腫瘤相關成纖維細胞與腫瘤發生發展及耐藥的研究進展

王珂 康小紅

目前腫瘤仍然是威脅人類健康的一大殺手，其發病率逐年上升，據統計其死亡率占人類死亡原因的第二位[1]，嚴重威脅人類健康，隨著目前醫療水平的不斷提升，對腫瘤的發生發展及相關機制有了更深一步的認識，治療也提升至靶向治療及免疫治療階段，這些藥物能起到很好的治療效果，但是由于復雜的腫瘤微環境及腫瘤的異質性，最終仍面臨耐藥問題；腫瘤微環境是一個復雜的綜合系統，是腫瘤細胞賴以生存的環境，他介導癌細胞和間質細胞之間的相互作用，促進腫瘤發生發展，腫瘤微環境有別于正常細胞與其周圍組織形成的微環境，組織缺氧、酸中毒、間質高壓形成、免疫炎癥反應和蛋白水解酶的產生構成了腫瘤微環境組織代謝的生物學特征[2]，這種特性對腫瘤的增殖、侵襲、轉移及耐藥具有重要影響，腫瘤相關成纖維細胞是構成腫瘤微環境最主要的間質細胞，在腫瘤的發病機制中占重要作用，其可通過釋放多種生長因子、趨化因子、細胞因子，以及參與重塑細胞外基質促進腫瘤進展[3]，因此，深入了解CAFs在腫瘤中發生發展的相關機制，是靶向CAFs的前提條件，為癌癥治療提供新靶點。

1 CAFs起源及異質性

有研究表明，CAFs是一個復雜而異質的細胞群[4]，這種異質性可能是由于CAFs的起源不同所造成的，根據腫瘤組織學類型，CAFs由6個主要類別組成，CAFs可以來源于正常的組織成纖維細胞,也可以來源于靜止的星狀細胞及肝星狀細胞，這些細胞被鄰近的腫瘤細胞重新激活后可轉化為CAFs,其激活很大程度上依賴于腫瘤微環境中局部缺氧、氧化應激及周圍的炎性細胞釋放生長因子刺激所致[5,6]，從骨髓來源的纖維細胞以及間充質干細胞(MSCS)是另一種CAF的前體細胞，有研究利用小鼠模型進行的體外和體內追蹤研究都證明骨髓源性的骨髓間充質干細胞(BM-MSCs)可以在膠質瘤、乳腺癌、胰腺癌和胃癌等癌癥中分化為相當大比例的CAFs[7-10]，CAFs的第四個及第五來源是通過內皮細胞發生內皮間質轉化和上皮細胞發生上皮間質轉化，從而發展成為CAFs[11,12],還有一種不太常見的機制為周細胞，平滑肌細胞和脂肪細胞通過轉分化的形式轉化為CAFs[13,14]，總之，腫瘤相關成纖維細胞的確切來源還未被完全闡明，仍需更深一步的研究探索其來源。

CAFs存在一定的異質性，有研究表明CAFs可通過分泌一些特異性蛋白如α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、成纖維細胞特異性蛋白1(FSp1或S100A4)、波形蛋白和血小板衍生生長因子受體(PDGFR)-α和β[15]，這些都可認為是CAFs的表面標記物 ，但是并非是CAFs的特異性標記物，α-SMA是CAFs最常用的標記物，α-SMA不僅用于識別具有肌成纖維細胞表型的CAFs，而且可以作為血管肌細胞和周細胞的表面標記物[16,17]。有研究發現，在小鼠以及人的胰腺導管腺癌中發現了一個α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)高表達的CAF細胞亞群，其臨近細胞組織并可促進生成結締組織增生樣細胞間質，而離腫瘤細胞較遠的CAF亞群則缺乏α-SMA表達，而是分泌IL-6和其他炎性介質，這個發現為CAFs的異質性提供了直接證據，并對疾病病因和治療進展具有指導意義[18]。在基因工程小鼠乳腺癌模型中，通過單細胞RNA測序技術定義了4種不同的CAFs亞群，分別為血管周細胞的vCAF亞群，與vCAF來源相同但具有高增殖能力的cCAF亞群，常駐成纖維細胞的mCAF亞群以及腫瘤上皮間質轉換的dCAF亞群，每一個CAF亞群都具有獨特的功能及預后能力[19]，雖然這些標記是非特異性的，但結合起來可有助于識別CAFs，例如α-SMA可以識別具有肌成纖維細胞形態的CAFs，也可作為間充質細胞如平滑肌細胞和血管周細胞的通用標記物，S100A4是CAFs另一個特異性標志物，正如他的名稱，成纖維細胞特異性蛋白，它在成纖維細胞上相對特異,表達S100A4的成纖維細胞通過膠原生成在免疫監視中發揮獨特的腫瘤保護作用[20]，最新研究發現兩種新的細胞表面蛋白CD10，一種鋅依賴性金屬蛋白酶，和G蛋白偶聯受體77(GPR77)，一種補體C5a66的替代性受體，它們可以聯合標記一種獨特的促腫瘤性CAF亞群，促進肺癌及乳腺癌腫瘤形成及化療抵抗[21]。

總之，CAFs表面標記多種多樣，使用細胞表面標記來定義CAFs的功能仍然面臨巨大的挑戰，腫瘤相關成纖維細胞的異質性，是腫瘤治療失敗的驅動因素，如果沒有明確的細胞表面標記物，那么對CAFs的功能及機制研究以及開發靶向CAFs的藥物都將面臨巨大挑戰。

2 CAFs介導腫瘤生長轉移機制

2.1 CAFs的旁分泌效應 CAFs促進腫瘤轉移最常見的機制為旁分泌信號傳導，CAFs通過釋放TGF-β細胞因子，在不同的腫瘤模型中，促進腫瘤進展[22]，有研究發現在乳腺癌中，CAFs通過釋放TGF-β刺激不同階段的乳腺癌細胞發生上皮間質轉化，使間質標志物如波形蛋白，纖維連接蛋白和MMP2、MMP9的表達增加，促進細胞的增殖轉移[23]，Sun等[24]研究發現，在前列腺癌細胞中，CAFs能夠通過激活TGF-β信號通路調節pc-3和LNCaP細胞增值和轉移，用TGF-β受體抑制劑LY2109761能抑制CAFs誘導的PC-3細胞增殖和轉移，從CAFs分泌的TGF-β從而促進腫瘤侵襲轉移的還有胃癌、結直腸癌和膀胱癌[25-27]。CAFs衍生的HGF可促進腫瘤細胞的生長和轉移，有研究發現CAFs釋放的HGF促進了食管鱗癌細胞的侵襲，這種侵襲可以通過靶向成纖維細胞中HGF的siRNAs或通過改變癌細胞中c-Met的表達或功能來抑制[28]，當將CAFs注射到無胸腺小鼠的口腔底部時，與單純的癌細胞相比，會形成更大的腫瘤，并且觀察到肺和區域淋巴結的轉移增加。CAFs促進HNSCC(頭頸部鱗狀細胞癌)細胞遷移和侵襲的能力歸因于HGF的分泌增加[29]，這表明在癌癥中靶向HGF信號有利于抑制腫瘤的進展。

TGF-β和HGF信號在CAFs介導的癌細胞侵襲中起著重要作用。除此之外，可溶性因子如成纖維細胞生長因子(FGF)在CAFs介導的癌細胞遷移和侵襲中也起著重要作用。具有CAFs條件的培養基產生高水平的FGF1，促進了結腸癌細胞在Boyden腔和三維器官型侵襲試驗中的遷移和侵襲，阻斷FGF1與其受體FGFR3的相互作用可消除CAFs條件培養基對結腸癌細胞的促侵襲作用，Henriksson等[30]研究發現用結腸癌細胞的條件培養基處理成纖維細胞可將成纖維細胞轉化為CAFs。

另一組在調節腫瘤進展和癌細胞-基質相互作用中起重要作用的可溶性分子是細胞因子/趨化因子家族,趨化因子是基質細胞衍生因子1(SDF1)，也稱為C-X-C基序趨化因子12(CXCL12)，與趨化因子受體4(CXCR4)相互作用。在子宮內膜癌(EC)衍生的CAFs中觀察到SDF1α表達增加，這增加了癌細胞的遷移和侵襲，用AMD3100(CXCR4拮抗劑)處理EC細胞，阻斷CAF誘導的EC細胞遷移和侵襲，該研究中，SDF1通過自分泌機制增加CAFs中MMP2和MMP9的表達，增強了CAF修飾基質凝膠中EC細胞的侵襲力,由CAFs分泌的SDF1也通過激活PI3K/Akt和MAPK/MRK信號通路，以旁分泌方式作用于EC細胞，誘導其增殖[31]。

除了趨化因子外，CAFs還分泌白介素家族的細胞因子。CAF條件培養基中的白介素-6(IL-6)促進黑色素瘤細胞從腫瘤球體侵入周圍的Ⅰ型膠原基質，將CAFs與黑色素瘤細胞共培養可誘導CAFs分泌IL-8，抑制IL-6和IL-8可阻止黑色素瘤球體的侵襲[32]。

總之，CAFs與腫瘤細胞間的旁分泌通訊在介導癌細胞遷移、侵襲和轉移中起著重要作用。在CAFs中靶向這些生長因子/細胞因子信號通路可以通過削弱CAFs的腫瘤支持作用而使癌癥患者獲益。然而，還需要更多的研究來更好地識別CAFs與體內癌細胞間的旁分泌通訊的作用。

2.2 CAFs重塑細胞外基質(extracellular matrix,ECM) ECM是一個動態系統，細胞外基質重塑是癌癥中的一種常見情況，它已被證明是癌癥發展所必需的,能夠促進癌癥的侵襲轉移[33],ECM附近的基質細胞，包括CAF、免疫細胞和間充質干細胞，在生理和病理條件下細胞與ECM的相互作用，編制了一個復雜的程序,這些細胞通過分泌重要的蛋白酶(如MMPs)促進ECM重構[34],CAFs作為細胞外基質的主要成分，在基質重構中占主要作用，成纖維細胞的主要作用是產生細胞外基質成分，如纖維連接蛋白、Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型膠原，它們是結締組織不可缺少的組成部分，維持細胞外基質的穩態和周轉，除了Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅴ型膠原、蛋白多糖和糖胺聚糖的上調外，NFs向CAFs的轉變促進了膠原Ⅳ、Ⅶ、Ⅺ和XV的沉積[35]，膠原沉積增加有助于ECM硬化,這一過程與通過特定賴氨酸和羥基賴氨酸殘基的氧化脫氨作用建立膠原分子內和分子間共價交聯的更高活性的類LOX蛋白相匹配[36]，細胞外基質的重構，是癌癥進展的最重要特征之一,CAFs也通過促進細胞外基質的轉化和降解，如基質金屬蛋白酶,通過增強MMPs的表達和激活來改變細胞外基質[37]，由CAFs所介導的基質環境的改變可以促進癌細胞的遷移和侵襲。CAFs可以重構ECM，從而為癌細胞遷移創造了路徑[38]，癌細胞在細胞外基質的遷移過程中可以簡單地跟隨CAFs，通過分泌產生趨化梯度的趨化因子而保持穩定的通訊。Neri等[39]最近對這一過程進行了研究，他們證明間充質樣癌細胞增加了CAFs的基質重塑能力，從而導致CAFs和癌細胞共同侵襲。

3 CAFs與腫瘤耐藥

3.1 CAFs介導細胞因子分泌 CAFS釋放的細胞因子介導腫瘤中不同信號的激活，從而導致腫瘤治療抵抗，導致耐藥的發生，在食管鱗狀細胞癌腫，主要來源于CAFs的IL6通過信號轉導和轉錄激活因子3/核因子-κB途徑上調C-X-C基序趨化因子受體7(CXCR7)的表達，誘導食管癌化療耐藥[40]，在膽管癌中，CAFs誘導EGFR-TKI耐藥，在長期應用厄洛替尼的膽管癌細胞中表現出胰島素受體(IR)/胰島素樣生長因子受體(IGF1R)的上調，應用IR/IGF1R抑制降低了耐藥細胞的EMT和CSC樣特征，說明CAFs可通過上調生長因子的表達誘導癌細胞耐藥[41]

3.2 CAFs介導外泌體分泌 除了分泌細胞因子外，胞外小泡的釋放對于傳遞旁分泌信號，驅動癌細胞侵襲轉移和治療至關重要，外泌體是直徑30～100 nm的膜小泡，其包含蛋白質、DNA、mRNA和miRNA，分泌的胞外體通過內吞的作用被臨近細胞吸收，囊泡被釋放到受體細胞的細胞質中，外泌體傳遞的RNA被認為是腫瘤進展及耐藥的關鍵介質和強大的生物標記物[42,43]，有研究表明在胰導管腺癌(PDAC)中，吉西他賓可刺激CAFs中外泌體分泌，暴露于吉西他濱的CAFs顯著增加細胞外囊泡的釋放，這些外泌體增加了受體上皮細胞的化療耐藥誘導因子Snail的表達，促進腫瘤細胞的增值及耐藥[44]，在頭頸部腫瘤中，CAFs分泌的外泌體miR-169a可以靶向CDKN1B和InG5,使其對順鉑產生耐藥性[45]，在卵巢癌中，miR-21從CAFs和癌相關脂肪細胞轉移到癌細胞內，通過其直接靶向凋亡蛋白酶激活因子-1(APAF1),刺激細胞運動并抑制細胞凋亡，從而增強了化療抵抗[46]，在胃癌中,順鉑和紫杉醇通過激活USP7/hnRNPA1軸促進CAFs分泌miR-522，通過靶向ALOX15和阻斷脂質ROS在腫瘤細胞中積累，最終導致化療耐藥[47]。

3.3 CAFs維持腫瘤干細胞特性(CSC) 癌癥干細胞(CSCs)，也被稱為干細胞樣癌細胞，是癌癥患者中一個特別容易發生腫瘤以及耐藥的群體[48,49]，有研究發現，在乳腺癌和肺癌患者隊列中明確定義了一個與化療耐藥和低生存率相關的CAF亞群，該細胞亞群表達CD10和GPR77，在NF-κB信號通路的控制下，CD10+GPR77+CAFs不斷分泌IL-6和IL-8，這種旁分泌機制維持了CSC的表型，為腫瘤干細胞(CSCs)提供生存生態位促進腫瘤形成和化療耐藥[50]，有研究發現，在結直腸癌中，CAFs通過釋放白細胞介素-17A(IL-17A),激活結直腸癌干細胞中NF-κB通路進而激活下游靶標ERK1/2，促進其對化療耐藥[51]。

總之，CAFs可以通過分泌各種細胞因子，外泌體，促進腫瘤干細胞特性進而誘導腫瘤耐藥性的發生，但仍有很多耐藥機制至今仍不明確，因此，仍需大量的基礎及臨床研究進一步探討CAFs的特性及相關耐藥分子機制。

4 CAFs的抑瘤作用

在過去的幾十年中，CAFs主要被認為是腫瘤生長轉移的正調控因子，隨著研究的不斷深入，越來越多的證據表明，在某些情況下，CAFs可能是腫瘤生長的負調控因子，這進一步支持了CAFs在腫瘤微環境中的異質性，在乳腺癌中報道了2個CAF亞群，CD146-CAF及CD146+CAF，這兩種亞群對激素及藥物的敏感性不同，CD146+CAF的亞群對乳腺癌細胞具有持續的雌激素依賴性以及對三苯氧胺敏感，而CD146-CAF的亞群則抑制雌激素受體表達，導致對三苯氧胺耐藥，該研究證明了CAFs在某些腫瘤中有抑制作用，對整個CAF人群進行非選擇性靶向治療癌癥可能是無效甚至是有害的[52]，因此，應尋找更特異、更可靠的細胞表面標記物來區分促腫瘤和抗腫瘤的CAF亞群，以備為將來的精準治療提供依據。

5 靶向CAFs

CAFs在腫瘤發生發展過程中所起到的促腫瘤效應使越來越多的研究將其視為癌癥治療的靶點，然而靶向CAFs仍面臨巨大的挑戰，原因是缺乏特異性的CAFs表面標記物，很難在不損害正常組織的情況下精確地靶向CAFs，隨著對CAFs表面標記物的進一步深入研究，發現FAP是一種在CAF中高表達的腫瘤標記物，成纖維細胞活化蛋白(FAP)在腫瘤相關成纖維細胞中過度表達，是腫瘤免疫治療的一個潛在靶點，目前研發出的一種以成纖維細胞活化蛋白(FAP)為靶點的DNA疫苗，能夠改變腫瘤間質，該疫苗與其他腫瘤抗原特異性DNA疫苗協同作用，能夠增強抗腫瘤免疫[53]，在轉移性乳腺癌的小鼠模型中，開發了一種FAP靶向免疫毒素αFAP-PE38，FAP靶向免疫毒素αFAP-PE38清除FAP陽性基質細胞后，可改變多種生長因子、細胞因子、趨化因子和基質金屬蛋白酶的水平，減少腫瘤浸潤免疫細胞在腫瘤微環境中的募集，抑制腫瘤生長，該結果為免疫毒素在癌癥治療中的應用提供了理論依據[54],除此之外，抑制CAFs的活化也是一種新型的抗癌治療方法，有研究發現在鱗狀細胞癌、基底細胞癌和黑色素瘤3種主要皮膚性癌癥中的CAFs中雄激素受體AR表達下調，AR下調可誘導早期CAFs激活，并增強了鱗狀細胞癌和黑色素瘤細胞的致瘤性，BET抑制劑可恢復CAFs中AR的表達和活性，阻止癌細胞的生長和腫瘤促進作用[55]。

靶向CAFs在目前腫瘤治療中前景廣闊，但仍需對其機制做深入透徹的了解，相信隨著醫療技術的不斷發展，腫瘤細胞以及微環境的相互作用機制將被逐漸闡明，靶向CAFs治療模式也將會得到進一步提升。

CAFs是構成腫瘤微環境最主要的成分之一，對腫瘤的發生發展及耐藥起到了很大的作用，不僅能夠通過旁分泌通路、重塑細胞外基質促進腫瘤發生發展，而且能夠分泌多種細胞因子、外泌體，以及促進腫瘤干細胞特性介導耐藥的發生，因此靶向CAFs是治療腫瘤的新策略，然而目前仍面臨巨大的挑戰，如CAFs的異質性，缺乏特異的表面分子標記物，以及CAFs不僅能夠促進腫瘤的進展還能夠抑制腫瘤的生長，因此仍需深入探討CAFs與癌癥發生發展的具體機制，隨著對CAFs病理分子機制的研究,許多針對關鍵調控因子的藥物現在正在接受臨床或臨床前評估；然而，以CAFs為直接靶點的癌癥臨床試驗仍然缺乏，因此仍需投入大量時間及精力探索CAFs相關機制，為以后更好的靶向CAFs提供理論依據。