活化的肝星状细胞对肝癌肿瘤微环境的影响▲

彭佩纯 欧和生 罗雪兰 杨 鹏 魏江存 覃裕旺 文 彬

(1 广西国际壮医医院科技部，南宁市 530201，电子邮箱：806680905@qq.com；2 广西中医药大学附属瑞康医院感染科，南宁市 530011)

【提要】 肝癌是发病率较高的恶性肿瘤之一，其发病、转移及复发的机制一直是研究的热点。随着细胞生物学及分子生物学的不断发展，肝星状细胞引起了学者们的关注，而对肝癌的认识也逐渐从肝癌细胞本身转移到肿瘤微环境的层面上。活化的肝星状细胞作为肿瘤微环境中重要的间质细胞，在肝癌的生长过程中具有至关重要的作用。本文就活化的肝星状细胞对肝癌肿瘤微环境的影响进行综述。

肝细胞癌(简称肝癌)是世界上最常见的恶性肿瘤之一，其患病率逐年上升，死亡率居恶性肿瘤第二位[1]。在我国，每年新增肝癌人数占全球肝癌人数的55%，其死亡率仅次于肺癌[2]，严重威胁国民的健康。近年来，随着诊疗技术的不断提高，肝癌死亡率虽有下降趋势，但预后却仍无明显改善[3]。目前以手术为主的综合治疗仍是肝癌的主要治疗方法，但是术后5年复发率、转移率高[4]。因此，探索其复发、转移的机制是改善肝癌患者预后的途径。“种子与土壤”学说是由英国学者Paget提出的[5]，该学说的观点是：肿瘤的发生发展不仅仅与肿瘤细胞特性有关，而且与肿瘤生长的环境密切相关，肿瘤生长的微环境作为土壤，为肿瘤细胞种子提供了生长、转移的条件。基于该学说，近年来肝癌肿瘤微环境在肝癌的发生、复发、转移过程中的作用受到了高度重视。本文就活化的肝星状细胞(hepatic stellate cell，HSC)对肝癌肿瘤微环境的影响进行综述。

1 肝癌肿瘤微环境

在生理情况下，肝脏由肝实质细胞以及非实质细胞组成,其中肝实质细胞占肝脏总细胞的绝大多数，发挥着解毒、代谢、分泌胆汁等作用。肝脏非实质细胞包括间质细胞、免疫细胞、上皮细胞、内皮细胞以及卵圆细胞等，正常情况下，这些细胞各司其职，共同维持着肝脏的正常功能。在肝癌形成的过程中，肝实质细胞和非实质细胞的形态、功能发生改变，促使肝癌微环境的形成，具体的微环境包括肝癌细胞及其周围的炎症细胞、纤维母细胞、免疫细胞以及它们表达的相关细胞因子，肿瘤血管和细胞外基质等，为肝脏肿瘤的形成、发展、转移提供了有利的条件，同时也影响着肝癌患者的预后。

1.1 病毒性肝炎和慢性炎症因子 慢性病毒性肝炎是肝癌最常见的致病因素之一，据调查，2010年全球有一半的肝癌相关死亡是乙型肝炎病毒感染所致[6]。研究表明90%的肝癌患者伴有慢性感染相关的非可控炎症[7]。丙型肝炎病毒感染者肝细胞的生长周期明显缩短，同时遗传的不稳定性和基因突变的频率增加，也可导致肝癌发生[8]。在慢性炎症引发肝癌的过程中有多个炎症因子、多种信号通路参与，包括肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1、转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)、核转录因子κB通路、酪氨酸激酶-信号传导及转录激活因子和丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶信号通路等。TNF-α和IL-6已被证实参与肝癌侵袭过程[9]，动物实验表明由Kupffer细胞产生的促炎因子IL-6刺激肝脏代偿性再生是肝脏癌变的重要原因[10]。过表达的IL-22可通过激活信号传导及转录激活因子3促进肝癌肿瘤生长和转移[11]。此外，慢性肝炎可释放氧自由基，引起肝组织中抑癌基因P53相关蛋白和DNA变异，促使肝癌的生长。

1.2 肿瘤相关成纤维细胞 肿瘤相关成纤维细胞(carcinoma-associated fibroblast，CAF)作为肝癌微环境中主要的间质成分参与了肝癌的生长过程，与正常的成纤维细胞相比，CAF的形态和功能均发生了变化。正常成纤维细胞能够抑制肿瘤的发生发展，而被激活的CAF则成为了细胞外基质中多种组织成分、细胞因子及生长因子的主要来源，并且CAF可通过分泌多种细胞因子促进肿瘤细胞增殖、血管形成并诱导肿瘤细胞发生上皮间质转化，在肿瘤的生长过程中具有举足轻重的作用。研究表明CAF的表面蛋白标志物为α-平滑肌肌动蛋白(α smooth muscle actin,α-SMA)，而该标志物与肝癌的侵袭和转移有密切的关系，同时，CAF可通过分泌肝细胞生长因子进而促进肝癌细胞增殖和分化[12]。另有研究发现CAF可释放多种促血管生长因子，如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、基质金属蛋白酶-1等促使肝癌新生血管生成[13]，其中VEGF在促进血管生成的过程中扮演着重要的角色。Orimo等[14]发现CAF能够通过分泌间质细胞源性因子-1，增强血管内皮细胞聚集，从而促进微血管生成。此外，亦有研究证明CAF促进肿瘤转移和侵袭的作用可能是通过诱导肿瘤上皮细胞间质转化来实现的[15]。

1.3 免疫细胞 虽然机体的免疫系统具有监视和清除癌细胞功能，但是肝癌发生时，肝癌细胞仍可通过各种机制进行免疫逃逸，因此机体的免疫状态与肝癌的生长紧密相连。研究发现，细胞免疫状态与肝癌的发展、转移有着密切的关系，在肝癌微环境中，细胞免疫处于抑制状态，T细胞生成减少、功能减弱，而免疫负性调节T细胞生成增加[16-17]。调节性T细胞是诱导免疫逃逸的重要细胞，浸润肝癌组织的调节性T细胞数量越多，肿瘤的侵袭性越强，患者预后越差[18]。自然杀伤细胞是抗肿瘤免疫系统中的重要成分，但在肿瘤微环境中其在发挥抗肿瘤作用的同时也可导致表面活性受体表达下降，抑制性受体表达增强，从而导致其抗肿瘤效应减弱[19]。此外，不成熟或功能不完善的树突状细胞虽有较强的抗原捕获能力，但抗原递呈能力弱，不能有效激活T淋巴细胞，因此抗肿瘤免疫作用减弱，使得肿瘤细胞逃脱机体的免疫监视从而促进肿瘤转移[20]。

1.4 促血管生成因子 肝脏是一个血流丰富的脏器，肝癌是富含血管的恶性肿瘤，丰富的血液供应为肿瘤生长提供了充足的营养，为肿瘤的发生和转移提供了有利条件[21]，因此微血管形成是肿瘤发展失控的“罪魁祸首”之一。新生血管是肿瘤转移和浸润的病理基础，在肿瘤微环境中，血管生成相关因子发挥着重要的功能，包括VEGF、血管生成因子和胰岛素样生成因子等。其中，VEGF是最关键的调节因子，在肿瘤血管生成过程中发挥了不可或缺的作用，其通过与相关受体结合促进内皮细胞增殖，促使肿瘤血管生成。此外，血小板衍生因子在肿瘤的发生发展中也功不可没，其主要参与肿瘤细胞的迁徙，并在肿瘤新生血管成熟、稳定的过程中发挥作用。近年来，关于肝癌肿瘤血管生成靶向治疗已成为热门的研究课题，索拉菲尼抗血管生成作用的研究证实了阻断肿瘤微血管生成可切断肿瘤的供养途径进而抑制肿瘤生长和转移[22-23]。

1.5 细胞外基质 细胞外基质是肝癌肿瘤微环境中的一名重要家庭成员，具有维持组织结构，储存生长因子等功能。当肝脏受到有害物质刺激时，细胞外基质合成增多，降解减少，进而导致肝脏发生纤维化，最终促使肝癌发生发展。研究发现，在多种恶性肿瘤组织来源的上皮中细胞外基质的表达较良性肿瘤组织明显增高，且与肿瘤血管生成、侵袭转移、术后复发以及临床预后有着密不可分的关系[24-25]。此外，上皮-间质转化是肝癌发生、发展过程中的一个重要环节，而研究已证实细胞外基质参与了上皮-间质转化过程[26]。

2 HSC与肝癌

HSC又称为储脂细胞，主要位于肝窦周围的间隙内，占肝间质细胞的5%～23%。正常情况下HSC处于静止状态，主要参与维生素A的代谢和肝脏胶原的合成。静止状态的HSC并不表达α-SMA且增殖活性低、合成胶原能力弱。当HSC受到各种理化因素及病毒感染等因素刺激时可被激活。活化的HSC内脂滴和维生素A减少，α-SMA表达增加，HSC转化成为具有收缩性和高度增殖性的肌成纤维样细胞，并产生大量的细胞外基质，导致肝脏纤维化，进而进展为肝硬化，最终促使肝癌发生。在周围环境的刺激下，HSC的生物学特性发生了巨大的变化，除了促进细胞外基质的形成为肿瘤提供生存条件外，HSC还可以通过影响肿瘤微血管的生成促进肿瘤的发展和侵袭[27-28]。除此之外，最新的研究表明活化的HSC可能通过上调人纤维介素蛋白2的表达来抑制T细胞活性，破坏肝脏的免疫平衡，促进肿瘤发展[29]。然而，肝癌细胞对HSC的增殖也有促进作用，体外共培养实验发现肝癌细胞可诱导离体HSC活化[30]，亦有研究证明肝癌细胞可明显增强HSC的增殖和迁移能力[31]。这提示HSC能够促进肝癌的发生、发展，而肝癌发生发展过程中又可促进HSC增殖，两者相互调控，为肝癌的发展和侵袭提供了有利的条件。

3 HSC与肝癌微环境

在肝癌的发生发展过程中，除了肝癌细胞的变化外，其所处的内环境也发生了变化，而肝癌微环境是一个复杂的系统，由许多基质细胞组成，这些细胞可分泌多种细胞因子，打破癌基因与抑癌基因的动态平衡，促进肝癌发生发展。其中活化的HSC是肝癌间质的重要成分，其可产生大量的细胞外基质和细胞因子，通过影响细胞外基质的合成和降解、微血管形成以及肝脏免疫微环境等方面在肝癌发生的过程中扮演着重要的角色。

3.1 HSC与细胞外基质 HSC是正常肝脏的主要细胞之一，主要参与维生素A的代谢和肝脏胶原的形成。当肝脏受到各种因素刺激时，静止状态的HSC被激活，并产生大量的细胞外基质，细胞外基质不断增多堆积导致肝窦内皮细胞向血管型内皮细胞转化，进而引起细胞外基质的多种成分如胶原蛋白、层粘连蛋白等的表达发生变化，改变了细胞外基质的生物学活性，进一步激活HSC，形成HSC-细胞外基质-HSC的反馈环，破坏肝脏微循环的稳定性。HSC不仅是合成细胞外基质的主要细胞，而且其激活后在细胞外基质的降解过程中也发挥着重要的作用，随着HSC被激活，细胞外基质由于合成和降解异常而不断堆积，最终促使肝癌形成。基质金属蛋白酶在降解细胞外基质过程中扮演着重要的角色，而基质金属蛋白酶抑制剂则对基质金属蛋白酶有抑制作用，当HSC被激活时，基质金属蛋白酶及基质金属蛋白酶抑制剂的动态平衡被打破，导致细胞外基质降解减少而沉积，沉积的细胞外基质又可促进HSC激活，促进肝癌发生发展。因此，细胞外基质是肿瘤微环境中的一个重要组成部分，其与HSC相互作用，为肿瘤的发生、发展提供了有利的内环境。研究发现，活化的HSC促使胶原大量分泌，成为肝癌包膜中胶原的主要来源，同时活化的HSC亦能促使无包膜肝癌周围胶原产物反应性增多，为肝癌的发展提供有利的环境[32]。

3.2 HSC与肿瘤微血管 新生血管是肝癌增殖、侵袭、转移的重要营养运输线，肿瘤微环境为新生血管的生成提供了有利条件，活化的HSC在肝癌新生血管中起重要作用。Sancho-Bru等[31]在一项体外实验中将活化的HSC与肝癌细胞共同培养后发现活化的HSC可以诱导血管生成相关基因表达上调，包括基质金属蛋白酶2和血管内皮生长因子A，提示其可能在肝癌微血管的生成中发挥一定的作用。Zhao等[33]发现，将肝癌细胞和活化的HSC共同移植到小鼠体内后，活化的HSC能够增强癌巢内的血管生成，并促进肝癌的生长、转移。国内也有学者发现肝癌间质内活化的HSC密度越高，癌巢内微血管生成密度越密集，而这一结果可能与活化的HSC分泌相关促血管生成因子有关[30]。VEGF在肿瘤微血管形成过程中扮演着重要角色，过度表达的VEGF与肿瘤的分级和血管侵袭力密切相关，已有研究证实活化的HSC能够刺激VEGF分泌[34]。IL-8和血管生成素1已被证实是促进肿瘤血管形成的“功臣”，其中IL-8通过与肿瘤细胞表面受体趋化因子受体1、趋化因子受体2结合后激活核转录因子κB等多条信号通路，促进肿瘤血管形成，血管生成素1则可通过激活内皮细胞酪氨酸激酶重组蛋白作用于内皮细胞，促进血管重塑、成熟并维持血管稳定性[35-36]，而活化的HSC能够分泌大量的IL-8和血管生成素1也已得到证实[37-38]。由此可证明活化的HSC是肝癌微血管形成的重要因素，在促进肝癌侵袭、转移过程中功不可没。

3.3 HSC与免疫 活化的HSC具有免疫学特性，其可分泌具有不同免疫调节功能的细胞因子，直接参与肝脏局部的免疫调控，并且可通过免疫抑制作用影响肝癌的进程。研究发现，活化的HSC是促进免疫抑制的重要因素，其可以通过诱导T淋巴细胞凋亡而导致免疫抑制状态[39-40]。王志明[41]发现肿瘤微环境随着肝癌的发展而发生变化，除了活化的HSC逐渐增多外，还出现巨噬细胞明显增多而T淋巴细胞和树突状细胞减少的情况，这提示肝癌免疫微环境的改变可能与活化的HSC有关，这一假设在Li等[42]的研究中得到了进一步证实：HSC可通过分泌TGF-β1抑制T细胞增殖和细胞因子分泌，诱导T细胞凋亡。另有学者在免疫功能正常的小鼠中同时移植肝癌细胞和HSC，结果发现肝癌细胞增殖速度加快并且出现肿瘤血管，同时还伴随免疫细胞淋巴浸润的抑制以及单核细胞的凋亡；该实验还证实了存在免疫缺陷的小鼠在同时植入HSC和肝癌细胞后其肿瘤形成能力比单纯植入肝癌细胞的小鼠要强得多，且HSC比例越大，成瘤能力越强[33]。研究证实活化的HSC发挥免疫作用的机制可能与B7同源分子 1分子和半乳凝集素-1有关，在肝癌中B7同源分子1/程序性死亡分子1信号通路可促进调节性T细胞产生以及免疫抑制功能的发挥[43]。此外，研究发现与静止状态的HSC相比，HSC活化后半乳凝集素-1的总表达量明显升高，而半乳凝集素-1是活化的HSC促进T细胞凋亡的关键成员之一，这说明半乳凝集素-1与活化的HSC发挥免疫抑制作用有密切的关系[44]。

3.4 HSC与CAF 肝癌的侵袭发展是一个复杂的动态过程，这一过程除了依赖肝癌细胞自身外，肝癌肿瘤微环境对肿瘤的转移、侵袭也起着至关重要的作用。肝癌微环境成分复杂，而CAF是微环境主要成员之一，已有研究发现CAF参与细胞外基质重塑、促进微血管生成和肿瘤细胞增殖等过程[45]。在肝癌微环境中，CAF来源非常丰富，其中包括了HSC，当肝脏受到各种有害因素刺激后，肝细胞可释放出TGFβ1促使HSC活化而转化为成纤维细胞，使其具备成纤维性、增殖性等特征，被激活后的HSC又可进一步促进TGFβ1释放。有学者将人HSC与肝癌细胞共培养后发现前者出现CAF的形态特征，说明HSC是CAF的来源之一，而TGFβ1可诱导HSC转化为CAF，进而促进肝癌的上皮间质转化和侵袭转移[46]。

总之，肝癌微环境是一个复杂多变的内环境，是肝癌发生、发展、侵袭和复发的沃土。HSC在肝癌微环境中占据着举足轻重的地位，可通过多种途径如促进肿瘤血管生成、引起免疫抑制、影响细胞外基质的合成和降解等影响肝癌的进程和患者的预后。目前，HSC对肝癌肿瘤微环境的影响已成为研究热点，并且取得了一定的研究成果，可能成为治疗肝癌的靶点之一。但HSC促进肝癌生长的机制还需进一步明确，同时也需要更多的研究针对HSC这一靶点发掘有效预防和治疗肝癌的药物，为肝癌患者带来福音。