癌相關(guān)成纖維細(xì)胞的特性及其調(diào)控腫瘤進(jìn)程的研究進(jìn)展

萬令飛，楊慧，葛晨，劉蘊(yùn)慧，岳文，裴雪濤，閻新龍

1.北京工業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100124；2.軍事科學(xué)院 軍事醫(yī)學(xué)研究院 衛(wèi)生勤務(wù)與血液研究所軍事再生醫(yī)學(xué)研究室，北京 100850；3.華南生物醫(yī)藥研究院 華南干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究中心，廣東 廣州 510005

癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibro?blasts，CAF）是腫瘤組織中活化的成纖維細(xì)胞，作為腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）中重要的細(xì)胞組成部分，能夠分泌多種活性因子參與腫瘤微環(huán)境的調(diào)控，在腫瘤的增殖與侵襲轉(zhuǎn)移、腫瘤微血管的生成、腫瘤細(xì)胞的耐藥性、介導(dǎo)腫瘤免疫逃逸等多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。

1 癌相關(guān)成纖維細(xì)胞的定義

對于CAF 的確切定義目前還存在許多爭議，主要原因是CAF 與基質(zhì)中其他細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞共享多種標(biāo)志物[1]，因此在腫瘤微環(huán)境中，CAF 與正常成纖維細(xì)胞之間的差異，通常是根據(jù)功能性來定義，而不是由個(gè)別特異性標(biāo)記基因定義。另外，CAF 的多種來源也決定了尋找一種確切的特異性標(biāo)志成為挑戰(zhàn)，因而定義CAF 成了極其關(guān)鍵的問題。

1.1 CAF的表型

惡性腫瘤中的CAF 與來源于正常組織的成纖維細(xì)胞在表型上差異較大。CAF 具有更強(qiáng)的增殖能力，生成更多的膠原蛋白，分泌生長因子和其他細(xì)胞外基質(zhì)活性因子。與正常的成纖維細(xì)胞相比，從胃癌中提取的CAF 表現(xiàn)出更強(qiáng)的增殖與遷移能力[2]。

1.2 CAF的特異性標(biāo)記

常用于定義CAF 的標(biāo)志物有α平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、成纖維細(xì)胞活化蛋白（fibroblast activation protein，F(xiàn)AP）、成纖維細(xì)胞特異性蛋白（fibroblast specific protein，F(xiàn)SP）和血小板衍生生長因子受體β（platelet de?rived growth factor receptor-β，PDGFRβ）。盡管人們提出了多種標(biāo)記基因和蛋白來定義CAF，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)記不能完全標(biāo)記所有的CAF，其中一些標(biāo)記不是CAF 所獨(dú)有的。在某些情況下，例如來自8 對患者結(jié)腸癌的CAF 與正常組織的成纖維細(xì)胞相比，正常的成纖維細(xì)胞比CAF 表達(dá)更高的α-SMA[3]，并且在其他細(xì)胞類型如心臟細(xì)胞中也能檢測到α-SMA 的表達(dá)[4]。FAP 也不是CAF獨(dú)有的，在小鼠的多個(gè)正常組織中均發(fā)現(xiàn)了FAP陽性的基質(zhì)細(xì)胞[5]，而在一些CD45+免疫細(xì)胞[6]、癌相關(guān)血管周細(xì)胞[7]中，也能夠檢測到FAP 的表達(dá)。

以上證據(jù)表明，迄今還沒有一個(gè)確切的特異性標(biāo)記能夠?qū)AF 與其他細(xì)胞區(qū)分，此限制將大大阻礙對CAF 的功能和機(jī)理的認(rèn)識，以及開發(fā)靶向CAF 的抗腫瘤治療的研究進(jìn)展。

2 CAF的來源

圍繞CAF 的來源有幾種理論，但目前仍有爭議，但越來越多的研究報(bào)告了幾種細(xì)胞作為CAF的來源：①常駐組織成纖維細(xì)胞，組織間質(zhì)中的正常成纖維細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞分泌的生長因子和細(xì)胞因子刺激下活化，是CAF 最主要的來源；②脂肪細(xì)胞；③血管周細(xì)胞；④上皮細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞分別通過上皮間質(zhì)、內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化為CAF；⑤骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞通過遷移至腫瘤基質(zhì)中，被腫瘤活化為CAF。

2.1 常駐組織成纖維細(xì)胞

最常見的觀點(diǎn)認(rèn)為CAF 來源于常駐組織成纖維細(xì)胞。研究表明，腫瘤來源的外泌體能夠通過激活TGF-β信號通路，促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為CAF[8]，癌細(xì)胞還能通過 miRNA（miR-31、miR-214和miR-155）的作用將正常成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)為CAF[9]。在前列腺癌中，腫瘤組織募集骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞，進(jìn)而分泌TGF-β1，將正常的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為更多的CAF[10]。另外，靜息狀態(tài)的胰腺星狀細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞在被鄰近的腫瘤細(xì)胞激活后，表達(dá)α-SMA 蛋白，獲得 CAF 表型[11-12]。

2.2 脂肪細(xì)胞

在腫瘤組織中也能觀察到大量的脂肪細(xì)胞，其中脂肪干細(xì)胞與癌細(xì)胞相鄰，直接與腫瘤細(xì)胞相互作用。脂肪細(xì)胞被轉(zhuǎn)化為CAF[13-14]，將用綠色熒光蛋白標(biāo)記的脂肪組織與鼠乳腺癌細(xì)胞注射到小鼠皮下，能觀察到脂肪細(xì)胞被募集到腫瘤微環(huán)境中并表達(dá)α-SMA，獲得CAF 表型[15]。

2.3 周細(xì)胞

周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞緊密結(jié)合，在維持血管和血管生成中起重要作用[16-17]。周細(xì)胞不僅保留了祖細(xì)胞的特征，在病理?xiàng)l件下還可以分化為成纖維細(xì)胞。胃癌細(xì)胞通過外泌體激活周細(xì)胞中的PI3K/AKT 和MEK/ERK 途徑，誘導(dǎo)其向 CAF 轉(zhuǎn)化[18]。

2.4 上皮細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是指細(xì)胞從具有緊密連接的上皮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴缮⒌募?xì)胞-細(xì)胞黏附的間質(zhì)細(xì)胞[19]，被認(rèn)為是上皮癌轉(zhuǎn)移的潛在機(jī)制。

需要注意的是，癌細(xì)胞與CAF 中的遺傳改變很少一致，這表明腫瘤中的間質(zhì)細(xì)胞只有一小部分來源于腫瘤細(xì)胞[20]。內(nèi)皮細(xì)胞能夠通過內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，Zeisberg 等發(fā)現(xiàn)TGF-β1 能夠誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞樣，并且這種EndMT 與FSP1 的表達(dá)與CD31/PECAM 的 下調(diào) 有關(guān)[21]。

2.5 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）被認(rèn)為是另一種CAF 前體細(xì)胞。Mishara 等證明將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSC）長時(shí)間暴露于腫瘤條件培養(yǎng)基從而獲得CAF 的功能特性，包括持續(xù)表達(dá)基質(zhì)衍生因子1（SDF-1）、α-SMA 及 FSP，并且在體內(nèi)、外能夠促進(jìn)腫瘤增殖[22]。在幽門螺桿菌誘導(dǎo)的小鼠胃癌模型中，研究者用α-SMA-啟動子報(bào)告載體示蹤發(fā)現(xiàn)，至少20%的CAF 起源于BM-MSC[23]。另有研究者向荷瘤小鼠注射BM-MSC，也證明其可以分化為CAF[24]。與此相類似，研究者證明PDGFRα陽性的CAF 來源于MSC[25]。腫瘤來源的GRP78 通過激活TGF-β/Smad 信號通路引起了BM-MSC 向CAF 分化[26]。

總之，CAF 的起源尚未明了，深入探究各種細(xì)胞轉(zhuǎn)化為CAF 的機(jī)制，將有助于提高我們對不同CAF 起源的認(rèn)識，促進(jìn)了解不同的CAF 的表型和功能。

3 CAF的異質(zhì)性

近年來隨著對CAF 群體了解的深入，越來越多的證據(jù)表明CAF 群體中存在著不同表型的亞群，不同的亞群在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中可能扮演著不同的角色。

3.1 表型異質(zhì)性

例如常用于鑒定CAF 的標(biāo)記α-SMA 和FAP等，僅僅是因?yàn)槠湓贑AF 中高表達(dá)，而非特異性表達(dá)。人們還發(fā)現(xiàn)在CAF 群體內(nèi)部，這些常用的標(biāo)記也并非總是能夠特異標(biāo)記CAF。研究者證明腫瘤微環(huán)境中CAF 的一些亞群表達(dá)FAP，而在其他的CAF 亞群中卻沒有FAP 的表達(dá)[27]，這對于將FAP 當(dāng)作潛在臨床試驗(yàn)靶標(biāo)無疑是一個(gè)挑戰(zhàn)。另一個(gè)常用的CAF 標(biāo)志α-SMA，研究者在胰腺導(dǎo)管腺癌中發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)CAF 亞群，其在旁分泌因子誘導(dǎo)下，從成肌纖維樣細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)檠装Y樣的 CAF，導(dǎo)致α-SMA 表達(dá)量大幅下降[28]。

3.2 功能異質(zhì)性

在胰腺導(dǎo)管腺癌中發(fā)現(xiàn)2 個(gè)CAF 亞群，鄰近腫瘤細(xì)胞的CAF 高表達(dá)α-SMA，生成細(xì)胞基質(zhì)；而遠(yuǎn)離腫瘤細(xì)胞的CAF 低表達(dá)α-SMA，并且分泌IL-6 和其他炎性因子[28]。這2 種CAF 分別被命名為 myoCAF 和 iCAF。

單細(xì)胞RNA 測序技術(shù)的發(fā)展，使得在單細(xì)胞水平上定量分析細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的差異成為可能，克服了大批量RNA 測序數(shù)據(jù)中掩蓋細(xì)胞亞群的問題。研究者利用單細(xì)胞RNA 測序技術(shù)，在小鼠乳腺癌模型中，通過分析CAF 亞群獨(dú)有的基因，將CAF 分為4 群，分別是起源于血管周細(xì)胞的vCAF亞群；來源于常駐組織成纖維細(xì)胞的mCAF 亞群；與vCAF 重疊，但具有高增殖能力的cCAF 亞群；與腫瘤上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換的dCAF[29]，這為研究乳腺癌CAF 的異質(zhì)性提供了有力的證據(jù)。在乳腺癌轉(zhuǎn)移性腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移瘤中，研究者將CAF 分為4個(gè)亞群，其中 CAF-S1（FAPHighCD29Med-Highα-SMAHigh?PDPNHighPDGFRβHigh）和 CAF-S4（FAPLow-MedCD29Highα-SMAHighPDPNLowPDGFRβMed）亞群與乳腺癌轉(zhuǎn)移擴(kuò)散有關(guān)[30]，表明CAF 亞群在轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散中表現(xiàn)出獨(dú)特的功能，為乳腺癌的精準(zhǔn)治療提供了進(jìn)一步的證據(jù)。

4 CAF在腫瘤中的作用

活化的CAF 不僅可通過合成細(xì)胞外基質(zhì)（ex?tracellular matrix，ECM）組分（如膠原蛋白和纖連蛋白等）形成基質(zhì)結(jié)構(gòu)框架，還可直接與癌細(xì)胞和其他微環(huán)境細(xì)胞發(fā)生相互作用。

4.1 CAF促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移

CAF 促進(jìn)腫瘤功能的機(jī)制，最常見體現(xiàn)在其與癌細(xì)胞之間的旁分泌信號傳導(dǎo)，其中CAF 分泌生長因子和細(xì)胞趨化因子，如IL-6、HGF、EGF、IGF、SDF-1 等[31]促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移能力，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。同時(shí)腫瘤細(xì)胞也能分泌細(xì)胞因子激活CAF，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞自身的侵襲性[32]。另外CAF 可以通過釋放外泌體作用于腫瘤細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤進(jìn)程[33]，在口腔鱗狀細(xì)胞癌中，CAF 分泌的外泌體將miR-382-5p 轉(zhuǎn)運(yùn)至腫瘤細(xì)胞中，促進(jìn)口腔腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲[34]。

重塑細(xì)胞外基質(zhì)是CAF 促進(jìn)腫瘤遷移的另一種方式[35-36]。在前列腺癌中，CAF 可以通過高水平表達(dá)纖連蛋白（Fn）而改變ECM 的結(jié)構(gòu)，使得前列腺癌細(xì)胞能夠通過整聯(lián)蛋白在ECM 中定向遷移，類似現(xiàn)象也發(fā)生在頭頸癌[37]與乳腺癌中[38]。

4.2 CAF促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的耐藥性

研究表明，CAF 能夠提高癌細(xì)胞對化療藥物的耐藥性[39-40]。最常見的解釋是，CAF 分泌外泌體作用于腫瘤細(xì)胞，激活下游信號通路，從而降低腫瘤細(xì)胞對藥物的敏感性。在胃癌中，CAF 來源的外泌體攜帶miR-522 作用于胃癌細(xì)胞，抑制ALOX15 并減少脂質(zhì)ROS（一種由鐵依賴的脂質(zhì)過氧化物）在腫瘤細(xì)胞中的積累，最終導(dǎo)致藥物敏感性降低[41]。CAF 分泌的外泌體miR-196a 通過靶向CDKN1B 和ING5，在頭頸癌中賦予腫瘤細(xì)胞順鉑耐藥性[42]。CAF 來源的外泌體miR-92A-3p 激活結(jié)腸直腸癌細(xì)胞Wnt/β-catenin 途徑并抑制線粒體凋亡，從而促進(jìn)結(jié)腸直腸癌中腫瘤干細(xì)胞的干性基因表達(dá)與化療耐藥性[43]。CAF 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞化療耐藥性的另一種方式是通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞（CSC）亞群存活。CSC 被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞中具有腫瘤干性的亞群，與化療后腫瘤復(fù)發(fā)密切相關(guān)[44-45]，研究證明，CAF 通過釋放IL-17A 激活結(jié)直腸癌干細(xì)胞的NF-κB 通路及其下游靶標(biāo)ERK1/2，增強(qiáng)了其對化療的耐藥性[46]。這為增加腫瘤細(xì)胞化療敏感性提供了另一種思路，因?yàn)榇蠖鄶?shù)增加化療敏感性的方法專注于阻斷腫瘤細(xì)胞自身的信號通路，而忽略了微環(huán)境對于腫瘤干細(xì)胞的作用。

4.3 CAF促進(jìn)腫瘤中血管形成

腫瘤的生長依賴于腫瘤組織中的血管生成，CAF 可以通過分泌 VEGF、FGF 和 IL-6 等多種促血管生成因子，有效促進(jìn)腫瘤組織的血管生成[47]，也能通過SDF-1 將內(nèi)皮祖細(xì)胞招募到腫瘤組織中，促進(jìn)血管生成[48]。對于不依賴VEGF 的血管生成，也有報(bào)道稱miR-205/YAP 介導(dǎo)的CAF 活化也能促進(jìn)血管生成[49]，這將有助于進(jìn)一步了解腫瘤微環(huán)境中CAF 對于血管生成的作用。

4.4 CAF參與腫瘤微環(huán)境中的免疫調(diào)節(jié)

CAF 還能夠直接參與腫瘤微環(huán)境中的免疫調(diào)節(jié)，F(xiàn)AP+CAF 能夠分泌趨化因子CXCL12，促使胰腺導(dǎo)管腺癌小鼠對免疫檢查點(diǎn)拮抗劑失去響應(yīng)，發(fā)生免疫逃逸[50]。CAF 還能影響腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）的功能[51]，CAF 通過分泌 CXCL12/SDF1、M-SCF 和IL-6，促進(jìn)募集巨噬細(xì)胞并誘導(dǎo)其分化為免疫抑制表型的Ⅱ型巨噬細(xì)胞[52-55]。CAF 還與腫瘤微環(huán)境中嗜中性粒細(xì)胞的募集有關(guān)，中性粒細(xì)胞通過 CAF 分泌的 CXCL1、CXCL2 和 CXCL5 被招募至腫瘤組織內(nèi)，釋放活性氧（ROS）、活性氮（RNS）、蛋白酶等影響腫瘤的發(fā)生。CAF 還可以影響先天免疫細(xì)胞——自然殺傷（NK）細(xì)胞的活性，CAF 分泌的 TGF-β1 能夠使得依賴于 TGFβ1的NKp30 表達(dá)下調(diào)，顯著抑制NK 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫殺傷[56-57]。還有研究證明，CAF 能夠誘導(dǎo)骨髓來源的抑制細(xì)胞（MDSC）生成和激活，促進(jìn)免疫抑制，從而為癌癥的發(fā)生發(fā)展創(chuàng)造有利條件[58-60]。

4.5 CAF抑制腫瘤

盡管CAF 有強(qiáng)大的促腫瘤作用，但也有報(bào)道稱某些CAF 亞群具有腫瘤抑制功能。CD146-CAF 可賦予乳腺癌細(xì)胞他莫昔芬耐藥性，而CD146+CAF 則能夠逆轉(zhuǎn)這種表型，提高藥物敏感性[61]。在胰腺導(dǎo)管腺癌小鼠模型中敲除α-SMA+CAF 時(shí)，反而促進(jìn)腫瘤發(fā)生，導(dǎo)致生存率下降[62]。這些證據(jù)表明，在某些腫瘤中存在抑制腫瘤細(xì)胞的CAF 亞群，非選擇性地靶向整個(gè)CAF 群體可能效果差甚至起相反結(jié)果。找到更為可靠的CAF特異性標(biāo)記，區(qū)分在腫瘤中發(fā)揮促進(jìn)或抑制功能的CAF 亞群，才能更有針對性地進(jìn)行靶向治療。

5 靶向CAF的抗腫瘤治療

由于腫瘤微環(huán)境中CAF 發(fā)揮的重要作用，越來越多的研究將CAF 視為癌癥患者的治療靶標(biāo)。

5.1 靶向CAF下游信號通路的抗腫瘤治療

由于CAF 分泌多種調(diào)控因子，可以通過阻斷來自CAF 的信號，從而減少其對腫瘤細(xì)胞的正向調(diào)控作用。涉及腫瘤微環(huán)境中CAF 的信號分子從功能上大致分為2 類。一類是招募和激活CAF的分子，如IL-6，其能激活下游JAK1/STAT3 信號通路從而激活CAF[63]，靶向IL-6、IL-6 受體或JAK的藥物已獲美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)[64]。而通過阻斷CAF 中的PDGFR 信號傳導(dǎo)，顯著抑制FGF2 和FGF7 的表達(dá)，可抑制腫瘤微環(huán)境中血管生成和腫瘤增殖[65]。另一類是CAF 衍生的細(xì)胞因子與趨化因子。例如，CAF 是許多腫瘤中趨化因子CXCL12 的主要來源，靶向阻斷CXCL12 作用于腫瘤細(xì)胞可以促進(jìn)T 細(xì)胞募集，并與檢查點(diǎn)拮抗劑α-PD-L1 協(xié)同作用達(dá)到抑制腫瘤[66-67]。

5.2 靶向CAF亞群的抗腫瘤治療

基于前述CAF 的異質(zhì)性，最理想的情況是靶向促進(jìn)腫瘤的CAF 亞群，將其重編程為正常的成纖維細(xì)胞或抗腫瘤的CAF 表型。研究者利用卡泊三醇作為維生素D 受體的配體，能夠?qū)⒒罨腃AF 恢復(fù)到靜息狀態(tài)，從而增強(qiáng)了化療藥物的功效[68]。在乳腺癌中，CD10+GPR77+CAF 被認(rèn)為是維持腫瘤細(xì)胞干性并促進(jìn)腫瘤形成和化療耐藥性的一個(gè)亞群，中和阻斷GPR77 能夠顯著抑制腫瘤的進(jìn)程[69]。這些證據(jù)凸顯了定義CAF 亞群以及探究其在腫瘤發(fā)生過程中所發(fā)揮功能的重要性。

隨著對CAF 介導(dǎo)的多種削弱抗腫瘤免疫作用認(rèn)識的加深，針對CAF 的免疫療法將是很有吸引力的選擇。

綜上所述，CAF 通過參與腫瘤微環(huán)境中的復(fù)雜調(diào)控，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移能力，提高腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制，最終造成腫瘤的發(fā)生發(fā)展。近年來，隨著對CAF 與腫瘤和腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞相互作用機(jī)制的深入研究，越來越多的證據(jù)表明CAF 有望成為抗癌治療的靶點(diǎn)。但目前仍然存在許多亟待解決的問題，例如尋找CAF 特異性標(biāo)志物，探尋不同CAF 亞群的分類、特性及其在腫瘤中的作用等，亟須對CAF 進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。