本文原載于《國際腫瘤學(xué)雜志》2017年第2期
癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblast，CAF)在腫瘤微環(huán)境中的重要作用已受到廣泛的重視。該細(xì)胞通過與癌細(xì)胞的直接接觸、分泌多種因子以及對腫瘤基質(zhì)的改造，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移甚至耐藥性的發(fā)生[1]。隨著研究的深入，有人提出CAF可能成為抗腫瘤治療的新靶點(diǎn)[2]。然而CAF的分化來源多樣，相應(yīng)的形態(tài)和功能各異，因此深入了解CAF的分化來源有利于更全面地認(rèn)識(shí)腫瘤發(fā)展的機(jī)制，為臨床治療提供理論依據(jù)。
CAF是一種處于持續(xù)活化狀態(tài)的成纖維細(xì)胞，是腫瘤基質(zhì)中最重要的細(xì)胞成分之一。CAF胞體呈大小不均的紡錘形，胞質(zhì)突觸少，排列無方向性，胞質(zhì)富含應(yīng)力纖維。該細(xì)胞的特異性標(biāo)志物包括：α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)、腱蛋白C、骨膜蛋白、NG2硫酸軟骨素蛋白多糖、血小板源性生長因子受體α/β、成纖維細(xì)胞激活蛋白(fibroblast activation protein，F(xiàn)AP)。而波形蛋白、纖連蛋白、Ⅰ型膠原、脯氨酸4羥化酶、成纖維細(xì)胞表面蛋白、成纖維細(xì)胞特異蛋白(fibroblast specific protein，F(xiàn)SP)-1等則被用于對包括CAF在內(nèi)的間質(zhì)細(xì)胞的鑒定[2]。其中α-SMA、FAP及波形蛋白的使用最為廣泛，F(xiàn)AP通過解離與基質(zhì)蛋白結(jié)合的生長因子，發(fā)揮促腫瘤微血管生成及促腫瘤細(xì)胞生長的作用，對腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)具有重要意義。
2.1 成纖維細(xì)胞
成纖維細(xì)胞廣泛分布于機(jī)體的各個(gè)組織和器官。主流觀點(diǎn)認(rèn)為腫瘤基質(zhì)中正常(靜息態(tài))的成纖維細(xì)胞，可在癌細(xì)胞分泌的生長因子或細(xì)胞因子的作用下激活、分化成為CAF，后者轉(zhuǎn)而促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。然而研究顯示即使脫離了癌細(xì)胞，CAF在遺傳學(xué)或表觀遺傳學(xué)上已經(jīng)發(fā)生改變[3]。
近期有報(bào)道，活性氧簇可通過上調(diào)乏氧誘導(dǎo)因子1α和趨化因子CXCL12促進(jìn)成纖維細(xì)胞的活化[4]。敲除大鼠乳腺癌中氧化應(yīng)激負(fù)向調(diào)節(jié)因子JunD基因后，發(fā)現(xiàn)腫瘤間質(zhì)成分發(fā)生顯著改變，并且JunD－/－成纖維細(xì)胞高表達(dá)波形蛋白，CAF數(shù)量顯著增加?；蚍治霭l(fā)現(xiàn)該變化與編碼細(xì)胞外基質(zhì)和基質(zhì)金屬蛋白酶相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)有關(guān)，該研究表明氧化應(yīng)激可促進(jìn)成纖維細(xì)胞的活化，影響腫瘤的發(fā)展。
Mitra等[5]研究證實(shí)，微小RNA(miRNA)可協(xié)助癌細(xì)胞誘導(dǎo)正常成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為CAF。miRNA是一種內(nèi)源性、具有轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控功能的非編碼RNA，成熟的miRNA組裝進(jìn)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，降解靶RNA或阻遏其翻譯，其異常表達(dá)與多種腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，具有癌基因或抑癌基因作用。在卵巢癌中可觀察到miR-31、miR-214明顯下調(diào)和miR-155上調(diào)，這3種miRNA的聯(lián)合表達(dá)可促進(jìn)成纖維細(xì)胞的活化，增強(qiáng)其遷移、侵襲及增殖的能力。利用miRNA及其抑制劑干預(yù)后，可證實(shí)成纖維細(xì)胞向CAF的功能轉(zhuǎn)化，所獲得的CAF與原代CAF在驅(qū)化因子相關(guān)基因的表達(dá)上具有高度相似性，其中以miR-214的靶分子CCL5最為顯著。隨后，Pang等[6]將胰腺成纖維細(xì)胞及胰腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)正常成纖維細(xì)胞向CAF的轉(zhuǎn)化，深入研究發(fā)現(xiàn)，無論是運(yùn)用含有高水平miR-155胰腺癌來源的微囊泡(外泌體)處理正常細(xì)胞，還是通過下調(diào)miR-155相關(guān)蛋白，均可得到類似結(jié)果。從而證實(shí)miR-155是改變成纖維細(xì)胞表型、使之向CAF轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。
以上研究不僅證實(shí)成纖維細(xì)胞是CAF的重要來源，還發(fā)現(xiàn)通過miRNA干預(yù)，可促進(jìn)CAF表型轉(zhuǎn)換與表觀遺傳學(xué)的改變，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，無論是針對CAF還是針對參與其分化過程的微囊泡、miRNA等物質(zhì)都可成為抗腫瘤研究的突破點(diǎn)。
2.2 上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化
上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)在胚胎發(fā)育、慢性炎癥、組織重建、器官纖維化和癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。上皮細(xì)胞黏附分子如E-鈣黏蛋白(E-cadherin)等的減少或丟失是EMT的標(biāo)志性變化，進(jìn)而呈現(xiàn)許多非上皮細(xì)胞的特征：細(xì)胞骨架以波形蛋白為主，上皮表型消失，間質(zhì)表型出現(xiàn)，細(xì)胞失去極性而脫離基底膜，胞間黏附力降低，獲得較強(qiáng)的遷移、侵襲、抗凋亡能力[7]。
Dehai等[8]在體外培養(yǎng)肺癌細(xì)胞(A549)中發(fā)現(xiàn)，在給予外源性白細(xì)胞介素(IL)-6培養(yǎng)24 h后，原呈現(xiàn)緊密排列的細(xì)胞呈梭形改變，細(xì)胞間隙由緊密變?yōu)槭杷?。同時(shí)發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞的標(biāo)志物E-cadherin表達(dá)顯著降低，而間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物波形蛋白表達(dá)上調(diào)；同時(shí)細(xì)胞的侵襲能力較對照組顯著提高。
轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β可通過激活經(jīng)典Smad通路或非Smad通路(包括Ras-ERK通路、JNK通路、p38MAPK通路等)誘導(dǎo)上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。Watanabe-Takano等[9]用TGF-β1處理Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞(RLE-6TN)后發(fā)現(xiàn)，TGF-β1通過激活該細(xì)胞的Ras-ERK信號而發(fā)生EMT，轉(zhuǎn)化為活化的成纖維細(xì)胞。Ras-ERK通路是MAPK眾多通路中的一條，該通路可負(fù)向調(diào)節(jié)TGF-β1功能而參與RLE-6TN細(xì)胞EMT的調(diào)控，而該通路抑制劑DA-Raf在TGF-β1誘導(dǎo)的EMT中被證實(shí)具有重要作用。
2.3 內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化
內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial to mesenchymal transition，EndMT)是指組織中的內(nèi)皮細(xì)胞在某些刺激下獲得間質(zhì)細(xì)胞樣表型。在轉(zhuǎn)化過程中，內(nèi)皮細(xì)胞首先發(fā)生細(xì)胞-細(xì)胞脫離，從原細(xì)胞層脫落，形態(tài)上呈長梭形，失去內(nèi)皮細(xì)胞特征(如CD31和E-cadherin分子等)，而表達(dá)間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物(如α-SMA和FSP-1等)。EndMT參與多種疾病的發(fā)生，如心、腎等器官纖維化、動(dòng)脈粥樣硬化、傷口愈合等，同時(shí)也是CAF的重要來源[10]。
有研究通過兩種動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)，癌組織中有較大部分的CAF具有內(nèi)皮源性，其中約11%的α-SMA＋細(xì)胞同時(shí)高表達(dá)CD31，而約40%的FSP-1＋血管周圍細(xì)胞也表達(dá)CD31[11]。隨后運(yùn)用內(nèi)皮細(xì)胞不可逆表達(dá)lacZ蛋白的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)行了驗(yàn)證，并得到了類似的結(jié)果。Nie等[12]體外共培養(yǎng)食管微血管內(nèi)皮細(xì)胞與食管腺癌細(xì)胞3 d后，內(nèi)皮細(xì)胞由鵝卵石樣向長梭形樣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，無論是PCR還是免疫熒光染色均觀察到波形蛋白、FSP等間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物高表達(dá)，而CD31或E-cadherin的表達(dá)下降。
2.4 骨髓干細(xì)胞
骨髓干細(xì)胞包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)與骨髓造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell，HSC)，MSC具有干細(xì)胞的共性，即自我更新、多向分化和歸巢能力。在炎癥或組織損傷時(shí)，遷移至損傷處的MSC通過分泌表皮生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子等參與修復(fù)；當(dāng)遷移至腫瘤組織時(shí)，通過基質(zhì)形成、分泌生長因子、促侵襲相關(guān)蛋白和促血管生成因子改造腫瘤微環(huán)境[13]。
Paggetti等[14]使用慢性淋巴細(xì)胞性白血病來源的微囊泡(外泌體)處理骨髓MSC后，發(fā)現(xiàn)骨髓MSC的細(xì)胞骨架發(fā)生改變，大量應(yīng)力纖維形成。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)不僅α-SMA、細(xì)胞因子、驅(qū)化因子及促血管生成因子大量表達(dá)，還檢測到多種CAF特征性基因的表達(dá)，證明MSC可向CAF表型轉(zhuǎn)化。同樣，將人MSC暴露于腫瘤條件培養(yǎng)基中，可觀察到CAF樣表型的細(xì)胞出現(xiàn)，并展現(xiàn)出類似的功能特性，如持續(xù)表達(dá)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1，促進(jìn)癌細(xì)胞生長，表達(dá)α-SMA和FSP等標(biāo)志物，分析基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)得到的細(xì)胞與CAF也具有相似性[15]。
作為骨髓干細(xì)胞的另一個(gè)重要成員，骨髓HSC除了造血功能外，還可分化為其他若干組織細(xì)胞類型，如肥大細(xì)胞和破骨細(xì)胞。近期研究發(fā)現(xiàn)，HSC也具有促腫瘤作用[16]。Mcdonald等[17]將表達(dá)綠色熒光蛋白的Lin－Sca1＋c-kithiCD34－HSC與癌細(xì)胞先后注射入小鼠中，腫瘤組織中可發(fā)現(xiàn)表達(dá)綠色熒光蛋白的成纖維細(xì)胞樣表型的細(xì)胞，并表達(dá)活化成纖維細(xì)胞的標(biāo)志物(Ⅰ型膠原和α-SMA)，同時(shí)通過參與細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展與血管形成。
以上實(shí)驗(yàn)證實(shí)無論是骨髓MSC還是骨髓HSC，在腫瘤微環(huán)境中，通過分泌多種細(xì)胞因子、信號分子等相互作用，發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長、分化、代謝等生物學(xué)特性的改變，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。
2.5 脂肪干細(xì)胞
脂肪干細(xì)胞(adipose tissue-derived stem cell，ASC)是從脂肪組織中分離獲得的具有多分化潛能的干細(xì)胞，主要參與組織細(xì)胞的功能修復(fù)和再生。在腫瘤中，ASC分布于癌組織周圍，與癌細(xì)胞直接接觸，通過細(xì)胞間相互作用，發(fā)揮其促腫瘤生長作用。
Kidd等[18]在乳腺模型中，發(fā)現(xiàn)在小鼠體內(nèi)移植高表達(dá)綠色熒光蛋白的脂肪組織后，在其周圍注入乳腺癌細(xì)胞，觀察到約55%的綠色熒光細(xì)胞表現(xiàn)α-SMA＋，相當(dāng)一部分FSP＋、FAP＋的CAF源于MSC或ASC，其中尤以周細(xì)胞、α-SMA＋活化成纖維細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞更為顯著。Jotzu等[19]用乳腺癌細(xì)胞的條件培養(yǎng)基處理人源ASC后，觀察到部分ASC向CAF樣表型轉(zhuǎn)化。此外，ASC的侵襲性增強(qiáng)，波形蛋白、α-SMA、CXCL12及CCL5等蛋白表達(dá)增加。深入研究發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象與條件培養(yǎng)基中富含的TGF-β1有關(guān)。
前文已述，外泌體可促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為CAF。Cho等[20]研究表明，在乳腺癌中，外泌體同樣可促使ASC轉(zhuǎn)化為活化的成纖維細(xì)胞(高表達(dá)α-SMA)，干預(yù)后的ASC被誘導(dǎo)產(chǎn)生促腫瘤生長因子CXCL12、血管內(nèi)皮生長因子、CCL5、TGF-β1及其受體。該小組進(jìn)一步研究證實(shí)，外泌體通過激活Smad通路促使ASC向活化成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。
鑒于其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要作用，如何針對CAF開發(fā)治療方法一直是抗癌研究的熱點(diǎn)。運(yùn)用針對FAP的DNA疫苗消除CAF后，腫瘤微環(huán)境中的免疫類型由Th2型轉(zhuǎn)變?yōu)門h1型[21]。相應(yīng)的，對樹突狀細(xì)胞及CD8＋T細(xì)胞的趨化增強(qiáng)，IL-4、IL-6表達(dá)降低，而IL-2、IL-7表達(dá)增加，腫瘤新生血管及淋巴管的生成受到抑制，增強(qiáng)了化療藥物(多柔比星)的療效。
Li等[22]的研究則發(fā)現(xiàn)，使用奧沙利鉑會(huì)促進(jìn)CAF生成因子的表達(dá)，從而增加腫瘤微環(huán)境中CAF的數(shù)量；而將奧沙利鉑與小分子二肽基肽酶抑制劑PT-100(可靶向結(jié)合FAP、抑制CAF的產(chǎn)生)共同作用于荷瘤小鼠模型時(shí)，腫瘤中CAF數(shù)量明顯減少，動(dòng)物生存期顯著延長。該研究證實(shí)，CAF抑制劑聯(lián)合化療藥物可增加化療藥物療效，減少促腫瘤生長免疫細(xì)胞的募集，為抗腫瘤治療提供了新的思路。
腫瘤微環(huán)境是腫瘤生長的'土壤' ，如何有針對性地減少CAF的產(chǎn)生，抑制CAF與癌細(xì)胞間的惡性'對話' [1,3]，破壞腫瘤微環(huán)境的完整性，削弱其血管生成和侵襲轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)而達(dá)到延緩腫瘤進(jìn)展是目前亟待解決的問題[23]。然而因?yàn)镃AF的多源性與異質(zhì)性，使得尋找有效抑制CAF的手段成為研究的難點(diǎn)。不可否認(rèn)，目前全世界對CAF及其相關(guān)作用和機(jī)制的研究已有豐富的成果，但是也存在部分爭議[24]。相信隨著對CAF作用和機(jī)制研究的日益深入，以抗CAF為基礎(chǔ)的抗癌治療方法將在不久的未來問世。
參考文獻(xiàn)（略）
