胰腺星状细胞促进胰腺癌发展的研究进展

武岳 丁乙轩 梅文通 李嘉 李非

首都医科大学宣武医院，首都医科大学急性胰腺炎临床诊疗与研究中心，北京 100053

【提要】 胰腺星状细胞(PSCs)是胰腺癌肿瘤微环境的重要组成部分，其激活后可通过释放多种细胞因子及外泌体等直接促进肿瘤细胞的生长、转移、侵袭，并作用于内皮细胞促进肿瘤组织的血管生成，还能调节免疫细胞功能、参与肿瘤免疫耐受，同时促进肿瘤间质成分增生，促进肿瘤耐药。而通过阻断相关信号转导或使用靶向性的新材料等方式调节PSCs的活化或功能，能够实现对胰腺癌发展进程的调控。本文就PSCs促进胰腺癌发展的作用机制作一综述，旨在为胰腺癌发病机制研究与治疗提供参考。

PDAC是最常见的胰腺恶性肿瘤类型，起病隐匿，早期诊断困难，疾病进展迅速，仅15%的患者有根治性切除机会，5年总生存率约为9%[1]。在PDAC肿瘤组织中，胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells, PSCs)占间质成分的50%以上，它们通过分泌细胞外基质(extracellular matrix, ECM)，诱导结缔组织增生，并通过分泌多种细胞因子、miRNAs等促进肿瘤细胞增殖与侵袭[2]。因此，深入研究PSCs促进PDAC发展的机制或许能为胰腺癌靶向治疗带来新的提示。

一、PSCs的生物学特征

1982年，日本学者Wateri等发现维生素A负荷的小鼠胰腺组织中有贮存维生素A的细胞，随后Apte等和Bachem等从人和大鼠的胰腺基质中成功分离出该细胞。这些细胞主要位于胰腺腺泡细胞和小叶间，胞质伸出突起围绕在邻近腺泡细胞的基底部，因其形态与肝脏星状细胞相似，故命名为胰腺星状细胞。

生理情况下，PSCs处于静止状态，参与贮存富含维生素A的脂滴，表达多种蛋白，参与免疫、吞噬过程以及维持正常的基质成分。脂滴对于维持PSCs的静止状态有重要作用。当胰腺遭遇损伤或产生炎症反应时，PSCs发生形态和功能变化，转化为激活态。激活态的PSCs细胞内脂滴消失，转化为成纤维细胞活化蛋白，表达α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)和成纤维细胞活化蛋白-α(fibroblast activation protein-α, FAP-α)，且伴随Ⅰ、Ⅲ型胶原，纤维黏连蛋白，层黏连蛋白和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)大量生成[3]。此外，激活的PSCs具有活跃的分泌功能，通过释放大量生长因子、趋化因子、细胞因子、miRNAs、外泌体等物质促进胰腺其他细胞的作用，特别是调控其与PDAC肿瘤细胞间的信号转导。

二、PDAC的肿瘤微环境

Ioannides于1993年提出肿瘤微环境的概念，特指有利于肿瘤细胞生存、增殖、浸润和转移的局部环境。PDAC微环境中除肿瘤细胞和ECM外，还包括肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)、免疫细胞(T或B细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞)、内皮细胞等[4]。PSCs也是PDAC肿瘤微环境中重要的细胞之一，所分泌的ECM包括胶原蛋白、纤连蛋白、层黏连蛋白和腱生蛋白C，它们不仅与PSCs相互作用，而且还控制肿瘤细胞表型。ECM增多可使间质压力升高，导致肿瘤微环境低灌注、营养缺乏、血管塌陷和向肿瘤组织的氧气输送增加，间接促进肿瘤发展[2]。此外，半乳糖凝集素1与PDAC关系密切，其在肿瘤微环境中广泛存在，而激活的PSCs通过半乳糖凝集素1途径实现对PDAC细胞的免疫抑制。目前亦证实激活的PSCs与PDAC存在代谢串扰，其能够增强肿瘤细胞在低营养环境中的代谢能力。激活的PSCs还具有向肌成纤维细胞和炎症成纤维细胞等不同CAFs群体分化的潜能。肌成纤维细胞主要位于瘤体周围且高表达α-SMA，而炎症成纤维细胞离瘤体较远，缺乏α-SMA的表达，但能分泌大量IL-6和支持肿瘤进展的细胞因子。PSCs与肿瘤微环境中的细胞成分通过各种方式相互作用，直接促进胰腺癌细胞的增殖、转移、侵袭，并导致其对化疗的耐药性[5]。

三、PSCs促进PDAC的发展

1．PSCs促进PDAC细胞增殖：PSCs可产生多种细胞因子激活PDAC相关信号通路。白介素家族在PSCs促进PDAC的发展中发挥重要作用，PSCs通过上调IL-1、IL-6、IL-8、IL-10等调节PDAC的生物学行为。PSCs分泌的IL-6通过跨膜受体gp130激活下游的JAK/STAT信号通路，从而促进胰腺上皮内瘤变向癌转化，促进非侵袭性的胰腺肿瘤细胞转化为具有侵袭性[6]。细胞因子信号转导抑制因子3(suppressor of cytokine signaling 3, SOCS 3)作为一种有效的负性调控因子，能够抑制PDAC细胞的迁移、侵袭和促进肿瘤细胞的凋亡。研究表明，PSCs在IL-6/STAT3信号轴中通过DNA甲基转移酶1(DNA methyltransferase 1，DNMT1)诱导SOCS3甲基化，从而导致PDAC生长和侵袭[7]。促炎因子IL-8在胰腺肿瘤间质中高度表达，PSCs是其主要来源之一。Wang等[8]研究发现，K-ras基因突变能上调纤溶酶原激活物抑制剂-1(plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1)表达，后者能够激活PSCs，促进IL-8的释放来加快肿瘤进程。

核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)信号通路与肿瘤的发生和发展密切相关，是多种细胞因子的共同通路。Grag等[9]研究发现，PSCs的NF-κB活化可上调趋化因子配体12(CXC chemokine ligand12， CXCL12)的表达，后者与趋化因子受体4(CXC chemokine receptors4，CXCR4)结合，减少细胞毒性T细胞对PDAC肿瘤细胞的浸润，进而促进肿瘤细胞的生长。CXCL12/CXCR4还能通过Ras和PI3K通路，最终激活ERK和Akt，这一过程再度促进NF-κB的活化，进而持续促进PDAC生长[10]。NF-κB还能部分介导PSCs分泌Dickkopf3(DDK3)，从而刺激肿瘤细胞的增殖，将DKK基因沉默后可发现肿瘤生长减缓且抗肿瘤免疫增强[11]。半乳糖凝集素3通过PSCs上的整联蛋白亚基β1最终亦会导致NF-κB的激活从而介导下游多种炎性因子生存以促进肿瘤细胞生长与转移[12]。

外泌体可作为miRNAs、短肽和细胞内代谢物(氨基酸、乙酸盐、硬脂酸盐、乳酸盐)等分泌和传递的载体，为PDAC的三羧酸循环提供原料，构建适宜的肿瘤微环境，促进肿瘤的生长和转移，在癌症发生和发展中起着至关重要的作用。外泌体被PDAC肿瘤细胞摄取后，一方面能促进肿瘤细胞的增殖和提高其侵袭能力，另一方面还能通过诱导肿瘤细胞中趋化因子基因的表达，改变细胞周期、细胞组装、DNA复制等[13]。miR-1246、miR-21、miR-1290、miR-5703等miRNAs在PSCs来源的外泌体中高度表达[13]。Li等[14]发现PSCs分泌的miR-5703能够直接结合于趋化素样因子超家族4[(chemokine-like factor super family 4，CKLFSF 4，也称为(CMTM 4)]的3′UTR并下调其表达，而CMTM4能够下调p21活化激酶4(p21-activated kinase 4,PAK4)表达以抑制PI3K/Akt途径的激活，从而抑制PDAC细胞的增殖。miR-5703靶向结合CMTM4后，PAK4能够激活PI3K/Akt途径，促进肿瘤细胞增殖。Ma等[15]研究发现，PSCs分泌的miR-21被PDAC细胞摄取后，能够增强Ras/ERK信号通路活性，并加快上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)过程促进肿瘤发生，增加多种MMPs活性促进PDAC细胞增殖并增强其侵袭能力。

2．PSCs促进PDAC细胞侵袭：PSCs对PDAC细胞侵袭的促进作用包括(1) 基质重塑。在各种自分泌和旁分泌因子的刺激下，PSCs激活并产生大量ECM，其所造成的基质构型改变被认为在PDAC的转移和侵袭过程中起到了关键作用[16]。Koikawa等[17]进行3D体外模型研究，发现已侵入的PSCs通过胶原纤维排列方式的改变对基质进行重塑，进而引起PDAC细胞的局部侵袭。CD10+PSCs通过分泌MMP3降解ECM，而 PSCs中大量表达Endo180则可以通过激活Rho-ROCK-MLC2，引起肌动蛋白细胞骨架的重塑[17-18]，促进肿瘤侵袭。(2)上皮-间质转化。EMT能够驱动上皮来源的肿瘤细胞向间质发展，在癌症发展过程中，EMT使这些肿瘤细胞获得高度恶性的特征，特别是运动性、侵袭性和扩散形成远处转移的能力。Wang等[19]研究发现，细胞外基质蛋白Asporin在PSCs中高度表达，它结合于肿瘤细胞的CD44分子，激活其下游可能包括Akt/ERK在内的信号级联，促进NF-κB的转录，诱发产生EMT。在这一过程中，PSCs刺激EMT相关蛋白的变化，包括E-钙黏蛋白和紧密连接蛋白ZO-1的表达下降及波形蛋白和N-钙黏蛋白的表达增加以有利于减少细胞间的黏附，促进PDAC的转移[20]。此外，笔者所在课题组发现，PSCs可通过Notch3相关信号通路活化，促进EMT作用进而促进肿瘤侵袭。(3 )基膜破坏。基膜是细胞生物学行为的重要调节因素。在PDAC的发展过程中，基膜破坏是肿瘤入侵周围间质的一个重要步骤[21]。Koikawa等[22]研究结果显示，PSCs高表达的MMP2与Ⅰ类模型基质金属蛋白酶(membranetype 1 matrix metalloproteinases, MT1-MMP)对PDAC入侵周围组织起到了推动作用；同时，将敲除MMP2、MT1-MMP基因后的PSCs与PDAC细胞共培养，PDAC细胞的侵袭能力大大减弱，肿瘤侵袭区域也相应减少。在共培养基中加入MMP2的抑制剂，也能得到相同的结果。(4) Wnt通路。Wnt通路与肿瘤迁徙和侵袭密切相关，而Wnt2/β-catenin信号在组织稳态中起着重要作用，该途径的失调与包括胰腺在内的许多组织中的癌症和纤维变性的发病机制有关。PSCs活化后表达β-catenin、Wnt2蛋白增加，PSCs通过Wnt2激活经典Wnt2/β-catenin信号通路，促进胰腺癌细胞迁移与侵袭。Froeling等[23]发现，在器官模型与小鼠体内，全反式维甲酸能够通过恢复PSCs的静止状态，进而减少肿瘤细胞β-catenin的入核转运从而阻碍该通路的经典激活途径，减弱肿瘤细胞的增殖及侵袭能力。(5)其他分子。PSCs可通过表达半乳糖凝集素1参与多种肿瘤相关过程。Qian等[24]通过趋化因子抗体阵列和体外实验发现，半乳糖凝集素1可能通过激活NF-κB信号通路，诱导PSCs分泌基质细胞衍生因子(stromal cell derived factor-1,SDF-1)，SDF-1结合CXCR4后能够显著增加PDAC细胞的迁移和侵袭能力。过氧化氢诱导的克隆-5(hydrogen peroxide-inducible clone-5, hic-5)是一种过氧化氢诱导的基因，已有实验证明它是介导肿瘤转移和侵袭的关键因子。Qian等[25]观察到hic-5在PSCs中高度表达，通过siRNA下调hic-5表达后发现PDAC细胞的转移和侵袭能力受到抑制，且hic-5、α-SMA、MMP9在转染细胞中的表达随siRNA浓度的增加而下降。通过MMP9途径，ECM发生重塑并促进PDAC细胞的转移和侵袭，在这一过程中，hic-5通过促进MMP9表达提高PDAC细胞的侵袭能力[25-26]。激活的PSCs还能产生大量的胶原蛋白Ⅴ，通过β1整合素/FAK通路，促进肿瘤细胞的黏附和转移。有研究表明，整合素a5(integrin α5, ITGA5)是一种预后标志物，它在肿瘤间质中的过表达与患者低生存率相关，而敲除PSCs中的ITGA5则能够抑制PDAC细胞的黏附与迁移。

3．PSCs促进PDAC血管生成：PDAC以过度增生的结缔组织和实体瘤块内缺氧的微环境为特征，且缺氧环境涉及肿瘤微环境中多种细胞。在缺氧条件下，PSCs可发生迁移并表达Ⅰ型胶原和多种促血管生成因子[27]。此外，PSCs可以通过上调炎症相关细胞因子(IL-1、IL-6、IL-8和IL-10)、多种生长因子(IGF1、PDGF、FGF、CTGF和基质衍生因子)、骨膜素和MMP9的表达，分解基底膜从而促进血管生成,改善肿瘤的生长环境，改变瘤体血供并促进肿瘤转移[28]。骨膜素除了增加内皮细胞的生长与迁移，还能够维持PSCs的表型。此外，激活的PSCs还能释放一种血管生成因子——前激动素(prekinetin, PK)，它可通过激活内皮细胞中的PK/ PKR途径，促进血管生成。但由于PSCs的纤维化作用和内皮抑素的抗血管生成作用，抑制了PSCs局部的促血管生成特性，虽然存在大量的促血管物质，相比正常胰腺组织，PDAC组织中的血管密度较低，这也是抗血管治疗失败的原因[27,29]。

4．PSCs促进PDAC细胞免疫抑制：PSCs在调节肿瘤细胞、基质细胞和免疫细胞之间的相互作用中起着重要作用。从非适应性免疫细胞方面看，激活的PSCs可抑制树突状细胞的活化，并可通过IL-10促进巨噬细胞转化为交替激活的M2亚型，增强免疫抑制[30]。有研究表明，浸润到PDAC肿瘤微环境中的肥大细胞数量的增加是一个不良的预后指标。肿瘤细胞和PSCs都能刺激肥大细胞活化和迁移，肥大细胞调节机体对肿瘤的适应性免疫，其分泌的IL-13以非STAT6依赖的方式，通过TGF-β2刺激PSCs增殖，进一步促进微环境的纤维化[31]。Huang等[32]还发现活化后的PSCs对NK细胞有显著的负性调节作用，但其中具体机制仍不明确。对于适应性免疫细胞，Watt和Kocher[33]观察到CD8+T、CD20+B、CD56+NK细胞和调节性T细胞不能充分渗透到胰腺肿瘤的邻近间质中。这表明肿瘤基质中的PSCs可以选择性募集和隔离免疫细胞。PSCs和肌成纤维细胞在缺氧条件下分泌CXCL13，募集髓源性免疫抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)和B细胞，B细胞的累积有助于细胞毒性T细胞耗竭，并产生CXCL12来吸引T细胞从而抑制其抗肿瘤反应，MDSCs在肿瘤中异常增生，并通过抑制T细胞介导免疫功能障碍[34]。PSCs通过上调NF-κB介导CXCL12/CXCR4轴，减少CD8+T细胞对肿瘤细胞的浸润[9,33]。另外，半乳糖凝集素1还能通过促进CD3+CD4+和CD3+CD8+T细胞的凋亡，并减少Th1型细胞因子和促进Th2型细胞因子的产生来促进免疫抑制[35]，这证明PSCs能够通过调控调节性T细胞的增殖和凋亡，参与肿瘤免疫的耐受过程。

5．PSCs促进PDAC细胞耐药：PSCs在PDAC中分化为肌成纤维细胞，分泌大量ECM及细胞因子形成了纤维致密、缺氧、血供不足的微环境，促进了胰腺纤维化，其中闭塞无功能的血管以及致密的纤维屏障阻碍了化疗药物通过血管向细胞的传递[9]。此外，在TGF-β的刺激下，PSCs还可以通过分泌富含半胱氨酸血管生成诱导物61(cysteine rich angiogenic inducer 61, CYR61)下调肿瘤组织中介导吉西他滨摄取的核苷转运蛋白hCNT3和hENT1，耗竭化疗药物，促使肿瘤细胞对吉西他滨产生耐药[36]。活化的PSCs还能够分泌一氧化氮，并以旁分泌的形式促进PDAC细胞中IL-1β的表达，进而促进PDAC细胞耐药。

四、思考与展望

迄今为止，PDAC患者的早期诊断和有效治疗方面进展缓慢，因此，介导PSCs和PDAC肿瘤细胞之间相互作用的细胞机制研究为PDAC的诊疗提供了新的思路，但仍存在许多问题值得思考。(1)PSCs通过多种炎症相关信号通路促进PDAC细胞的生长和增殖，因此可以阻断相关信号通路激活来抑制肿瘤细胞的增殖。目前已有报道，使用IL-6抑制剂、姜黄素、CXCL12抑制剂等均可有效抑制PSCs的NF-κB的活化从而抑制其促肿瘤行为，可见以经典的NF-κB通路入手可以通过多种途径阻断PSC对于肿瘤的促进作用。(2)外泌体作为PSCs和PDAC相互作用的重要媒介，有着稳定的生物学效应，降解PSCs来源的促癌外泌体，或利用外泌体来靶向呈递miRNAs、siRNA或短肽等方式直接抑制肿瘤细胞增殖，或作用于PSCs阻断其活化过程及促肿瘤信号的转导，都可能成为PDAC治疗的新靶点。(3)PSCs还能通过促血管生成、分泌ECM促进耐药、抑制免疫细胞浸润等途径构建有利于肿瘤细胞生长的微环境，因此，减少肿瘤间质中PSCs细胞的数目或减弱其募集ECM成分的能力有助于EMT的调控。2020年Parker等[37]报道PSCs通过利用质膜中性氨基酸转运体如溶质载体1A4(solute carrier 1A4, SLC1A4)和其他转运体来交换和维持肿瘤微环境中丙氨酸的浓度，PDAC细胞则通过上调SLC38A2的表达来维持其对丙氨酸的需求，缺乏丙氨酸的PDAC细胞将因代谢危机导致肿瘤生长受损。PSCs对肿瘤细胞的营养作用被证实，后期针对性的开发氨基酸转运体抑制小肽或降低PSCs对丙氨酸缺乏的调控能力可能对阻断肿瘤生长是有益的。(4) 考虑到PSCs大多数生物学行为都是在活化状态下完成的，如何实现PSCs由活化转为静止状态或抑制其向CAFs的分化是一个非常有潜力的研究方向。缺氧过程、超氧自由基等刺激因素是PSCs活化的原因，如何去除这些因素值得思考。随着新型材料的研发，已有研究者[38]通过纳米金颗粒成功输送全反式维甲酸成功诱导PSCs的静止状态并逆转结缔组织的增生，因此新材料呈递系统对抑制PSCs活化有重要价值。此外，维生素D受体已证明是一种主要的转录调节因子，可恢复PSCs的静止状态。(5)尽管大量实验表明了PSCs对PDAC的促进作用，但有研究描述在小鼠模型中，富含PSCs基质的存在极大地抑制了肿瘤的进展，这一明显矛盾的结果可以得出一个新的假设,即PSCs可以被重新编程为多种功能状态，分别具有促进和抑制肿瘤进展和侵袭的能力[39]。Rhim等[40]在敲除小鼠模型中的音猬因子(sonic hedgehog, Shh)后发现，Shh缺陷的肿瘤表现为基质减少，肿瘤细胞增殖、侵袭性增加且组织学表现为未分化。PSCs还能分泌富含亮氨酸的小蛋白聚糖家族的成员lumican，通过与α2β1整合素相互作用而阻碍肿瘤细胞的增殖和侵袭[41-42]。因此，如能探明其中具体机制并将其运用到临床，对胰腺癌诊治的下一步方向有着重要的意义。

综上所述，PSCs的相关基础及临床研究已为PDAC的机制探讨和临床治疗提供了新的思路，后续将围绕靶向PSCs相关通路治疗胰腺癌、PSCs活化过程的阻断、PSCs干细胞潜能的开发及PSCs抑癌作用的探讨等进一步作深入研究。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突