肿瘤相关成纤维细胞促癌作用的研究进展*

杨肖莉，薛 桦，于 莹 综述,谷川莎△ 审校

1.新乡医学院医学检验学院，河南新乡 453000；2.新乡医学院第三临床学院，河南新乡 453000

近几十年来，癌症的发病率和病死率仍呈逐渐上升的趋势。肿瘤包括间质和实质，实质是指肿瘤细胞，间质是肿瘤赖以生存的微环境，由细胞(成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞)和非细胞成分(蛋白质、蛋白酶、细胞因子等)组成[1]，其中肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤微环境中重要的组成部分之一。要更好地治疗肿瘤，不仅要着手于肿瘤细胞，还要专注于研究与肿瘤微环境相关的复杂机制，以寻求有效治疗肿瘤的方法。CAFs对肿瘤发生、进展、复发及转移都具有重要的促进作用。因此，充分认识CAFs在促进肿瘤进展中的重要性和探讨其分子机制，对于临床治疗肿瘤以及药物研发至关重要。

1 CAFs的定义和来源

成纤维细胞最初被定义为结缔组织中合成胶原的细胞，它非上皮细胞，非免疫细胞，是多种结缔组织的组成部分。正常情况下，成纤维细胞通常被认为是惰性的，其代谢和转录活性较弱。研究表明，成纤维细胞被激活后的能力首先在伤口愈合的环境中被观察到，而从伤口愈合组织及纤维化组织中分离出来的成纤维细胞比健康器官中的成纤维细胞分泌更多的细胞外基质(ECM)[2]。成纤维细胞一旦被激活，其产生细胞因子、趋化因子以及招募免疫细胞和诱导ECM重构的能力都大大增强[3]。CAFs是与肿瘤相关的成纤维细胞，在肿瘤的进展过程中产生，对肿瘤具有一定的作用。

新的证据表明，CAFs是一种复杂的异质性细胞群，这可能与其多种类型来源有关[4]。已有的研究表明，CAFs有6种类型来源：(1)可以来自邻近肿瘤细胞激活的正常成纤维细胞，例如肝脏星状细胞和胰腺星状细胞被重新激活后，获得肌成纤维细胞样表型，表达α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)，这两种细胞被认为是肝癌和胰腺癌中的CAFs[5-6]。(2)骨髓源性纤维细胞的募集，这也可能在肿瘤进展中发挥作用[7]。(3)间充质干细胞的募集，间充质干细胞能够在乳腺癌、胃癌和胰腺癌等癌症中分化成一定比例的CAFs，并且这种细胞具有很强的自我更新能力并且表达CAFs相关的标志物，如波形蛋白、成纤维细胞活化蛋白等。(4)上皮细胞到间质细胞的转化[8]。(5)内皮细胞到间质细胞的转化。(6)这一种是不常见的，来自脂肪细胞以及平滑肌细胞的分化、转移[9]。目前，关于CAFs的具体来源机制尚未完全阐明，有待进一步的研究，然而因为其具有不同的来源类型，也造成了CAFs具有不同的生物学功能，并对肿瘤具有不同的作用。研究人员证明了成纤维细胞比较稳定，但由于各种不可控因素引起的基因突变，会诱导CAFs的产生。

总的来说，需要更深入地研究CAFs的来源，并在肿瘤进展中监测CAFs的变化，以提高研究者对肿瘤微环境在肿瘤进展中所起作用的全面理解力。

2 CAFs的生物学功能

目前，关于成纤维细胞的定义还是一个模糊的概念，在伤口愈合、炎症、组织纤维化以及癌症过程中，成纤维细胞都能在一定环境条件下被激活。在癌症发生过程中，活化的成纤维细胞被称为CAFs[10]。导致成纤维细胞激活的外源性信号有许多，并且在不同类型肿瘤中有所不同。有研究表明，CAFs与肿瘤细胞共同进化可获得一种肿瘤前表型，这种表型有利于肿瘤在微环境中繁殖[25]。

癌症被认为是无法愈合的伤口[11]。癌细胞在特定的组织中持续出现和积累代表了持续的组织损伤，从而启动了机体对癌细胞的慢性伤口愈合反应，这导致了肿瘤的慢性宿主修复反应，称之为癌症纤维化[2]。癌症纤维化是可改变的促纤维增生反应。虽然肌成纤维细胞在伤口愈合中的作用已经被深入地研究，但它们在癌症进展和转移中的作用更为复杂，并且正在被越来越多的研究者关注。

间质成纤维细胞活化受免疫细胞和癌细胞释放的多种生长因子的控制，其中转化生长因子-β(TGF-β)、血小板衍生生长因子(PDGF)和成纤维细胞生长因子2(FGF2)是组织损伤中成纤维细胞激活的关键介质[12]。许多癌症中被招募、活化的成纤维细胞依赖TGF-β，肿瘤微环境中的TGF-β可刺激CAFs的局部增殖和侵袭。癌细胞和间质细胞(包括成纤维细胞)分泌的PDGF可诱导成纤维细胞的增殖，并与癌症的进展有关[13]。正常情况下，基质一般处于静止状态，当基质被激活，活化的成纤维细胞数量增加时，表达大量的α-SMA、成纤维细胞活化蛋白(FAP)等与CAFs相关的蛋白[2]。肿瘤微环境中新生毛细血管以及免疫细胞的聚集都是由许多生长因子介导的，例如ECM内的血管内皮生长因子A(VEGFA)、PDGF、表皮生长因子(EGF)、白细胞介素(IL)-6和IL-8等[7]，癌细胞和CAFs均能产生VEGFA，VEGFA能够增强血管通透性，反过来促进免疫细胞、成纤维细胞及增生性内皮细胞的积累[13]。肿瘤间质富含一些胶原蛋白，能够影响肿瘤的生成，并且随着肿瘤的增殖和侵袭性增强，基质的含量也会增加。成纤维细胞的体外研究往往依赖于常用的激活配体，如TGF-β、骨形态发生蛋白(BMP)、PDGF、EGF、FGF2。在乳腺癌中，浸润性癌细胞促进WNT7a(WNT信号通路中的一种关键蛋白)的招募并激活成纤维细胞以促进肿瘤侵袭性[14]。在胰腺癌中，维生素D受体的激活可能抑制了CAFs的促瘤作用[15]。有数据表明，在早期肿瘤病变中，免疫细胞来源的IL-1β介导核因子(NF)-κB信号通路，可增强CAFs的促炎和促肿瘤功能，CAFs通过生长因子和ECM重构等促进肿瘤的进展，在构建有利于肿瘤启动、血管生成、肿瘤扩散和转移的微环境中发挥关键作用[4]。

CAFs有许多不同的亚群，并且具有表型异质性，进而表现出不同的功能特性。有研究证明，间充质干细胞能够影响肿瘤的发生，WAGHRAY等[16]在胰腺癌中鉴定了一种新的间充质干细胞来源的CAFs，该CAFs通过粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子控制肿瘤的生长和进展。此外，在胰腺癌中P53突变导致癌细胞释放的外泌体，使CAFs表型及ECM结构发生变化，导致肿瘤进展和侵袭性增强[17]。有报道称胰腺癌细胞促进了CAFs中SOCS1(一种已知的STAT抑制剂)基因的甲基化，使得SOCS1的表达水平降低，这导致了STAT3的磷酸化，促进了胰岛素样生长因子1分泌和肿瘤进展[18]。一项研究发现，整合素β4介导癌相关成纤维细胞的代谢重编程，其通过促进线粒体自噬促发CAFs的糖酵解，并有助于维持乳腺癌中CAFs表型的激活，促进乳腺癌的侵袭和转移[19]。

3 CAFs在肿瘤进展中的作用

3.1CAFs与肿瘤发生和转移 肿瘤微环境包括细胞成分和非细胞成分，其中非细胞成分又称为EMC[1]，然而多项研究表明，ECM的结构影响许多重要的细胞功能，如细胞增殖、细胞分化和肿瘤形成[20-21]。事实上，ECM结构影响细胞形态、整合素信号传导和细胞骨架，从而参与调控细胞周期。肿瘤微环境中的CAFs在ECM重构中起着重要作用，而与正常组织相比，ECM会发生变化，有报道称这些变化会影响癌细胞的增殖和迁移[22]。以上观点可以推测，CAFs可能通过ECM重构来影响肿瘤的发生。研究表明，在乳腺癌小鼠模型中，脂氧合酶抑制剂治疗导致ECM交联减少，可防止ECM硬度增加和延缓肿瘤进展[1]；在胰腺癌小鼠模型中，肿瘤相关CAFs的减少导致化疗效率的提升，从而表明CAFs在肿瘤内药物传递中也发挥了关键作用。有研究表明，ECM重塑增强了肿瘤细胞侵袭性[23-24]。这些发现证实了CAFs可能通过诱导蛋白酶介导的上皮EMC重构引导上皮癌细胞的迁移。

CAFs能够分泌一些可溶性因子，例如：从肺癌中提取的CAFs会产生大量的肝细胞生长因子，从而激活邻近癌细胞中的c-Met通路,CAFs分泌的基质金属蛋白酶13通过从ECM释放血管内皮生长因子促进肿瘤血管生成，从而导致鳞状细胞癌或黑色素瘤的侵袭性增加[7]。热休克因子是一种在CAFs中高度激活的转录因子，它驱动促肿瘤细胞因子和生长因子的转录，促进肿瘤的快速生长[25]。一项研究表明，CAFs可以为胰腺癌提供WNT生态位，支持WNT缺陷的胰腺导管腺癌体内生长[26]。许多CAFs衍生的因子，如成纤维细胞生长因子1、丝氨酸蛋白酶和基质金属蛋白酶2，都能以旁分泌的方式促进乳腺癌细胞的深度增殖[27]。总之，尽管目前尚无直接证据表明CAFs在人类癌症中促进肿瘤发生，但上述大量研究表明，CAFs可能在肿瘤形成中发挥关键作用，这需要进一步的研究。

肿瘤中分离出来的成纤维细胞与正常器官分离出来的成纤维细胞相比，具有许多不同的特性。CAFs有很强的迁移能力，并且CAFs能够分泌更多的生长因子和趋化因子。在许多癌细胞和CAFs共培养实验中发现，与正常成纤维细胞相比，CAFs能够增强癌细胞的致瘤性[28]。最初的研究表明，猿猴病毒40转化的前列腺上皮细胞与正常成纤维细胞或CAFs混合后，将混合物接种到小鼠体内，CAFs可导致类似前列腺上皮内瘤变的肿瘤形成[29]。随后，这样类似的研究也在其他肿瘤中得以证实：前列腺癌基质成纤维细胞大量分泌趋化因子，在肿瘤生长、血管生成和巨噬细胞浸润中发挥作用；与肿瘤发展相关的CAFs表现出促炎特征，招募巨噬细胞，促进血管形成，并促进肿瘤生长[30]。

肿瘤的生长也需要一定的营养物质和生长环境，丰富的血管提供了这些条件，这就需要进一步了解CAFs对血管生成的作用。在促血管生成因子中，CAFs产生丰富的VEGFA、PDGF、FGF2等，这些因子促进血管生成，为肿瘤生长提供氧气和营养物质,CAFs还通过ECM密度和组成的变化来调节肿瘤间质的硬度、弹性和组织流体压力，从而调节血管生成并促进肿瘤生长[31]。

肿瘤的转移是一个多阶段的过程，当癌细胞突破基底膜后，开始向其他组织侵袭并渗透。研究表明，在小鼠体内，若缺乏成纤维细胞分化的S100A4，体内肿瘤不转移，这表明S100A4阳性基质细胞在癌细胞转移、扩散方面具有决定性作用[32]。CAFs也可能影响原发肿瘤的ECM硬度，增强癌细胞侵袭性[31]。乳腺癌中CAFs可产生大量的基质细胞衍生因子1和胰岛素样生长因子1，这有助于癌细胞适应骨髓微环境，从而促进骨转移[33]。此外，在CAFs中通过下调CCL2的表达显著抑制口腔鳞癌的转移[34]。在结直肠癌中，PDGF激活的CAFs可以通过一些趋化因子的分泌促进肿瘤细胞的内渗和远处转移[35]。此外，过表达的生长因子15可发挥全身性作用，促进前列腺癌细胞的恶性进展和扩散[36]。肿瘤来源的外泌体miR-1247-3p通过促进CAFs的激活加速肝癌的肺转移[37]。更有趣的是，CAFs可以产生一种WNT拮抗剂，从而促进老年个体黑色素瘤细胞的血管生成和恶性表型的产生[38]。研究表明，S100A4表达水平升高使成纤维细胞在促血管生成和抗凋亡微环境中发挥关键作用，通过释放大量促血管生成因子和抗凋亡因子，从而有利于乳腺癌细胞的肺转移[32]。此外，转移部位的CAFs在TGF-β刺激下分泌IL-11来激活肿瘤细胞中的GP130-STAT3信号，有利于肿瘤细胞发生转移，从而促进转移性结直肠癌的器官定植[39]。

3.2CAFs与肿瘤代谢 肿瘤基质代谢是肿瘤进展过程中不可避免的一部分。最近的癌症代谢研究表明，CAFs的有氧糖酵解(称为反向瓦伯格效应)就是这样一种代谢支持形式，这种效应的增加似乎也与分解代谢活性和自噬有关[19]。这些代谢适应被认为在肿瘤微环境细胞和癌细胞重新利用营养物质方面起着关键作用。肿瘤为了快速增殖以及克服严酷的环境限制，通过有氧糖酵解为自身提供高能量的代谢物。在CAFs中，活性氧(ROS)诱导的线粒体自噬被广泛研究，除了ROS外，细胞应激的形式也可以激活有丝分裂。有研究表明，整合素家族(ITG)可以调节代谢信号通路，如ITGB1在乳腺癌中可以通过控制TWIST诱导糖代谢重编程。CAFs在不同的肿瘤中通过不同的信号通路参与癌细胞的合成代谢和分解代谢平衡。CAFs代谢变化的驱动因素可能包括TGF-β、PDGF、缺氧、缺氧诱导因子1α和ROS介导的对CAV1基因的抑制,具体来说，CAV1基因敲除的成纤维细胞乳酸产量以及脂肪酸、谷氨酰胺水平增加[19]。虽然启动CAFs代谢重编程的具体分子基础还需要进一步研究，但一旦建立，CAFs的代谢转移可能部分通过表观遗传重塑[40]。相反，CAFs和癌细胞的代谢共生关系可能会根据氧、细胞外代谢物有效性和趋化因子或细胞因子信号而动态变化。上皮性癌变可能指导CAFs的代谢重编程及糖酵解，以促进CAFs和癌细胞之间的代谢共生[41],癌细胞对合成代谢的依赖增强可能促进耐药途径的出现[42]。癌细胞旁分泌信号可能导致CAFs的代谢重编程,CAFs和癌细胞之间的共生创造了一个肿瘤代谢生态系统，这可能成为癌症治疗的潜在靶点。研究表明，乳腺成纤维细胞不表达整合素β4,但通过与三阴性乳腺癌细胞接触，可以表达整合素β4，对乳腺癌的发展和转移起一定的作用[19]。在前列腺癌中，CAFs与癌细胞之间的接触增加了它们对pH值和缺氧等应激的敏感性，并维持了它们的增殖[43]。在结直肠癌中，CAFs与癌细胞接触，通过释放外泌体影响癌细胞的增殖[44]。这种共生关系是否会进一步促进肿瘤的转移性生长，仍然有待进一步研究。

3.3CAFs与耐药 癌症的治疗效果与是否耐药密切相关，而关于CAFs与耐药的关系仍待进一步研究。据报道，在非小细胞肺癌中，CAFs释放的高水平IL-6可增强TGF-β诱导的上皮-间质转化和顺铂耐药性;而顺铂反过来促进癌细胞产生TGF-β，导致CAFs激活[45-46]。在胰腺癌中，CAFs不仅本身具有耐药性，而且通过在外泌体中传递的mRNA及其靶标miR-146a耐药[47]。在前列腺癌中，CAFs可上调谷胱甘肽水平，抑制ROS的产生，以拮抗化疗诱导的前列腺癌细胞死亡[48]。在乳腺癌中，CAFs表面的CD10和GPR77通过分泌IL-6和IL-8诱导化疗耐药[10]。

4 靶向CAFs治疗癌症

CAFs在促进癌症中发挥着重要的作用。近年来，随着对CAFs的生物学特性逐步了解，人们对其靶向治疗的研究也在增多。靶向CAFs治疗癌症可以从分泌的因子以及下游信号通路作为出发点，也可从让CAFs自身的活性变为静息状态着手，还可靶向CAFs来源的细胞等。研究表明，用中和单抗阻断CD10和GPR77可减少乳腺癌异种移植模型中的肿瘤发生，并且增强其化疗敏感性[10]。LOH等[49]发现，能够通过靶向CAFs衍生的细胞因子和生长因子抑制肿瘤的侵袭和转移。临床前研究中，FAP特异性CAR-T细胞促进了对FAP阳性CAFs的特异性免疫攻击，同时具有抗肿瘤效果[50]。已知IL-6和JAK1-STAT3通路参与CAFs激活,通过靶向JAK1-STAT3通路从而促进ECM重塑[51]。在宫颈癌小鼠模型中，使用伊马替尼阻断CAFs中的PDGFR信号通路，显著减少了FGF2的产生，从而抑制了肿瘤血管生成和癌细胞增殖[52]。血管紧张素抑制剂氯沙坦可以减少乳腺癌和胰腺癌中CAFs产生的胶原蛋白和透明质酸，从而影响这些恶性肿瘤的血管灌注和药物传递[53]。PEGPH20联合吉西他滨可提高晚期胰腺导管腺癌患者的生存率[54]。

5 结语和展望

CAFs是肿瘤微环境中的重要组分，可影响肿瘤的恶性生物学行为，在多种肿瘤的发生、侵袭和转移中发挥关键作用。在肿瘤微环境中，CAFs通过与其他细胞相互作用，分泌大量细胞因子和趋化因子，促进肿瘤的发生和转移，影响肿瘤代谢以及耐药性。因此，深入了解CAFs在肿瘤中的作用及机制，有助于为肿瘤治疗提供新思路。