腫瘤相關成纖維細胞在乳腺癌中的研究進展

牛喜梅，王愛玲，馬穎穎，黃國福，冷曉玲

(1.新疆醫(yī)科大學第五附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，烏魯木齊 830011； 2.新疆醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院超聲科，烏魯木齊 830011)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和病死率均較高，嚴重威脅女性的身心健康。既往對乳腺癌的研究主要集中在癌細胞方面，但近年來腫瘤微環(huán)境對乳腺癌的發(fā)生發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移的影響及其在治療中可能發(fā)揮的作用成為研究熱點。腫瘤微環(huán)境不僅包括腫瘤細胞，還包括免疫細胞、細胞外基質(zhì)、肌成纖維細胞、成纖維細胞、脂肪細胞、間充質(zhì)干細胞、基膜和血管細胞等其他成分[1]。腫瘤微環(huán)境中最主要的成分為腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)，其是激活的肌成纖維細胞，可促進腫瘤的生長和發(fā)展。CAFs通過與癌細胞相互作用促進乳腺癌的進展，可以通過直接或間接方式促進旁分泌信號，進而增強細胞外基質(zhì)的合成和重構(gòu)，導致腫瘤的進行性生長，也可通過分泌細胞因子、生長因子、趨化因子及激活信號通路等方式促進乳腺癌細胞的侵襲、進展、轉(zhuǎn)移及耐藥，還可與乳腺癌的代謝相偶聯(lián)，為腫瘤的生長提供營養(yǎng)支持[2]。以上研究發(fā)現(xiàn)，CAFs具有多種促癌機制，因此靶向CAFs被認為是一種有效的乳腺癌治療方法。現(xiàn)就CAFs及其在乳腺癌中的研究進展予以綜述，為乳腺癌的治療提供新思路及理論依據(jù)。

1 CAFs

1.1CAFs標志物 正常的成纖維細胞可抑制腫瘤形成，而大多數(shù)CAFs促進腫瘤生成[3]。CAFs具有多種表型，正常的成纖維細胞分化為CAFs或肌成纖維細胞時，CAFs表達α平滑肌肌動蛋白和小窩蛋白1，并增加基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)以及各種生長因子和細胞因子表達，而α平滑肌肌動蛋白和小窩蛋白1在正常的成纖維細胞中低表達或不表達，故通常被用作基質(zhì)CAFs的標志物[4]。目前常被用來鑒定CAFs的標志物有α平滑肌肌動蛋白、成纖維細胞特異性蛋白1(又稱S100鈣結(jié)合蛋白A4)、成纖維細胞活化蛋白、血小板衍生生長因子受體α/β、小窩蛋白1、肌腱蛋白C、神經(jīng)膠質(zhì)抗原、結(jié)蛋白、分化簇90(又稱胸腺細胞分化抗原1)、盤狀含結(jié)構(gòu)域受體和波形蛋白等[5]。其中，α平滑肌肌動蛋白被視為最具標志性的指標，成纖維細胞特異性蛋白1在靜止以及活化的成纖維細胞中均可表達，Busch等[6]的研究數(shù)據(jù)強調(diào)成纖維細胞特異性蛋白1是正常成纖維細胞中“原始”細胞狀態(tài)的標志物，建議將其作為成纖維細胞活化的早期標志物。另有研究發(fā)現(xiàn)，CAFs還具有收縮功能，可促進切口愈合[7]。但由于以上標志物在其他腫瘤細胞、上皮細胞等中也有表達，故不是鑒別CAFs的完全特異性指標。

1.2CAFs功能異質(zhì)性 除了表型的異質(zhì)性，CAFs還存在功能異質(zhì)性，由于其來源廣泛、分泌功能的多樣性以及與腫瘤細胞建立的信號通路不同，具有促進或抗腫瘤功能的各種亞群。根據(jù)功能變異將CAFs分為各種亞群，包括促腫瘤CAFs、抗腫瘤CAFs、肌成纖維細胞CAFs、炎癥CAFs、分泌型CAFs和中性CAFs[8]。Mizutani等[9]標記了在胰腺癌中產(chǎn)生Meflin+和Meflin-CAFs的間充質(zhì)干細胞群體，表明Meflin+CAFs的浸潤與患者的預后有關，Melin-CAFs可促進組織學低分化的腫瘤顯著進展。因此，在設計抗CAFs治療策略時應考慮精確的細胞靶標群體，有必要用其特定功能來精確表征CAFs每種亞型的表型，針對不同的特性制訂治療策略。Raz等[10]研究表明，骨髓來源的間充質(zhì)基質(zhì)細胞被特異性地招募到原發(fā)性乳腺腫瘤和肺轉(zhuǎn)移瘤中并分化為不同的CAFs亞群，以促進腫瘤炎癥、血管生成和腫瘤生長，與常駐CAFs不同，骨髓來源的CAFs不表達血小板衍生生長因子受體α，導致表達血小板衍生生長因子受體α的CAFs比例下降，表明局部環(huán)境中的因素可以重編程CAFs。此外，原代正常人成纖維細胞暴露于轉(zhuǎn)化生長因子-β1后可獲得肌成纖維細胞CAFs樣表型，Melling等[11]證實miR-145過表達可以阻斷轉(zhuǎn)化生長因子-β1誘導的肌成纖維細胞分化，使CAFs恢復為正常的成纖維細胞表型，表明CAFs不僅可以被重新編程，還可被還原。如上所述，表達一個特定標志物的CAFs可能由兩個截然不同的功能群組成，它們在腫瘤發(fā)展中發(fā)揮相反的作用。因此，建議結(jié)合使用細胞標志物和功能特征來精確識別和分類腫瘤微環(huán)境中的CAFs。此外，還原和重新編程CAFs可被視為針對乳腺癌中CAFs的一種新策略，但相關研究較少。

2 乳腺癌中的CAFs

乳腺癌相關成纖維細胞(breast cancer-associated fibroblasts,BCAFs)是乳腺癌中的CAFs，也是乳腺癌中數(shù)量最多的細胞類型，占乳腺腫瘤體積的70%～80%[12]。乳腺癌基質(zhì)CAFs由于起源不同而具有異質(zhì)性，主要有4種不同的細胞起源：由正常基質(zhì)的成纖維細胞激活后轉(zhuǎn)化而來；乳腺上皮細胞或內(nèi)皮細胞接受上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化而來；骨髓來源間充質(zhì)干細胞轉(zhuǎn)化而來；乳房組織細胞(周皮細胞、脂肪細胞或平滑肌細胞等)轉(zhuǎn)化而來。其中約80%的乳腺癌間質(zhì)成纖維細胞可以轉(zhuǎn)化為CAFs，這是CAFs的主要來源[13]。同樣，在乳腺癌研究中也發(fā)現(xiàn)了多個CAFs亞群，它們來自不同的祖細胞，并在腫瘤組織的不同部位被發(fā)現(xiàn)，這些亞群在乳腺癌進展過程中隨著時間的推移而變化[14]，但沒有進一步闡明它們的功能相關性。目前主要鑒定出了4種BCAFs亞型，每種亞型均表現(xiàn)出可變的轉(zhuǎn)錄組特征，其中僅一種肌成纖維細胞亞群(稱為CAF-S1)通過釋放出分泌因子CXC趨化因子配體12，吸引CD4+CD25+T淋巴細胞并被OX40配體、程序性細胞死亡受體-配體2和連接黏附分子2保留，CAF-S1還可通過B7H3、CD73和二肽基肽酶4提高T淋巴細胞的存活率并促進其分化為CD25highFoxP3high調(diào)節(jié)性T細胞，從而促進免疫抑制環(huán)境的形成[15]；此外，CAF-S1亞群還被證明能夠主動調(diào)節(jié)與細胞黏附、細胞外基質(zhì)組織和免疫反應相關的基因，這同樣可以促進乳腺癌中免疫抑制環(huán)境的形成，而CAF-S4亞群參與肌肉收縮、氧化代謝和肌動蛋白骨架的調(diào)節(jié)[15]。多項研究指出，這些BCAFs亞型的分布及相關因子的表達部分與乳腺癌的基質(zhì)組織學特征和分子亞型有關，CAF-S1和CAF-S4亞集在三陰性乳腺癌中普遍存在，CAF-S2亞群在大多數(shù)管腔A腫瘤中富集，而CAF-S3亞群主要分布于癌旁組織，CAF-S4亞群在人類表皮生長因子受體2陽性乳腺癌細胞中較常見，這可以提高乳腺癌靶向治療的精準度[13，15]。BCAFs與激活的成纖維細胞(稱為肌成纖維細胞)相似，均參與切口愈合和炎癥過程，但BCAFs不會發(fā)生凋亡[16]。

3 CAFs與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展

3.1CAFs在乳腺癌細胞外基質(zhì)重構(gòu)中的作用 腫瘤進展的特點是致密的膠原基質(zhì)堆積，膠原基質(zhì)可動態(tài)重組以適應不斷增長的侵襲性腫塊[17]。CAFs不僅產(chǎn)生和分泌細胞外基質(zhì)蛋白，還積極參與細胞外基質(zhì)蛋白水解、交聯(lián)和組裝過程，在基質(zhì)重構(gòu)中起重要作用[2]。CAFs增加細胞外基質(zhì)重構(gòu)和促進乳腺癌進展及侵襲的復雜性在于不同亞型的BCAFs產(chǎn)生不同類型的細胞外基質(zhì)，而不同類型的細胞外基質(zhì)又對乳腺癌產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)作用，如CD146-BCAFs促進腫瘤進展和侵襲的作用優(yōu)于CD146+BCAFs，這部分歸因于CD146-BCAFs能夠分泌富含促轉(zhuǎn)移蛋白的細胞外基質(zhì)的能力，特別是CD146-BCAFs衍生的基質(zhì)包含多種細胞外基質(zhì)調(diào)節(jié)因子，如賴氨酰氧化酶以及結(jié)構(gòu)細胞外基質(zhì)蛋白(纖維連接蛋白1、胞外糖蛋白)，所有這些蛋白均在具有侵襲性的腫瘤中過表達[18]。Tang等[19]研究表明，乳腺癌中的微RNA(microRNA,miRNA/miR)-200s及其靶標Fli-1和轉(zhuǎn)錄因子12可以上調(diào)纖維連接蛋白和賴氨酰氧化酶表達，對細胞外基質(zhì)進行重構(gòu)，從而促進腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，同時該研究還在CAFs中鑒定出了與細胞外基質(zhì)相關的基因隊列(包括纖維連接蛋白、賴氨酰氧化酶和MMP)，它們是miR-200s的潛在目標。此外，體外和體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，賴氨酰氧化酶在BCAFs中高表達，可誘導MDA-MB-231細胞的細胞外基質(zhì)重構(gòu)、侵襲和轉(zhuǎn)移[19]，選擇性抑制賴氨酰氧化酶可減少血管生成、減慢腫瘤生長[20]，表明賴氨酰氧化酶可能是侵襲性乳腺癌的潛在治療靶點。由此可見，CAFs是細胞外基質(zhì)重構(gòu)的重要參與者，可通過多種途徑增強乳腺癌細胞外基質(zhì)的合成和重構(gòu)，以促進腫瘤的進行性生長。

3.2CAFs在乳腺癌轉(zhuǎn)移中的作用 轉(zhuǎn)移是導致乳腺癌死亡的主要原因，占乳腺癌相關死亡的90%以上[21]。在人類乳腺腫瘤中，大量的間質(zhì)肌成纖維細胞(即α平滑肌肌動蛋白陽性成纖維細胞)與侵襲轉(zhuǎn)移性腺癌有關[22]。Ershaid等[23]發(fā)現(xiàn)CAFs中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3炎癥小體通路的激活是組織損傷的一種生理感知機制，上述通路的激活可促進促炎信號和白細胞介素-1β的分泌，這種上調(diào)在小鼠和人類乳腺癌的CAFs中均較明顯，表明CAFs可以通過改變免疫細胞環(huán)境向腫瘤耐受表型轉(zhuǎn)變以及增強內(nèi)皮細胞黏附和癌細胞侵襲，從而將成纖維細胞的生理組織損傷反應與促腫瘤炎癥聯(lián)系起來。Hemalatha等[24]確定了BCAFs的一個新子集，被稱為轉(zhuǎn)移相關成纖維細胞，其參與乳腺癌的轉(zhuǎn)移過程，具有更強的促進癌細胞遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移能力，并伴隨上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化標志物埃茲蛋白、趨化因子配體5的過表達，在體外對轉(zhuǎn)移相關成纖維細胞中的埃茲蛋白和趨化因子配體5的表達進行抑制，隨后發(fā)現(xiàn)其遷移和侵襲能力減弱，表明轉(zhuǎn)移相關成纖維細胞抑制劑可能作為靶向抗轉(zhuǎn)移藥物。還有研究表明，缺乏Tiam1蛋白的BCAFs會產(chǎn)生高水平的骨橋蛋白(osteopontin，OPN)，進而促進上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、腫瘤干細胞表型、乳腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移，同時發(fā)現(xiàn)雖然成纖維細胞中Tiam1缺乏與腫瘤侵襲性增加有關，但癌細胞中Tiam1的高表達可促進腫瘤生長[25]。因此，確定Tiam1-OPN是誘導乳腺癌轉(zhuǎn)移的特異性通路，表明以成纖維細胞Tiam1-OPN通路為靶點可能是預防乳腺癌轉(zhuǎn)移的一種新策略。胞外糖蛋白的異構(gòu)體在乳腺導管癌中的表達水平高于正常乳腺組織，也有助于提高乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移能力[26]。國內(nèi)相關研究表明，乳腺癌通過自噬可提高三陰性乳腺癌細胞系MDA-MB-231和BT-459細胞在體外的遷移能力，并促進癌細胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程[2]。BCAFs可分泌多種可溶性因子誘導癌細胞遷移，包括轉(zhuǎn)化生長因子-β、肝細胞生長因子、堿性成纖維細胞生長因子，還有新發(fā)現(xiàn)的成纖維細胞特異性蛋白1、趨化因子配體11、CXC趨化因子14抗體[26]、白細胞介素-6、白細胞介素-8和白細胞介素-32等。BCAFs還可通過產(chǎn)生多種MMP(包括MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9、MMP-13和MMP-14)，誘導乳腺癌細胞遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移[27]。體外和體內(nèi)研究表明，BCAFs可誘導腫瘤細胞簇以促進轉(zhuǎn)移，研究還證明了乳腺癌炎性栓子的存在，其特征是細胞-細胞黏附增加，上皮鈣黏素高表達且處于上皮/間充質(zhì)混合狀態(tài)[28]。綜上所述，CAFs可通過分泌各種蛋白、可溶性因子、MMP直接或間接誘導等方式促進乳腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。

3.3CAFs相關乳腺癌代謝偶聯(lián) 自噬和新陳代謝的改變是鑒別癌細胞的重要特征，同樣CAFs與乳腺癌細胞之間存在著能量代謝偶聯(lián)，腫瘤細胞可通過改造腫瘤微環(huán)境，使其更加適應自身快速生長的需要。由于血液供應不足，缺氧是大多數(shù)腫瘤的共同特征，Sun等[29]發(fā)現(xiàn)缺氧誘導的氧化共濟失調(diào)-毛細血管擴張突變蛋白激酶可以提高CAFs的糖酵解活性，低氧CAFs中的乳酸作為CAFs與乳腺癌細胞之間的代謝偶聯(lián)，通過激活轉(zhuǎn)化生長因子-β1/p38促分裂原活化的蛋白激酶/MMP-2/9信號通路，提高癌細胞的線粒體活性，從而促進乳腺癌細胞的侵襲。此外，在自噬相關的旁分泌方式中，CAFs為鄰近的癌細胞提供底物(如乳酸、丙酮酸和酮體)，而這些底物來源于CAFs自身過度的糖酵解活性[30]。有研究證明，在乳腺癌、前列腺癌、頭頸癌和淋巴瘤等腫瘤中，分解代謝的成纖維細胞與合成代謝的癌細胞之間存在代謝偶聯(lián)，這種代謝偶聯(lián)通過缺氧誘導因子和核因子κB信號通路驅(qū)動成纖維細胞的氧化應激、糖酵解、自噬和衰老，這些成纖維細胞的分解代謝產(chǎn)物為腫瘤生長提供了一個營養(yǎng)豐富的微環(huán)境，通過局部基質(zhì)生成線粒體燃料(乳酸、酮體、脂肪酸、谷氨酰胺和其他氨基酸)，促進腫瘤生長[31]。目前普遍認為自噬在正常組織及早期腫瘤中具有抗腫瘤作用，但在已確定的癌癥中具有促腫瘤作用[32]。以上研究表明，CAFs可以通過與乳腺癌細胞之間的多種代謝偶聯(lián)通路在乳腺癌細胞的侵襲、進展中發(fā)揮重要作用，可能為乳腺癌的治療提供新策略。

3.4CAFs相關乳腺癌耐藥 化療是乳腺癌的重要治療方式，而耐藥和對治療不敏感是乳腺癌治療面臨的主要挑戰(zhàn)，研究已證實耐藥性不僅取決于癌細胞，還取決于微環(huán)境[33]。CAFs可以促進乳腺癌細胞對包括化療藥、激酶抑制劑和抗雌激素在內(nèi)的多種藥物產(chǎn)生耐藥性，研究表明，CAFs可以通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和(或)Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2通路觸發(fā)三苯氧胺耐藥[34]。此外，CAFs可能通過涉及G蛋白偶聯(lián)雌激素受體/表皮生長因子受體/胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號通路和雌二醇產(chǎn)生的正反饋環(huán)路促進乳腺癌進展，特別是他莫昔芬耐藥[35]。在另一項涉及CAFs誘導他莫昔芬抗藥性機制的研究中，將雌激素受體陽性MCF7細胞與成纖維細胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，CAFs誘導他莫昔芬誘導TIGAR(TP53誘導的糖酵解和凋亡調(diào)節(jié)因子)的表達上調(diào)，TIGAR是p53調(diào)控的基因，同時抑制糖酵解、自噬和凋亡，并減少活性氧類的產(chǎn)生，從而促進線粒體的氧化代謝，進而導致乳腺癌細胞對他莫昔芬耐藥[36]。CAFs對藥物反應發(fā)揮作用的其他重要機制還有分泌生物活性可溶性因子，稱為可溶性因子介導的耐藥性[37]。CAFs的分泌功能可建立與腫瘤細胞的串擾，通過產(chǎn)生各種分泌因子導致化療耐藥，Su等[38]發(fā)現(xiàn)了一群特殊的成纖維細胞亞群，這群細胞表達CD10和G蛋白偶聯(lián)受體77，因此將其稱為CD10+G蛋白偶聯(lián)受體77陽性CAFs亞群，這個亞群通過分泌白細胞介素-6和白細胞介素-8來豐富腫瘤干細胞，增強患者來源的異種移植物的腫瘤形成并誘導抗癌性，表明靶向CD10+G蛋白偶聯(lián)受體77陽性CAFs亞群可能是對抗腫瘤干細胞驅(qū)動的實體瘤的有效治療策略。Sun等[39]研究表明，WNT16B在前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌的介入治療中被上調(diào)，并在體內(nèi)和體外證實成纖維細胞分泌的WNT16B可以抑制化療誘導的細胞凋亡。此外，CAFs誘導的癌細胞的表觀遺傳修飾是耐藥性的原因，其機制涉及組織蛋白的翻譯后修飾、DNA甲基化和miRNA調(diào)控[40]。可見，CAFs可通過多種途徑導致耐藥。

4 小 結(jié)

大多數(shù)研究顯示CAFs可以促進腫瘤的進展，但有研究提出CAFs和腫瘤微環(huán)境可能有助于預防癌癥進展。CAFs具有多種功能表型，在設計新的抗CAFs治療策略前還需要確定和表征特定的CAFs亞型。盡管CAFs具有異質(zhì)性，但其在基因上比癌細胞更穩(wěn)定，因此，在癌癥治療中靶向CAFs產(chǎn)生耐藥性的可能性較小。此外，已有研究證明靶向CAFs可逆轉(zhuǎn)促癌微環(huán)境，將CAFs作為乳腺癌靶向治療的生物標志物具有巨大潛力。CAFs不僅表達多種標志物，還表現(xiàn)出功能可塑性，因此深入了解CAFs的起源、生物學特性及其異質(zhì)性，可為開發(fā)靶向CAFs的藥物提供可靠的理論依據(jù)。