癌相关成纤维细胞促进肿瘤进展的复杂分子机制探讨△

韩雅丽　张晏文　王琳琳　孙玉萍山东大学附属济南市中心医院肿瘤科，济南 250013

癌相关成纤维细胞促进肿瘤进展的复杂分子机制探讨△

韩雅丽张晏文王琳琳#孙玉萍
山东大学附属济南市中心医院肿瘤科，济南 250013

癌相关成纤维细胞（carcinoma-associated fibroblasts,CAF）是肿瘤微环境中最丰富的细胞成分，具有高度的生物学异质性。近年来许多研究已证实CAF促进肿瘤进展的作用，但是其具体的作用机制尚未明确。本文就CAF促肿瘤作用的潜在分子机制进行总结并分类讨论：CAF分泌丰富的促肿瘤因子直接向邻近的肿瘤细胞传达促增殖、侵袭和转移的信号；CAF参与并促进肿瘤血管生成、细胞外基质重塑及肿瘤相关炎症等有利于肿瘤进展的外源性程序，从而间接发挥其促肿瘤作用。深入理解CAF错综复杂的作用机制，有助于发展新的治疗靶点，为恶性肿瘤的根治带来新的契机。

癌相关成纤维细胞；肿瘤干细胞；上皮间质转化；细胞外基质；血管生成；炎症

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）是由肿瘤局部浸润的基质细胞和细胞外基质蛋白共同构成的局部内环境，主要包括免疫细胞、血管细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞、间充质干细胞、脂肪细胞以及细胞外基质等。肿瘤微环境参与了多数实体肿瘤的发生、发展和转移过程，决定了肿瘤细胞命运的转归。

CAF是肿瘤微环境中重要的细胞成分，正常情况下以静息状态存在，当受到肿瘤相关活性介质（如TGF-β，PDGF，FGF）的刺激后进入活化状态，转化为一类具有肌成纤维细胞特性的成纤维细胞，通过分泌多种细胞因子及细胞外基质，来调控肿瘤细胞的生物学行为[1]。由于细胞起源的多样化，CAF可分为多种细胞亚群，通过错综复杂的细胞信号传导网络促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，从而促进肿瘤的发生、发展。因此，CAF是肿瘤治疗领域一个潜在的有效性靶点，给肿瘤的靶向治疗带来了新的希望[2]。

1　CAF的异质性

癌相关成纤维细胞是一类具有高度异质性的细胞群，在目前的研究中表现出丰富的形态特征和生物学作用。追溯其根源发现，不同的细胞亚群可能起源于不同的前体细胞并表达不同的分子标记，因此表现出不同的生物学特性。

1.1CAF的细胞起源

目前的研究表明，CAF主要来源于五类前体细胞：①固有成纤维细胞（resident fibroblasts），周围组织间质中的正常成纤维细胞在肿瘤细胞分泌的因子的刺激下活化，是CAF最主要的来源[3]。②衰老成纤维细胞（senescence fibroblasts），与CAF有着相似的分子学特征0和分泌表型，可能是CAF的另一种来源[4]。③骨髓来源间充质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BMSC）可以迁移到肿瘤基质，分化为CAF并促进肿瘤细胞的生长和迁移[3,5]。④肿瘤上皮细胞和内皮细胞分别可以通过上皮间质转化（epithelia-mesenchymal transition，EMT）和内皮间质转化（endothelial-mesenchymal transition，EndMT）转化为CAF，TGF-β是主要的驱动因素[6]。⑤肿瘤中的其他间充质细胞如血管平滑肌细胞、周细胞、脂肪细胞等，也可能转分化为CAF，但需要进一步的机制研究证实[6-7]。

1.2CAF的分子标志

间质中成纤维细胞常常表达波形蛋白（vimentin）、I类胶原（type I collagen）、纤连蛋白（fibronectin）、脯氨酸4羟化酶（prolyl 4-hydroxylase）等分子标志。而成纤维细胞在活化成为CAF后会特异性上调某些分子的表达，例如α平滑肌肌动蛋白（αsmooth muscle actin，α-SMA）、肌腱蛋白C（tenascin-C，TN-C）、硫酸软骨素蛋白多糖（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG/NG2）、血小板衍生生长因子受体α/β（platelet derived growth factorReceptor α/β，PDGFRα/β）、成纤维细胞激活蛋白（fibroblasts activation protein，FAP）、成纤维细胞特异性蛋白1 （fibroblast specific protein-1，FSP-1/S100A4）、细胞骨架蛋白palladin、平足蛋白（podoplanin，PDPN）、钠尿肽B（natriuretic peptide B，NPPB）[3]等。同时，上皮细胞的标志分子如细胞角蛋白（cytokeratin）、内皮细胞的标志分子如CD31等在CAF中表达消失。上述差异表达的分子可以用做CAF的分子标志，但是这些分子均不是CAF的特异性标志物，在其他的肿瘤基质细胞中也有不同程度的表达。因此我们无法通过其中某一种分子标志来确定和区分异质性的CAF细胞群，而应该尝试多种分子标志的联合应用。CAF细胞群广泛的异质性需要在不同亚群各异的生物学作用的基础上进一步探究和证实[2,7]。

2　CAF促进肿瘤进展的分子机制

如今CAF与肿瘤进展的关系受到广泛关注，国内外已有许多综述总结了CAF在肿瘤的发生、生长、转移等过程中发挥的重要作用[8]，但是其具体的作用机制尚在探究中。我们在此总结并分类讨论CAF促肿瘤作用潜在的分子机制，以期深化对CAF复杂的促肿瘤作用的理解。根据目前报道，CAF促进肿瘤进展的作用机制可以归类为：一方面，CAF分泌丰富的促肿瘤因子直接向邻近的肿瘤细胞传达促增殖、侵袭和转移的信号；另一方面，CAF参与并促进肿瘤血管生成、细胞外基质重塑及肿瘤相关炎症等有利于肿瘤进展的外源性程序，从而间接发挥其促肿瘤作用。

2.1CAF直接促进肿瘤进展的分子机制

2.1.1CAF旁分泌作用于邻近肿瘤细胞成纤维细胞活化为CAF后能分泌丰富的促肿瘤因子，这些分泌的因子可以与邻近肿瘤细胞上表达的受体或其他分子相互作用，通过复杂的旁分泌信号网络促进肿瘤细胞的恶性行为。例如CAF产生的HGF通过作用于肿瘤细胞上的met受体激活下游信号转导从而促进胃癌细胞的生长和迁移[9]；CXCL12（SDF-1）可以结合肿瘤细胞上的CXCR4受体，促进乳腺肿瘤细胞的生长[10]。最新的研究表明，CAF高表达半乳糖凝集素（galectin-1，Gal-1），可以通过上调胃癌细胞中整合素integrin β1的表达从而促进胃癌细胞的迁移和侵袭[11]。近来有人发现CAF还能分泌一种特殊的CD81外泌小体（exosome），可以通过内吞作用进入乳腺癌细胞，动员肿瘤细胞自分泌的Wnt-PCP信号，从而驱动肿瘤细胞的运动侵袭行为，促进肺转移瘤的形成[12]。

2.1.2CAF诱导肿瘤干细胞表型CAF还可以诱导已分化的肿瘤细胞表达肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）表型，并驱动上皮间质转化（epithelialmedium transition，EMT）过程，从而增强肿瘤的克隆形成能力，促进肿瘤的发生和形成。例如，CAF介导的IGF-II/IGF1R旁分泌信号通路能诱导肺癌细胞中Nanog的表达并活化其CSC表型，促进肿瘤的发生并与非小细胞肺癌（NSCLC）患者的不良预后相关[13]。最近的研究发现干细胞标记分子CD44在CAF上高表达，并受到微环境局部缺氧和低血供等因素的正性调节，体外实验证实CAF上表达的CD44参与维持肿瘤细胞的CSC表型及其克隆球形成能力，促进肿瘤的发生和形成[14]。此外，CAF诱导肿瘤细胞EMT的发生，提高肿瘤细胞的运动和迁移能力[15]。例如，CAF可以依赖HIF-1的活化分泌碳酸酐酶(CAIX)，引起细胞外基质酸度升高并促进CAF分泌MMP-2/9，从而诱导肿瘤细胞EMT的发生，增强前列腺肿瘤细胞的迁移运动能力[16]。

2.1.3CAF支持肿瘤转移起始细胞的转移定植肿瘤转移起始细胞（metastasis-initiating cancer cells）从原发灶播散、迁移至远处器官，定植后继续增殖生长形成肿瘤转移灶，是肿瘤转移的关键步骤。CAF能在肿瘤远处转移位点产生POSTN，TN-C等基质组分，支持转移起始细胞的迁移行为并促进其在远处器官的定植。有人在转基因小鼠模型中发现浸润肿瘤细胞产生TGF-β3诱导肺转移瘤基质中的CAF产生POSTN，增强肿瘤细胞中Wnt信号从而诱导CSC特性，促进播散乳腺癌细胞在肺中的转移定植[17]；TN-C是转移微环境中的另一重要组分，主要来源于FSP-1+的CAF亚群，同样促进播散乳腺癌细胞在肺中的转移定植[18]，近来有人阐明了TN-C促进肿瘤转移的机制可能是通过下调DKK1抑制子的水平从而激活肿瘤细胞中Wnt信号通路[19]。

2.2CAF间接促进肿瘤进展的分子机制

2.2.1CAF调节细胞外基质重塑肿瘤的发生发展在一定程度上依赖于周围组织环境的理化特征，尤其是细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的结构特征对肿瘤的发生发展及侵袭转移起着关键作用。CAF能通过多种方式调节ECM的重塑，改变其结构及硬度，从而创造一个有利于肿瘤细胞侵袭迁移的环境。CAF产生丰富的ECM蛋白（例如基质金属蛋白酶、胶原、层粘连蛋白），这些蛋白自身的沉积能够直接影响上皮细胞的恶性转化及肿瘤细胞的播散转移。另外，CAF介导的信号通路能够调控细胞骨架，促进肿瘤微环境中张力的产生，提升肿瘤基质硬度从而支持恶性进程[20-21]。例如，乳腺癌CAF中YAP转录因子通过调节细胞骨架调节子ANLN/DIAPH3等的表达以及MYL9/MYC2蛋白表达水平，调控肌动球蛋白细胞骨架，促进基质硬化从而有利于肿瘤侵袭[22]；CAF产生的小窝蛋白-1可以通过p190定位和磷酸化的改变而调节RhoGTP酶活性，加强细胞的伸长及收缩运动以及细胞间黏附，促进肿瘤细胞的侵袭转移[23]。

此外，CAF能重塑细胞外基质产生引导肿瘤细胞集体迁移的通道，从而支持肿瘤的侵袭转移过程。研究表明，CAF中的细胞因子信号通过受体亚基GP130-IL6ST和激酶JAK1，联合Rho-ROCK信号，能够提高肌动球蛋白收缩性，从而重塑基质产生引导人鳞状肿瘤细胞集体侵袭的通道[24]；另外，palladin，一种肌动蛋白相关蛋白，在多种人类实体瘤基质成纤维细胞中均有高表达，通过调节cdc42的活性促进CAF形成侵袭性伪足及降解基质，也可以产生引导肿瘤细胞迁移的通道，促进肿瘤进展[25]。

2.2.2CAF促进肿瘤血管生成肿瘤血管是肿瘤营养供应及肿瘤细胞播散的通道，在肿瘤的生长和转移中发挥重要作用。CAF通过产生VEGF、FGF等血管内皮细胞生长因子[26]或招募内皮祖细胞，诱导肿瘤基质中血管内皮细胞网络的形成，促进肿瘤血管生成从而促进肿瘤进展。研究表明卵巢癌CAF通过自分泌生长调节致癌基因α（growthregulated oncogene α，GRO-α）蛋白，激活NF-κB核转位和VEGF表达，促进卵巢癌组织血管增生和肿瘤生长[27]；结肠癌CAF通过释放大量IL-6诱导自身VEGF的表达[28]；前列腺癌CAF可以受自分泌的CXCL14诱导而分泌FGF-2、VEGF等因子，促进肿瘤血管生成[29]。另外，乳腺癌中CAF产生的CXCL12（SDF-1）可以招募内皮祖细胞[12]；乳腺基质成纤维细胞中Ets2的激活也能诱导自身表达大量肿瘤相关基因如MMP9、VEGF-A等，并招募内皮祖细胞，共同诱导和促进肿瘤血管生成过程[30]。

2.2.3CAF诱导肿瘤相关炎症及免疫抑制大量研究已证实CAF与肿瘤相关炎症之间存在着确定的关系。CAF在受到肿瘤微环境中相关信号因子（如IL-1、TNF-α等）的刺激后，可以启动促炎症应答产生丰富的炎性介质（如COX-2、OPN、CXCL1、CXCL2、CXCL12、CXCL14、CCL2、CCL5、IL-6、IL-1β等），招募并调节免疫细胞的功能，诱导肿瘤相关炎症的发生从而促进肿瘤进展[31]。

一方面，CAF产生的炎性介质能够招募多种免疫细胞（如巨噬细胞、单核细胞等）至肿瘤微环境发挥相应的促肿瘤作用。例如，CAF产生的CXCL14能招募肿瘤相关巨噬细胞至前列腺肿瘤基质，从而促进肿瘤的生长[29]；CXCL12能招募肥大细胞至前列腺肿瘤基质，促进CXCL5、CCL20等炎症因子的表达，从而促进肿瘤进展[32]；CCL2能招募单核细胞到乳腺癌的肺转移瘤中，支持转移瘤的生长[33]。另一方面，CAF能调节免疫细胞的功能，主要表现为：首先，CAF能调节T淋巴细胞的聚集和活化，CAF表达的TGF-β能抑制T淋巴细胞、NK细胞及CD8+T淋巴细胞的作用，聚集Treg细胞，从而阻断抗肿瘤免疫活性；其次，CAF还能影响T细胞极化的转换，通过分泌胸腺基质淋巴生成素（TSLP），诱导Th1向Th2的转化从而促进胰腺肿瘤的生长和转移[34]；另外，CAF产生的炎性介质还可以诱导免疫抑制细胞的分化，胰腺星形细胞产生的IL-6、M-CSF等炎性因子通过STAT3磷酸化依赖的途径，促进外周血单核细胞（PBMC）分化为CD11b+CD33+骨髓来源的抑制细胞（MDSC），从而抑制自体T淋巴细胞的增殖，诱导免疫逃逸，间接支持肿瘤生长[35]。

3　小结

综上所述，CAF是肿瘤微环境中最主要的基质细胞，通过错综复杂的机制调控肿瘤的发生发展，并对肿瘤的结局和预后产生重要的影响。笔者在此主要讨论CAF促进肿瘤进展的作用机制，但是必须指出也有研究表明CAF同时发挥着抑制肿瘤生长的作用。例如，有研究表明CAF产生的TGF-β对肿瘤进展具有双向调节作用，可能是由于不同的组织和细胞类型决定了CAF不同的作用模式[36]，这是需要继续深入研究的一个问题。另外，需要进一步区分有着不同细胞起源以及表达不同分子标记的CAF亚群，从而全面了解CAF复杂的促肿瘤作用，同时有利于发展精准的靶向治疗。关于CAF促肿瘤表型的维持机制也有待深入探究，明确CAF基因变异与表观蚀变的存在，并以此为基础开发基因治疗及个体化靶向治疗。总之，对CAF的深入研究有助于阐明肿瘤的发生及演进机制，并有望为肿瘤的早期诊断或预后提供新的特异性指标；同时可以预见，针对CAF的肿瘤个体化靶向治疗必将为恶性肿瘤的根治带来新的契机。

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R73-3

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.01.11

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（corresponding author），邮箱：wanglinlinatjn@163.com

2015-05-12）