑制IL-1/NF-κB信號通路會導(dǎo)致腫瘤生長減少，同時(shí)iCAF轉(zhuǎn)化為myCAF，這表明iCAF可能具有促腫瘤特性。另一方面，myCAF可能具有腫瘤抑制作用，這可以通過靶向類似于該亞型的CAF而增強(qiáng)腫瘤的侵襲性來證明[14]。

進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，除myCAF和iCAF之外的新CAF群體，稱為抗原遞呈CAF(antigen-presenting CAF, apCAF)，它可以限制CD4+T細(xì)胞的能力；其表達(dá)的主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(major histocompatibility complex-Ⅱ, MHC-Ⅱ)可能作為誘餌受體，分離CD4+T細(xì)胞，阻止其克隆性增殖，從而導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞無能或分化為Treg，達(dá)到免疫抑制的效果[15]。此外，隨著單細(xì)胞測序的進(jìn)一步發(fā)展，近年來有研究發(fā)現(xiàn)，在低結(jié)締組織增生型PDAC中，存在著一種代謝高度活躍的CAF亞型，稱為meCAF；它可以為腫瘤細(xì)胞提供活躍的糖酵解過程，而在進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)表達(dá)更高的meCAF雖然使PDAC對免疫治療更敏感，但同時(shí)代表了更高的轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)和更差的預(yù)后[16]。

二、CAF作為PDAC的治療靶點(diǎn)

1.基于CAF作為有效藥物傳遞屏障的功能以及耐藥性的因素：研究表明，CAF可以在胰腺癌腫瘤周圍構(gòu)建籠狀結(jié)構(gòu)，使其對化療產(chǎn)生耐藥性而干擾CAF后發(fā)現(xiàn)，如TGF-β、SHH及血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，Ang-Ⅱ)受體，可以促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的減少并且增強(qiáng)藥物對腫瘤的傳遞。例如，在SHH信號受到抑制后可以增強(qiáng)吉西他濱誘導(dǎo)的腫瘤內(nèi)藥物沉積，提高胰腺癌的療效[17]。此外有研究表明，使用生長抑素類似物抑制胰腺CAF中的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)途徑以增強(qiáng)胰腺腫瘤的藥物敏感度，另外會導(dǎo)致CAF介導(dǎo)IL-6減少，弱化了腫瘤細(xì)胞的化療抵抗[18]。CAF分泌的ECM也會增加PDAC中腫瘤微環(huán)境的間質(zhì)壓力，從而導(dǎo)致血管塌陷，阻礙血液流動(dòng)，從而阻止藥物作用和免疫細(xì)胞浸潤。研究人員減少間質(zhì)壓力來恢復(fù)血管的功能，并且增加吉西他濱作為實(shí)驗(yàn)對照藥物，但結(jié)果顯示在PDAC晚期治療中與標(biāo)準(zhǔn)化療沒有差異[19]。此外還研究了血管緊張素受體阻滯劑(angiotensin receptor blocker，ARB)類抗高血壓藥物纈沙坦通過抑制TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，減輕CAF引起的膠原和透明質(zhì)酸沉積，可以改善腫瘤血供以及藥物輸送效率，同時(shí)降低激活的α-SMA和CAF的密度。結(jié)果顯示，纈沙坦聯(lián)合放療和FOLFIRINOX(亞葉酸鈣+5-氟尿嘧啶+奧沙利鉑+伊立替康)化療方案進(jìn)行的新輔助治療可達(dá)到有效治療，在研究中使86%的患者有手術(shù)機(jī)會，61%的患者實(shí)現(xiàn)了R0切除[20]。所有這些研究的數(shù)據(jù)為臨床試驗(yàn)提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。

2.基于CAF作為抑制免疫應(yīng)答和免疫監(jiān)視的因素：動(dòng)物試驗(yàn)中，F(xiàn)AP基因缺失導(dǎo)致腫瘤生長減少，免疫監(jiān)測得到改善，并與抗PD-1和抗CTLA-4治療產(chǎn)生協(xié)同作用，這種效果是由于CAF所介導(dǎo)的CXCL12分泌減少所致。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在臨床前PDAC模型中，F(xiàn)AP缺失也可導(dǎo)致腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移減少[21]。因此，研究人員采用了基于免疫療法的方法來靶向抑制FAP和CAF，在胰腺癌、結(jié)腸癌和肺癌中得到了正向的反饋。近年來研究還發(fā)現(xiàn)，在CAF上表達(dá)的軸突生長誘導(dǎo)因子G1(Netrin G1)能夠通過其突觸后受體相互作用來支持PDAC細(xì)胞，基因切除或藥理學(xué)對Netrin G1的抑制不僅能夠延緩腫瘤生長，還能恢復(fù)自然殺傷(natural killer, NK)細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤檢測來去除腫瘤微環(huán)境的免疫抑制[22]。多項(xiàng)研究表明，CAF可以促進(jìn)PDAC腫瘤微環(huán)境的形成，進(jìn)一步達(dá)到免疫抑制和逃避免疫監(jiān)視。主要表現(xiàn)為抑制ECM中沉積的成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、髓源性抑制細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，并排除了細(xì)胞毒性CD8+以及NK細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞。iCAF分泌大量促腫瘤細(xì)胞因子，如IL-6和CXCL12[23]。Feig等[24]研究還表明，F(xiàn)AP+成纖維細(xì)胞對CXCL12的抑制可與細(xì)胞程序性死亡配體-1(programmed cell death-ligand 1，PD-L1)阻斷協(xié)同作用，以改善針對PDAC的免疫治療。

3.基于CAF異質(zhì)性的治療方向：據(jù)前所述，根據(jù)CAs的異質(zhì)性，改變PDAC腫瘤微環(huán)境中的CAF表型是一種潛在的PDAC治療方法，Sherman等[25]研究發(fā)現(xiàn)，人PDAC中CAF高度表達(dá)維生素D受體，用鈣泊三醇治療這些CAF可誘導(dǎo)靜態(tài)表型，導(dǎo)致脂滴積聚和α-SMA表達(dá)降低。這種治療還導(dǎo)致CAF條件培養(yǎng)基中腫瘤促進(jìn)因子的分泌減少。目前，這一策略正在PDAC手術(shù)指征方面的臨床試驗(yàn)中評估。此外，可能有機(jī)會將CAF表型從iCAF轉(zhuǎn)變?yōu)閙yCAF[26]。另有研究表明，myCAF對癌癥的抑制作用更強(qiáng)，而iCAF對癌癥的促進(jìn)作用更強(qiáng)。值得注意的是，這些表型在體外是可逆的，體外條件培養(yǎng)的myCAF在暴露于癌癥條件培養(yǎng)基后轉(zhuǎn)化為iCAF，反之亦然[27]。體內(nèi)對JAK信號的抑制是IL-1R介導(dǎo)的CAF轉(zhuǎn)化為iCAF所必需的，它不僅能夠減弱腫瘤進(jìn)展，還能減少iCAF，同時(shí)增加小鼠腫瘤中的myCAF[13]。因此，試圖將CAF從iCAF表型轉(zhuǎn)換為myCAF表型似乎是一種可行的PDAC治療方法。例如，在一項(xiàng)小鼠研究中發(fā)現(xiàn)，姜黃素并不消耗CAF，而是會將CAF恢復(fù)到更正常的狀態(tài)，卻可以抑制CAF誘導(dǎo)的胰腺癌細(xì)胞遷移和侵襲，此研究雖然提供了一個(gè)方向，但需確定姜黃素的治療效果是否出自于CAF的異質(zhì)性改變[28]。

4 基于其他促進(jìn)腫瘤發(fā)展的因素：此外有研究表明，在某些人群中通過上調(diào)致癌細(xì)胞中趨化因子配體5，可以將免疫抑制的MDSC吸引到PDAC的腫瘤微環(huán)境中，加強(qiáng)了胰腺癌腫瘤微環(huán)境中CAF的異質(zhì)性而起到抑制其生長的作用[29]。此外，全反式維甲酸可以通過維甲酸受體β介導(dǎo)，使PSC活化并且運(yùn)動(dòng)性降低，阻止CAF基質(zhì)重塑，同時(shí)中斷Wnt信號軸，導(dǎo)致腫瘤生長減少，目前此方法正在PDAC患者中與聯(lián)合化療進(jìn)行評估[30]。因此在靶向CAF治療的研究過程中，根據(jù)其異質(zhì)性對腫瘤生長、增殖、遷移、浸潤和免疫抑制等方面仍有進(jìn)一步探索的空間。

三、展 望

PDAC仍然是一種具有挑戰(zhàn)性的人類疾病，它的晚期檢測和獨(dú)特的基質(zhì)有助于治療抵抗，但也有助于腫瘤控制。CAF是PDAC中基質(zhì)形成和腫瘤進(jìn)展的核心。在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起著重要作用。一些CAF可以作為原癌基因，而另一些CAF可以作為抗腫瘤基因，因此，它們在實(shí)體惡性腫瘤中的靶向性需要其徹底的表征。闡明這種異質(zhì)性是由CAF的不同來源引起的，還是由腫瘤微環(huán)境中自分泌和旁分泌信號的變化引起的。既往研究表明，iCAF和apCAF是有吸引力的目標(biāo)，可以重新編程，轉(zhuǎn)化為靜態(tài)CAF。本文討論了CAF的經(jīng)典研究、近年來發(fā)現(xiàn)的CAF異質(zhì)性以及臨床研究進(jìn)展，然而，許多問題仍未得到解答，例如，不同CAF群體的細(xì)胞起源仍然未知；不同CAF群體更全面的生物學(xué)功能也并不詳盡?？傊瑢DAC中CAF生物學(xué)的進(jìn)一步研究將能夠?yàn)檫@種具有挑戰(zhàn)性的疾病開發(fā)有效的CAF靶向治療。