胰腺星狀細胞促進胰腺癌發展的研究進展

武岳 丁乙軒 梅文通 李嘉 李非

首都醫科大學宣武醫院，首都醫科大學急性胰腺炎臨床診療與研究中心，北京 100053

【提要】 胰腺星狀細胞(PSCs)是胰腺癌腫瘤微環境的重要組成部分，其激活后可通過釋放多種細胞因子及外泌體等直接促進腫瘤細胞的生長、轉移、侵襲，并作用于內皮細胞促進腫瘤組織的血管生成，還能調節免疫細胞功能、參與腫瘤免疫耐受，同時促進腫瘤間質成分增生，促進腫瘤耐藥。而通過阻斷相關信號轉導或使用靶向性的新材料等方式調節PSCs的活化或功能，能夠實現對胰腺癌發展進程的調控。本文就PSCs促進胰腺癌發展的作用機制作一綜述，旨在為胰腺癌發病機制研究與治療提供參考。

PDAC是最常見的胰腺惡性腫瘤類型，起病隱匿，早期診斷困難，疾病進展迅速，僅15%的患者有根治性切除機會，5年總生存率約為9%[1]。在PDAC腫瘤組織中，胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cells, PSCs)占間質成分的50%以上，它們通過分泌細胞外基質(extracellular matrix, ECM)，誘導結締組織增生，并通過分泌多種細胞因子、miRNAs等促進腫瘤細胞增殖與侵襲[2]。因此，深入研究PSCs促進PDAC發展的機制或許能為胰腺癌靶向治療帶來新的提示。

一、PSCs的生物學特征

1982年，日本學者Wateri等發現維生素A負荷的小鼠胰腺組織中有貯存維生素A的細胞，隨后Apte等和Bachem等從人和大鼠的胰腺基質中成功分離出該細胞。這些細胞主要位于胰腺腺泡細胞和小葉間，胞質伸出突起圍繞在鄰近腺泡細胞的基底部，因其形態與肝臟星狀細胞相似，故命名為胰腺星狀細胞。

生理情況下，PSCs處于靜止狀態，參與貯存富含維生素A的脂滴，表達多種蛋白，參與免疫、吞噬過程以及維持正常的基質成分。脂滴對于維持PSCs的靜止狀態有重要作用。當胰腺遭遇損傷或產生炎癥反應時，PSCs發生形態和功能變化，轉化為激活態。激活態的PSCs細胞內脂滴消失，轉化為成纖維細胞活化蛋白，表達α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)和成纖維細胞活化蛋白-α(fibroblast activation protein-α, FAP-α)，且伴隨Ⅰ、Ⅲ型膠原，纖維黏連蛋白，層黏連蛋白和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)大量生成[3]。此外，激活的PSCs具有活躍的分泌功能，通過釋放大量生長因子、趨化因子、細胞因子、miRNAs、外泌體等物質促進胰腺其他細胞的作用，特別是調控其與PDAC腫瘤細胞間的信號轉導。

二、PDAC的腫瘤微環境

Ioannides于1993年提出腫瘤微環境的概念，特指有利于腫瘤細胞生存、增殖、浸潤和轉移的局部環境。PDAC微環境中除腫瘤細胞和ECM外，還包括腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)、免疫細胞(T或B細胞、自然殺傷細胞、巨噬細胞)、內皮細胞等[4]。PSCs也是PDAC腫瘤微環境中重要的細胞之一，所分泌的ECM包括膠原蛋白、纖連蛋白、層黏連蛋白和腱生蛋白C，它們不僅與PSCs相互作用，而且還控制腫瘤細胞表型。ECM增多可使間質壓力升高，導致腫瘤微環境低灌注、營養缺乏、血管塌陷和向腫瘤組織的氧氣輸送增加，間接促進腫瘤發展[2]。此外，半乳糖凝集素1與PDAC關系密切，其在腫瘤微環境中廣泛存在，而激活的PSCs通過半乳糖凝集素1途徑實現對PDAC細胞的免疫抑制。目前亦證實激活的PSCs與PDAC存在代謝串擾，其能夠增強腫瘤細胞在低營養環境中的代謝能力。激活的PSCs還具有向肌成纖維細胞和炎癥成纖維細胞等不同CAFs群體分化的潛能。肌成纖維細胞主要位于瘤體周圍且高表達α-SMA，而炎癥成纖維細胞離瘤體較遠，缺乏α-SMA的表達，但能分泌大量IL-6和支持腫瘤進展的細胞因子。PSCs與腫瘤微環境中的細胞成分通過各種方式相互作用，直接促進胰腺癌細胞的增殖、轉移、侵襲，并導致其對化療的耐藥性[5]。

三、PSCs促進PDAC的發展

1．PSCs促進PDAC細胞增殖：PSCs可產生多種細胞因子激活PDAC相關信號通路。白介素家族在PSCs促進PDAC的發展中發揮重要作用，PSCs通過上調IL-1、IL-6、IL-8、IL-10等調節PDAC的生物學行為。PSCs分泌的IL-6通過跨膜受體gp130激活下游的JAK/STAT信號通路，從而促進胰腺上皮內瘤變向癌轉化，促進非侵襲性的胰腺腫瘤細胞轉化為具有侵襲性[6]。細胞因子信號轉導抑制因子3(suppressor of cytokine signaling 3, SOCS 3)作為一種有效的負性調控因子，能夠抑制PDAC細胞的遷移、侵襲和促進腫瘤細胞的凋亡。研究表明，PSCs在IL-6/STAT3信號軸中通過DNA甲基轉移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)誘導SOCS3甲基化，從而導致PDAC生長和侵襲[7]。促炎因子IL-8在胰腺腫瘤間質中高度表達，PSCs是其主要來源之一。Wang等[8]研究發現，K-ras基因突變能上調纖溶酶原激活物抑制劑-1(plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1)表達，后者能夠激活PSCs，促進IL-8的釋放來加快腫瘤進程。

核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)信號通路與腫瘤的發生和發展密切相關，是多種細胞因子的共同通路。Grag等[9]研究發現，PSCs的NF-κB活化可上調趨化因子配體12(CXC chemokine ligand12， CXCL12)的表達，后者與趨化因子受體4(CXC chemokine receptors4，CXCR4)結合，減少細胞毒性T細胞對PDAC腫瘤細胞的浸潤，進而促進腫瘤細胞的生長。CXCL12/CXCR4還能通過Ras和PI3K通路，最終激活ERK和Akt，這一過程再度促進NF-κB的活化，進而持續促進PDAC生長[10]。NF-κB還能部分介導PSCs分泌Dickkopf3(DDK3)，從而刺激腫瘤細胞的增殖，將DKK基因沉默后可發現腫瘤生長減緩且抗腫瘤免疫增強[11]。半乳糖凝集素3通過PSCs上的整聯蛋白亞基β1最終亦會導致NF-κB的激活從而介導下游多種炎性因子生存以促進腫瘤細胞生長與轉移[12]。

外泌體可作為miRNAs、短肽和細胞內代謝物(氨基酸、乙酸鹽、硬脂酸鹽、乳酸鹽)等分泌和傳遞的載體，為PDAC的三羧酸循環提供原料，構建適宜的腫瘤微環境，促進腫瘤的生長和轉移，在癌癥發生和發展中起著至關重要的作用。外泌體被PDAC腫瘤細胞攝取后，一方面能促進腫瘤細胞的增殖和提高其侵襲能力，另一方面還能通過誘導腫瘤細胞中趨化因子基因的表達，改變細胞周期、細胞組裝、DNA復制等[13]。miR-1246、miR-21、miR-1290、miR-5703等miRNAs在PSCs來源的外泌體中高度表達[13]。Li等[14]發現PSCs分泌的miR-5703能夠直接結合于趨化素樣因子超家族4[(chemokine-like factor super family 4，CKLFSF 4，也稱為(CMTM 4)]的3′UTR并下調其表達，而CMTM4能夠下調p21活化激酶4(p21-activated kinase 4,PAK4)表達以抑制PI3K/Akt途徑的激活，從而抑制PDAC細胞的增殖。miR-5703靶向結合CMTM4后，PAK4能夠激活PI3K/Akt途徑，促進腫瘤細胞增殖。Ma等[15]研究發現，PSCs分泌的miR-21被PDAC細胞攝取后，能夠增強Ras/ERK信號通路活性，并加快上皮-間質轉化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)過程促進腫瘤發生，增加多種MMPs活性促進PDAC細胞增殖并增強其侵襲能力。

2．PSCs促進PDAC細胞侵襲：PSCs對PDAC細胞侵襲的促進作用包括(1) 基質重塑。在各種自分泌和旁分泌因子的刺激下，PSCs激活并產生大量ECM，其所造成的基質構型改變被認為在PDAC的轉移和侵襲過程中起到了關鍵作用[16]。Koikawa等[17]進行3D體外模型研究，發現已侵入的PSCs通過膠原纖維排列方式的改變對基質進行重塑，進而引起PDAC細胞的局部侵襲。CD10+PSCs通過分泌MMP3降解ECM，而 PSCs中大量表達Endo180則可以通過激活Rho-ROCK-MLC2，引起肌動蛋白細胞骨架的重塑[17-18]，促進腫瘤侵襲。(2)上皮-間質轉化。EMT能夠驅動上皮來源的腫瘤細胞向間質發展，在癌癥發展過程中，EMT使這些腫瘤細胞獲得高度惡性的特征，特別是運動性、侵襲性和擴散形成遠處轉移的能力。Wang等[19]研究發現，細胞外基質蛋白Asporin在PSCs中高度表達，它結合于腫瘤細胞的CD44分子，激活其下游可能包括Akt/ERK在內的信號級聯，促進NF-κB的轉錄，誘發產生EMT。在這一過程中，PSCs刺激EMT相關蛋白的變化，包括E-鈣黏蛋白和緊密連接蛋白ZO-1的表達下降及波形蛋白和N-鈣黏蛋白的表達增加以有利于減少細胞間的黏附，促進PDAC的轉移[20]。此外，筆者所在課題組發現，PSCs可通過Notch3相關信號通路活化，促進EMT作用進而促進腫瘤侵襲。(3 )基膜破壞。基膜是細胞生物學行為的重要調節因素。在PDAC的發展過程中，基膜破壞是腫瘤入侵周圍間質的一個重要步驟[21]。Koikawa等[22]研究結果顯示，PSCs高表達的MMP2與Ⅰ類模型基質金屬蛋白酶(membranetype 1 matrix metalloproteinases, MT1-MMP)對PDAC入侵周圍組織起到了推動作用；同時，將敲除MMP2、MT1-MMP基因后的PSCs與PDAC細胞共培養，PDAC細胞的侵襲能力大大減弱，腫瘤侵襲區域也相應減少。在共培養基中加入MMP2的抑制劑，也能得到相同的結果。(4) Wnt通路。Wnt通路與腫瘤遷徙和侵襲密切相關，而Wnt2/β-catenin信號在組織穩態中起著重要作用，該途徑的失調與包括胰腺在內的許多組織中的癌癥和纖維變性的發病機制有關。PSCs活化后表達β-catenin、Wnt2蛋白增加，PSCs通過Wnt2激活經典Wnt2/β-catenin信號通路，促進胰腺癌細胞遷移與侵襲。Froeling等[23]發現，在器官模型與小鼠體內，全反式維甲酸能夠通過恢復PSCs的靜止狀態，進而減少腫瘤細胞β-catenin的入核轉運從而阻礙該通路的經典激活途徑，減弱腫瘤細胞的增殖及侵襲能力。(5)其他分子。PSCs可通過表達半乳糖凝集素1參與多種腫瘤相關過程。Qian等[24]通過趨化因子抗體陣列和體外實驗發現，半乳糖凝集素1可能通過激活NF-κB信號通路，誘導PSCs分泌基質細胞衍生因子(stromal cell derived factor-1,SDF-1)，SDF-1結合CXCR4后能夠顯著增加PDAC細胞的遷移和侵襲能力。過氧化氫誘導的克隆-5(hydrogen peroxide-inducible clone-5, hic-5)是一種過氧化氫誘導的基因，已有實驗證明它是介導腫瘤轉移和侵襲的關鍵因子。Qian等[25]觀察到hic-5在PSCs中高度表達，通過siRNA下調hic-5表達后發現PDAC細胞的轉移和侵襲能力受到抑制，且hic-5、α-SMA、MMP9在轉染細胞中的表達隨siRNA濃度的增加而下降。通過MMP9途徑，ECM發生重塑并促進PDAC細胞的轉移和侵襲，在這一過程中，hic-5通過促進MMP9表達提高PDAC細胞的侵襲能力[25-26]。激活的PSCs還能產生大量的膠原蛋白Ⅴ，通過β1整合素/FAK通路，促進腫瘤細胞的黏附和轉移。有研究表明，整合素a5(integrin α5, ITGA5)是一種預后標志物，它在腫瘤間質中的過表達與患者低生存率相關，而敲除PSCs中的ITGA5則能夠抑制PDAC細胞的黏附與遷移。

3．PSCs促進PDAC血管生成：PDAC以過度增生的結締組織和實體瘤塊內缺氧的微環境為特征，且缺氧環境涉及腫瘤微環境中多種細胞。在缺氧條件下，PSCs可發生遷移并表達Ⅰ型膠原和多種促血管生成因子[27]。此外，PSCs可以通過上調炎癥相關細胞因子(IL-1、IL-6、IL-8和IL-10)、多種生長因子(IGF1、PDGF、FGF、CTGF和基質衍生因子)、骨膜素和MMP9的表達，分解基底膜從而促進血管生成,改善腫瘤的生長環境，改變瘤體血供并促進腫瘤轉移[28]。骨膜素除了增加內皮細胞的生長與遷移，還能夠維持PSCs的表型。此外，激活的PSCs還能釋放一種血管生成因子——前激動素(prekinetin, PK)，它可通過激活內皮細胞中的PK/ PKR途徑，促進血管生成。但由于PSCs的纖維化作用和內皮抑素的抗血管生成作用，抑制了PSCs局部的促血管生成特性，雖然存在大量的促血管物質，相比正常胰腺組織，PDAC組織中的血管密度較低，這也是抗血管治療失敗的原因[27,29]。

4．PSCs促進PDAC細胞免疫抑制：PSCs在調節腫瘤細胞、基質細胞和免疫細胞之間的相互作用中起著重要作用。從非適應性免疫細胞方面看，激活的PSCs可抑制樹突狀細胞的活化，并可通過IL-10促進巨噬細胞轉化為交替激活的M2亞型，增強免疫抑制[30]。有研究表明，浸潤到PDAC腫瘤微環境中的肥大細胞數量的增加是一個不良的預后指標。腫瘤細胞和PSCs都能刺激肥大細胞活化和遷移，肥大細胞調節機體對腫瘤的適應性免疫，其分泌的IL-13以非STAT6依賴的方式，通過TGF-β2刺激PSCs增殖，進一步促進微環境的纖維化[31]。Huang等[32]還發現活化后的PSCs對NK細胞有顯著的負性調節作用，但其中具體機制仍不明確。對于適應性免疫細胞，Watt和Kocher[33]觀察到CD8+T、CD20+B、CD56+NK細胞和調節性T細胞不能充分滲透到胰腺腫瘤的鄰近間質中。這表明腫瘤基質中的PSCs可以選擇性募集和隔離免疫細胞。PSCs和肌成纖維細胞在缺氧條件下分泌CXCL13，募集髓源性免疫抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)和B細胞，B細胞的累積有助于細胞毒性T細胞耗竭，并產生CXCL12來吸引T細胞從而抑制其抗腫瘤反應，MDSCs在腫瘤中異常增生，并通過抑制T細胞介導免疫功能障礙[34]。PSCs通過上調NF-κB介導CXCL12/CXCR4軸，減少CD8+T細胞對腫瘤細胞的浸潤[9,33]。另外，半乳糖凝集素1還能通過促進CD3+CD4+和CD3+CD8+T細胞的凋亡，并減少Th1型細胞因子和促進Th2型細胞因子的產生來促進免疫抑制[35]，這證明PSCs能夠通過調控調節性T細胞的增殖和凋亡，參與腫瘤免疫的耐受過程。

5．PSCs促進PDAC細胞耐藥：PSCs在PDAC中分化為肌成纖維細胞，分泌大量ECM及細胞因子形成了纖維致密、缺氧、血供不足的微環境，促進了胰腺纖維化，其中閉塞無功能的血管以及致密的纖維屏障阻礙了化療藥物通過血管向細胞的傳遞[9]。此外，在TGF-β的刺激下，PSCs還可以通過分泌富含半胱氨酸血管生成誘導物61(cysteine rich angiogenic inducer 61, CYR61)下調腫瘤組織中介導吉西他濱攝取的核苷轉運蛋白hCNT3和hENT1，耗竭化療藥物，促使腫瘤細胞對吉西他濱產生耐藥[36]。活化的PSCs還能夠分泌一氧化氮，并以旁分泌的形式促進PDAC細胞中IL-1β的表達，進而促進PDAC細胞耐藥。

四、思考與展望

迄今為止，PDAC患者的早期診斷和有效治療方面進展緩慢，因此，介導PSCs和PDAC腫瘤細胞之間相互作用的細胞機制研究為PDAC的診療提供了新的思路，但仍存在許多問題值得思考。(1)PSCs通過多種炎癥相關信號通路促進PDAC細胞的生長和增殖，因此可以阻斷相關信號通路激活來抑制腫瘤細胞的增殖。目前已有報道，使用IL-6抑制劑、姜黃素、CXCL12抑制劑等均可有效抑制PSCs的NF-κB的活化從而抑制其促腫瘤行為，可見以經典的NF-κB通路入手可以通過多種途徑阻斷PSC對于腫瘤的促進作用。(2)外泌體作為PSCs和PDAC相互作用的重要媒介，有著穩定的生物學效應，降解PSCs來源的促癌外泌體，或利用外泌體來靶向呈遞miRNAs、siRNA或短肽等方式直接抑制腫瘤細胞增殖，或作用于PSCs阻斷其活化過程及促腫瘤信號的轉導，都可能成為PDAC治療的新靶點。(3)PSCs還能通過促血管生成、分泌ECM促進耐藥、抑制免疫細胞浸潤等途徑構建有利于腫瘤細胞生長的微環境，因此，減少腫瘤間質中PSCs細胞的數目或減弱其募集ECM成分的能力有助于EMT的調控。2020年Parker等[37]報道PSCs通過利用質膜中性氨基酸轉運體如溶質載體1A4(solute carrier 1A4, SLC1A4)和其他轉運體來交換和維持腫瘤微環境中丙氨酸的濃度，PDAC細胞則通過上調SLC38A2的表達來維持其對丙氨酸的需求，缺乏丙氨酸的PDAC細胞將因代謝危機導致腫瘤生長受損。PSCs對腫瘤細胞的營養作用被證實，后期針對性的開發氨基酸轉運體抑制小肽或降低PSCs對丙氨酸缺乏的調控能力可能對阻斷腫瘤生長是有益的。(4) 考慮到PSCs大多數生物學行為都是在活化狀態下完成的，如何實現PSCs由活化轉為靜止狀態或抑制其向CAFs的分化是一個非常有潛力的研究方向。缺氧過程、超氧自由基等刺激因素是PSCs活化的原因，如何去除這些因素值得思考。隨著新型材料的研發，已有研究者[38]通過納米金顆粒成功輸送全反式維甲酸成功誘導PSCs的靜止狀態并逆轉結締組織的增生，因此新材料呈遞系統對抑制PSCs活化有重要價值。此外，維生素D受體已證明是一種主要的轉錄調節因子，可恢復PSCs的靜止狀態。(5)盡管大量實驗表明了PSCs對PDAC的促進作用，但有研究描述在小鼠模型中，富含PSCs基質的存在極大地抑制了腫瘤的進展，這一明顯矛盾的結果可以得出一個新的假設,即PSCs可以被重新編程為多種功能狀態，分別具有促進和抑制腫瘤進展和侵襲的能力[39]。Rhim等[40]在敲除小鼠模型中的音猬因子(sonic hedgehog, Shh)后發現，Shh缺陷的腫瘤表現為基質減少，腫瘤細胞增殖、侵襲性增加且組織學表現為未分化。PSCs還能分泌富含亮氨酸的小蛋白聚糖家族的成員lumican，通過與α2β1整合素相互作用而阻礙腫瘤細胞的增殖和侵襲[41-42]。因此，如能探明其中具體機制并將其運用到臨床，對胰腺癌診治的下一步方向有著重要的意義。

綜上所述，PSCs的相關基礎及臨床研究已為PDAC的機制探討和臨床治療提供了新的思路，后續將圍繞靶向PSCs相關通路治療胰腺癌、PSCs活化過程的阻斷、PSCs干細胞潛能的開發及PSCs抑癌作用的探討等進一步作深入研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突