癌相关成纤维细胞与肿瘤发生发展关系的研究进展

赵　菡，尚谦慧，马智菲，康　妮，谭俊灵，毕竟天，孔　晶，刘婷姣

(大连医科大学 口腔医学院，辽宁 大连 116044)



癌相关成纤维细胞与肿瘤发生发展关系的研究进展

赵菡，尚谦慧，马智菲，康妮，谭俊灵，毕竟天，孔晶，刘婷姣

(大连医科大学 口腔医学院，辽宁 大连 116044)

癌相关成纤维细胞(carcinoma-associated fibroblasts，CAF)是肿瘤—宿主界面微环境中最重要的宿主细胞。CAF通过分泌不同的细胞因子在肿瘤细胞增殖、侵袭和转移过程中发挥着重要作用，CAF是促进肿瘤血管生成的重要因素，从而间接促进肿瘤的发展，同时CAF与肿瘤的代谢、临床分期等也密切相关。研究CAF在肿瘤发生发展中的作用机制有助于进一步地明确针对肿瘤的靶向治疗。本文综述了CAF的特征、异质性、来源和遗传改变，并对CAF在肿瘤发生发展中的作用进行了总结。

癌相关成纤维细胞；肿瘤；靶向治疗

[引用本文]赵菡，尚谦慧，马智菲，等.癌相关成纤维细胞与肿瘤发生发展关系的研究进展[J].大连医科大学学报，2016,38(5)：487-491.

肿瘤的发生发展并不是单纯依靠肿瘤细胞实现的，其周围的间质也发挥着重要的作用。癌相关成纤维细胞(carcinoma-associated fibroblasts，CAF)是肿瘤微环境中最主要的间质细胞之一，可以分泌大量可溶性因子作用于肿瘤细胞和肿瘤间质细胞，从而促进肿瘤的演进。本文对CAF及其在肿瘤发生发展中的作用作一综述。

1　CAF特征、分子异质性和来源

1.1CAF的特征

肿瘤间质中的成纤维细胞表型发生改变，具有类似伤口处成纤维细胞的表型，被称为CAF，也有研究者称其为肿瘤相关成纤维细胞、癌周成纤维细胞、反应间质成纤维细胞。CAF在形态学和功能上与静止的成纤维细胞不同，它具有纺锤样外形和锯齿状的细胞核，同时具有更强的增殖和迁移能力。它的特点是不但保留了成纤维细胞的特性，即波形蛋白表达阳性，还兼具平滑肌细胞的部分特性，即α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表达阳性，这也是CAF区别于正常成纤维细胞的重要标志。CAF因为具有介于成纤维细胞和平滑肌细胞之间的超微结构特征，从而获得一种为了维持其表型所需要的机械张力。

1.2CAF的异质性

原发肿瘤中的CAF是一个有着不同分子身份的异质性群体，协同其他细胞刺激肿瘤细胞增殖、侵袭和转移。CAF相较其前体，除表达分子标记α-SMA外，最主要的特征是具有刺激肿瘤细胞侵袭和转移的能力。研究者对前列腺癌中的CAF进行免疫组化染色发现，可以通过转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)应答程度的差异来区分CAF[1]。体外培养结果表明，不同程度的TGF-β应答是明显区别CAF表现型的本质。此外，成纤维细胞在活化成为CAF 后还会特异性上调某些分子的表达，例如肌腱蛋白C、硫酸软骨素蛋白多糖、血小板衍生生长因子受体α/β、成纤维细胞激活蛋白、成纤维细胞特异性蛋白1、细胞骨架蛋白palladin、平足蛋白、钠尿肽B等[2]。

1.3CAF的来源

尽管近年来关于CAF在肿瘤发生、进展和转移过程中的重要性已经被描述，但是肿瘤间质中这个细胞群的起源目前尚不完全清楚。近年来研究发现CAF的前体细胞可能是多种多样的。总体来看，CAF的来源可能如下：(1)宿主成纤维细胞，这可能是CAF的主要来源。(2)骨髓和脂肪组织中的间充质干细胞。(3)上皮性肿瘤细胞通过上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。(4)内皮细胞通过内皮间充质转化。(5)血管床的血管平滑肌细胞和血管周细胞。尽管成纤维细胞是CAF的主要前体细胞，但有关CAF的起源始终存有争议。

2　CAF的遗传和表观遗传改变

CAF促进肿瘤发生发展的能力是否取决于基因改变呢？大量体内和体外的研究证明，CAF有可能因为DNA发生了遗传和/或表观遗传改变而存在一部分促进肿瘤发生的亚型。

2.1CAF的遗传改变

海兰道：“小主聪慧，怎会不知高晞月素日温婉过人，如今分明是要越过小主去。这样公然羞辱小主，本不该纵容她，只是……”

研究首先在基因层面展开，研究者们对CAF可能发生基因序列改变的情况进行了相关研究。进一步研究发现，CAF还可能存在杂合性丢失(loss of heterozygosity, LOH)、微卫星不稳定性和等位基因失衡等。大量研究显示，肿瘤基质中出现了基因突变和LOH，如散发性乳腺癌(TP53基因突变和33个位点等位基因LOH)、头颈部肿瘤(3个位点：染色体4q34.3上的NEIL3基因、3p26.3上的FANCD2基因和19q13.31上的ERCC2基因LOH)以及一些其他的肿瘤；这两个研究还显示，有些基质中特定的LOH有可能是预测淋巴结转移的指征[3-4]。

然而，还有一些学者持有相反的观点，即肿瘤间质中的CAF并不存在遗传信息的改变。Karakas等[5]分别对81例原发侵袭性乳腺癌和25例乳腺癌CAF标本的PIK3CA基因的3个热点突变进行检测，发现在CAF中没有体细胞突变。

2.2CAF的表观遗传改变

近来研究发现，肿瘤的发生和发展与基因表观遗传修饰也有着极大的关系。表观遗传改变(epigenetic changes)是指可遗传的、没有基因序列改变的基因功能的改变(或是细胞表型转换)，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA干扰等。最近的调查结果显示，CAF获得新表型的一个潜在机制就是表观遗传发生了改变。

目前恶性肿瘤的表观遗传主要表现为DNA甲基化异常。Qiu等[6]对乳腺癌进行研究发现，通过甲基化的差异能够区分正常间质和肿瘤间质，而这种甲基化的差异也存在于CAF、肌上皮细胞和上皮细胞中。另外，Lin等[7]研究发现乳腺癌来源的CAF通过与乳腺上皮细胞相互作用，诱导抑癌基因cystatin M高甲基化，导致该基因失活，从而诱导肿瘤发生。所以，肿瘤细胞可能通过相互作用影响周围的间质细胞，使之亦出现DNA甲基化并诱导CAF表型转换，进而促进肿瘤发生，但此结论仍缺乏有力证据。

3　CAF对肿瘤的作用

3.1CAF对肿瘤发生、生长的作用

研究发现肿瘤细胞通过抑制p53蛋白在CAF的表达，使得卵巢癌细胞中的趋化因子IL-8、GRO-α、IL-6、IL-1β和血管内皮生长因子的表达和分泌增加，创造了一个促进肿瘤生长的炎性微环境[8]。Chen WJ等[9]发现 CAF通过胰岛素样生长因子II/胰岛素样生长因子受体/ Nanog旁分泌途径调节癌症干细胞的生长；当使用特定的抗体或抑制剂抑制胰岛素样生长因子受体信号时可以抑制癌症干细胞和肿瘤的生长，结果发现来源于原发性肺癌的CAF可以促进肺癌干细胞生长、增殖。Bae等[10]发现CAF和鳞状细胞癌细胞通过IL-1α的相互作用促进癌症进程，并揭开了一个重要的癌变的互动机制：从肿瘤中释放的 IL-1α刺激CAF增殖并且增加了CAF细胞因子的分泌从而促进口腔癌的发生、生长。

3.2CAF对肿瘤侵袭、迁移的作用

Osuala等[11]发现乳腺导管内原位癌细胞和CAF之间的IL-6是乳腺癌细胞早期迁移的关键中介物质。CAF分泌的IL-6促进侵袭前的乳腺导管内原位癌细胞转变为具有入侵表型的癌细胞。Li J等[12]通过微流控芯片实现CAF与唾液腺腺样囊性癌细胞的共培养，发现CAF位于侵袭的前沿而癌细胞沿其足迹位于其后。并且干扰基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)和CXCL12/CXCR4信号通路均可以抑制CAF促进癌细胞侵袭的作用。Li X等[13]发现CAF因核转录因子κB(NF-κB)和STAT3的活化，从而加速CCL2表达。而高水平的CCL2可导致口腔癌细胞的增殖、侵袭、迁移和口腔癌肿瘤在体内的生长。Wang RF等[14]用肿瘤区域以外的成纤维细胞和CAF分别与人胃癌细胞系MGC-803细胞共培养，发现成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activating protein，FAP)在CAF中过表达而在正常的成纤维细胞中不表达。此外，将CAF和MGC-803细胞共培养时MGC-803细胞的侵袭和迁移能力均显著增加。另一方面，用siRNA敲除CAF 中的FAP后癌细胞的侵袭和迁移能力分别显著下降到了46.9%和50.3%。此实验说明，CAF中的FAP在胃癌的侵袭和迁移中起着重要作用。TAGLN是一种肌动蛋白结合蛋白，在肿瘤发生过程中具有重要作用。Yu B等[15]研究发现体外和体内培养的CAF均可以上调TAGLN，胃癌间质中TAGLN水平比正常胃间质高，这与胃癌的分化程度及淋巴结转移有关。而且发现TAGLN被siRNA敲除后MMP-2的表达会显著降低。这表明了CAF可能通过上调TAGLN，TAGLN再诱导MMP-2产生来促进胃癌细胞的迁移和侵袭。

3.3CAF对肿瘤转移的作用

大量研究发现CAF对肿瘤细胞的转移既有促进作用又有抑制作用，它们通过释放不同的因子而发挥不同的作用。CAF可以促进肿瘤细胞的转移。Yu B等[15]研究发现CAF通过上调TAGLN的表达进而促进胃癌的转移。Zhu X等[16]发现，半乳凝素-1通过上调基质金属蛋白-9的表达，进而活化CAF，从而促进乳腺癌细胞的转移。Liu J等[17]发现CAF分泌的趋化因子CCL2、CCL5、CCL7 和CXCL16 可以激活肝癌细胞中Hh和 TGF-β通路，进而促进肝细胞癌转移。然而又有研究者发现CAF可以分泌特定的因子抑制肿瘤的转移。Gandeuini P等[18]用人的前列腺细胞通过大量的实验发现miRNA-205可以抵消CAF诱导的EMT，从而抑制肿瘤细胞的转移，并且它还可以通过减少炎细胞因子的分泌来阻断肿瘤细胞激活周围的成纤维细胞。Ren Y等[19]研究发现AC1MMYR2作为 miR-21的小分子抑制剂，可以通过 NF-κB/miR-21/VHL通路来重塑CAF，从而抑制肿瘤的转移。

3.4CAF对血管形成的作用

肿瘤的生长和转移取决于其内部血管的生长，肿瘤微环境助长了这种病态的血管生成过程。CAF是如何调节血管发生的机制尚未完全清楚。研究发现CAF分泌的趋化因子即生长调节致癌基因α蛋白在肿瘤间质微环境中促进上皮卵巢癌的发生，生长调节致癌基因α通过激活间质成纤维细胞中NF-кB核转位和VEGF表达，促进卵巢癌组织血管增生和肿瘤的生长[20]。Dong T等[21]发现高表达半乳凝素-1的CAF与血管内皮生长因子和CD31的表达呈正相关。在共培养中，高表达半乳凝素-1的CAF促进人脐静脉血管内皮细胞的血管形成并提高血管内皮生长因子在胃癌细胞中的表达。Shiga等[22]发现CAF是产生IL-6的重要来源，并且抗IL-6受体的抗体抑制了肿瘤的血管形成和肿瘤基质的相互联系。Hellevik等[23]从新鲜的肺癌患者肿瘤中分离出大量CAF,将它们暴露于电子辐射，通过使用多重蛋白检测等实验技术发现，经过电子辐射的CAF介导的血管反应出现抑制，并且显著降低了血管诱导因子如血管生成素和SDF-1的表达，从而减弱了内皮细胞的迁移能力。

3.5CAF对判断肿瘤分期的作用

李长平等[24]发现在子宫颈浸润性癌中α-SMA和FAP的阳性率与患者年龄、肿瘤大小无关；而与临床分期呈正相关，并且在其生长、浸润和转移方面发挥一定作用，可作为预测子宫颈浸润性癌预后的可靠指标。骨髓间充质干细胞分泌的NRG1通过HER2/HER3的P13K/AKT/BAD 通路增加结肠癌细胞数目，而NRG-1的高表达与晚期肿瘤分期、入侵深度和5年存活率下降密切相关[25]。

3.6CAF对肿瘤的其他作用

Li H等[26]运用免疫荧光等方法来研究CAF在口腔舌鳞状细胞癌发展中的作用以及相应条件的条件培养基对口腔舌鳞状细胞癌细胞的增殖和侵袭的影响。结果发现与正常成纤维细胞相比较，CAF和它们的条件培养基对口腔舌鳞状细胞癌细胞除了有促进生长和转移的作用，更重要的是还有促进肿瘤上皮发生EMT的作用。Leef等[27]发现CAF和头颈部鳞状细胞癌细胞之间进行分子通信来促进肿瘤的发展，发现CAF可产生前列腺素E2，它可以干扰T细胞介导的细胞毒作用。另有研究发现口腔鳞状细胞癌CAF中的上调蛋白主要为纤连蛋白III型域中，有fndc1、丝氨酸蛋白酶抑制剂1型和斯钙素2，它们主要涉及细胞外基质的组建和分解以及胶原代谢。

4　CAF在肿瘤治疗中的作用

尽管现在针对癌症有很多的放疗技术和化疗药物，但是在癌症治疗过程中仍然存在很多问题没有得到解决，其中就包括了癌症的复发和肿瘤细胞的耐药性。越来越多的证据表明，CAF作为肿瘤微环境中的主要成分在多种癌症的治疗过程中都起着很大的影响。

有研究发现，西妥昔单抗可以拮抗表皮生长因子受体，用其治疗头颈部鳞状细胞癌时，能引起癌细胞株的增殖率降低，而头颈部鳞状细胞癌衍生出来的CAF的生长却不受西妥昔单抗的影响。当利用Transwell小室系统共培养癌细胞和CAF后，西妥昔单抗对肿瘤细胞生长的抑制作用被逆转，这表明了，CAF可以使头颈部鳞状细胞癌细胞对西妥昔单抗产生耐药性[28]。Mao Y等[29]在用曲妥单抗治疗共培养的CAF和HER2+乳腺癌细胞时发现CAF通过扩增癌症干细胞和激活多种途径，如NF-κB、JAK/STAT3和PI3K/AKT来诱导曲妥单抗的抗性。最后提出，在HER2+乳腺癌中将抗IL6抗体或多通路抑制剂与曲妥珠单抗组合在一起也许是扭转曲妥单抗抗性的新策略。有研究结果证明以CAF作为靶点的治疗可以提高乳腺癌内分泌治疗的疗效[30]。目前，以CAF作为治疗靶点成为了癌症治疗的一个热门的研究方向。

5　结语与展望

综上所述，CAF在肿瘤的发生发展中起到了重要的作用，并且被证明是有效的预后标志物，CAF现在已经成为了癌症治疗的一个重要靶标。但是，有关CAF的表观遗传学改变、与肿瘤细胞相互作用的机制以及通过药物靶向作用于CAF来治疗肿瘤的方法，仍有待进一步研究。

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Advances in the relationship of carcinoma-associated fibroblasts with tumor development and progression

ZHAO Han, SHANG Qian-hui, MA Zhi-fei, KANG Ni, TAN Jun-ling, BI Jing-tian, KONG Jing, LIU Ting-jiao

(StomatologySchool,DalianMedicalUniversity,Dalian116044,China)

Carcinoma-associated fibroblasts (CAF) are the most important host cells in tumor microenvironment. CAF play important roles in the promotion of tumor cell proliferation, invasion and metastasis by producing a number of factors, and facilitate tumor progression indirectly by increasing tumor angiogenesis. In addition, there is also a close relationship between CAF and tumor metabolism and clinical staging. Elucidating the roles of CAF played in tumor progression would be helpful to develop new strategies of targeted cancer therapy. We review the characteristics，heterogeneity, origin and genetic changes of CAF, as well as the interactions between CAF and tumor cells.

CAF; tumor; targeted therapy

国家自然科学基金项目(81171425)

赵 菡(1995-)，女，山东德州人，在读本科生。E-mail：171418399@qq.com

刘婷姣，教授，博士生导师。E-mail: tingjiao@dlmedu.edu.cn

��述

10.11724/jdmu.2016.05.18

R780.2

A

1671-7295(2016)05-0487-05

2016-01-26；

2016-09-01)