癌相关成纤维细胞在口腔鳞状细胞癌微环境中作用的研究进展

吴佳敏 夏斌 杨禾丰 许彪

昆明医科大学附属口腔医院口腔颌面外科 昆明 650500

口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）恶性程度较高，是头颈部最常见的恶性肿瘤之一[1]。OSCC患者经过传统方法治疗，预后往往较差，容易发生原发灶复发和局部淋巴转移，并且5年生存率较低[2]。因此，寻找靶向治疗肿瘤的新靶点和新的治疗方法对口腔癌的诊断治疗及良好的预后尤为重要。

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）是指肿瘤细胞生长的周围环境，与肿瘤的发生、发展、治疗关系密切[3]。TME不仅存在肿瘤细胞，还包含许多基质细胞、血管、淋巴管和胞外基质等。基质细胞包含了成纤维细胞、免疫细胞及内皮细胞等[3-4]。癌相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast，CAF）是TME中数目最为丰富的基质细胞之一，可以通过重塑细胞外基质、释放多种因子及外泌体等调节肿瘤细胞及周围细胞，形成更加有利于肿瘤生长、侵袭、血管生成、上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和免疫逃逸的微环境[5-7]。因此，CAF作为TME中的重要组成部分，对肿瘤的进展起着重要作用。

本文将对OSCC TME中CAF进行论述。

1 CAF 的定义、来源、标记物、激活途径、亚型与功能

1.1 CAF的定义

通常CAF是指位于肿瘤周围的成纤维细胞。在临床上组织活检时，将这一类细胞特性认为是CAF，即上皮细胞、内皮细胞和白细胞标记物为阴性，且不具有在肿瘤细胞内发现的突变，同时拥有细长的细胞形态[8-9]。

1.2 CAF的来源

通常认为CAF可以由正常成纤维细胞、骨髓间充质干细胞、脂肪细胞和周皮细胞等分化形成，但由于存在较多因素影响，难以对CAF的来源有一个明确的结论[8-10]。

1.3 CAF的标记物

目前研究已经发现的CAF标记物有：α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、成纤维细胞活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP）、成纤维细胞特异性蛋白1（fibroblast specific protein 1，FSP1）、波形蛋白（vimentin）和血小板衍生生长因子受体α/β （platelet-derived growth factor receptors-α/β，PDGFR-α/β）等。不同肿瘤CAF标记物存在差异。乳腺癌CAF标记物有α-SMA、FAP、PDGFR-α、PDGFR-β、CD29、神经/胶质抗原2 （neural/glial antigen 2，NG2）、FSP1、vimentin、平足蛋白（podoplanin，PDPN）等；头颈癌CAF标记物为α-SMA、PDPN、FAP、PDGFR-α、PDGFR-β、FSP1、NG2；口腔癌CAF标记物则为α-SMA、FAP、vimentin[11]。

1.4 CAF的激活途径

现研究比较明确的CAF激活途径为：1）转化生长因子（transforming growth factor）途径；2）肿瘤细胞与成纤维细胞之间的相互接触；3）促炎症因子作用；4）重塑的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）；5）活性氧及代谢紊乱导致的生理应激反应；6）化学治疗、放射治疗导致的DNA损伤等[8]。

1.5 CAF的亚型

在一些肿瘤中发现CAF存在异质性。静止的CAF类似成纤维细胞，活化的CAF发挥促瘤作用。在胰腺导管腺癌中发现存在肌性CAF（myofibroblastic cancer-associated fibroblast，myCAF）、炎性CAF （inflammatory cancer-associated fibroblast，iCAF）和抗原呈递CAF。myCAF通常位于肿瘤周围，且α-SMA阳性，白细胞介素-6（interleukin-6，ⅠL-6）阴性；iCAF则位于肿瘤较远，且α-SMA阴性，ⅠL-6阳性；抗原呈递CAF则只发现于小鼠，并未在人身上发现[9,12-14]。口腔癌中CAF亚型的研究较少，需要进一步的研究，有可能成为破坏TME的关键之一。

1.6 CAF的功能

目前研究发现CAF涉及多种促瘤作用：1）重塑ECM；2）调节代谢；3）参与免疫调节；4）促进肿瘤生长、血管形成、EMT、迁移和侵袭；5）促肿瘤干细胞特性；6）影响肿瘤耐药性[10-11]。

2 CAF与OSCC的交互作用

2.1 CAF改建ECM

CAF作为OSCC微环境中数目最为丰富的基质细胞之一，能够重塑ECM促进OSCC进展。Zhang等[15]发现：CAF可能通过FAK磷酸化途径，增强赖氨酰氧化酶的表达，导致基质胶原收缩能力的增加，胶原孔径的减小和基质胶原硬度的增加，并促进OSCC细胞的增殖、迁移、侵袭和EMT，从而加速OSCC的进展。CAF通过RhoA-ROCK信号调节细胞的骨架改变和YAP核定位的增加。成纤维细胞YAP活性可以重塑基质组织，增加基质硬度，进而促进OSCC细胞的迁移和侵袭[16]。CAF能够重塑ECM，对肿瘤细胞侵袭轨迹的创造至关重要，表皮生长因子能够协同CAF促进ECM的重塑，进一步加强头颈鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）的侵袭性[17]。

2.2 CAF分泌多种因子重塑TME

CAF作为TME的重要组成部分，通过分泌生长因子、修饰ECM等方式重塑TME，进而促进肿瘤发生。ⅠL-6不仅通过支持肿瘤细胞生长，而且通过促进成纤维细胞活化来介导肿瘤细胞和CAF之间的相互作用[18]。在TME中，肿瘤细胞与CAF之间的交互是相互的。例如，肿瘤细胞可以通过分泌TGF激活CAF，反过来，激活的CAF会分泌多种因子，比如TGF-β1、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、成纤维细胞生长因子、基质细胞衍生因子1、趋化因子配体2和ⅠL-6等因子来改变TME，从而调节肿瘤细胞的迁移和侵袭。CAF通过基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase， MMP）、 RhoA-ROCK 信号等改建ECM，为肿瘤细胞的“跟随”与“前进”提供轨道，从而促进肿瘤细胞的迁移、侵袭和耐药[19-20]。在HNSCC中，CAF旁分泌HGF改变TME，进而促进HNSCC的增殖和侵袭[21]。肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）与TGF-β诱导内皮细胞的内皮-间充质转化，诱导后的细胞分泌的细胞因子能够促进OSCC的EMT，进而促进OSCC的进展[22]。CAF 分泌ⅠL-1 改建TME 促进OSCC 的侵袭[23]。

2.3 CAF调节代谢

CAF在肿瘤代谢中起主要调节作用，特别是通过几种代谢途径的失调，包括糖代谢、氨基酸代谢和脂质代谢[24]。

Warburg等[25]发现了肿瘤细胞在进展过程中消耗大量葡萄糖的现象，并提出了Warburg效应。随着肿瘤代谢组学研究[11]的深入，发现了CAF与肿瘤细胞之间存在着交互作用，这种交互作用促成了不同肿瘤的不同代谢影响。6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3 （6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase 3，PFKFB3）能够促进CAF的糖酵解能力，阻断PFKFB3驱动的糖酵解，激活PGC-1α信号通路，可以减弱CAF的促血管生成能力[26]。lncRNA H19/miR-675-5p/PFKFB3信号通路参与了CAF糖酵解途径，促进口腔癌的生长[27]。过表达TRAP1能够减少CAF氧化磷酸化代谢，进而抑制OSCC的进展[28]。Zhang等[29]发现，在CAF中ⅠTGB2的上调，激活PⅠ3K/AKT/mTOR信号通路，增强糖酵解活性，产生乳酸。乳酸在OSCC被吸收代谢产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH），然后在线粒体氧化磷酸化系统中氧化产生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），促进OSCC的进展。在卵巢癌中，CAF通过谷氨酰胺合成酶产生高水平的谷氨酰胺（glutamine，Gln），产生的Gln被输送到卵巢癌细胞并被谷氨酰胺酶转化为谷氨酸，为三羧酸循环提供能量，进一步促进肿瘤细胞的生长[24,30]。在结直肠癌中，CAF通过上调脂肪酸合酶的表达，产生更多的脂肪酸（fatty acids，FA）；产生的FA被结直肠癌细胞吸收，促进肿瘤细胞的迁移[24,31]。

OSCC的氨基酸代谢和脂质代谢的研究仍然较少，需要进一步的研究。

2.4 CAF参与免疫调节

CAF分泌Wnt家族成员2（Wnt family member 2，WNT2）通过SOCS3/p-JAK2/p-STAT3信号通路抑制树突状细胞介导的免疫反应[32]。CAF分泌ⅠL-1β通过NF-κB信号通路诱导肿瘤细胞趋化因子CCL22上调，参与调节性T细胞（regulatory T cell，Treg） 浸润来重塑TME[33]。OSCC 中的低CD68+CAF亚群有利于TME中Treg的募集，并导致OSCC患者的不良预后[34]。CAF通过CXCL12/CXCR4途径诱导单核细胞分化为M2巨噬细胞，进而促进OSCC肿瘤干细胞特性和OSCC细胞增殖[35]。

2.5 CAF 分泌多种因子以促进肿瘤生长、迁移、侵袭、血管生成和干细胞特性

低氧微环境CAF通过旁分泌途径释放细胞因子丝甘蛋白聚糖（serglycin，SRGN），促进HNSCC细胞中β-连环蛋白（β-catenin）的核转位，激活Wnt/β-catenin信号通路，从而增强HNSCC细胞的干细胞特性和化学治疗耐药性，进一步加强肿瘤的进展[36]。CAF通过旁分泌途径分泌HGF，靶向细胞间质上皮转换因子（cellular-mesenchymal epithelial transition factor，c-Met）调节己糖激酶-Ⅱ、磷酸果糖激酶和乳酸运输载体（monocarborxylat transporter 1，MCT1）的乳酸分泌，从而调控HNSCC糖酵解。反过来，HNSCC分泌碱性成纤维细胞生长因子能够诱导p44/42 MAPK磷酸化，进而调节CAF中HGF的产生，同时促进CAF的增殖和迁移[37]。CAF分泌ⅠL-6诱导HNC中骨桥蛋白的上调，通过NF-κB信号通路促进HNC的生长、迁移和侵袭等，推动肿瘤的发展[38]。肿瘤细胞分泌ⅠL-1β激活成纤维细胞转化为CAF，激活的CAF分泌CXCL1作用于肿瘤细胞和CAF表面的CXCR受体，促进肿瘤细胞的转移和侵袭[39]。CAF来源外泌体miR-382-5p促进OSCC的侵袭[40]。成纤维细胞摄入缺氧HNSCC外泌体源miR-192和miR-215，下调CAV1，并激活TGF-β信号，从而向CAF转化，促进HNSCC 的缺氧TME 的重塑[41]。Li 等[42]发现，CAF 通过细胞外囊泡促进OSCC 的血管生成。PGC-1α/PFKFB3信号能够调节CAF的糖酵解能力，进而增强CAF的促血管生成能力[26]。OSCC细胞通过细胞间接触的方式上调CAF中NOTCH3的表达，参与血管生成[43]。

2.6 CAF影响肿瘤耐药性

CAF能够上调自噬相关蛋白LC3和Beclin1的表达，通过自噬激活舌鳞状细胞癌的顺铂抗性[44]。CAF分泌MK上调lncRNA ANRⅠL的表达，促进OSCC的顺铂抗性[45]。CAF分泌表面结合血管内皮生长因子的细胞外囊泡以耐贝伐珠单抗的方式促进血管生成[42]。OSCC肿瘤干细胞来源细胞外囊泡促进成纤维细胞向CAF的转化，激活的 CAF促进OSCC细胞的成瘤能力和顺铂抗性[46]。CAF来源外泌体miR-196a通过靶向CDKN1B和ⅠNG5促进HNC细胞的增殖和顺铂抗性[47]。

3 CAF作为OSCC治疗的潜在新靶点

CAF能够通过多种途径分泌细胞因子、趋化因子、炎症因子和外泌体等促进肿瘤的生长、增殖、迁移、侵袭和血管形成，以及在重塑细胞外基质，代谢调节，免疫调节和肿瘤耐药性方面发挥重要作用[48]。同时，作为TME中数目最为丰富的基质细胞，靶向破坏CAF与周围细胞的交互环境，能够在OSCC的治疗中提供一种新的思路。

NOTCH3+CAF参与OSCC血管生成进而促进肿瘤的生长。Tarextumab是一种能够抑制NOTCH2和NOTCH3功能的人单克隆抗体，在治疗胰腺癌和肺小细胞癌的Ⅱ期临床试验中进行了测试，并发现这些肿瘤细胞表现出失调的NOTCH2 和NOTCH3活性。类似的，在OSCC治疗中也可以采取靶向NOTCH3+CAF的药物，抑制肿瘤血管的形成，进而抑制肿瘤发展[43]。

Wang等[49]发现，在OSCC和CAF中具有高表达的酸性富半胱氨酸分泌蛋白可结合人血清白蛋白（human serum albumin，HSA）。将吲哚菁绿（indocyanine green，ⅠCG）与顺铂（cisplatin，DDP）合成的配位化合物ⅠCG-DDP，然后封装进HSA中形成新型复合纳米颗粒（HSA-ⅠCG-DDP NP）。酸性富半胱氨酸分泌蛋白介导的内吞作用可以增强肿瘤细胞和CAF对HSA-ⅠCG-DDP NP的摄取。通过体外、体内的研究发现，相比于单一治疗，HSA-ⅠCG-DDP NP具有更好的靶向治疗效果。

TGF-βRⅡ过表达影响PKM2功能，抑制CAF中的糖代谢，从而抑制口腔癌生长。揭示了TGFβRⅡ在CAF糖代谢中的作用，并提示靶向TGFβRⅡ可能是一种潜在的治疗口腔癌的方法[50]。

热休克因子1（heat shock factor 1，HSF1）在多种恶性肿瘤中高度表达，基质细胞中HSF1的激活与患者不良预后密切相关。CAF中过表达HSP1能促进OSCC细胞EMT、增殖、迁移和侵袭。并且HSF1在CAF与OSCC细胞中的高表达与不良预后和总生存期显著相关。以CAF作为靶向治疗及预防的对象，为OSCC的临床治疗及预防提供了一种新的思路[51]。

Hanley等[52]发现，抑制NOX4能够减弱肌成纤维细胞向CAF的转化，并且具有抑制肿瘤生长的作用。这为临床上靶向CAF用于治疗OSCC提供了新的证据。

作为有机纳米材料的替代品，无机纳米材料因其可预测的性能而被广泛应用研究。Xia等[53]的研究发现，金纳米粒子（gold nanoparticle，GNP）表现巨大的抗CAF潜力，并且最小的GNP具有更强的抗CAF潜力。3 nm的GNP能够抑制CAF的迁移、细胞活性以及与OSCC细胞的交互，进而抑制肿瘤的生长。这为纳米药物靶向CAF破坏TME，治疗OSCC提供了一种新的治疗思路。

Ko等[54]结合临床OSCC数据集基因Meta分析，提取了FN1、TGFB2、TGFBR2和TGFBⅠ作为CAF丰度的指标，即CAF指数。在OSCC患者中，CAF指数比EMT评分更能预测患者预后生存情况。CAF指数可能可以作为EMT评分在预后预测方面的一个有用补充指标。

4 小结与展望

CAF作为TME中数目最为丰富的基质细胞，不仅能够重塑细胞外基质，调节代谢，协助免疫逃逸，还能促进肿瘤的血管生成、生长、EMT、迁移和侵袭等[55]。尽管对CAF的研究日益深入，但仍然存在很多问题需要解决。

CAF的细胞形态和成纤维细胞相似，以及缺少CAF独特的特异性标记，对于CAF的鉴定仍然存在问题。这就意味着很难直接靶向CAF来破坏肿瘤细胞生长的环境，也意味着目前已知的标记物仍然存在非常大的局限性。尤其在OSCC中CAF的标记物已被用于研究的是α-SMA、FAP、vimentin，这就需要研究者进一步去探索新的标记物，为OSCC的早期诊断、临床治疗及预后做出贡献。

对于未来CAF的临床应用，笔者有以下的一些猜想：1）对于已经活化的CAF，是否能够将CAF静止，甚至逆向分化回到成纤维细胞，同时抑制成纤维细胞的活化，进而破了肿瘤细胞的生长环境；2）是否能够抑制CAF分泌各种因子和外泌体等物质，切断CAF与周围环境的交互；3）是否能够找到新型生物材料及药物能够直接靶向作用于CAF；4）能否在靶向肿瘤细胞治疗的同时，靶向CAF进行联合治疗，来增强OSCC 的治疗效果。

精准医疗的概念是否也提示要针对CAF的异质性来进行精准分类和治疗。针对CAF的异质性，是否能够找到不同亚型CAF的共同标记物，以及不同亚型CAF的特异性亚型CAF标记物。如果能够精确地找到肿瘤细胞周围存在的各种CAF，同时对于不同CAF进行精准打击，击破各种CAF之间的交互以及CAF与肿瘤细胞之间的交互。这或许是将来CAF的研究方向之一，以及应用于临床精准治疗的方向之一。由于OSCC中CAF异质性的研究较少，笔者也提出了一些自己的猜想：1）可能OSCC TME中存在较多的myCAF，这可能意味着可以考虑纤维化治疗；2） 又或者存在较多iCAF，这可能提示需要同时辅助抗炎治疗；3）甚至TME中存在多种仍未发现的CAF亚型，它们可能发挥协同作用，促进肿瘤进展。目前较多的研究仅仅只是笼统的围绕着CAF，这可能是导致CAF研究存在较多的局限性原因之一。或许精确细分不同亚型的CAF，精准靶向CAF亚型，可能成为OSCC靶向CAF的突破口之一。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。