成纤维细胞在肝癌发生发展中的作用

刘雨 俞星新 耿志达 陈政良 惠鹏 综述 梁英健 审校

肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)是全球第五大癌症相关死亡原因[1]。乙型肝炎是中国肝癌患者最主要的发病原因[2]。发达国家肝癌的主要病因是慢性丙型肝炎(HCV)、酒精性肝硬化和非酒精性脂肪性肝炎[3]。除此以外，还存在有其他的危险因素，包括大量饮酒和一些代谢性疾病，如血色素沉着症和α-1-抗胰蛋白酶缺乏症。在多种病变因素的作用下导致肝脏的本身结构发生了纤维化等改变。

由于炎症等其他损伤持续存在，导致大量的细胞外基质沉积(特别是I型胶原)，进一步发生纤维化[4]，进而形成再生和发育不良结节。这种破坏-再生过程的循环最终会导致肝硬化，甚至癌变。HCC的发生发展始终与肝纤维化和肝硬化密切相关，约70%～90%HCC患者的肝脏有潜在的纤维化情况，约三分之一的肝硬化患者最终会发展成HCC[5]。已有临床证据证实阻断导致肝脏纤维化的损害时，肝纤维化会发生逆转[6-8]。肝纤维化逆转阻止了患者发生肝硬化，降低了进展为肝癌的风险，但发生肝癌的几率仍然存在[9-10]。为了方便广大学者对肿瘤相关成纤维细胞(Cancer-associated fibroblasts，CAFs)在肝癌的发生发展中的作用进行详实的了解，本文将对其可能来源、在肿瘤的功能进行综述。

1 肝成纤维细胞的起源

1.1 肝星状细胞(Hepatic stellate cells，HSCs)

HSCs位于肝细胞和肝血窦内皮细胞间的窦周间隙(Disse间隙)中，约占所有肝脏固有细胞的5%～8%[11]。在正常肝脏中，HSCs通常为静止的状态。静止期HSCs最显著的表现为“胞浆中含有多个富含维生素A的脂滴”，HSCs在慢性肝损伤过程中由静止转为激活，在此过程中，HSCs逐渐失去其脂滴，转化为增殖的、致纤维化的成纤维细胞[12-13]。目前已有大量证据表明HSCs可能在HCC的发生发展中起重要作用，HCC中的成纤维细胞被广泛认为来源于HSCs[14-16]。肝癌细胞来源的外泌体 miRNA-21可以通过浓度依赖的方式激活HSCs中PDK1/AKT信号通路，使得HSCs转化为α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)和肝癌细胞成纤维细胞激活蛋白(Fibroblast activation protein，FAP)阳性的CAFs，活化的CAFs通过分泌血管生成细胞因子进一步促进癌症进展[17]。Zou等[18]证实肝癌组织中CAFs标志物与肿瘤的病理类型和临床进展有关，不同的CAFs标志物与肿瘤的不同类型相关。因此，作为成纤维细胞的前体细胞——HSCs，是肝癌发生前预防和治疗肝纤维化甚至逆转纤维化的主要细胞靶点。

1.2 肝祖细胞(Hepatic progenitor cell，HPCs)

HPCs是一种双能祖细胞，在肝脏受到损伤后既可以产生肝细胞，也可以产生胆管细胞。相关研究发现从慢性损伤的肝脏中分离出的HPCs除了产生肝细胞及胆管细胞以外也可以产生成纤维细胞[19-20]。在肿瘤的发展过程中，HPCs可以通过产生丰富的成纤维细胞来促进肿瘤微环境的形成，这些细胞可作为肿瘤生长和生存的有利基础。因此，HPCs也可以被定义为具有分化成为成纤维细胞潜能的细胞，这种细胞在肿瘤形成过程中可以被特异性地激活[19]。因此，HPCs未来也可能作为预防肝硬化、肝癌的潜在靶点。

1.3 间皮细胞(Mesothelial cells，MCs)

MCs是一种简单的鳞状细胞，它们的功能是分泌润滑液以减少器官运动时的摩擦力，主要排列在内脏器官和体腔(腹膜、心包和胸膜)表面，并且具有上皮和间质的特征[21]。MCs与HSCs的激活类似，接受转化生长因子β的诱导转化为成纤维细胞，也可以经间皮-间充质转化，并分化为HSCs和成纤维细胞而参与肝损伤[22-23]。慢性肝损伤后MCs从肝表面向内迁移，根据不同的损伤因素产生HSCs或成纤维细胞，证实了MCs是囊膜纤维化中成纤维细胞的来源[23]。综上，MCs可能通过分化为HSCs间接促进肝纤维化。

1.4 肝细胞

上皮-间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)可使上皮细胞获得运动性和间质特征[24]。已有研究证实EMT在肿瘤细胞的侵袭和转移时起重要作用[18]。研究证实肝细胞可以通过EMT作用转化为成纤维细胞特异性蛋白-1阳性(Fibroblast specific protein-1，FSP1)的细胞参与肝脏纤维化的过程[25-26]。也有一些研究证实了相反的情况[27-28]。目前针对肝细胞是否会转化为成纤维细胞这一问题还需要进一步的研究来阐明。

1.5 纤维细胞

在肝脏受到损伤或转化生长因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)的刺激时，纤维细胞下调造血标志物的表达，并迅速分化为α-SMA+的成纤维细胞[29]。研究证实循环纤维细胞的数量与HCV所致肝硬化的病情严重程度相关，靶向纤维细胞可能成为治疗纤维化疾病的有效手段[30]。与此相悖的是，基于遗传谱系追踪小鼠肝纤维化模型的研究表明，成纤维细胞的来源大多来自骨髓以外，这表明肝纤维化时纤维细胞的作用有限[16]。

1.6 门静脉成纤维细胞(Portal fibroblasts，PFs)

PFs位于门静脉周围间隙，是一种静止的梭形成纤维细胞。Medevacke等[16，31]证实了活化的PFs和活化的HSCs促进Mdr2小鼠胆汁淤积性纤维化，其机制可能与Gr1髓系细胞的早期募集和促炎细胞因子的上调有关，并可作为逆转纤维化治疗的靶点[32]。当然也有研究证实，在淤胆性肝损伤和肝毒性肝损伤中，活化的HSCs同样也是成纤维细胞的重要来源。因此，PFs和HSCs在肝纤维化的过程中都起到了较为重要的作用，并且提供了逆转纤维化的治疗靶点，为未来肝脏纤维化的诊治提供了新思路。

2 肝成纤维细胞在HCC发生发展中的作用

2.1 CAFs可以改变HCC中的细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)

ECM是一个由胶原蛋白、非胶原蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖与氨基聚糖组成的可以随着肿瘤发生发展动态变化的不断重塑的系统[33]。目前的研究表明，CAFs还负责关键的ECM蛋白(如胶原、纤维连接蛋白和层粘连蛋白)的沉积，以及分泌ECM降解酶(如基质金属蛋白酶)，促进CAFs的迁移和ECM的降解，从而允许肿瘤细胞的侵袭[34]。Santamato等[35]的报道称，HSCs分泌ECM组分层粘连蛋白-5，通过MEK/ERK信号途径刺激肝癌细胞的迁移和侵袭。CAFs可以通过α5β1整合素过度表达肌球蛋白(Myosin II)和PDGFRα，导致收缩力和牵引力增强，促进平行纤维中大量的纤维连接蛋白的排列改变，引导癌细胞定向迁移，参与ECM重构[36]。通过改变细胞外基质，CAFs重建了适宜癌细胞侵袭的良好间质环境，为肿瘤的转移提供了良好的环境基础。

2.2 CAFs增强肝癌细胞的干性

肿瘤干细胞(Cancer stem cells，CSCs)是肿瘤组织中的一小部分干细胞样癌细胞亚群，同时具有癌细胞和干细胞的双重特征，对肝癌的形成、生长和转移起着决定性的作用[37]。CSCs具有自我更新能力和多向分化潜能，可导致HCC的转移、化疗耐药和复发[38]。CAFs是HCC中肿瘤间质的主要组成部分，因此其对肿瘤干性也可能具有重要意义。以往的研究证实了CAFs可以通过分泌肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor，HGF)作用于 c-MET/FRA1/HEY1 信号通路或者通过分泌HGF及IL-6作用于磷酸化的STAT3信号通路增加CD24+HCC的干性[39-40]。Xiong等[41]也证实了CAFs可以通过分泌高水平的IL-6来增强STAT3/Notch信号通路，增加了HCC细胞的干性。总而言之，CAFs可以通过调节肝癌细胞的干细胞特性以促进肝癌的发展。

2.3 CAFs促进肿瘤耐药

肝癌治疗过程中的一个不可避免的问题是耐药性的产生。目前晚期HCC一线治疗策略是索拉非尼治疗，根据索拉非尼肝癌评估随机方案试验结果，索拉非尼可延长肝癌患者的生存期。然而耐药性限制了其疗效[42]。CAFs可能通过分泌多种类型的细胞因子和囊泡，从而诱导肝癌细胞产生耐药。HCC细胞可以通过分泌外泌体miR-1247-3p诱导CAFs活化，增加炎症因子如IL1B、IL6和IL8的上调，促进了HCC对索拉非尼的耐药情况[43]。研究证实HGF可激活c-Met和MEK-ERK1/2通路，上调肝癌细胞CD73的表达，CD73进一步促进了肝癌细胞对索拉非尼和顺铂的耐药性[44]。Liu等[45]证实了CAFs通过旁分泌信号促进肿瘤的类器官生长，同时癌细胞分泌旁分泌因子调节CAFs的生理过程，同时证实了CAFs促进了肿瘤器官对临床使用的抗癌药物，包括索拉非尼、瑞格拉非尼和5-氟尿嘧啶产生耐药性。综上，CAFs在肝脏肿瘤中的耐药性起到了很大作用。

2.4 CAFs促进肝癌的血管生成和血管生成拟态

肿瘤血管生成是指在原有血管的基础上建立新的血管，是肿瘤生长和代谢的关键因素[46]。肿瘤的生长和转移很大程度上依靠血液供应的营养物质和氧气，因此血管生成被认为是癌症的“标志”之一[47]。微环境中癌细胞和基质细胞分泌的各种促血管生成因子可以调节血管生成。作为肿瘤间质的主要成分，由于缺氧等生理刺激激活的CAFs可通过产生血管生成因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)、MMP2和MMP9等，诱导血管生成，加速肝癌细胞生长[17，48]。血管生成拟态(Vasculogenic mimicry，VM)指侵袭性肿瘤细胞通过自我变形和ECM重塑形成血管样结构，也可以作为恶性肿瘤的特殊血液供应[17]。已有研究证实了从新鲜HCC组织中分离出的CAFs还具有通过旁分泌因子TGF-β和SDF-1诱导HCC细胞形成VM来维持肿瘤的血液供应的功能[49]。综上，CAFs在促进肝癌的血管生成和VM的过程中起到了关键作用。

2.5 CAFs在HCC中诱导免疫抑制环境

肝细胞癌的肿瘤微环境(Tumor microenvironment，TME)的特点是显著的ECM重塑和非肿瘤间质细胞浸润，其特征为含有大量肿瘤相关的间质和免疫细胞，包括肿瘤相关的CAFs、B细胞和T细胞、中性粒细胞、内皮细胞和肿瘤相关的巨噬细胞(Tumor-associated macrophages，TAMs)[50]。CAFs可以招募炎症细胞和免疫细胞，如骨髓源性抑制细胞(Marrow-derived suppressor cells，MDSCs)、中性粒细胞、单核细胞和树突状细胞，引导细胞中免疫抑制表型的表达，增加HCC的免疫抑制[51]。其中MDSCs是由不同分化状态的未成熟骨髓细胞组成的异质性群体，并且MDSCs可以抑制自然杀伤(NK)细胞的活性，影响T细胞的增殖和活化，抑制机体TME的免疫应答[52-53]。Cheng等[54]也证实了CAFs可以分泌TGF-β和CXCL13，促进免疫抑制调节性T细胞(Regulatory cells，Tregs)的增殖，从而加速癌细胞在肝脏TME中的生长。上述证据表明，CAFs通过与TME中不同类型的免疫细胞相互作用，参与肝癌的免疫抑制功能。

3 小结与展望

肝癌通常是在慢性炎症和纤维化基础之上进展的[55]，越来越多的证据表明，CAFs在肝癌侵袭行为中起着关键的作用。目前已有大量的研究表明，HSCs是CAFs的前体，HSCs细胞负责ECM沉积，而ECM沉积是纤维化的标志。CAFs促进HCC进展的潜在机制包括ECM重塑、新生血管形成、免疫抑制、肝癌细胞的干细胞特性。鉴于CAFs在HCC进展中的关键作用，CAFs可能是治疗HCC的一个有价值的新思路，但有待于进一步深入研究，并且有望成为有效的预防和治疗肝癌的新方向。未来的肝癌治疗发展方向可以进一步的明确CAFs的来源，寻找最准确的CAFs标记物，在不损伤正常组织的情况下精准的靶向治疗，改善患者耐药情况，从根源上改善肝脏的纤维化程度。加强对CAFs的研究对于肝癌的治疗以及预防均具有重要意义。同时可以针对患者应用最新出现的免疫调节治疗方案，提升患者预后情况，降低患者死亡率，改善患者生活质量。