肿瘤相关成纤维细胞及其在肿瘤发生发展中的作用

晏 军，曹 殊

(自贡市第一人民医院肿瘤科，四川自贡 643000)

近年来研究发现，肿瘤的进展不仅是肿瘤细胞的基因突变及过度生长的独立事件，而且是恶性肿瘤细胞及其周围的肿瘤基质微环境之间相互协同作用的结果。肿瘤微环境是由肿瘤细胞、细胞外基质的结构成分及镶嵌其中的多种相互依赖的基质细胞，包括肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblast，CAFs)、免疫细胞、内皮细胞、周细胞及骨髓来源细胞等及其分泌的溶解因子组成，区别于正常细胞与其周围组织形成的微环境［1-2］。肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤基质的主要组成部分，在肿瘤的发生、增殖、侵袭及转移多个环节中发挥着重要作用［3］。

1 CAFs的概念

成纤维细胞与细胞外基质的合成、沉积及伤口的愈合密切相关。在正常情况下，成纤维细胞处于静止状态，在伤口愈合和纤维化过程中被激活称为肌成纤维细胞(Myofibroblasts)，最早于1971年被Giulin在伤口愈合过程中发现［4］。“肿瘤就像是永不愈合的伤口”［5］，在肿瘤微环境中，被激活的成纤维细胞不会像其在伤口愈合后发生凋亡，而是处于持续激活状态，成为肿瘤发生、生长的重要原因，故称作CAFs。CAFs于1999年，由Oliumi等首先从前列腺癌组织中分离获得［6］。

2 CAFs的细胞形态及生物学标志

CAFs形态相似、功能多样又具有较大的异质性。主要表现为细胞体积较大，排列方式杂乱，呈梭形、纺锤形，细胞核呈锯齿状，细胞浆中有各种收缩细丝或张力纤维丝、丰富的粗面内质网、细胞间连接和发育成熟的纤维粘连素。胞核着色均匀，核仁明显。另见散在的电子致密斑，类似平滑肌的致密斑。由于CAFs与Myofibroblasts存在许多的相似性，其中包括两者最广泛应用的生物学标志均是α-SMA，但是仅凭 α-SMA表达并不能代表所有的CAFs［7-8］，其次成纤维特异蛋白 1(Fibroblast specific protein 1，FSP1)、成纤维激活蛋白(Fibroblast activation protein，FAP)及血小板衍生因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)受体 α/β 也是 CAFs重要生物学标志［9］。其中FSP1调控细胞周期及细胞骨架的完整性，其异常表达能促进肿瘤的生长及转移［10］;FAP、PDGF受体 α/β 在90%的肿瘤组织的CAFs中都有表达［11-12］。

3 CAFs的来源

到目前为止，CAFs的概念界定仍然比较模糊，原因可能是CAFs的异质性。在肿瘤微环境中的CAFs的来源会因肿瘤的类型和肿瘤的不同区域而发生变化［13］。并且其来源的机制尚未完全阐释清楚。总的来说，活化的成纤维细胞主要来源于间质的成纤维细胞、血管的内皮细胞和外皮细胞、骨髓分化间充质细胞、衰老的成纤维细胞以及上皮间质转化细胞，即通过间质-间质转化(mesenchymal to mes-enchymal，MMT)、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、内皮-间质转化(endothelial to mesenchymal，EnMT)而来。首先，局部的成纤维细胞是CAFs的主要来源，肿瘤微环境中的成纤维细胞被肿瘤细胞分泌的生长因子，如转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、PDGF、碱性成纤维因子(basic Fibroblast Growth Factor，bFGF)等激活，发生间质-间质转换，同样的情况也可见于周细胞;其次，骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，MSCs)也被认为是CAFs的重要来源，它具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或体外环境下不仅可分化为造血细胞，还能分化为骨、脂肪、软骨及肌肉细胞［14-15］。近年来研究发现将MSCs长时间暴露于肿瘤细胞中培养，能表现出CAFs的相关表型，包括表达FSP1、α-SMA，因此 MSCs极有可能是 CAFs的来源之一［16］;再者CAFs可由正常上皮细胞或恶性上皮细胞发生上皮-间质转化而来［17］。研究发现暴露在基质金属蛋白酶-3(matrix metalloproteinase-3，MMP-3)诱导的氧化应激反应中的正常上皮细胞发生了基因突变，通过上皮间质转化为肌成纤维细胞(Myofibroblasts)［18］;恶性上皮细胞被 PDGF、TGF-β、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)等生长因子激活发生 EMT，并被相关转录因子如 Snail、Slug、Twist等调节［19］。同样与上皮细胞发生上皮-间质转化过程相类似，内皮细胞也可发生内皮-间质转化，成为 CAFs的来源。研究发现［20］在 TGF-β诱导下，内皮细胞不表达内皮细胞标志物CD31，而表达间质标志物FSP-1及α-SMA，此结果支持该观点。

4 CAFs促肿瘤发展的机制

近年来许多研究证实CAFs能促进肿瘤细胞的生长、血管生成、侵袭、转移［13］。CAFs还可通过旁分泌的方式分泌多种可溶性因子同肿瘤细胞及肿瘤间质中的其他细胞发生相互作用，促进肿瘤的发生、生长、侵袭及转移。

4．1 CAFs促进肿瘤发生

许多研究证实成纤维细胞直接参与肿瘤发生，可以诱发和促进上皮细胞发生恶性转化。Kuperwasser证实小鼠成纤维细胞过度表达TGF-β，可诱导发生乳腺导管癌［21］。在乳腺癌中，CAFs可高表达 α-平滑肌肌动蛋白(达 53．33 ± 2．33%)，培养CAFs的上清液能诱导乳腺癌干细胞的产生(CAFs组的MCF-7干细胞比例和MDA-MB-468干细胞比例分别为对照组的 3．51 和 4．76 倍)［22］。近来Erez［8］报道利用小鼠皮肤鳞状细胞癌模型，从异型性皮肤中分离的CAFs中发现了促炎细胞因子，如IL-6、IL-1β、COX-2等，其促炎症的特性一直维持到随后形成的皮肤癌中，在促肿瘤的炎症微环境形成中发挥着重要作用;随后，该研究团队还发现乳腺癌及膀胱癌相关成纤维细胞高表达的促肿瘤炎症因子IL-6，COX-2及 CXCL1的分泌［23］。

4．2 CAFs促进肿瘤生长

肿瘤在生长到直径超过1～2mm后，继续生长则有赖于肿瘤间质。CAFs可促进肿瘤细胞增殖、肿瘤血管形成。在前列腺癌的研究中发现，CAFs通过分泌CXCL1促进自身的增殖及迁移能力，从而增加CAFs促进肿瘤细胞生长、血管生成及巨噬细胞浸润的能力［24］;CAFs还能分泌尿激酶型纤溶蛋白酶原激活物(uPA)及其受体(uPAR)，诱导肿瘤细胞的旁分泌产生成纤维细胞生长因子及内皮生长因子，反过来促进CAFs中uPA的转录，在肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移过程中发挥作用［25］。CAFs促进肿瘤血管形成的作用与其分泌的间质细胞源性因子-1有关，该因子作用于血管内皮细胞的同源受体趋化因子受体4(CXCR4)，聚集血管内皮细胞祖细胞，促进肿瘤血管形成，从而在肿瘤演进过程中发挥重要作用。在多种人肿瘤细胞中发现，高表达的CXCR4与临床预后不良相关。

4．3 CAFs促进肿瘤转移

肿瘤转移灶中的CAFs与原发部位一样，可以促进肿瘤增殖和生长。在乳腺癌中，CAFs分泌的肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)激活肿瘤细胞表面的c-met分子，增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力［26］;CAFs源性的 SDF-1(stromal derived factor 1)在肿瘤的生长和转移上发挥作用;SDF-1α又称为CXCL12，是CXCR4的配体，SDF-1/CXCR4生物轴在肿瘤的发病机制中起着重要的作用，它能增加肿瘤生长能力及恶性程度，并且能够促进肿瘤血管生成，细胞膜高表达CXCR4的肿瘤比低表达的肿瘤更容易发生转移［22］;通过分泌MMP-13能促进细胞外基质(ECM)释放血管内皮生长因子，从而增强黑色素瘤或者鳞状细胞癌的侵袭性［24］;另外，CAFs可通过促进胶原沉积、调节胶原纤维间的交联，改变细胞外基质的结构，促进肿瘤的进展及转移。在有些肿瘤类型中，尤其是乳腺癌及胰腺癌，CAFs的激活可引起纤维异常增生，与肿瘤的进展及不良预后密切相关［27］。CAFs促肿瘤的机制还与上皮-间质转换密切相关，前列腺癌相关成纤维细胞能分泌大量的MMP-2、MMP-9，可能是通过下调钙粘蛋白，诱导肿瘤细胞的EMT，通过促进EMT，上皮细胞失去了细胞极性、与基底膜连接等上皮表型，获得了较高的迁移、侵袭、抗凋亡和降解细胞外基质的能力等间质表型。研究发现CAFs分泌的TGF-β1在EMT中起重要作用，它可促进上皮细胞丧失上皮表型的能力。TGF-β1/Smads信号通路诱导下游转录因子Snail，导致EMT蛋白质组的表达，促进EMT的发生。此外，EMT还可通过产生活性氧来诱导肿瘤干细胞表型的表达，因此EMT是上皮细胞来源的恶性肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的重要生物学过程［28-29］。有研究表明原发肿瘤部位的基质成分包括CAFs会随同肿瘤细胞到达转移部位，为转移的肿瘤细胞提供适合其生长的“优良”的生长土壤［30］。

从以上研究中不难得知，肿瘤的进展需要CAFs与肿瘤细胞间相互应答，肿瘤细胞诱导和保持成纤维细胞的激活状态，同时，CAFs产生一系列的溶解因子通过促进肿瘤细胞的增殖、血管生成及上皮间质转化等在肿瘤进展中发挥重要作用。

5 CAFs的靶向治疗

CAFs成为未来肿瘤靶向治疗的理想靶点主要有以下几个优点:①肿瘤细胞与CAFs“对话”的相关因子在肿瘤的生长、侵袭、转移中有重要作用;②与肿瘤细胞相比CAFs基因表达稳定，不易出现突变和耐药发生;③是组成肿瘤细胞外基质结构的各种成分(如胶原)的主要来源，而细胞外基质又是阻碍抗肿瘤药物进入肿瘤组织的重要屏障;④化疗及放疗都可能会导致组织的纤维化，因此需要新的辅助治疗来针对纤维化以及镶嵌在纤维化组织中的肿瘤细胞。以CAFs及其分泌的相关因子为靶点进行的靶向治疗，为肿瘤的治疗带来了新的希望［13，31］。

以CAFs作为肿瘤靶向治疗靶点可以从以下几个方面考虑。首先，减少CAFs的来源，可通过阻断活化CAFs的相关因子或者信号通路;其次，抑制CAFs的增殖，促进其凋亡，减少肿瘤微环境中CAFs的数量;再者，减少CAFs与肿瘤细胞间“对话”的相关因子，抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。

针对HGF/MET信号通路的靶向治疗药NK4已经进入临床前期研究，它是MET的竞争性拮抗剂和HGF的多克隆抗体，研究表明NK4能显著减少肿瘤细胞转移及生长［32］。临床前期试验中，uPA的抑制剂PAI-1及放射性标记的PAI-1能抑制肿瘤的生长及侵袭［33］。FAP在成纤维细胞的分化中发挥重要作用，在90%的CAFs中有表达，是CAFs的重要生物学标志，抗FAP抗体sibrotuzumab已进入Ⅰ期临床试验，受试者包括FAP阳性的结肠癌、非小细胞肺癌患者，证实其使用是安全的［34］。血管生成抑制剂trombospondin-1抑制宫颈癌的同时，能减少CAFs标志物α-SMA的表达［35］。牙周粘膜成纤维细胞通过与口腔鳞癌细胞相互作用诱导CAFs的生成，而姜黄素以两者间的相互作用为靶点，通过抑制促上皮间质转化调节因子的表达(SDF-1α、BDNF)，逆转肿瘤细胞的上皮间质转换过程，从而降低肿瘤细胞的侵袭性［36］。

6 存在的问题及展望

CAFs在肿瘤微环境中与肿瘤相互作用，表达多种细胞因子、蛋白酶、粘附因子，不同程度增加了肿瘤细胞的发生、生长、血管形成、浸润及转移，虽然其来源、以及如何促进肿瘤发生发展的机制尚有待研究。但是以CAFs异常作为诊断肿瘤发生的指标，并将其作为新的抗癌治疗的靶点，结合放疗、化疗和外科手术治疗癌症的新疗法已受到越来越多的关注。此外，CAFs还与肿瘤预后有密切关系，可能成为一些肿瘤新的预后指标。总之，继续深入研究CAFs与肿瘤细胞的相互作用，有利于更全面地认识肿瘤发生发展的机制，为临床治疗提供更充分的理论和实验依据。

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