成纤维细胞激活蛋白α与肿瘤的研究进展

陈 渊(综述),郑伟明(审校)

(温州医学院附属第一医院神经外科,浙江 温州 325000)

越来越多的证据显示,肿瘤的发生、发展与肿瘤微环境中的间质细胞紧密相关，活化的间质细胞通过分泌细胞因子和基质蛋白酶等促使肿瘤的增殖、浸润与转移。肿瘤相关成纤维细胞是微环境中最重要的宿主细胞之一,其所分泌的成纤维细胞激活蛋白α(fibroblast activation protein alpha,FAP-α)在肿瘤发生、发展中起重要作用。现阶段研究结果认为，FAP-α的功能有以下几种：①降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM)，协助肿瘤细胞的侵袭和参与肿瘤组织的重塑；②可激活另一种蛋白酶原而间接起到降解ECM的作用；③解离与ECM结合的生长因子，如转化生长因子p、血小板衍生生长因子等，使肿瘤向恶性转化；④参与肿瘤微血管生成过程[1]。该文就FAP-α的生物学结构特征、酶活性和底物特异性、信号转导、与肿瘤的关系以及在靶向治疗的应用等方面的研究进展进行综述。

1 FAP-α的生物学结构

FAP-α是一种具有760个氨基酸的Ⅱ型穿膜糖蛋白。其通过18个氨基酸组成的疏水跨膜片段固定于细胞膜上，胞质区是6个氨基酸组成的短肽链，其余部分位于细胞外区域，由736个氨基酸组成[1]。该胞外区域包括一个具有8片“桨叶”的β螺旋结构区域和一个包含催化三联体的α/β(氨基酸序列500～761)水解酶区域，其催化三联体是FAP-α催化区的关键结构，由丝氨酸(Ser624)、天冬氨酸(Asp702)和组氨酸(His734)构成[2]。虽然FAP-α单体拥有催化结构域，但只有形成完整的二聚体才能发挥催化功能。

FAP-α在脊椎动物的进化过程中高度保守，分子克隆分析发现其基因定位于2q23[3]。与人FAP-α同源的基因在多种物种中发现，以小鼠为例，鼠源FAP-α基因定位于第2号染色体，大小约60 kb，有26个大小为46～195 bp的外显子；人FAP-α基因定位于2q23，约73 kb，同样有26个外显子。近来对FAP-α基因启动子的研究发现，其基因存在于早期生长应答因子1、同源盒基因HOXA4蛋白和E2F1转录因子的结合位点，其中早期生长应答因子1在促进FAP-α表达中最重要[4]。

2 FAP-α的酶活性及底物特异性

FAP-α是一个丝氨酸蛋白酶，其与二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidyl peptidase Ⅳ，DPPⅣ)具有48%的氨基酸序列同源性，同属于S9b肽酶家族。研究发现，FAP-α与DPPⅣ具有类似的二肽基肽酶活性，此外还具有肽链内切酶活性，包括裂解明胶、Ⅰ型胶原、α2抗血纤维蛋白酶等[3]。FAP-α裂解明胶和胶原的生物学意义目前仍不清楚，有研究认为，其可能与基质金属蛋白酶共同作用降解变性的胶原，产生生物活性片段有关[5]。

酶底物特异性研究发现，FAP-α可分解Ⅰ型胶原和Ⅳ型胶原，但不能水解层粘连蛋白、纤维结合蛋白、纤维蛋白单体及酪蛋白[6]。内切酶活性生理底物最早是由McKee等在研究溶解形式抗纤维蛋白溶酶裂解酶时发现的，称为抗纤溶酶[7]，后来发现它是FAP-α的一种可溶形式。Gorrell鉴定出了FAP-α活性的天然底物，包括神经肽Y、B型钠尿肽、P物质和多肽YY[8]。FAP-α裂解肽类激素提示其与组织微环境的重塑、修饰有关。

3 FAP-α的信号转导

近来研究发现，肿瘤的快速生长与FAP-α表达有关，与其蛋白酶活性无关，而且表达FAP-α的细胞能更广泛地侵袭Ⅰ型胶原的基质[5]。越来越多的研究发现，FAP-α能够激活细胞信号并认为FAP-α通过与其他蛋白形成复合物来介导细胞信号。其能与DPPⅣ形成复合物，参与黏附和侵袭。同样，可与其他膜蛋白结合介导细胞信号，如β1整合素。在小鼠肺癌模型中，表达与不表达FAP-α均能产生肿瘤，但表达FAP-α的磷酸化水平降低，特别是降低黏着斑激酶磷酸化和细胞外信号调节激酶磷酸化，同时又使p21表达下降；消除FAP-α可通过激活黏着斑激酶和细胞外信号调节激酶信号上调p21的表达，而FAP-α抑制整合素介导的信号[9]。

4 FAP-α与肿瘤的关系

目前研究发现，FAP-α与多种疾病有关，包括关节炎、创口愈合、慢性炎症、关节炎、肿瘤等。

4.1FAP-α在肿瘤组织中的表达 FAP-α选择性表达于90%以上恶性上皮性肿瘤(如乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、胰腺癌、皮肤黑色素瘤等)基质中的肿瘤相关成纤维细胞中，定位于胞膜和胞质[10]。其几乎不表达于正常组织及良性上皮肿瘤间质中静息成纤维细胞，且罕见于肿瘤细胞。近来发现，FAP-α可表达于胶质母细胞瘤组织，特别是胶质瘤细胞本身[11]。

4.2FAP-α与肿瘤的发生、发展 目前研究认为，FAP-α促进肿瘤的发生、发展主要通过以下几种机制[12]：①释放血管内皮生长因子、白细胞介素8等血管生长相关因子，诱导肿瘤组织血管增生，从而有利于癌细胞的生长、侵袭；②通过细胞-细胞间接触、释放生长因子、分泌基质成分等促进肿瘤生长；③为肿瘤细胞提供免疫隔离空间，协助其逃避机体防御系统；④表达细胞因子、蛋白酶及黏附分子等协助肿瘤转移与侵袭。

4.2.1FAP-α与肿瘤血管发生 目前研究认为，FAP-α参与肿瘤微血管的生成。早期有研究发现，FAP-α表达于血管内皮细胞[13]，这一结论后来被其他学者用基因表达分析方法所验证[14]。Huang等[15]研究发现，小鼠乳腺癌模型中微血管密度的增加与FAP-α的表达相关，FAP-α高表达组的血管密度是对照组的3倍。赵志娟等[16]得出了类似的结论，发现乳腺癌间质中FAP-α的表达与微血管密度间具有显著相关性。进一步的研究发现，在鼠肺癌模型中，剔除FAP-α的表达能降低微血管密度,从而抑制肿瘤的生长[9]。FAP-α促进血管发生的机制尚不完全清楚，目前认为有两种可能的机制：①通过裂解神经肽Y[8]激活内皮细胞的Y2受体,促进内皮细胞的增殖；②FAP-α在 Ⅰ 型胶原的重塑和装配中的作用。FAP-α阳性表达的成纤维细胞能分泌基质，促进转移[17]。

4.2.2FAP-α与肿瘤细胞的运动、黏附、侵袭 细胞表面表达FAP-α对细胞的运动、基质降解、侵袭行为有重要的影响，FAP-α表达或缺乏表达都能改变ECM的组成和构成[17]。在FAP-α表达剔除的肺癌动物模型中发现，基质中Ⅰ型胶原显著增加，这种异常的胶原积累能损害细胞的生长、运动和肿瘤血管发生，而FAP-α表达阳性的细胞发挥蛋白酶活性增加了基质降解[5]。

在星形细胞癌中，FAP-α的表达与WHO分级相关，随着FAP-α表达的增加，在肿瘤组织中所有与DPPⅣ相似的酶活性也增加[18]，并与侵袭性有关[11]。武金波等[19]研究发现，FAP-α表达与胃癌组织的侵袭程度有关，而与淋巴结转移无关，提示FAP-α的表达与胃癌恶性表型有关，即随着胃癌恶性程度的增强，FAP-α表达逐渐增高。从上述研究可知，FAP-α的活性促进肿瘤的生长并对肿瘤的侵袭、转移有一定的作用，FAP-α是肿瘤生长和转移的一个重要调节因子。

4.2.3FAP-α与肿瘤免疫 肿瘤微环境内诸多因素通过与免疫系统的交互作用导致肿瘤微环境长期处于免疫抑制状态。FAP-α表达阳性的细胞在免疫抑制中有重要作用，抑制抗肿瘤免疫应答，动物模型发现消除阳性细胞能激活系统的抗肿瘤免疫[20]。有研究小组构建了一种靶向FAP-α的DNA口服疫苗，证实其能够增加T细胞对肿瘤组织FAP-α的抗原递呈,从而抑制小鼠结肠癌和乳腺癌生长，其生存期较对照组有显著延长[21]。Wen等[22]在鼠结肠癌模型中发现，针对FAP-α的DNA疫苗能通过激活CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫应答，显著抑制肿瘤生长、提高动物存活率。Burckhart等[23]发现，结合FAP-α后的融合疫苗能够共激活CD8+CD4+效应T细胞，使抗肿瘤效应增加100倍。同时，FAP-α可被作为一种肿瘤相关抗原，Yi等[24]构建了一种结合1-甲基色氨酸的FAP-α肽疫苗融合蛋白，在4T1乳腺癌模型中发现其可以抑制肿瘤生长，提高存活率，激活CD8+T细胞应答。这些研究成果表明，针对FAP-α的免疫疗法具有较广的应用前景。

5 FAP-α的临床应用潜力

近来，FAP-α逐渐成为一种极具前景的抗肿瘤基质靶标分子而备受关注。目前国内外多项研究机构正在努力探究以FAP-α为靶标的肿瘤靶向治疗的可行性策略，并已获得一定成果。目前针对FAP-α的靶向治疗主要有以下几种策略。

5.1针对FAP-α蛋白酶活性的小分子抑制剂 FAP-α酶活性是一个重要的治疗靶标，特异性地抑制其酶活性有助于削弱甚至消除肿瘤的侵袭、转移能力。Val-boro-Pro又称Talabostat,是最早用于临床试验的FAP-α抑制剂。Adams 等[25]发现，应用Val-boro-Pro抑制FAP-α的酶活性可以抑制多种鼠肿瘤模型的生长。Narra等[26]利用FAP-α的抑制剂Val-boro-Pro抑制其活性，在转移性直肠癌进行了Ⅱ期临床试验具有重要的意义，但在外周血中其活性不能被完全抑制。新的特异性更高的抑制剂仍在研究中，以期能够更有效的诱导抗肿瘤反应。

5.2FAP-α疫苗 如前所述，构建相关FAP-α疫苗能够抑制肿瘤的生长，甚至能够增加T细胞对肿瘤组织FAP-α的抗原递呈。Loeffler等[21]构建了一种口服的针对FAP靶点的DNA疫苗，在动物实验中发现其能抑制小鼠结肠癌和乳腺癌生长，在机体中并未发现影响伤口愈合或发生免疫排斥等不良反应。此外，Yi等[24]构建的FAP疫苗不仅能激活免疫系统攻击FAP-α阳性细胞，引发抗肿瘤效应，还有助于逆转肿瘤免疫耐受。新的特异性更高的疫苗仍在研究中。

5.3破坏FAP-α分子复合物的形成来阻断FAP-α介导的信号通路 FAP-α可以与肿瘤细胞表面其他分子形成复合物，进而发挥其与肿瘤产生和发展相关的作用。Kelly[27]提出，可通过破坏FAP-α分子复合物阻断后续信号转导来实现对肿瘤的定点抑制。虽然目前从技术上来说直接破坏FAP-α分子复合物有很大难度，但随着人们对FAP-α结构和空间构象的进一步了解，最终会确定FAP-α上与其他分子结合的靶点，再加以阻止。

5.4FAP-α酶激活式靶向前体药物 酶激活式靶向前体药物设计的应用为实现肿瘤靶向治疗提供了新思路[28]，至今已经取得了显著的结果。黄思超[29]设计了基于FAP-α的新型靶向前体药物——甘脯酞阿霉素(N-earbobenzoxy-glyeyl-Proline-doxorubiein，Z-GP-Dox)，利用FAP-α阳性的4TI小鼠乳腺癌移植瘤模型考察了Z-GP-Dox的体内抗肿瘤药效及其心脏毒性，发现Z-GP-Dox对FAP-α阳性的肿瘤具有潜在的抗肿瘤活性，而且其毒性与Dox相比有显著降低的趋势，相关的研究仍在进行中。

6 结语和展望

近年来,FAP-α作为一种极具潜力的抗肿瘤靶标分子正日益受到关注，关于FAP-α的生物学特征、酶底物特异性、信号转导与细胞的侵袭和转移等陆续被阐明。研究发现，阳性表达FAP的细胞对抗肿瘤免疫的抑制作用，有助于后来的抗肿瘤研究。但是肿瘤微环境各组分的相互作用复杂,且FAP-α在肿瘤病理发生、发展中的作用机制尚不清楚，因此为了实现靶向FAP-α的肿瘤治疗,仍然需要开展大量工作。未来需要进一步明确FAP-α酶活性的具体功能及其对每种肿瘤的具体促进和抑制作用，FAP-α表达调控机制等，进一步了解这些问题将有助于开展针对FAP-α的靶向治疗。

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