肿瘤相关成纤维细胞与肿瘤发生发展及耐药的研究进展

王珂 康小红

目前肿瘤仍然是威胁人类健康的一大杀手，其发病率逐年上升，据统计其死亡率占人类死亡原因的第二位[1]，严重威胁人类健康，随着目前医疗水平的不断提升，对肿瘤的发生发展及相关机制有了更深一步的认识，治疗也提升至靶向治疗及免疫治疗阶段，这些药物能起到很好的治疗效果，但是由于复杂的肿瘤微环境及肿瘤的异质性，最终仍面临耐药问题；肿瘤微环境是一个复杂的综合系统，是肿瘤细胞赖以生存的环境，他介导癌细胞和间质细胞之间的相互作用，促进肿瘤发生发展，肿瘤微环境有别于正常细胞与其周围组织形成的微环境，组织缺氧、酸中毒、间质高压形成、免疫炎症反应和蛋白水解酶的产生构成了肿瘤微环境组织代谢的生物学特征[2]，这种特性对肿瘤的增殖、侵袭、转移及耐药具有重要影响，肿瘤相关成纤维细胞是构成肿瘤微环境最主要的间质细胞，在肿瘤的发病机制中占重要作用，其可通过释放多种生长因子、趋化因子、细胞因子，以及参与重塑细胞外基质促进肿瘤进展[3]，因此，深入了解CAFs在肿瘤中发生发展的相关机制，是靶向CAFs的前提条件，为癌症治疗提供新靶点。

1 CAFs起源及异质性

有研究表明，CAFs是一个复杂而异质的细胞群[4]，这种异质性可能是由于CAFs的起源不同所造成的，根据肿瘤组织学类型，CAFs由6个主要类别组成，CAFs可以来源于正常的组织成纤维细胞,也可以来源于静止的星状细胞及肝星状细胞，这些细胞被邻近的肿瘤细胞重新激活后可转化为CAFs,其激活很大程度上依赖于肿瘤微环境中局部缺氧、氧化应激及周围的炎性细胞释放生长因子刺激所致[5,6]，从骨髓来源的纤维细胞以及间充质干细胞(MSCS)是另一种CAF的前体细胞，有研究利用小鼠模型进行的体外和体内追踪研究都证明骨髓源性的骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)可以在胶质瘤、乳腺癌、胰腺癌和胃癌等癌症中分化为相当大比例的CAFs[7-10]，CAFs的第四个及第五来源是通过内皮细胞发生内皮间质转化和上皮细胞发生上皮间质转化，从而发展成为CAFs[11,12],还有一种不太常见的机制为周细胞，平滑肌细胞和脂肪细胞通过转分化的形式转化为CAFs[13,14]，总之，肿瘤相关成纤维细胞的确切来源还未被完全阐明，仍需更深一步的研究探索其来源。

CAFs存在一定的异质性，有研究表明CAFs可通过分泌一些特异性蛋白如α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、成纤维细胞活化蛋白(FAP)、成纤维细胞特异性蛋白1(FSp1或S100A4)、波形蛋白和血小板衍生生长因子受体(PDGFR)-α和β[15]，这些都可认为是CAFs的表面标记物 ，但是并非是CAFs的特异性标记物，α-SMA是CAFs最常用的标记物，α-SMA不仅用于识别具有肌成纤维细胞表型的CAFs，而且可以作为血管肌细胞和周细胞的表面标记物[16,17]。有研究发现，在小鼠以及人的胰腺导管腺癌中发现了一个α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)高表达的CAF细胞亚群，其临近细胞组织并可促进生成结缔组织增生样细胞间质，而离肿瘤细胞较远的CAF亚群则缺乏α-SMA表达，而是分泌IL-6和其他炎性介质，这个发现为CAFs的异质性提供了直接证据，并对疾病病因和治疗进展具有指导意义[18]。在基因工程小鼠乳腺癌模型中，通过单细胞RNA测序技术定义了4种不同的CAFs亚群，分别为血管周细胞的vCAF亚群，与vCAF来源相同但具有高增殖能力的cCAF亚群，常驻成纤维细胞的mCAF亚群以及肿瘤上皮间质转换的dCAF亚群，每一个CAF亚群都具有独特的功能及预后能力[19]，虽然这些标记是非特异性的，但结合起来可有助于识别CAFs，例如α-SMA可以识别具有肌成纤维细胞形态的CAFs，也可作为间充质细胞如平滑肌细胞和血管周细胞的通用标记物，S100A4是CAFs另一个特异性标志物，正如他的名称，成纤维细胞特异性蛋白，它在成纤维细胞上相对特异,表达S100A4的成纤维细胞通过胶原生成在免疫监视中发挥独特的肿瘤保护作用[20]，最新研究发现两种新的细胞表面蛋白CD10，一种锌依赖性金属蛋白酶，和G蛋白偶联受体77(GPR77)，一种补体C5a66的替代性受体，它们可以联合标记一种独特的促肿瘤性CAF亚群，促进肺癌及乳腺癌肿瘤形成及化疗抵抗[21]。

总之，CAFs表面标记多种多样，使用细胞表面标记来定义CAFs的功能仍然面临巨大的挑战，肿瘤相关成纤维细胞的异质性，是肿瘤治疗失败的驱动因素，如果没有明确的细胞表面标记物，那么对CAFs的功能及机制研究以及开发靶向CAFs的药物都将面临巨大挑战。

2 CAFs介导肿瘤生长转移机制

2.1 CAFs的旁分泌效应 CAFs促进肿瘤转移最常见的机制为旁分泌信号传导，CAFs通过释放TGF-β细胞因子，在不同的肿瘤模型中，促进肿瘤进展[22]，有研究发现在乳腺癌中，CAFs通过释放TGF-β刺激不同阶段的乳腺癌细胞发生上皮间质转化，使间质标志物如波形蛋白，纤维连接蛋白和MMP2、MMP9的表达增加，促进细胞的增殖转移[23]，Sun等[24]研究发现，在前列腺癌细胞中，CAFs能够通过激活TGF-β信号通路调节pc-3和LNCaP细胞增值和转移，用TGF-β受体抑制剂LY2109761能抑制CAFs诱导的PC-3细胞增殖和转移，从CAFs分泌的TGF-β从而促进肿瘤侵袭转移的还有胃癌、结直肠癌和膀胱癌[25-27]。CAFs衍生的HGF可促进肿瘤细胞的生长和转移，有研究发现CAFs释放的HGF促进了食管鳞癌细胞的侵袭，这种侵袭可以通过靶向成纤维细胞中HGF的siRNAs或通过改变癌细胞中c-Met的表达或功能来抑制[28]，当将CAFs注射到无胸腺小鼠的口腔底部时，与单纯的癌细胞相比，会形成更大的肿瘤，并且观察到肺和区域淋巴结的转移增加。CAFs促进HNSCC(头颈部鳞状细胞癌)细胞迁移和侵袭的能力归因于HGF的分泌增加[29]，这表明在癌症中靶向HGF信号有利于抑制肿瘤的进展。

TGF-β和HGF信号在CAFs介导的癌细胞侵袭中起着重要作用。除此之外，可溶性因子如成纤维细胞生长因子(FGF)在CAFs介导的癌细胞迁移和侵袭中也起着重要作用。具有CAFs条件的培养基产生高水平的FGF1，促进了结肠癌细胞在Boyden腔和三维器官型侵袭试验中的迁移和侵袭，阻断FGF1与其受体FGFR3的相互作用可消除CAFs条件培养基对结肠癌细胞的促侵袭作用，Henriksson等[30]研究发现用结肠癌细胞的条件培养基处理成纤维细胞可将成纤维细胞转化为CAFs。

另一组在调节肿瘤进展和癌细胞-基质相互作用中起重要作用的可溶性分子是细胞因子/趋化因子家族,趋化因子是基质细胞衍生因子1(SDF1)，也称为C-X-C基序趋化因子12(CXCL12)，与趋化因子受体4(CXCR4)相互作用。在子宫内膜癌(EC)衍生的CAFs中观察到SDF1α表达增加，这增加了癌细胞的迁移和侵袭，用AMD3100(CXCR4拮抗剂)处理EC细胞，阻断CAF诱导的EC细胞迁移和侵袭，该研究中，SDF1通过自分泌机制增加CAFs中MMP2和MMP9的表达，增强了CAF修饰基质凝胶中EC细胞的侵袭力,由CAFs分泌的SDF1也通过激活PI3K/Akt和MAPK/MRK信号通路，以旁分泌方式作用于EC细胞，诱导其增殖[31]。

除了趋化因子外，CAFs还分泌白介素家族的细胞因子。CAF条件培养基中的白介素-6(IL-6)促进黑色素瘤细胞从肿瘤球体侵入周围的Ⅰ型胶原基质，将CAFs与黑色素瘤细胞共培养可诱导CAFs分泌IL-8，抑制IL-6和IL-8可阻止黑色素瘤球体的侵袭[32]。

总之，CAFs与肿瘤细胞间的旁分泌通讯在介导癌细胞迁移、侵袭和转移中起着重要作用。在CAFs中靶向这些生长因子/细胞因子信号通路可以通过削弱CAFs的肿瘤支持作用而使癌症患者获益。然而，还需要更多的研究来更好地识别CAFs与体内癌细胞间的旁分泌通讯的作用。

2.2 CAFs重塑细胞外基质(extracellular matrix,ECM) ECM是一个动态系统，细胞外基质重塑是癌症中的一种常见情况，它已被证明是癌症发展所必需的,能够促进癌症的侵袭转移[33],ECM附近的基质细胞，包括CAF、免疫细胞和间充质干细胞，在生理和病理条件下细胞与ECM的相互作用，编制了一个复杂的程序,这些细胞通过分泌重要的蛋白酶(如MMPs)促进ECM重构[34],CAFs作为细胞外基质的主要成分，在基质重构中占主要作用，成纤维细胞的主要作用是产生细胞外基质成分，如纤维连接蛋白、Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ型胶原，它们是结缔组织不可缺少的组成部分，维持细胞外基质的稳态和周转，除了Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅴ型胶原、蛋白多糖和糖胺聚糖的上调外，NFs向CAFs的转变促进了胶原Ⅳ、Ⅶ、Ⅺ和XV的沉积[35]，胶原沉积增加有助于ECM硬化,这一过程与通过特定赖氨酸和羟基赖氨酸残基的氧化脱氨作用建立胶原分子内和分子间共价交联的更高活性的类LOX蛋白相匹配[36]，细胞外基质的重构，是癌症进展的最重要特征之一,CAFs也通过促进细胞外基质的转化和降解，如基质金属蛋白酶,通过增强MMPs的表达和激活来改变细胞外基质[37]，由CAFs所介导的基质环境的改变可以促进癌细胞的迁移和侵袭。CAFs可以重构ECM，从而为癌细胞迁移创造了路径[38]，癌细胞在细胞外基质的迁移过程中可以简单地跟随CAFs，通过分泌产生趋化梯度的趋化因子而保持稳定的通讯。Neri等[39]最近对这一过程进行了研究，他们证明间充质样癌细胞增加了CAFs的基质重塑能力，从而导致CAFs和癌细胞共同侵袭。

3 CAFs与肿瘤耐药

3.1 CAFs介导细胞因子分泌 CAFS释放的细胞因子介导肿瘤中不同信号的激活，从而导致肿瘤治疗抵抗，导致耐药的发生，在食管鳞状细胞癌肿，主要来源于CAFs的IL6通过信号转导和转录激活因子3/核因子-κB途径上调C-X-C基序趋化因子受体7(CXCR7)的表达，诱导食管癌化疗耐药[40]，在胆管癌中，CAFs诱导EGFR-TKI耐药，在长期应用厄洛替尼的胆管癌细胞中表现出胰岛素受体(IR)/胰岛素样生长因子受体(IGF1R)的上调，应用IR/IGF1R抑制降低了耐药细胞的EMT和CSC样特征，说明CAFs可通过上调生长因子的表达诱导癌细胞耐药[41]

3.2 CAFs介导外泌体分泌 除了分泌细胞因子外，胞外小泡的释放对于传递旁分泌信号，驱动癌细胞侵袭转移和治疗至关重要，外泌体是直径30～100 nm的膜小泡，其包含蛋白质、DNA、mRNA和miRNA，分泌的胞外体通过内吞的作用被临近细胞吸收，囊泡被释放到受体细胞的细胞质中，外泌体传递的RNA被认为是肿瘤进展及耐药的关键介质和强大的生物标记物[42,43]，有研究表明在胰导管腺癌(PDAC)中，吉西他宾可刺激CAFs中外泌体分泌，暴露于吉西他滨的CAFs显著增加细胞外囊泡的释放，这些外泌体增加了受体上皮细胞的化疗耐药诱导因子Snail的表达，促进肿瘤细胞的增值及耐药[44]，在头颈部肿瘤中，CAFs分泌的外泌体miR-169a可以靶向CDKN1B和InG5,使其对顺铂产生耐药性[45]，在卵巢癌中，miR-21从CAFs和癌相关脂肪细胞转移到癌细胞内，通过其直接靶向凋亡蛋白酶激活因子-1(APAF1),刺激细胞运动并抑制细胞凋亡，从而增强了化疗抵抗[46]，在胃癌中,顺铂和紫杉醇通过激活USP7/hnRNPA1轴促进CAFs分泌miR-522，通过靶向ALOX15和阻断脂质ROS在肿瘤细胞中积累，最终导致化疗耐药[47]。

3.3 CAFs维持肿瘤干细胞特性(CSC) 癌症干细胞(CSCs)，也被称为干细胞样癌细胞，是癌症患者中一个特别容易发生肿瘤以及耐药的群体[48,49]，有研究发现，在乳腺癌和肺癌患者队列中明确定义了一个与化疗耐药和低生存率相关的CAF亚群，该细胞亚群表达CD10和GPR77，在NF-κB信号通路的控制下，CD10+GPR77+CAFs不断分泌IL-6和IL-8，这种旁分泌机制维持了CSC的表型，为肿瘤干细胞(CSCs)提供生存生态位促进肿瘤形成和化疗耐药[50]，有研究发现，在结直肠癌中，CAFs通过释放白细胞介素-17A(IL-17A),激活结直肠癌干细胞中NF-κB通路进而激活下游靶标ERK1/2，促进其对化疗耐药[51]。

总之，CAFs可以通过分泌各种细胞因子，外泌体，促进肿瘤干细胞特性进而诱导肿瘤耐药性的发生，但仍有很多耐药机制至今仍不明确，因此，仍需大量的基础及临床研究进一步探讨CAFs的特性及相关耐药分子机制。

4 CAFs的抑瘤作用

在过去的几十年中，CAFs主要被认为是肿瘤生长转移的正调控因子，随着研究的不断深入，越来越多的证据表明，在某些情况下，CAFs可能是肿瘤生长的负调控因子，这进一步支持了CAFs在肿瘤微环境中的异质性，在乳腺癌中报道了2个CAF亚群，CD146-CAF及CD146+CAF，这两种亚群对激素及药物的敏感性不同，CD146+CAF的亚群对乳腺癌细胞具有持续的雌激素依赖性以及对三苯氧胺敏感，而CD146-CAF的亚群则抑制雌激素受体表达，导致对三苯氧胺耐药，该研究证明了CAFs在某些肿瘤中有抑制作用，对整个CAF人群进行非选择性靶向治疗癌症可能是无效甚至是有害的[52]，因此，应寻找更特异、更可靠的细胞表面标记物来区分促肿瘤和抗肿瘤的CAF亚群，以备为将来的精准治疗提供依据。

5 靶向CAFs

CAFs在肿瘤发生发展过程中所起到的促肿瘤效应使越来越多的研究将其视为癌症治疗的靶点，然而靶向CAFs仍面临巨大的挑战，原因是缺乏特异性的CAFs表面标记物，很难在不损害正常组织的情况下精确地靶向CAFs，随着对CAFs表面标记物的进一步深入研究，发现FAP是一种在CAF中高表达的肿瘤标记物，成纤维细胞活化蛋白(FAP)在肿瘤相关成纤维细胞中过度表达，是肿瘤免疫治疗的一个潜在靶点，目前研发出的一种以成纤维细胞活化蛋白(FAP)为靶点的DNA疫苗，能够改变肿瘤间质，该疫苗与其他肿瘤抗原特异性DNA疫苗协同作用，能够增强抗肿瘤免疫[53]，在转移性乳腺癌的小鼠模型中，开发了一种FAP靶向免疫毒素αFAP-PE38，FAP靶向免疫毒素αFAP-PE38清除FAP阳性基质细胞后，可改变多种生长因子、细胞因子、趋化因子和基质金属蛋白酶的水平，减少肿瘤浸润免疫细胞在肿瘤微环境中的募集，抑制肿瘤生长，该结果为免疫毒素在癌症治疗中的应用提供了理论依据[54],除此之外，抑制CAFs的活化也是一种新型的抗癌治疗方法，有研究发现在鳞状细胞癌、基底细胞癌和黑色素瘤3种主要皮肤性癌症中的CAFs中雄激素受体AR表达下调，AR下调可诱导早期CAFs激活，并增强了鳞状细胞癌和黑色素瘤细胞的致瘤性，BET抑制剂可恢复CAFs中AR的表达和活性，阻止癌细胞的生长和肿瘤促进作用[55]。

靶向CAFs在目前肿瘤治疗中前景广阔，但仍需对其机制做深入透彻的了解，相信随着医疗技术的不断发展，肿瘤细胞以及微环境的相互作用机制将被逐渐阐明，靶向CAFs治疗模式也将会得到进一步提升。

CAFs是构成肿瘤微环境最主要的成分之一，对肿瘤的发生发展及耐药起到了很大的作用，不仅能够通过旁分泌通路、重塑细胞外基质促进肿瘤发生发展，而且能够分泌多种细胞因子、外泌体，以及促进肿瘤干细胞特性介导耐药的发生，因此靶向CAFs是治疗肿瘤的新策略，然而目前仍面临巨大的挑战，如CAFs的异质性，缺乏特异的表面分子标记物，以及CAFs不仅能够促进肿瘤的进展还能够抑制肿瘤的生长，因此仍需深入探讨CAFs与癌症发生发展的具体机制，随着对CAFs病理分子机制的研究,许多针对关键调控因子的药物现在正在接受临床或临床前评估；然而，以CAFs为直接靶点的癌症临床试验仍然缺乏，因此仍需投入大量时间及精力探索CAFs相关机制，为以后更好的靶向CAFs提供理论依据。