成纖維細胞激活蛋白α與腫瘤的研究進展

陳 淵(綜述),鄭偉明(審校)

(溫州醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院神經外科,浙江 溫州 325000)

越來越多的證據顯示,腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤微環(huán)境中的間質細胞緊密相關，活化的間質細胞通過分泌細胞因子和基質蛋白酶等促使腫瘤的增殖、浸潤與轉移。腫瘤相關成纖維細胞是微環(huán)境中最重要的宿主細胞之一,其所分泌的成纖維細胞激活蛋白α(fibroblast activation protein alpha,FAP-α)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。現階段研究結果認為，FAP-α的功能有以下幾種：①降解細胞外基質(extracellular matrix，ECM)，協(xié)助腫瘤細胞的侵襲和參與腫瘤組織的重塑；②可激活另一種蛋白酶原而間接起到降解ECM的作用；③解離與ECM結合的生長因子，如轉化生長因子p、血小板衍生生長因子等，使腫瘤向惡性轉化；④參與腫瘤微血管生成過程[1]。該文就FAP-α的生物學結構特征、酶活性和底物特異性、信號轉導、與腫瘤的關系以及在靶向治療的應用等方面的研究進展進行綜述。

1 FAP-α的生物學結構

FAP-α是一種具有760個氨基酸的Ⅱ型穿膜糖蛋白。其通過18個氨基酸組成的疏水跨膜片段固定于細胞膜上，胞質區(qū)是6個氨基酸組成的短肽鏈，其余部分位于細胞外區(qū)域，由736個氨基酸組成[1]。該胞外區(qū)域包括一個具有8片“槳葉”的β螺旋結構區(qū)域和一個包含催化三聯體的α/β(氨基酸序列500～761)水解酶區(qū)域，其催化三聯體是FAP-α催化區(qū)的關鍵結構，由絲氨酸(Ser624)、天冬氨酸(Asp702)和組氨酸(His734)構成[2]。雖然FAP-α單體擁有催化結構域，但只有形成完整的二聚體才能發(fā)揮催化功能。

FAP-α在脊椎動物的進化過程中高度保守，分子克隆分析發(fā)現其基因定位于2q23[3]。與人FAP-α同源的基因在多種物種中發(fā)現，以小鼠為例，鼠源FAP-α基因定位于第2號染色體，大小約60 kb，有26個大小為46～195 bp的外顯子；人FAP-α基因定位于2q23，約73 kb，同樣有26個外顯子。近來對FAP-α基因啟動子的研究發(fā)現，其基因存在于早期生長應答因子1、同源盒基因HOXA4蛋白和E2F1轉錄因子的結合位點，其中早期生長應答因子1在促進FAP-α表達中最重要[4]。

2 FAP-α的酶活性及底物特異性

FAP-α是一個絲氨酸蛋白酶，其與二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidyl peptidase Ⅳ，DPPⅣ)具有48%的氨基酸序列同源性，同屬于S9b肽酶家族。研究發(fā)現，FAP-α與DPPⅣ具有類似的二肽基肽酶活性，此外還具有肽鏈內切酶活性，包括裂解明膠、Ⅰ型膠原、α2抗血纖維蛋白酶等[3]。FAP-α裂解明膠和膠原的生物學意義目前仍不清楚，有研究認為，其可能與基質金屬蛋白酶共同作用降解變性的膠原，產生生物活性片段有關[5]。

酶底物特異性研究發(fā)現，FAP-α可分解Ⅰ型膠原和Ⅳ型膠原，但不能水解層粘連蛋白、纖維結合蛋白、纖維蛋白單體及酪蛋白[6]。內切酶活性生理底物最早是由McKee等在研究溶解形式抗纖維蛋白溶酶裂解酶時發(fā)現的，稱為抗纖溶酶[7]，后來發(fā)現它是FAP-α的一種可溶形式。Gorrell鑒定出了FAP-α活性的天然底物，包括神經肽Y、B型鈉尿肽、P物質和多肽YY[8]。FAP-α裂解肽類激素提示其與組織微環(huán)境的重塑、修飾有關。

3 FAP-α的信號轉導

近來研究發(fā)現，腫瘤的快速生長與FAP-α表達有關，與其蛋白酶活性無關，而且表達FAP-α的細胞能更廣泛地侵襲Ⅰ型膠原的基質[5]。越來越多的研究發(fā)現，FAP-α能夠激活細胞信號并認為FAP-α通過與其他蛋白形成復合物來介導細胞信號。其能與DPPⅣ形成復合物，參與黏附和侵襲。同樣，可與其他膜蛋白結合介導細胞信號，如β1整合素。在小鼠肺癌模型中，表達與不表達FAP-α均能產生腫瘤，但表達FAP-α的磷酸化水平降低，特別是降低黏著斑激酶磷酸化和細胞外信號調節(jié)激酶磷酸化，同時又使p21表達下降；消除FAP-α可通過激活黏著斑激酶和細胞外信號調節(jié)激酶信號上調p21的表達，而FAP-α抑制整合素介導的信號[9]。

4 FAP-α與腫瘤的關系

目前研究發(fā)現，FAP-α與多種疾病有關，包括關節(jié)炎、創(chuàng)口愈合、慢性炎癥、關節(jié)炎、腫瘤等。

4.1FAP-α在腫瘤組織中的表達 FAP-α選擇性表達于90%以上惡性上皮性腫瘤(如乳腺癌、卵巢癌、結腸癌、胰腺癌、皮膚黑色素瘤等)基質中的腫瘤相關成纖維細胞中，定位于胞膜和胞質[10]。其幾乎不表達于正常組織及良性上皮腫瘤間質中靜息成纖維細胞，且罕見于腫瘤細胞。近來發(fā)現，FAP-α可表達于膠質母細胞瘤組織，特別是膠質瘤細胞本身[11]。

4.2FAP-α與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 目前研究認為，FAP-α促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展主要通過以下幾種機制[12]：①釋放血管內皮生長因子、白細胞介素8等血管生長相關因子，誘導腫瘤組織血管增生，從而有利于癌細胞的生長、侵襲；②通過細胞-細胞間接觸、釋放生長因子、分泌基質成分等促進腫瘤生長；③為腫瘤細胞提供免疫隔離空間，協(xié)助其逃避機體防御系統(tǒng)；④表達細胞因子、蛋白酶及黏附分子等協(xié)助腫瘤轉移與侵襲。

4.2.1FAP-α與腫瘤血管發(fā)生 目前研究認為，FAP-α參與腫瘤微血管的生成。早期有研究發(fā)現，FAP-α表達于血管內皮細胞[13]，這一結論后來被其他學者用基因表達分析方法所驗證[14]。Huang等[15]研究發(fā)現，小鼠乳腺癌模型中微血管密度的增加與FAP-α的表達相關，FAP-α高表達組的血管密度是對照組的3倍。趙志娟等[16]得出了類似的結論，發(fā)現乳腺癌間質中FAP-α的表達與微血管密度間具有顯著相關性。進一步的研究發(fā)現，在鼠肺癌模型中，剔除FAP-α的表達能降低微血管密度,從而抑制腫瘤的生長[9]。FAP-α促進血管發(fā)生的機制尚不完全清楚，目前認為有兩種可能的機制：①通過裂解神經肽Y[8]激活內皮細胞的Y2受體,促進內皮細胞的增殖；②FAP-α在 Ⅰ 型膠原的重塑和裝配中的作用。FAP-α陽性表達的成纖維細胞能分泌基質，促進轉移[17]。

4.2.2FAP-α與腫瘤細胞的運動、黏附、侵襲 細胞表面表達FAP-α對細胞的運動、基質降解、侵襲行為有重要的影響，FAP-α表達或缺乏表達都能改變ECM的組成和構成[17]。在FAP-α表達剔除的肺癌動物模型中發(fā)現，基質中Ⅰ型膠原顯著增加，這種異常的膠原積累能損害細胞的生長、運動和腫瘤血管發(fā)生，而FAP-α表達陽性的細胞發(fā)揮蛋白酶活性增加了基質降解[5]。

在星形細胞癌中，FAP-α的表達與WHO分級相關，隨著FAP-α表達的增加，在腫瘤組織中所有與DPPⅣ相似的酶活性也增加[18]，并與侵襲性有關[11]。武金波等[19]研究發(fā)現，FAP-α表達與胃癌組織的侵襲程度有關，而與淋巴結轉移無關，提示FAP-α的表達與胃癌惡性表型有關，即隨著胃癌惡性程度的增強，FAP-α表達逐漸增高。從上述研究可知，FAP-α的活性促進腫瘤的生長并對腫瘤的侵襲、轉移有一定的作用，FAP-α是腫瘤生長和轉移的一個重要調節(jié)因子。

4.2.3FAP-α與腫瘤免疫 腫瘤微環(huán)境內諸多因素通過與免疫系統(tǒng)的交互作用導致腫瘤微環(huán)境長期處于免疫抑制狀態(tài)。FAP-α表達陽性的細胞在免疫抑制中有重要作用，抑制抗腫瘤免疫應答，動物模型發(fā)現消除陽性細胞能激活系統(tǒng)的抗腫瘤免疫[20]。有研究小組構建了一種靶向FAP-α的DNA口服疫苗，證實其能夠增加T細胞對腫瘤組織FAP-α的抗原遞呈,從而抑制小鼠結腸癌和乳腺癌生長，其生存期較對照組有顯著延長[21]。Wen等[22]在鼠結腸癌模型中發(fā)現，針對FAP-α的DNA疫苗能通過激活CD8+T細胞介導的抗腫瘤免疫應答，顯著抑制腫瘤生長、提高動物存活率。Burckhart等[23]發(fā)現，結合FAP-α后的融合疫苗能夠共激活CD8+CD4+效應T細胞，使抗腫瘤效應增加100倍。同時，FAP-α可被作為一種腫瘤相關抗原，Yi等[24]構建了一種結合1-甲基色氨酸的FAP-α肽疫苗融合蛋白，在4T1乳腺癌模型中發(fā)現其可以抑制腫瘤生長，提高存活率，激活CD8+T細胞應答。這些研究成果表明，針對FAP-α的免疫療法具有較廣的應用前景。

5 FAP-α的臨床應用潛力

近來，FAP-α逐漸成為一種極具前景的抗腫瘤基質靶標分子而備受關注。目前國內外多項研究機構正在努力探究以FAP-α為靶標的腫瘤靶向治療的可行性策略，并已獲得一定成果。目前針對FAP-α的靶向治療主要有以下幾種策略。

5.1針對FAP-α蛋白酶活性的小分子抑制劑 FAP-α酶活性是一個重要的治療靶標，特異性地抑制其酶活性有助于削弱甚至消除腫瘤的侵襲、轉移能力。Val-boro-Pro又稱Talabostat,是最早用于臨床試驗的FAP-α抑制劑。Adams 等[25]發(fā)現，應用Val-boro-Pro抑制FAP-α的酶活性可以抑制多種鼠腫瘤模型的生長。Narra等[26]利用FAP-α的抑制劑Val-boro-Pro抑制其活性，在轉移性直腸癌進行了Ⅱ期臨床試驗具有重要的意義，但在外周血中其活性不能被完全抑制。新的特異性更高的抑制劑仍在研究中，以期能夠更有效的誘導抗腫瘤反應。

5.2FAP-α疫苗 如前所述，構建相關FAP-α疫苗能夠抑制腫瘤的生長，甚至能夠增加T細胞對腫瘤組織FAP-α的抗原遞呈。Loeffler等[21]構建了一種口服的針對FAP靶點的DNA疫苗，在動物實驗中發(fā)現其能抑制小鼠結腸癌和乳腺癌生長，在機體中并未發(fā)現影響傷口愈合或發(fā)生免疫排斥等不良反應。此外，Yi等[24]構建的FAP疫苗不僅能激活免疫系統(tǒng)攻擊FAP-α陽性細胞，引發(fā)抗腫瘤效應，還有助于逆轉腫瘤免疫耐受。新的特異性更高的疫苗仍在研究中。

5.3破壞FAP-α分子復合物的形成來阻斷FAP-α介導的信號通路 FAP-α可以與腫瘤細胞表面其他分子形成復合物，進而發(fā)揮其與腫瘤產生和發(fā)展相關的作用。Kelly[27]提出，可通過破壞FAP-α分子復合物阻斷后續(xù)信號轉導來實現對腫瘤的定點抑制。雖然目前從技術上來說直接破壞FAP-α分子復合物有很大難度，但隨著人們對FAP-α結構和空間構象的進一步了解，最終會確定FAP-α上與其他分子結合的靶點，再加以阻止。

5.4FAP-α酶激活式靶向前體藥物 酶激活式靶向前體藥物設計的應用為實現腫瘤靶向治療提供了新思路[28]，至今已經取得了顯著的結果。黃思超[29]設計了基于FAP-α的新型靶向前體藥物——甘脯酞阿霉素(N-earbobenzoxy-glyeyl-Proline-doxorubiein，Z-GP-Dox)，利用FAP-α陽性的4TI小鼠乳腺癌移植瘤模型考察了Z-GP-Dox的體內抗腫瘤藥效及其心臟毒性，發(fā)現Z-GP-Dox對FAP-α陽性的腫瘤具有潛在的抗腫瘤活性，而且其毒性與Dox相比有顯著降低的趨勢，相關的研究仍在進行中。

6 結語和展望

近年來,FAP-α作為一種極具潛力的抗腫瘤靶標分子正日益受到關注，關于FAP-α的生物學特征、酶底物特異性、信號轉導與細胞的侵襲和轉移等陸續(xù)被闡明。研究發(fā)現，陽性表達FAP的細胞對抗腫瘤免疫的抑制作用，有助于后來的抗腫瘤研究。但是腫瘤微環(huán)境各組分的相互作用復雜,且FAP-α在腫瘤病理發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚不清楚，因此為了實現靶向FAP-α的腫瘤治療,仍然需要開展大量工作。未來需要進一步明確FAP-α酶活性的具體功能及其對每種腫瘤的具體促進和抑制作用，FAP-α表達調控機制等，進一步了解這些問題將有助于開展針對FAP-α的靶向治療。

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