恶性肿瘤的帮凶——纤维母细胞活化蛋白

黄天明 莫发荣 罗国容

（广西医科大学组织学与胚胎学教研室，南宁 530021）

恶性肿瘤是严重危害人类健康的一种疾病，目前对其研究已深入到分子水平。然而随着研究的深入，人们发现单纯研究肿瘤细胞本身并不能解释一些现象。如许多肿瘤相关抗原在体外试验时都能有效地激活抗肿瘤免疫，杀伤靶细胞，但用于活体试验时却往往无效。这说明在体内存在着免疫抑制机制。Klein等［1］将具有免疫原性的异体细胞克隆移植到活体动物的肿瘤中，正常情况下，由于异体排斥反应，这些克隆会被清除，但移植到肿瘤内的这些克隆却能继续生长，说明微环境对肿瘤的存活和生长及免疫逃逸具有极其重要的影响。

肿瘤微环境的构成非常复杂，包含了细胞成分、细胞外基质、各种细胞因子及其一些化学分子等。成纤维细胞活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP）主要由肿瘤微环境中活化的成纤维细胞分泌，大量的研究表明，其与肿瘤的发生和发展密切相关。

1 FAP的概况

FAP在不同物种之间是高度保守的。人类的FAP基因定位于2q23，跨越73 kb的碱基，含有26个外显子。FAP单体由760个氨基酸残基构成，分子量约97 kD，但通常情况下，FAP以二聚体形式存在，分子量约为170 kD［2，3］。

完整的二聚体FAP是一种丝氨酸蛋白酶，属Ⅱ型膜结合型糖蛋白，是脯氨酰基特异的丝氨酸寡肽酶家族（prolyl peptidase）成员之一，具有二肽酶和胶原酶的双重活性［2，4］。另外，FAP与二肽酶家族成员DPPIV （DPPIV，dipeptidyl peptidase IV /CD26）具有52% 的同源性，因此也被认为是DPPIV相似基因家族的一员，但其比DPPIV多了胶原酶活性［5］。

FAP可结合于细胞膜表面或溶解于基质中，利用其催化活性专一水解多肽中脯氨酸残基的氨基端肽键，使明胶、I型胶原和α2抗纤维蛋白溶素断裂，降解ECM［3］。此外，膜结合形式的FAP还可将其活性位点包括丝氨酸酶位点暴露于细胞膜表面，通过对信号分子的降解及修饰等发挥信号调节作用。二聚体形式和糖基化对FAP的蛋白水解酶活性是必须的，糖基化的FAP单体虽具有催化位点，但仍不具备蛋白水解活性［3，6］。FAP还可与DPPIV形成具有活性的寡聚体，在体外试验时，该寡聚体可明显促进肺成纤维细胞在胶原上的迁移［7］。而FAP与β1整合素形成的寡聚体则可抑制信号的传导，可能在FAP介导的细胞信号通路调节中发挥关键的作用［8，9］。

FAP表达于90% 以上上皮来源恶性肿瘤的基质成纤维细胞及血管内皮细胞、部分间叶组织来源的恶性肿瘤细胞、纤维化性疾病、关节炎、创伤愈合的肉芽组织及慢性丙型肝炎病人的肝细胞等；而在正常人组织、上皮来源的良性和癌前病变组织中通常不表达，但在一些胎儿的间叶组织中可能会有短暂的表达。此外，生理情况下还可见于子宫愈合的创面及器官的生理性重建等［10-13］。

2 FAP与恶性肿瘤的关系

2.1 FAP在部分恶性肿瘤中的表达情况

FAP在至少10种不同类型恶性肿瘤中有表达，提示其在肿瘤的发生和发展中可能具有非常重要的作用。由表1可见，在大多数的恶性肿瘤中，FAP主要由基质成纤维细胞分泌，而在部分恶性肿瘤中，癌细胞也参与了FAP的表达，如宫颈癌和胃癌等；FAP的表达通常与恶性肿瘤的侵袭性、进展程度及分化程度等呈正相关关系，在胃癌中，FAP的表达还与其亚型有关［14］；FAP的高表达通常伴随不好的预后，但在乳腺癌中，情况刚好相反，Ariga等［15］认为这可能与FAP在乳腺癌中所扮演的角色不同有关。

表1 FAP在部分恶性肿瘤中的表达情况及其意义

2.2 FAP的来源

目前许多人认为，恶性肿瘤中FAP阳性的成纤维细胞绝大部分是由原组织中的成纤维细胞活化而来。此外，还可来源于周细胞、血管平滑肌细胞及骨髓来源或由上皮细胞转化而来的间充质干细胞（上皮-间充质转化，EMT）［16］。有人估计，在炎症介导的胃癌及胰腺癌中，约有20%-25%的FAP阳性成纤维细胞来源于间充质干细胞［17-19］。

TGF-β在成纤维细胞的活化中发挥了非常重要的作用。成年人的TGF-β主要由损伤、炎症或肿瘤组织产生［20］，其与IL-1β都可通过旁分泌信号通路活化基质中的成纤维细胞，而前者的作用似乎更为关键［21，22］。TGF-β还可直接上调EGR-1转录因子的表达，而EGR-1是促使FAP合成最重要的转录因子［23］。TGF-β对成纤维细胞及FAP表达的诱导被认为是改变肿瘤侵袭状态的关键机制［22］。体外试验显示，TGF-β诱导的FAP表达增多可显著提高HO-8910PM卵巢癌细胞株的侵袭性［24］。

此外，肿瘤基质中的I型胶原及抗β1整合素抗体也都能引起FAP表达的增加及卵巢癌细胞侵袭性的增强。Kennedy等［25］推测，胶原对FAP表达的诱导有可能是通过与β1整合素结合实现的。最近的研究还显示，紫外线也可以诱导FAP在黑色素瘤细胞及皮肤成纤维细胞的表达［26］。

2.3 FAP在恶性肿瘤中的作用机制

2.3.1 对侵袭性的影响 试验表明，FAP-DPPIV复合体可以促进成纤维细胞、内皮细胞及卵巢癌细胞在I型胶原凝胶中的迁移［25，27，28］。FAP可由聚合的α1β6整合素诱导定位到肿瘤细胞伪足的质膜上，通过其胶原酶活性裂解I型胶原和明胶，参与接触并降解ECM，并能刺激细胞的运动，对细胞的迁移、基质的降解，以及细胞的侵袭行为产生很重要的影响［4，29，30］。将FAP去除后，可引起肺癌组织中I型胶原的急剧增加和积聚，继而可以削弱细胞的运动能力，减缓肿瘤的生长及血管的形成［31］。

此外，FAP对ECM中蛋白质的降解及活化还可改变其结构和成分，使其利于肿瘤细胞的浸润及侵袭；而对细胞连接成分的降解，则有利于肿瘤细胞从原发部位脱离，利于其扩散；通过解离与基质蛋白结合的生长因子，还可促进肿瘤细胞的生长和微血管的生成。同时，FAP还可与膜结合信号传导分子协同作用，利用其蛋白酶活性对信号分子或其他相关因子（如肽类生长因子、趋化因子等）进行化学修饰，调节与肿瘤生长相关的兴奋性信号传导，从而促进肿瘤的侵袭。对FAP的蛋白酶活性进行抑制，则可明显削弱肿瘤细胞的迁移和侵袭能力［30］。

2.3.2 对血管生成的影响 FAP高表达于肿瘤血管的内皮细胞，被认为与血管的生成密切相关［32］。动物模型试验表明，有FAP表达的人乳腺癌肿块中微血管密度是无FAP表达的3倍，且微血管的密度会伴随FAP的升高而增加［33］；Santos等［31］的试验显示，通过基因删除或药物抑制FAP的蛋白酶活性可降低模型动物肺癌的微血管密度表明，蛋白酶活性在FAP促血管生成方面具有非常重要的作用；而Huang等［34］对人乳腺癌异种移植模型的试验结果则显示，用药物抑制FAP的酶活性并不能抑制肿瘤的生长，而表达无催化活性的突变FAP也同样能促进肿瘤微血管的形成。由此可见，FAP的促血管生成作用并不仅仅由其酶催化活性决定。

目前认为，FAP能利用其二肽肽酶活性将NPY裂解为NPY3-36，后者可与Y2受体结合，激活内皮细胞上Y2受体信号通路并阻断Y1受体信号通路，从而刺激内皮细胞的增殖［35，36］。同时，FAP对ECM的降解及重建也有利于内皮细胞的增殖和迁移，并为微血管网的形成创造条件。此外，FAP还能显著抑制FAK及ERK的磷酸化及p21的表达，使血管生成因子含量升高，促进微血管的形成［31］。

2.3.3 对免疫的影响 在妊娠期的子宫，慢性非感染性炎症损伤等时，FAP的表达可抑制免疫系统的攻击，从而利于损伤的修复。Dvorak等［37］认为，FAP同样可将恶性肿瘤“伪装”成伤口，从而避免了免疫攻击。小鼠肺癌模型试验显示，如果FAP阳性的细胞被去除，即可引起肿块的迅速坏死，这种坏死主要是由机体抗肿瘤免疫很重要的两种细胞因子TNF-α及IFN-γ所介导［38］。

另有研究显示，抗FAP的DNA疫苗可引起CD8+T细胞杀伤FAP阳性的成纤维细胞，进而可导致免疫微环境从Th2向Th1极型的逆转，使IL-2和IL-7的表达增加，而巨噬细胞、骨髓来源的抑制细胞、调节性T细胞及肿瘤血管生成减少，从而解除微环境的免疫抑制［39］。此外，对FAP的抑制还可增强肿瘤细胞对化疗的敏感性［40］，可能与FAP对肿瘤细胞的保护解除有关，但具体机制目前尚未阐明。

2.4 FAP在恶性肿瘤防治中的应用

2.4.1 用小分子物质抑制FAP的活性 Val-boroPro是目前较常用的FAP蛋白酶抑制剂，在体外可明显但不完全抑制FAP的蛋白酶活性［41］。但对结肠癌患者的2期临床试验显示，单纯使用Val-boroPro对肿瘤几乎没有疗效［42］。此外，为检测抑制FAP对化疗药物疗效的影响，人们联合使用紫杉萜与ValboroPro治疗非小细胞肺癌，以及联合使用顺铂与Val-boroPro治疗黑色素瘤，也均未发现其疗效有显著提高［43，44］。

目前认为，出现上述问题的原因主要是由于Val-boroPro在生理条件的pH值环境中极易发生环化，故到达肿瘤部位时可能已失效［45］；为保护其活性位点，确保对FAP的特异性抑制，人们加入FAP特异性裂解序列制成前体药物Chg-Pro-ValboroPro。在小鼠试验中，该药物可特异的被DPPIV裂解并活化，随后表现出持久的酶抑制活性，而毒性则比单独使用Val-boroPro时要小［46］。将FAP特异性裂解序列与荧光物质结合制成前体药物，还可用于指示FAP的位置和活性，从而有可能用于恶性肿瘤的指示和诊断［47，48］。

此外，也有人认为，FAP的促肿瘤效应并不单纯依赖其蛋白酶活性或其催化作用，可被其他酶所代偿，从而在FAP蛋白酶活性被抑制的情况下仍有可能对肿瘤的生长起到促进作用［34］，如要全面抑制FAP对肿瘤的作用，则需开发更高效全能的抑制剂。

2.4.2 杀伤FAP阳性细胞 主要通过细胞毒药物杀伤靶细胞，从而达到抑制FAP表达的目的。Lebeau等［49］对原蜂毒溶血肽进行修饰，加入FAP特异性裂解位点，制成前体药物。在体外试验时，这种经过修饰的药物能选择性的杀伤FAP阳性的细胞，但对FAP阴性的细胞则几乎没有影响；采用肿瘤内注射给药用于人类前列腺癌、乳腺癌的异种移植模型时，这种药物表现出明显的肿瘤抑制效应。但对于其静脉注射给药的安全性，目前仍存在许多争议。

西罗珠单抗（sibrotuzumab）是一种针对FAP的人源化F19抗体，其可用于静脉注射而毒性很小，可特异的富集于肿瘤组织中［50］。单纯使用西罗珠单抗并不足以产生抗体依赖的细胞毒效应，但可通过其对FAP阳性细胞进行准确定位［51］。

将西罗珠单抗与细胞毒前体药物结合，则可利用抗原-抗体反应及特异性裂解位点双重定位靶细胞，更能确保治疗的安全性和有效性。目前相关的实验室研究仍在进行中。

通过siRNA干扰或针对FAP的DNA疫苗也可以抑制FAP的表达及杀伤FAP阳性的细胞，从而达到抑制肿瘤生长侵袭的目的。然而由于特异性较差，作用时间短暂等，目前主要用于实验室研究。

3 结语

在恶性肿瘤中，FAP阳性的成纤维细胞仅占肿瘤细胞总数的2%，但当其被去除后，癌细胞及基质细胞都会发生迅速的坏死［38］。由此可以看出，FAP对恶性肿瘤的发生和发展具有非常重要的作用，而在肿瘤治疗方面则具有广阔的应用前景。但目前其作用机制尚未完全阐明，在抑制FAP的表达及活性方面还存在许多技术难题。但随着研究的深入及技术水平的提高，这些问题都有望获得解决，而针对FAP的治疗将有可能成为抗肿瘤治疗的一个重要手段。

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