癌相關成纖維細胞促進腫瘤進展的復雜分子機制探討△

韓雅麗　張晏文　王琳琳　孫玉萍山東大學附屬濟南市中心醫院腫瘤科，濟南 250013

癌相關成纖維細胞促進腫瘤進展的復雜分子機制探討△

韓雅麗張晏文王琳琳#孫玉萍
山東大學附屬濟南市中心醫院腫瘤科，濟南 250013

癌相關成纖維細胞（carcinoma-associated fibroblasts,CAF）是腫瘤微環境中最豐富的細胞成分，具有高度的生物學異質性。近年來許多研究已證實CAF促進腫瘤進展的作用，但是其具體的作用機制尚未明確。本文就CAF促腫瘤作用的潛在分子機制進行總結并分類討論：CAF分泌豐富的促腫瘤因子直接向鄰近的腫瘤細胞傳達促增殖、侵襲和轉移的信號；CAF參與并促進腫瘤血管生成、細胞外基質重塑及腫瘤相關炎癥等有利于腫瘤進展的外源性程序，從而間接發揮其促腫瘤作用。深入理解CAF錯綜復雜的作用機制，有助于發展新的治療靶點，為惡性腫瘤的根治帶來新的契機。

癌相關成纖維細胞；腫瘤干細胞；上皮間質轉化；細胞外基質；血管生成；炎癥

腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）是由腫瘤局部浸潤的基質細胞和細胞外基質蛋白共同構成的局部內環境，主要包括免疫細胞、血管細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞、間充質干細胞、脂肪細胞以及細胞外基質等。腫瘤微環境參與了多數實體腫瘤的發生、發展和轉移過程，決定了腫瘤細胞命運的轉歸。

CAF是腫瘤微環境中重要的細胞成分，正常情況下以靜息狀態存在，當受到腫瘤相關活性介質（如TGF-β，PDGF，FGF）的刺激后進入活化狀態，轉化為一類具有肌成纖維細胞特性的成纖維細胞，通過分泌多種細胞因子及細胞外基質，來調控腫瘤細胞的生物學行為[1]。由于細胞起源的多樣化，CAF可分為多種細胞亞群，通過錯綜復雜的細胞信號傳導網絡促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移，從而促進腫瘤的發生、發展。因此，CAF是腫瘤治療領域一個潛在的有效性靶點，給腫瘤的靶向治療帶來了新的希望[2]。

1　CAF的異質性

癌相關成纖維細胞是一類具有高度異質性的細胞群，在目前的研究中表現出豐富的形態特征和生物學作用。追溯其根源發現，不同的細胞亞群可能起源于不同的前體細胞并表達不同的分子標記，因此表現出不同的生物學特性。

1.1CAF的細胞起源

目前的研究表明，CAF主要來源于五類前體細胞：①固有成纖維細胞（resident fibroblasts），周圍組織間質中的正常成纖維細胞在腫瘤細胞分泌的因子的刺激下活化，是CAF最主要的來源[3]。②衰老成纖維細胞（senescence fibroblasts），與CAF有著相似的分子學特征0和分泌表型，可能是CAF的另一種來源[4]。③骨髓來源間充質干細胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BMSC）可以遷移到腫瘤基質，分化為CAF并促進腫瘤細胞的生長和遷移[3,5]。④腫瘤上皮細胞和內皮細胞分別可以通過上皮間質轉化（epithelia-mesenchymal transition，EMT）和內皮間質轉化（endothelial-mesenchymal transition，EndMT）轉化為CAF，TGF-β是主要的驅動因素[6]。⑤腫瘤中的其他間充質細胞如血管平滑肌細胞、周細胞、脂肪細胞等，也可能轉分化為CAF，但需要進一步的機制研究證實[6-7]。

1.2CAF的分子標志

間質中成纖維細胞常常表達波形蛋白（vimentin）、I類膠原（type I collagen）、纖連蛋白（fibronectin）、脯氨酸4羥化酶（prolyl 4-hydroxylase）等分子標志。而成纖維細胞在活化成為CAF后會特異性上調某些分子的表達，例如α平滑肌肌動蛋白（αsmooth muscle actin，α-SMA）、肌腱蛋白C（tenascin-C，TN-C）、硫酸軟骨素蛋白多糖（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG/NG2）、血小板衍生生長因子受體α/β（platelet derived growth factorReceptor α/β，PDGFRα/β）、成纖維細胞激活蛋白（fibroblasts activation protein，FAP）、成纖維細胞特異性蛋白1 （fibroblast specific protein-1，FSP-1/S100A4）、細胞骨架蛋白palladin、平足蛋白（podoplanin，PDPN）、鈉尿肽B（natriuretic peptide B，NPPB）[3]等。同時，上皮細胞的標志分子如細胞角蛋白（cytokeratin）、內皮細胞的標志分子如CD31等在CAF中表達消失。上述差異表達的分子可以用做CAF的分子標志，但是這些分子均不是CAF的特異性標志物，在其他的腫瘤基質細胞中也有不同程度的表達。因此我們無法通過其中某一種分子標志來確定和區分異質性的CAF細胞群，而應該嘗試多種分子標志的聯合應用。CAF細胞群廣泛的異質性需要在不同亞群各異的生物學作用的基礎上進一步探究和證實[2,7]。

2　CAF促進腫瘤進展的分子機制

如今CAF與腫瘤進展的關系受到廣泛關注，國內外已有許多綜述總結了CAF在腫瘤的發生、生長、轉移等過程中發揮的重要作用[8]，但是其具體的作用機制尚在探究中。我們在此總結并分類討論CAF促腫瘤作用潛在的分子機制，以期深化對CAF復雜的促腫瘤作用的理解。根據目前報道，CAF促進腫瘤進展的作用機制可以歸類為：一方面，CAF分泌豐富的促腫瘤因子直接向鄰近的腫瘤細胞傳達促增殖、侵襲和轉移的信號；另一方面，CAF參與并促進腫瘤血管生成、細胞外基質重塑及腫瘤相關炎癥等有利于腫瘤進展的外源性程序，從而間接發揮其促腫瘤作用。

2.1CAF直接促進腫瘤進展的分子機制

2.1.1CAF旁分泌作用于鄰近腫瘤細胞成纖維細胞活化為CAF后能分泌豐富的促腫瘤因子，這些分泌的因子可以與鄰近腫瘤細胞上表達的受體或其他分子相互作用，通過復雜的旁分泌信號網絡促進腫瘤細胞的惡性行為。例如CAF產生的HGF通過作用于腫瘤細胞上的met受體激活下游信號轉導從而促進胃癌細胞的生長和遷移[9]；CXCL12（SDF-1）可以結合腫瘤細胞上的CXCR4受體，促進乳腺腫瘤細胞的生長[10]。最新的研究表明，CAF高表達半乳糖凝集素（galectin-1，Gal-1），可以通過上調胃癌細胞中整合素integrin β1的表達從而促進胃癌細胞的遷移和侵襲[11]。近來有人發現CAF還能分泌一種特殊的CD81外泌小體（exosome），可以通過內吞作用進入乳腺癌細胞，動員腫瘤細胞自分泌的Wnt-PCP信號，從而驅動腫瘤細胞的運動侵襲行為，促進肺轉移瘤的形成[12]。

2.1.2CAF誘導腫瘤干細胞表型CAF還可以誘導已分化的腫瘤細胞表達腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSCs）表型，并驅動上皮間質轉化（epithelialmedium transition，EMT）過程，從而增強腫瘤的克隆形成能力，促進腫瘤的發生和形成。例如，CAF介導的IGF-II/IGF1R旁分泌信號通路能誘導肺癌細胞中Nanog的表達并活化其CSC表型，促進腫瘤的發生并與非小細胞肺癌（NSCLC）患者的不良預后相關[13]。最近的研究發現干細胞標記分子CD44在CAF上高表達，并受到微環境局部缺氧和低血供等因素的正性調節，體外實驗證實CAF上表達的CD44參與維持腫瘤細胞的CSC表型及其克隆球形成能力，促進腫瘤的發生和形成[14]。此外，CAF誘導腫瘤細胞EMT的發生，提高腫瘤細胞的運動和遷移能力[15]。例如，CAF可以依賴HIF-1的活化分泌碳酸酐酶(CAIX)，引起細胞外基質酸度升高并促進CAF分泌MMP-2/9，從而誘導腫瘤細胞EMT的發生，增強前列腺腫瘤細胞的遷移運動能力[16]。

2.1.3CAF支持腫瘤轉移起始細胞的轉移定植腫瘤轉移起始細胞（metastasis-initiating cancer cells）從原發灶播散、遷移至遠處器官，定植后繼續增殖生長形成腫瘤轉移灶，是腫瘤轉移的關鍵步驟。CAF能在腫瘤遠處轉移位點產生POSTN，TN-C等基質組分，支持轉移起始細胞的遷移行為并促進其在遠處器官的定植。有人在轉基因小鼠模型中發現浸潤腫瘤細胞產生TGF-β3誘導肺轉移瘤基質中的CAF產生POSTN，增強腫瘤細胞中Wnt信號從而誘導CSC特性，促進播散乳腺癌細胞在肺中的轉移定植[17]；TN-C是轉移微環境中的另一重要組分，主要來源于FSP-1+的CAF亞群，同樣促進播散乳腺癌細胞在肺中的轉移定植[18]，近來有人闡明了TN-C促進腫瘤轉移的機制可能是通過下調DKK1抑制子的水平從而激活腫瘤細胞中Wnt信號通路[19]。

2.2CAF間接促進腫瘤進展的分子機制

2.2.1CAF調節細胞外基質重塑腫瘤的發生發展在一定程度上依賴于周圍組織環境的理化特征，尤其是細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的結構特征對腫瘤的發生發展及侵襲轉移起著關鍵作用。CAF能通過多種方式調節ECM的重塑，改變其結構及硬度，從而創造一個有利于腫瘤細胞侵襲遷移的環境。CAF產生豐富的ECM蛋白（例如基質金屬蛋白酶、膠原、層粘連蛋白），這些蛋白自身的沉積能夠直接影響上皮細胞的惡性轉化及腫瘤細胞的播散轉移。另外，CAF介導的信號通路能夠調控細胞骨架，促進腫瘤微環境中張力的產生，提升腫瘤基質硬度從而支持惡性進程[20-21]。例如，乳腺癌CAF中YAP轉錄因子通過調節細胞骨架調節子ANLN/DIAPH3等的表達以及MYL9/MYC2蛋白表達水平，調控肌動球蛋白細胞骨架，促進基質硬化從而有利于腫瘤侵襲[22]；CAF產生的小窩蛋白-1可以通過p190定位和磷酸化的改變而調節RhoGTP酶活性，加強細胞的伸長及收縮運動以及細胞間黏附，促進腫瘤細胞的侵襲轉移[23]。

此外，CAF能重塑細胞外基質產生引導腫瘤細胞集體遷移的通道，從而支持腫瘤的侵襲轉移過程。研究表明，CAF中的細胞因子信號通過受體亞基GP130-IL6ST和激酶JAK1，聯合Rho-ROCK信號，能夠提高肌動球蛋白收縮性，從而重塑基質產生引導人鱗狀腫瘤細胞集體侵襲的通道[24]；另外，palladin，一種肌動蛋白相關蛋白，在多種人類實體瘤基質成纖維細胞中均有高表達，通過調節cdc42的活性促進CAF形成侵襲性偽足及降解基質，也可以產生引導腫瘤細胞遷移的通道，促進腫瘤進展[25]。

2.2.2CAF促進腫瘤血管生成腫瘤血管是腫瘤營養供應及腫瘤細胞播散的通道，在腫瘤的生長和轉移中發揮重要作用。CAF通過產生VEGF、FGF等血管內皮細胞生長因子[26]或招募內皮祖細胞，誘導腫瘤基質中血管內皮細胞網絡的形成，促進腫瘤血管生成從而促進腫瘤進展。研究表明卵巢癌CAF通過自分泌生長調節致癌基因α（growthregulated oncogene α，GRO-α）蛋白，激活NF-κB核轉位和VEGF表達，促進卵巢癌組織血管增生和腫瘤生長[27]；結腸癌CAF通過釋放大量IL-6誘導自身VEGF的表達[28]；前列腺癌CAF可以受自分泌的CXCL14誘導而分泌FGF-2、VEGF等因子，促進腫瘤血管生成[29]。另外，乳腺癌中CAF產生的CXCL12（SDF-1）可以招募內皮祖細胞[12]；乳腺基質成纖維細胞中Ets2的激活也能誘導自身表達大量腫瘤相關基因如MMP9、VEGF-A等，并招募內皮祖細胞，共同誘導和促進腫瘤血管生成過程[30]。

2.2.3CAF誘導腫瘤相關炎癥及免疫抑制大量研究已證實CAF與腫瘤相關炎癥之間存在著確定的關系。CAF在受到腫瘤微環境中相關信號因子（如IL-1、TNF-α等）的刺激后，可以啟動促炎癥應答產生豐富的炎性介質（如COX-2、OPN、CXCL1、CXCL2、CXCL12、CXCL14、CCL2、CCL5、IL-6、IL-1β等），招募并調節免疫細胞的功能，誘導腫瘤相關炎癥的發生從而促進腫瘤進展[31]。

一方面，CAF產生的炎性介質能夠招募多種免疫細胞（如巨噬細胞、單核細胞等）至腫瘤微環境發揮相應的促腫瘤作用。例如，CAF產生的CXCL14能招募腫瘤相關巨噬細胞至前列腺腫瘤基質，從而促進腫瘤的生長[29]；CXCL12能招募肥大細胞至前列腺腫瘤基質，促進CXCL5、CCL20等炎癥因子的表達，從而促進腫瘤進展[32]；CCL2能招募單核細胞到乳腺癌的肺轉移瘤中，支持轉移瘤的生長[33]。另一方面，CAF能調節免疫細胞的功能，主要表現為：首先，CAF能調節T淋巴細胞的聚集和活化，CAF表達的TGF-β能抑制T淋巴細胞、NK細胞及CD8+T淋巴細胞的作用，聚集Treg細胞，從而阻斷抗腫瘤免疫活性；其次，CAF還能影響T細胞極化的轉換，通過分泌胸腺基質淋巴生成素（TSLP），誘導Th1向Th2的轉化從而促進胰腺腫瘤的生長和轉移[34]；另外，CAF產生的炎性介質還可以誘導免疫抑制細胞的分化，胰腺星形細胞產生的IL-6、M-CSF等炎性因子通過STAT3磷酸化依賴的途徑，促進外周血單核細胞（PBMC）分化為CD11b+CD33+骨髓來源的抑制細胞（MDSC），從而抑制自體T淋巴細胞的增殖，誘導免疫逃逸，間接支持腫瘤生長[35]。

3　小結

綜上所述，CAF是腫瘤微環境中最主要的基質細胞，通過錯綜復雜的機制調控腫瘤的發生發展，并對腫瘤的結局和預后產生重要的影響。筆者在此主要討論CAF促進腫瘤進展的作用機制，但是必須指出也有研究表明CAF同時發揮著抑制腫瘤生長的作用。例如，有研究表明CAF產生的TGF-β對腫瘤進展具有雙向調節作用，可能是由于不同的組織和細胞類型決定了CAF不同的作用模式[36]，這是需要繼續深入研究的一個問題。另外，需要進一步區分有著不同細胞起源以及表達不同分子標記的CAF亞群，從而全面了解CAF復雜的促腫瘤作用，同時有利于發展精準的靶向治療。關于CAF促腫瘤表型的維持機制也有待深入探究，明確CAF基因變異與表觀蝕變的存在，并以此為基礎開發基因治療及個體化靶向治療。總之，對CAF的深入研究有助于闡明腫瘤的發生及演進機制，并有望為腫瘤的早期診斷或預后提供新的特異性指標；同時可以預見，針對CAF的腫瘤個體化靶向治療必將為惡性腫瘤的根治帶來新的契機。

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R73-3

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.01.11

國家自然科學基金（81402299；81372334）

（corresponding author），郵箱：wanglinlinatjn@163.com

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