肿瘤相关成纤维细胞在乳腺癌中的研究进展

牛喜梅，王爱玲，马颖颖，黄国福，冷晓玲

(1.新疆医科大学第五附属医院肿瘤内科，乌鲁木齐 830011； 2.新疆医科大学第三附属医院超声科，乌鲁木齐 830011)

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率均较高，严重威胁女性的身心健康。既往对乳腺癌的研究主要集中在癌细胞方面，但近年来肿瘤微环境对乳腺癌的发生发展、侵袭、转移的影响及其在治疗中可能发挥的作用成为研究热点。肿瘤微环境不仅包括肿瘤细胞，还包括免疫细胞、细胞外基质、肌成纤维细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、间充质干细胞、基膜和血管细胞等其他成分[1]。肿瘤微环境中最主要的成分为肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)，其是激活的肌成纤维细胞，可促进肿瘤的生长和发展。CAFs通过与癌细胞相互作用促进乳腺癌的进展，可以通过直接或间接方式促进旁分泌信号，进而增强细胞外基质的合成和重构，导致肿瘤的进行性生长，也可通过分泌细胞因子、生长因子、趋化因子及激活信号通路等方式促进乳腺癌细胞的侵袭、进展、转移及耐药，还可与乳腺癌的代谢相偶联，为肿瘤的生长提供营养支持[2]。以上研究发现，CAFs具有多种促癌机制，因此靶向CAFs被认为是一种有效的乳腺癌治疗方法。现就CAFs及其在乳腺癌中的研究进展予以综述，为乳腺癌的治疗提供新思路及理论依据。

1 CAFs

1.1CAFs标志物 正常的成纤维细胞可抑制肿瘤形成，而大多数CAFs促进肿瘤生成[3]。CAFs具有多种表型，正常的成纤维细胞分化为CAFs或肌成纤维细胞时，CAFs表达α平滑肌肌动蛋白和小窝蛋白1，并增加基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)以及各种生长因子和细胞因子表达，而α平滑肌肌动蛋白和小窝蛋白1在正常的成纤维细胞中低表达或不表达，故通常被用作基质CAFs的标志物[4]。目前常被用来鉴定CAFs的标志物有α平滑肌肌动蛋白、成纤维细胞特异性蛋白1(又称S100钙结合蛋白A4)、成纤维细胞活化蛋白、血小板衍生生长因子受体α/β、小窝蛋白1、肌腱蛋白C、神经胶质抗原、结蛋白、分化簇90(又称胸腺细胞分化抗原1)、盘状含结构域受体和波形蛋白等[5]。其中，α平滑肌肌动蛋白被视为最具标志性的指标，成纤维细胞特异性蛋白1在静止以及活化的成纤维细胞中均可表达，Busch等[6]的研究数据强调成纤维细胞特异性蛋白1是正常成纤维细胞中“原始”细胞状态的标志物，建议将其作为成纤维细胞活化的早期标志物。另有研究发现，CAFs还具有收缩功能，可促进切口愈合[7]。但由于以上标志物在其他肿瘤细胞、上皮细胞等中也有表达，故不是鉴别CAFs的完全特异性指标。

1.2CAFs功能异质性 除了表型的异质性，CAFs还存在功能异质性，由于其来源广泛、分泌功能的多样性以及与肿瘤细胞建立的信号通路不同，具有促进或抗肿瘤功能的各种亚群。根据功能变异将CAFs分为各种亚群，包括促肿瘤CAFs、抗肿瘤CAFs、肌成纤维细胞CAFs、炎症CAFs、分泌型CAFs和中性CAFs[8]。Mizutani等[9]标记了在胰腺癌中产生Meflin+和Meflin-CAFs的间充质干细胞群体，表明Meflin+CAFs的浸润与患者的预后有关，Melin-CAFs可促进组织学低分化的肿瘤显著进展。因此，在设计抗CAFs治疗策略时应考虑精确的细胞靶标群体，有必要用其特定功能来精确表征CAFs每种亚型的表型，针对不同的特性制订治疗策略。Raz等[10]研究表明，骨髓来源的间充质基质细胞被特异性地招募到原发性乳腺肿瘤和肺转移瘤中并分化为不同的CAFs亚群，以促进肿瘤炎症、血管生成和肿瘤生长，与常驻CAFs不同，骨髓来源的CAFs不表达血小板衍生生长因子受体α，导致表达血小板衍生生长因子受体α的CAFs比例下降，表明局部环境中的因素可以重编程CAFs。此外，原代正常人成纤维细胞暴露于转化生长因子-β1后可获得肌成纤维细胞CAFs样表型，Melling等[11]证实miR-145过表达可以阻断转化生长因子-β1诱导的肌成纤维细胞分化，使CAFs恢复为正常的成纤维细胞表型，表明CAFs不仅可以被重新编程，还可被还原。如上所述，表达一个特定标志物的CAFs可能由两个截然不同的功能群组成，它们在肿瘤发展中发挥相反的作用。因此，建议结合使用细胞标志物和功能特征来精确识别和分类肿瘤微环境中的CAFs。此外，还原和重新编程CAFs可被视为针对乳腺癌中CAFs的一种新策略，但相关研究较少。

2 乳腺癌中的CAFs

乳腺癌相关成纤维细胞(breast cancer-associated fibroblasts,BCAFs)是乳腺癌中的CAFs，也是乳腺癌中数量最多的细胞类型，占乳腺肿瘤体积的70%～80%[12]。乳腺癌基质CAFs由于起源不同而具有异质性，主要有4种不同的细胞起源：由正常基质的成纤维细胞激活后转化而来；乳腺上皮细胞或内皮细胞接受上皮-间充质转化而来；骨髓来源间充质干细胞转化而来；乳房组织细胞(周皮细胞、脂肪细胞或平滑肌细胞等)转化而来。其中约80%的乳腺癌间质成纤维细胞可以转化为CAFs，这是CAFs的主要来源[13]。同样，在乳腺癌研究中也发现了多个CAFs亚群，它们来自不同的祖细胞，并在肿瘤组织的不同部位被发现，这些亚群在乳腺癌进展过程中随着时间的推移而变化[14]，但没有进一步阐明它们的功能相关性。目前主要鉴定出了4种BCAFs亚型，每种亚型均表现出可变的转录组特征，其中仅一种肌成纤维细胞亚群(称为CAF-S1)通过释放出分泌因子CXC趋化因子配体12，吸引CD4+CD25+T淋巴细胞并被OX40配体、程序性细胞死亡受体-配体2和连接黏附分子2保留，CAF-S1还可通过B7H3、CD73和二肽基肽酶4提高T淋巴细胞的存活率并促进其分化为CD25highFoxP3high调节性T细胞，从而促进免疫抑制环境的形成[15]；此外，CAF-S1亚群还被证明能够主动调节与细胞黏附、细胞外基质组织和免疫反应相关的基因，这同样可以促进乳腺癌中免疫抑制环境的形成，而CAF-S4亚群参与肌肉收缩、氧化代谢和肌动蛋白骨架的调节[15]。多项研究指出，这些BCAFs亚型的分布及相关因子的表达部分与乳腺癌的基质组织学特征和分子亚型有关，CAF-S1和CAF-S4亚集在三阴性乳腺癌中普遍存在，CAF-S2亚群在大多数管腔A肿瘤中富集，而CAF-S3亚群主要分布于癌旁组织，CAF-S4亚群在人类表皮生长因子受体2阳性乳腺癌细胞中较常见，这可以提高乳腺癌靶向治疗的精准度[13，15]。BCAFs与激活的成纤维细胞(称为肌成纤维细胞)相似，均参与切口愈合和炎症过程，但BCAFs不会发生凋亡[16]。

3 CAFs与乳腺癌的发生发展

3.1CAFs在乳腺癌细胞外基质重构中的作用 肿瘤进展的特点是致密的胶原基质堆积，胶原基质可动态重组以适应不断增长的侵袭性肿块[17]。CAFs不仅产生和分泌细胞外基质蛋白，还积极参与细胞外基质蛋白水解、交联和组装过程，在基质重构中起重要作用[2]。CAFs增加细胞外基质重构和促进乳腺癌进展及侵袭的复杂性在于不同亚型的BCAFs产生不同类型的细胞外基质，而不同类型的细胞外基质又对乳腺癌产生不同的调节作用，如CD146-BCAFs促进肿瘤进展和侵袭的作用优于CD146+BCAFs，这部分归因于CD146-BCAFs能够分泌富含促转移蛋白的细胞外基质的能力，特别是CD146-BCAFs衍生的基质包含多种细胞外基质调节因子，如赖氨酰氧化酶以及结构细胞外基质蛋白(纤维连接蛋白1、胞外糖蛋白)，所有这些蛋白均在具有侵袭性的肿瘤中过表达[18]。Tang等[19]研究表明，乳腺癌中的微RNA(microRNA,miRNA/miR)-200s及其靶标Fli-1和转录因子12可以上调纤维连接蛋白和赖氨酰氧化酶表达，对细胞外基质进行重构，从而促进肿瘤细胞的侵袭和转移，同时该研究还在CAFs中鉴定出了与细胞外基质相关的基因队列(包括纤维连接蛋白、赖氨酰氧化酶和MMP)，它们是miR-200s的潜在目标。此外，体外和体内实验发现，赖氨酰氧化酶在BCAFs中高表达，可诱导MDA-MB-231细胞的细胞外基质重构、侵袭和转移[19]，选择性抑制赖氨酰氧化酶可减少血管生成、减慢肿瘤生长[20]，表明赖氨酰氧化酶可能是侵袭性乳腺癌的潜在治疗靶点。由此可见，CAFs是细胞外基质重构的重要参与者，可通过多种途径增强乳腺癌细胞外基质的合成和重构，以促进肿瘤的进行性生长。

3.2CAFs在乳腺癌转移中的作用 转移是导致乳腺癌死亡的主要原因，占乳腺癌相关死亡的90%以上[21]。在人类乳腺肿瘤中，大量的间质肌成纤维细胞(即α平滑肌肌动蛋白阳性成纤维细胞)与侵袭转移性腺癌有关[22]。Ershaid等[23]发现CAFs中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3炎症小体通路的激活是组织损伤的一种生理感知机制，上述通路的激活可促进促炎信号和白细胞介素-1β的分泌，这种上调在小鼠和人类乳腺癌的CAFs中均较明显，表明CAFs可以通过改变免疫细胞环境向肿瘤耐受表型转变以及增强内皮细胞黏附和癌细胞侵袭，从而将成纤维细胞的生理组织损伤反应与促肿瘤炎症联系起来。Hemalatha等[24]确定了BCAFs的一个新子集，被称为转移相关成纤维细胞，其参与乳腺癌的转移过程，具有更强的促进癌细胞迁移、侵袭和转移能力，并伴随上皮-间充质转化标志物埃兹蛋白、趋化因子配体5的过表达，在体外对转移相关成纤维细胞中的埃兹蛋白和趋化因子配体5的表达进行抑制，随后发现其迁移和侵袭能力减弱，表明转移相关成纤维细胞抑制剂可能作为靶向抗转移药物。还有研究表明，缺乏Tiam1蛋白的BCAFs会产生高水平的骨桥蛋白(osteopontin，OPN)，进而促进上皮-间充质转化、肿瘤干细胞表型、乳腺癌侵袭和转移，同时发现虽然成纤维细胞中Tiam1缺乏与肿瘤侵袭性增加有关，但癌细胞中Tiam1的高表达可促进肿瘤生长[25]。因此，确定Tiam1-OPN是诱导乳腺癌转移的特异性通路，表明以成纤维细胞Tiam1-OPN通路为靶点可能是预防乳腺癌转移的一种新策略。胞外糖蛋白的异构体在乳腺导管癌中的表达水平高于正常乳腺组织，也有助于提高乳腺癌细胞的转移能力[26]。国内相关研究表明，乳腺癌通过自噬可提高三阴性乳腺癌细胞系MDA-MB-231和BT-459细胞在体外的迁移能力，并促进癌细胞的上皮-间充质转化过程[2]。BCAFs可分泌多种可溶性因子诱导癌细胞迁移，包括转化生长因子-β、肝细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子，还有新发现的成纤维细胞特异性蛋白1、趋化因子配体11、CXC趋化因子14抗体[26]、白细胞介素-6、白细胞介素-8和白细胞介素-32等。BCAFs还可通过产生多种MMP(包括MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9、MMP-13和MMP-14)，诱导乳腺癌细胞迁移、侵袭和转移[27]。体外和体内研究表明，BCAFs可诱导肿瘤细胞簇以促进转移，研究还证明了乳腺癌炎性栓子的存在，其特征是细胞-细胞黏附增加，上皮钙黏素高表达且处于上皮/间充质混合状态[28]。综上所述，CAFs可通过分泌各种蛋白、可溶性因子、MMP直接或间接诱导等方式促进乳腺癌的侵袭和转移。

3.3CAFs相关乳腺癌代谢偶联 自噬和新陈代谢的改变是鉴别癌细胞的重要特征，同样CAFs与乳腺癌细胞之间存在着能量代谢偶联，肿瘤细胞可通过改造肿瘤微环境，使其更加适应自身快速生长的需要。由于血液供应不足，缺氧是大多数肿瘤的共同特征，Sun等[29]发现缺氧诱导的氧化共济失调-毛细血管扩张突变蛋白激酶可以提高CAFs的糖酵解活性，低氧CAFs中的乳酸作为CAFs与乳腺癌细胞之间的代谢偶联，通过激活转化生长因子-β1/p38促分裂原活化的蛋白激酶/MMP-2/9信号通路，提高癌细胞的线粒体活性，从而促进乳腺癌细胞的侵袭。此外，在自噬相关的旁分泌方式中，CAFs为邻近的癌细胞提供底物(如乳酸、丙酮酸和酮体)，而这些底物来源于CAFs自身过度的糖酵解活性[30]。有研究证明，在乳腺癌、前列腺癌、头颈癌和淋巴瘤等肿瘤中，分解代谢的成纤维细胞与合成代谢的癌细胞之间存在代谢偶联，这种代谢偶联通过缺氧诱导因子和核因子κB信号通路驱动成纤维细胞的氧化应激、糖酵解、自噬和衰老，这些成纤维细胞的分解代谢产物为肿瘤生长提供了一个营养丰富的微环境，通过局部基质生成线粒体燃料(乳酸、酮体、脂肪酸、谷氨酰胺和其他氨基酸)，促进肿瘤生长[31]。目前普遍认为自噬在正常组织及早期肿瘤中具有抗肿瘤作用，但在已确定的癌症中具有促肿瘤作用[32]。以上研究表明，CAFs可以通过与乳腺癌细胞之间的多种代谢偶联通路在乳腺癌细胞的侵袭、进展中发挥重要作用，可能为乳腺癌的治疗提供新策略。

3.4CAFs相关乳腺癌耐药 化疗是乳腺癌的重要治疗方式，而耐药和对治疗不敏感是乳腺癌治疗面临的主要挑战，研究已证实耐药性不仅取决于癌细胞，还取决于微环境[33]。CAFs可以促进乳腺癌细胞对包括化疗药、激酶抑制剂和抗雌激素在内的多种药物产生耐药性，研究表明，CAFs可以通过激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和(或)Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶1/2通路触发三苯氧胺耐药[34]。此外，CAFs可能通过涉及G蛋白偶联雌激素受体/表皮生长因子受体/胞外信号调节激酶信号通路和雌二醇产生的正反馈环路促进乳腺癌进展，特别是他莫昔芬耐药[35]。在另一项涉及CAFs诱导他莫昔芬抗药性机制的研究中，将雌激素受体阳性MCF7细胞与成纤维细胞共培养后发现，CAFs诱导他莫昔芬诱导TIGAR(TP53诱导的糖酵解和凋亡调节因子)的表达上调，TIGAR是p53调控的基因，同时抑制糖酵解、自噬和凋亡，并减少活性氧类的产生，从而促进线粒体的氧化代谢，进而导致乳腺癌细胞对他莫昔芬耐药[36]。CAFs对药物反应发挥作用的其他重要机制还有分泌生物活性可溶性因子，称为可溶性因子介导的耐药性[37]。CAFs的分泌功能可建立与肿瘤细胞的串扰，通过产生各种分泌因子导致化疗耐药，Su等[38]发现了一群特殊的成纤维细胞亚群，这群细胞表达CD10和G蛋白偶联受体77，因此将其称为CD10+G蛋白偶联受体77阳性CAFs亚群，这个亚群通过分泌白细胞介素-6和白细胞介素-8来丰富肿瘤干细胞，增强患者来源的异种移植物的肿瘤形成并诱导抗癌性，表明靶向CD10+G蛋白偶联受体77阳性CAFs亚群可能是对抗肿瘤干细胞驱动的实体瘤的有效治疗策略。Sun等[39]研究表明，WNT16B在前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌的介入治疗中被上调，并在体内和体外证实成纤维细胞分泌的WNT16B可以抑制化疗诱导的细胞凋亡。此外，CAFs诱导的癌细胞的表观遗传修饰是耐药性的原因，其机制涉及组织蛋白的翻译后修饰、DNA甲基化和miRNA调控[40]。可见，CAFs可通过多种途径导致耐药。

4 小 结

大多数研究显示CAFs可以促进肿瘤的进展，但有研究提出CAFs和肿瘤微环境可能有助于预防癌症进展。CAFs具有多种功能表型，在设计新的抗CAFs治疗策略前还需要确定和表征特定的CAFs亚型。尽管CAFs具有异质性，但其在基因上比癌细胞更稳定，因此，在癌症治疗中靶向CAFs产生耐药性的可能性较小。此外，已有研究证明靶向CAFs可逆转促癌微环境，将CAFs作为乳腺癌靶向治疗的生物标志物具有巨大潜力。CAFs不仅表达多种标志物，还表现出功能可塑性，因此深入了解CAFs的起源、生物学特性及其异质性，可为开发靶向CAFs的药物提供可靠的理论依据。