腫瘤相關(guān)成纖維細胞在肺癌免疫抑制中的研究進展

朱慧琦 應可凈

浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院呼吸內(nèi)科 國家呼吸疾病區(qū)域醫(yī)療中心310016

在肺癌發(fā)展和侵襲的早期,細胞外基質(zhì)激活,激活的基質(zhì)中含有被激活的成纖維細胞[1],這種激活狀態(tài)的成纖維細胞即為腫瘤相關(guān)成纖維細胞 (tumor-associated fibroblasts,CAFs)。CAFs是一種呈大紡錘形的間充質(zhì)細胞,具有平滑肌細胞和成纖維細胞的共同特征。根據(jù)細胞的形態(tài)和功能將CAFs分為前體CAFs和激活態(tài)CAFs,目前已知CAFs的前體包括正常組織成纖維細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞 (mesenchymal stem cells,MSCs)、造血干細胞和周細胞[2]等,但多數(shù)CAFs前體細胞對腫瘤的免疫抑制影響甚微。激活前體CAFs的因素包括多種細胞因子和胞間相互作用等,其中以損傷上皮和免疫反應中單核細胞釋放的活性因子最常見[3-4]。

在多數(shù)炎癥反應中,成纖維細胞可以被損傷組織釋放的炎癥因子激活[3-4],參與促進鄰近細胞增殖[5]和損傷后免疫反應。正常情況下,當修復過程中損傷引起的刺激逐漸減弱,成纖維細胞的激活也能及時停止。但在肺纖維化和肺腫瘤中,成纖維細胞過度激活,引起了微環(huán)境中一系列免疫調(diào)節(jié)反應紊亂失衡和損傷部位組織過度纖維化[6]。失去正常調(diào)節(jié)的免疫反應和組織纖維化又能不斷刺激激活CAFs,使得腫瘤微環(huán)境中的免疫調(diào)節(jié)不斷朝著促腫瘤的方向轉(zhuǎn)變。

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)中的基質(zhì)細胞類型在遺傳上相對穩(wěn)定,因此有研究者提出,如果將基質(zhì)細胞作為肺癌治療靶點有望降低耐藥性和腫瘤復發(fā)的風險[7]。尼達尼布 (Nintedanib)作為一種最初用于癌癥開發(fā)的酪氨酸激酶受體抑制劑,近幾年也被批準用于治療特發(fā)性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis,IPF),這也提示成纖維細胞和肺癌發(fā)病之間可能存在一定的聯(lián)系[8]。在本篇綜述中,將總結(jié)腫瘤微環(huán)境、特別對于肺癌腫瘤微中的CAFs與TME之間的相互作用關(guān)系。

1 肺癌TME與CAFs的激活

靜息狀態(tài)的成纖維細胞在損傷的上皮細胞和單核細胞等釋放的腫瘤生長因子β(tumor growth factor-beta,TGFβ)、單核細胞趨化蛋白1 (monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)、血小板衍生生長因子 (platelet-derived growth factor,PDGF)、成纖維細胞生長因子 (fibroblast growth factor,FGF)和蛋白酶等因子[3-4]的作用下發(fā)生激活。除此之外,成纖維細胞也能通過細胞間直接通訊[9]、活性氧、補體因子C1或改變細胞外基質(zhì)成分激活[10]。

TGF-β在富含CAFs的腫瘤中不僅對免疫抑制狀態(tài)下游的誘導者起關(guān)鍵作用,也是CAFs功能的上游調(diào)節(jié)因子。肺癌患者肺上皮細胞表達突變型肺表面活性蛋白A2(surfactant protein-A2,SP-A2)能夠增加細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的錯誤折疊蛋白,未折疊蛋白應答的激活是最大限度分泌TGF-β1所必需的[11]。作為TGF-β的亞型,TGF-β1和TGF-β2在CAFs中均上調(diào),TME的CAFs可以激活Smad2/3通路以自分泌方式形成TGF-β正反饋環(huán)[12]。

TME 中表達的免疫調(diào)節(jié)性多糖蛋白半乳糖凝集素-1(Galectin-1)不僅可以調(diào)節(jié)CAFs 的活化,也可以控制MCP-1的表達。MCP-1可以通過參與化學趨化因子受體2(C-C chemokine receptor,CCR2)陽性免疫細胞 [如單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞 (dendritic cells,DC)和T細胞]的募集介導乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[13],也能不斷激活CAFs參與腫瘤相關(guān)免疫抑制反應。

腫瘤誘導的骨軟化 (tumor-induced osteomalacia,TiO)是一種罕見的副腫瘤綜合征,臨床上常導致磷酸鹽損耗和骨折,主要致病因素中就包含由非惡性間充質(zhì)腫瘤異位產(chǎn)生的FGF-23。腫瘤局部產(chǎn)生的缺氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)是FGF-23的直接轉(zhuǎn)錄激活劑,TiO 中HIF-1α活性上調(diào)是導致FGF-23產(chǎn)生異常的原因之一[14]。全身和局部產(chǎn)生的FGF-23不僅可以促進CAFs的激活,還能夠通過與髓系細胞 (包括巨噬細胞和多形核白細胞)的直接相互作用來調(diào)節(jié)免疫功能,從而損害免疫細胞功能[15]。

吸煙是肺癌特別是肺鱗狀細胞癌的高危因素,香煙煙霧中各種有害成分不僅會直接損傷氣道上皮細胞,激活氣道一系列的炎癥反應,也會導致?lián)p傷局部缺氧微環(huán)境的形成。缺氧3～6 d可促進細胞的G1/S期轉(zhuǎn)變來介導正常人肺成纖維細胞增殖,這個調(diào)控過程主要通過激活HIF-2依賴的NFAT 信號實現(xiàn)的[16];增殖的成纖維細胞介導的局部纖維化則進一步激活微環(huán)境中的缺氧相關(guān)信號通路,形成惡性循環(huán)。

2 CAFs與抗腫瘤免疫

2.1 CAFs與髓源性抑制細胞募集活化 髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)主要是指粒細胞、巨噬細胞、DC等免疫細胞的前體構(gòu)成的一大類細胞,這些前體缺乏成熟T 細胞、B 細胞和自然殺傷細胞(natural killer cells,NK)以及巨噬細胞的膜標志物,能夠顯著抑制免疫細胞相關(guān)免疫反應[17]。CAFs不僅能通過調(diào)節(jié)IL-6/STAT3 通路促進其他細胞類型向MDSCs轉(zhuǎn)變分化,還可以通過分泌趨化因子12 (C-X-C motif chemokine 12,CXCL12)將肥大細胞招募至TME[18],后者進一步動員MDSCs向腫瘤浸潤[19-20]。

2.2 CAFs與非特異性抗腫瘤免疫

2.2.1 CAFs與腫瘤相關(guān)巨噬細胞的募集 活化腫瘤發(fā)生初期,機體出現(xiàn)外來致癌因子或者自身異常激活的腫瘤細胞,體內(nèi)的巨噬細胞能夠吞噬提呈相關(guān)抗原,活化多種免疫細胞,產(chǎn)生腫瘤相關(guān)免疫反應。TME 中CAFs能通過分泌的趨化因子、巨噬細胞集落刺激因子、IL 來促進單核細胞向TME募集并分化為M2免疫抑制表型[21-23]。M2巨噬細胞在腫瘤進展中起重要作用,它不僅促進組織修復和血管生成,還能產(chǎn)生多種免疫抑制因子如IL-10、精氨酸酶、吲哚胺-2，3-雙加氧酶 (indoleamine-2，3-dioxygenase,IDO)和TGF-β,抑制TME中細胞毒性CD8+T 細胞介導的免疫反應[24]。

2.2.2 CAFs抑制自然殺傷細胞介導的抗腫瘤免疫 在人體固有免疫中,NK 細胞可以通過自身的細胞毒性、分泌細胞因子和促進抗原呈遞細胞成熟等參與早期免疫。2013年一項CAFs與NK 細胞的共培養(yǎng)實驗結(jié)果提示,前者能夠直接抑制NK 受體、穿孔素和顆粒酶B的表達[25],隨后Inoue等[26]的研究進一步揭示CAFs可以通過下調(diào)細胞表面的NK 細胞激活受體表達來抑制NK 細胞的殺傷活性。此外,CAFs參與分泌的TGF-β不僅可以降低NK 細胞活化和細胞毒性活動[27],還能通過減少NK 細胞分泌的干擾素γ (interferon-γ,IFN-γ)來影響CD4+Th1 細胞對腫瘤的清除。

2.2.3 CAFs抑制DC 對抗原的有效提呈 免疫應答中激活的成熟DC可以有效激活抗原特異性T 細胞,啟動腫瘤特異性細胞毒作用。在CAFs衍生的TGF-β的作用下,DC可以下調(diào)主要組織相容性復合體Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ,MHC Ⅱ)分子和共刺激分子CD40、CD80、CD86 m RNA 的表達,繼而影響抗原的有效提呈[28]。有研究對肺癌手術(shù)標本進行免疫組織化學分析發(fā)現(xiàn),癌旁成纖維細胞中色氨酸2，3-雙加氧酶(tryptophan 2，3-dioxygenase,TDO2)表達增加,給予TDO2抑制劑可顯著改善小鼠的DC 功能和T 細胞應答,并減少腫瘤轉(zhuǎn)移[29]。

2.2.4 CAFs與腫瘤相關(guān)中性粒細胞 TME 中,巨噬細胞活化產(chǎn)生一系列趨化和促炎因子,可以吸引中性粒細胞聚集、黏附,吞噬殺傷腫瘤壞死因子和細胞。腫瘤相關(guān)中性粒細胞 (tumor-associated neutrophils,TANs)是一種TME中存在的腫瘤源性中性粒細胞,與腫瘤相關(guān)巨噬細胞類似,TANs也有2種表型,即親腫瘤N2型和抗腫瘤N1型,目前CAFs對TANs的募集和TANs表型的極化等影響尚不明確[24]。但是,TANs與CAFs共培養(yǎng)的實驗中,TANs 能夠表達更多的細胞程序性死亡配體1(programmed cell death-ligand 1,PDL1),以STAT3-PDL1途徑損害免疫T 細胞在腫瘤中的作用[30]。

2.3 CAFs與特異性抗腫瘤免疫

2.3.1 CAFs促進調(diào)節(jié)性T 細胞的免疫抑制作用 調(diào)節(jié)性T 細胞(regulatory T cells,Tregs)在抑制人體免疫反應和維持免疫耐受方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。有研究結(jié)果提示主要存在于肺腺癌腫瘤間質(zhì)中的Tregs與CAFs關(guān)系密切。在高Treg密度基質(zhì)來源的CAFs中,TGF-β和血管內(nèi)皮生長因子均顯著上調(diào)[31]。CAFs和Tregs可以通過TGF-β介導的環(huán)狀調(diào)節(jié)方式同時增加CAFs和Tregs的活性。臨床上表達叉頭轉(zhuǎn)錄因子箱 (forkhead box P3,FOXP3)的Tregs與CAFs共存確實與肺腺癌的不良預后相關(guān)[31]。腫瘤區(qū)域調(diào)節(jié)性DC自身高表達的IDO 不僅可直接抑制抗腫瘤免疫反應[32-33],也可以通過誘導Treg增殖參與腫瘤細胞的免疫耐受和抑制[32]。此外,TME 中Tregs功能還受癌癥局部環(huán)氧化酶2 (cyclooxygenase 2,COX-2)及其產(chǎn)物前列腺素E2 (prostaglandin E2,PGE2)的調(diào)控[34]。在肺癌細胞與間質(zhì)成纖維細胞共培養(yǎng)試驗中,被肺癌細胞誘導的CAFs的COX-2表達水平明顯升高,后者能以非細胞接觸途徑促進CD3刺激淋巴細胞的增殖、上調(diào)Treg細胞特異性FOXP3基因的表達,增強Treg細胞的發(fā)育及Treg細胞介導的免疫抑制作用[35]。

2.3.2 CAFs增強促腫瘤輔助性T 細胞免疫反應 CAFs及其分泌的趨化因子 (如CCL2、CCL5、CCL17)、極化細胞因子 (如IL-1、IL-6、IL-13和IL-26)還能直接增強促腫瘤輔助性T 細胞 (如Th2、Th17)免疫反應,抑制抗腫瘤性Th1反應[36-37]。靶向FAP+CAFs的DNA 疫苗可以促進Th2 細胞向Th1 細胞的極化轉(zhuǎn)變,抑制TAMs 和Tregs的功能,同時激活細胞毒性T 淋巴細胞 (cytotoxic T lymphocytes,CTL)發(fā)揮腫瘤特異性細胞毒作用[38]。

3 CAFs與TME的基質(zhì)重塑

在腫瘤中,控制細胞外基質(zhì) (extracellular matrix,ECM)合成和更新的穩(wěn)態(tài)受到干擾,導致異常的血管形成,不同硬度和組織的過度纖維狀膠原積聚[39]。

TME中CAFs激活后可以通過膠原纖維的增厚和線性化使ECM 剛性增加,這種改良的ECM 蛋白網(wǎng)絡(luò)起到了物理屏障的作用,限制了T 淋巴細胞等免疫細胞對癌細胞的訪問[40-41]。肺腫瘤患者組織切片活體細胞成像顯示,T 細胞在疏松的纖維連接蛋白和膠原區(qū)域活動活躍,而在瘤巢周圍的致密基質(zhì)區(qū)域遷移較少。無論是添加膠原酶來降低基質(zhì)剛性,還是由腫瘤細胞實驗產(chǎn)生趨化因子CCL5,都會增加T 細胞從間質(zhì)區(qū)域移動至癌細胞的速度[42]。

在纖維化程度較高的腫瘤中,功能性血管數(shù)量有限,腫瘤組織往往氧合不良,導致存在較多被稱為 “缺氧區(qū)”的低氧壓區(qū)域[43-44],影響TME[45]的氧氣供應、酸堿度以及免疫細胞從血管向TME[46]遷移等過程。CAFs還能通過在腫瘤基質(zhì)中分泌血管內(nèi)皮生長因子等隔離物來削弱DC細胞表面MHC Ⅱ類標志物的表達和抗原攝取能力,這樣不僅抑制DC 的生成和成熟[47-48],也可以通過抑制DC 介導的T 細胞分化生長來發(fā)揮免疫抑制作用[49]。

雖然多數(shù)研究認為肺癌中CAFs主要參與促腫瘤的免疫抑制反應,但其他病理類型中某些來自激活的肌成纖維細胞的因子可能會產(chǎn)生與前述相互矛盾的影響。例如,胰腺癌中α-SMA+CAFs 的缺失會通過增加腫瘤中CD4+Foxp3+Tregs的數(shù)量來誘導免疫抑制,從而加速腫瘤生長并降低生存率[50]。這可能和腫瘤的組織類型及分期有關(guān)。

4 抗CAFs治療

TME內(nèi)的CAFs能夠通過多種機制損害抗腫瘤免疫,同時其遺傳上相對穩(wěn)定,不太容易受到傳統(tǒng)治療耐藥機制的影響,這樣一來靶向調(diào)節(jié)間質(zhì)細胞功能的免疫治療有望成為現(xiàn)有免疫治療方案的重要補充。

基于成纖維細胞激活蛋白 (fibroblast activation protein,FAP)在CAFs中表達的相對廣泛性[51],目前靶向抗CAFs的免疫治療的主要治療靶點即為FAP。在L12小鼠肺癌模型中,經(jīng)修飾表達FAP的全腫瘤細胞疫苗能誘導針對腫瘤細胞和CAFs的抗腫瘤免疫,并增強CD8+T 淋巴細胞的浸潤,減少免疫抑制細胞在TME 中的聚集[52]。針對FAPα的疫苗在誘導FAPα特異性CTL 殺死CAFs,破壞TME中免疫抑制成分[40]的同時還能降低免疫逃逸的風險[38]。但是,一項研究將FAP 反應性嵌合抗原受體T細胞轉(zhuǎn)移到攜帶各種皮下腫瘤的小鼠體內(nèi),只介導了有限的抗腫瘤作用,卻在兩個品系的小鼠中誘導了顯著的惡病質(zhì)和致命的骨毒性[53]。因此,靶向耗竭CAFs的治療方案的確切效果還需要進一步的臨床試驗明確。

5 總結(jié)

盡管成纖維細胞在腫瘤中相對豐富,但幾十年來一直被忽視。近年來它們在腫瘤生物學和腫瘤學領(lǐng)域的關(guān)鍵作用逐漸顯現(xiàn)。TME 中CAFs 的激活受免疫細胞的調(diào)控,CAFs也可以通過釋放各種趨化因子、細胞因子等調(diào)節(jié)多種免疫細胞介導的抗腫瘤免疫反應的改變,參與構(gòu)成TME的炎癥表型。因此,靶向消滅或抑制CAFs治療可能可以有效改善腫瘤中CAFs介導的免疫抑制。但既往以TME為靶點、旨在耗盡基質(zhì)細胞的治療,結(jié)果都提示療效有限[54],原因可能在于TME功能的可塑性,單一消除TME中某一促腫瘤機制并不能完全阻斷腫瘤的生長發(fā)展。因此全面了解CAFs對于腫瘤相關(guān)免疫反應的具體調(diào)控方式至關(guān)重要,適時調(diào)整CAFs的功能狀態(tài)可能比單純的消除更科學有效。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突