结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是消化道系 统发病率最高的恶性肿瘤,也是癌症死亡的第二 大原因[1]｡研究报道,CRC的发生发展与肿瘤微环 境密切相关｡肿瘤微环境是由肿瘤与其周围组织相互作用形成,包括细胞成分(肿瘤细胞､肿瘤相 关成纤维细胞和内皮细胞等)和细胞外成分(细胞外 基质､细胞因子和信号分子等) [2]｡作为CRC微环 境中最主要的基质细胞,肿瘤相关成纤维细胞 (cancer associated fibroblasts,CAFs)是肿瘤组织中 活化的成纤维细胞,在CRC进展中发挥着重要作 用[3-6]｡本文主要介绍了CRC中CAFs的来源,讨论 CAFs通过不同方式参与CRC的进展,总结了目前 已有的相关研究结果,以期为CRC的治疗找寻新 的切入点｡

1、CAFs概述

成纤维细胞在1858年首先被定义为结缔组织中 合成胶原蛋白的细胞｡正常组织中的成纤维细胞 是组织间质的主要细胞成分,由胚胎时期的间充 质细胞分化而来,在一定条件下经过细胞因子刺 激可以称为活化的成纤维细胞,而肿瘤组织中的 激活的成纤维细胞又称为CAFs[7]｡CAFs是一种细 胞大小不均等､细胞形态不规则的梭形或多边形 细胞,参与细胞外基质成分的生成和沉积,调节 肿瘤微环境稳态､上皮细胞转化免疫应答等[8,9]｡ 据报道,CAFs与多种肿瘤的发生发展都存在密切 的关系｡

目前,CAFs的细胞鉴定主要基于形态学特征 和细胞表面蛋白的表达,但由于缺乏独有的蛋白 标记物,关于CAFs依然没有精准的定义｡曾经 CAFs被定义为α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)阳性的瘤周成纤维细胞,然而越来 越多的研究证实,α-SMA不是CAFs特异性表达蛋 白,其在癌旁成纤维细胞､平滑肌细胞和血管周 细胞也常有表达[10]｡因此,对于CAFs的鉴定往往 是联合使用几个蛋白标记物共同辅助完成,如成 纤维细胞活化蛋白､神经胶质抗原-2､成纤维细胞 特异性蛋白-1和血小板源性生长因子β等｡

2、CRC中CAFs的来源

研究显示,CAFs来源具有多样性,可以来源 于静止的成纤维细胞､上皮细胞､内皮细胞和间 充质干细胞等[9],因此表现出高度的异质性,不同 的CAFs亚群对肿瘤进展具有不同的作用,某些 CAFs能够促进肿瘤生长,某些CAFs则抑制肿瘤生长｡对于CAFs细胞的来源以及CAFs细胞在肿瘤的 发展中起促进作用或是抑制作用,目前的研究尚 不能明确解决上述疑问｡

从理论上讲,CAFs可以通过以下四种机制产 生,分别为增殖､活化､转分化和募集｡增殖: 在构建肿瘤原位小鼠模型的研究中发现,某些 CAFs会发生增殖[11],但增殖和非增殖的CAFs之间 的功能差别目前还不清楚;活化:在转化生长因 子β等因子的诱导下[12],静息的成纤维细胞可能发 生表型转化为活化的CAFs;转分化:多项研究表 明,非成纤维细胞谱系细胞,如上皮细胞,可以 通过上皮-间充质转化(epitelial-mesenchymal transition,EMT)分化为CAFs[13];募集:有研究者 在骨髓移植实验中证实,大约20% CAFs是从肿瘤 小鼠模型的骨髓中招募的[14]｡此外,有研究者对 CRC间充质中CAFs与骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells,MSCs)的 分泌蛋白进行组学差异分析,结果显示二者含有 的相同蛋白质高达52.5%[15],推测部分CAFs是由 MSCs衍化而来的｡然而,目前对于CAFs的起源仍 不确定｡

Worthley团队全面探讨了CRC特异性CAFs的细 胞起源,通过谱系追踪,确定了正常结肠中隐窝 底部的瘦素受体(leptin receptor,Lepr)谱系基质细 胞是CRC小鼠模型中增殖CAFs的主要来源,增殖 的CAFs高表达黑色素瘤细胞黏附分子(melanoma cell adhesion molecule,MCAM),并参与塑造驱动 CRC发生发展的肿瘤免疫微环境,提示阻止Lepr系 CAFs的产生或抑制MCAM活性可能是治疗CRC的 一个有效方法[16]｡

3、CAFs与CRC

肿瘤细胞与CAFs间的相互作用通过双向复杂的细胞接触和旁分泌方式贯穿于CRC进展的始终｡ 研究表明,CRC细胞通过旁分泌机制产生多种细 胞因子(如转化生长因子β､表皮生长因子和血小板 衍生生长因子等)或分泌细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)诱导CAFs的活化[17,18]｡此外,肿瘤 细胞还可以通过缺血､坏死等介导促炎性细胞失 去作用,如肿瘤相关巨噬细胞､分泌相关炎性因 子以及肿瘤坏死因子､白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-6等因子,促进CAFs的活化[19]｡在CRC 发展中,先是肿瘤细胞通过不同方式促进CAFs分 泌促肿瘤的趋化因子,继而这些趋化因子又反过 来作用于肿瘤细胞,促进肿瘤的生长和进展｡随 着研究的深入,CAFs在CRC中的作用机制逐渐被 阐明｡如图1所示,CAFs通过与CRC细胞相互作 用,促进CRC细胞发生EMT效应,使CRC细胞恶 性程度增加｡

3.1 CAFs促进CRC细胞的生长增殖

研究表明,CAFs分泌的各种因子,如转化生 长因子-β有助于维持肿瘤细胞微环境中肿瘤细胞的 恶性表型,刺激CRC细胞的增殖[20,21]｡此外,程序 性死亡蛋白与程序性死亡蛋白配体1(programmed cell death protein-ligand 1,PD-L1)的结合能够负向 调控T细胞的激活,影响肿瘤细胞增殖和凋亡等过 程｡Zhang等[21]研究表明,CAFs可以促进细胞外细 胞调节激酶5(extracellular signal-regulated kinase 5, ERK5)的磷酸化和PD-L1的表达,表明CAFs通过激活ERK5/PD-L1轴抑制杀伤性T细胞增殖,从而减 少免疫系统对CRC细胞的抑制,并导致CRC细胞 的增殖｡

越来越多的研究表明,CAFs可以通过分泌 EVs的方式与肿瘤细胞相互作用,参与肿瘤发生和 进展过程[22,23]｡Yang等[23]研究发现,CAFs分泌的 小EVs(small EVs,sEVs)中高表达蛋白质酪氨酸激 酶(WEE2-AS1),sEV WEE2-AS1通过泛素-蛋白酶 体途径降解其蛋白质伴侣激酶激活因子,抑制 Hippo途径,从而促进CRC细胞的生长｡该研究还 发现,CRC患者血浆sEV中的WEE2-AS1表达也显 著高于正常健康人,并与患者病理分期的进展和 生存率的降低密切相关｡因此,sEV WEE2-AS1有 可能作为CRC早期诊断治疗和预后评估的循环生 物标志物｡

3.2 CAFs参与调控CRC新生血管的生成

研究表明,低氧条件可使CAFs表达缺氧诱导 因子,诱导血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达,激活相关 信号通路并促进血管生成[24]｡研究还发现,CRC 细胞本身分泌的VEGF量并不多,但CAFs可通过大 量分泌IL-6刺激CRC细胞分泌VEGF,同时CRC细 胞可以促进正常成纤维细胞(normal fibroblasts, NFs)转化为CAFs,正向调节IL-6的分泌,进一步 增加VEGF的分泌并促进肿瘤新生血管生成[24,25]｡

Wnt2在胚胎血管化中起着关键作用,并被认 为是促进肝脏再生的促血管生成因子｡Unterleuthner 等[26]研究发现,CAFs分泌的Wnt2能引起Wnt信号 通路的自分泌,通过激活与促血管生成有关的因 子,如IL-6､多肽生长因子(polypeptide growth factor,PGF)和粒细胞集落刺激因子G-CSF等,促 进CRC的肿瘤血管再生｡此外,研究还证实, CAFs分泌的Wnt2可通过增加内皮细胞的迁移和侵 袭以及改变细胞外基质重塑信号来促进CRC血管 生成｡有研究揭示,来源于结直肠CAFs的外泌体 circ_0084043在内皮细胞血管生成中发挥关键作 用,通过参与miR-140-3p/HIF-1a通路以上调VEGF 从而发挥其影响,提示CAFs源性的外泌体作为 CRC有前途的诊断生物标志物和治疗靶点的可能 性[27]｡

3.3 CAFs协助CRC细胞免疫逃逸

正常情况下,机体免疫系统中的T细胞､自然 杀伤细胞(natural killer cell,NK)和巨噬细胞等对肿 瘤细胞均有杀伤作用,可以有效监控和抑制肿瘤 细胞｡研究表明,CAFs可以分泌多种细胞因子､ 趋化因子,或通过间接效应与肿瘤微环境中的免 疫细胞相互作用,调节T细胞表型的转化､NK细 胞的功能活化,调控巨噬细胞M2表型等,参与肿 瘤微环境中抗肿瘤相关的免疫抑制,促进肿瘤的 进展[28-32]｡Chen等[30]构建了稳定表达原癌基因酪氨 酸蛋白激酶Src的NIH-3T3/Src细胞系,发现该细胞 系的条件培养基能够诱导骨髓源性巨噬细胞和 Ana-1巨噬细胞的M2表型极化,并促进CRC的发生 发展｡进一步的研究表明,NIH-3T3/Src细胞产生 的IL-6在M2表型极化和促致瘤性中起着关键作用, 这可能有助于设计新的CRC治疗策略｡此外,有 研究报道,CRC患者来源的CAFs可以通过上调 CRC细胞中血管细胞黏附分子-1的表达来促进单核 细胞的黏附,同时也通过分泌IL-8来吸引单核细胞,促进巨噬细胞的M2表型极化,与CAFs协同抑 制NK细胞的活化,从而抑制NK细胞对CRC细胞的 杀伤作用[31]｡这项研究为CAFs与肿瘤相关巨噬细 胞之间的协同作用在CRC免疫逃逸方面的研究提 供了一种新的思路,为阻断CRC免疫逃逸提示了 一个新的切入点｡

Koncina等[32]通过CRC患者单细胞测序鉴定出 成纤维细胞的促肿瘤IL1R1+ ､IL-1- 高信号亚型｡ IL1R1+ 成纤维细胞通过分泌单核细胞趋化蛋白-1诱 导促M2表型极化和减少T细胞增殖,并能诱导癌 细胞的生长｡此外,成纤维细胞特异性IL1R1敲除 和IL-1受体拮抗剂给药均可减缓体内肿瘤生长,且 肿瘤内的Th17细胞浸润同时减少｡因此,体内出 现IL1R1+ 高表达的CAFs的CRC患者会出现免疫耗 竭标志物水平上升,Th17评分升高的现象,此类 患者总体生存率较差｡总之,该研究强调了靶向 表达IL1R1+ CAFs在CRC中的治疗价值｡

3.4 CAFs加速CRC细胞的侵袭转移

研究表明,肿瘤的侵袭和转移不仅与肿瘤细胞 自身的侵袭迁移能力有关,也和肿瘤细胞生长的 环境有关,肿瘤微环境中的CAFs在这一过程中发 挥着重要的作用[33]｡Ji等[34]发现,整合素β样蛋白1 (integrin beta-like 1,ITGBL1)可诱导转移前生态位 的形成并促进CRC细胞的远端转移;手术后残余 的CRC细胞可分泌携带ITGBL1的EV,通过激活肿 瘤坏死因子α诱导蛋白3(interacting protein 3, TNFAIP3)介导的NF-κB信号通路诱导分泌IL-6､ IL-8等因子促进NFs向CAFs转化,启动CRC细胞通 过血液循环到达肝､肺等组织的远端转移｡该研 究揭示了转移性肿瘤微环境中的肿瘤-基质相互作 用以及载有ITGBL1的EV在原发肿瘤和转移性肿瘤 之间的密切信号通讯｡因此,靶向EV-ITGBL1- CAF-TNFAIP3-NF-κB信号轴能够为治疗转移性 CRC提供新的方法｡

图1 CAFs在CRC进展中的作用示意图

Wang等[35]研究发现,在CRC中C-X-C基序趋化 因子受体7(C-X-C motif chemokine receptor, CXCR7)/CXCL12轴的激活能够提高其外泌体中 miR-146a-5p和miR-155-5p的表达水平,进而促进 CAFs的活化;活化的CAFs通过分泌IL-6､肿瘤坏 死因子-α､转化生长因子-β和CXCL12以触发CRC 细胞的EMT和促转移开关｡该研究为基于CXCR7介导的肿瘤-基质相互作用的CRC转移提供了新见 解｡此外,有研究鉴定了数百个与肝转移CRC有 关的差异表达基因,其中血管生成素样蛋白2 (angiopoietin-like 2,ANGPTL2)的高表达与 CRC患者较差的临床结果显著相关[36],被认为 是肝转移CRC的特征基因｡研究证实,ANGPTL2 主要分布在CRC组织的肿瘤微环境中,ANGPTL2+ CAFs能够促进CRC细胞的转移,为肝转移CRC提 供了潜在的治疗靶点｡

3.5 CAFs引起CRC细胞耐药

近年来研究发现,肿瘤细胞发生耐药主要是由 于肿瘤细胞与其微环境之间的相互作用,肿瘤微 环境中的CAFs已成为促肿瘤细胞逃逸和抗癌治疗 的关键角色[37]｡肿瘤组织中存在一群可以自我更 新和分化的细胞,称为肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs),其在肿瘤耐药中起着关键作用｡ Lotti等[38]研究证实,化疗后的CAFs通过分泌特定 的细胞因子和趋化因子IL-7A来诱导肿瘤微环境的 重塑,以产生化学耐药性生态位,从而维持CSCs 的干细胞特性并上调NF-κB的表达,导致CRC细胞 产生耐药｡

奥沙利铂(Oxalipatin,L-OHP)是一种广泛应用 于CRC临床治疗的抗癌药物,然而,治疗效果受 到肿瘤细胞化疗耐药性的限制｡越来越多的研究 表明,肿瘤耐药性与外泌体miRNA在肿瘤细胞和 肿瘤微环境之间的相互传递密切相关｡有研究发 现,CAFs通过分泌外泌体的方式提高CRC细胞中 miR-92a-3p的表达水平来促使CRC细胞的干性维 持､EMT､转移和化疗耐药[39]｡实验还证实, miR-92a-3p激活Wnt/β-catenin途径,通过抑制FBox 和WD-40域蛋白7(F-box and WD-40 domain protein 7,7FBXW7)以及凋亡调节因子1(modulator of apoptosis 1,MOAP1)来抑制线粒体凋亡,引起 CRC细胞对L-OHP产生抵抗作用,并促进肿瘤进 展｡因此,抑制CAFs分泌的miR-92a-3p或可作为 抑制和治疗CRC转移和化疗耐药的可行性方法｡ Zhang等[40]研究发现,CAFs释放的外泌体能够直接 被CRC细胞内化,外泌体携带的miR-625-3p可通过 抑制CEL2/WWOX途径促进CRC细胞EMT和LOHP化疗耐药,为CRC预测和治疗提供了潜在的 候选方法｡据报道,CAFs分泌的长链非编码RNA(lnc-FALl)能够促进TRIM3(tripartite motifcontaining protein 3)依赖性苄氯素1(Beclin1)多泛素 化和降解,从而抑制L-OHP诱导的CRC细胞自噬死 亡,提示CAFs分泌的外泌体中的lnc-FAL1会导致 CRC获得L-OHP耐药性[41]｡

3.6 CAFs影响CRC的细胞代谢

有研究发现,肿瘤微环境中CAFs通过其自噬 和最初由相邻肿瘤细胞诱导的CRC氧化应激途径 正向影响肿瘤细胞的代谢｡Zhou等[42]将CRC肿瘤 细胞与CAFs共培养,一方面,CAFs发生氧化应激 可引起CRC细胞糖酵解酶表达的增加,从而导致 KREBS循环酶减少;另一方面,CAFs自噬的增加 可通过提供营养物质(丙酮酸/乳酸)促进CRC细胞的 存活和/或对抗氧化损伤以保护CRC细胞,为CAFs 作为治疗CRC的潜在靶点提供了新的可能性｡

Peng等[43]研究发现,CRC的CAFs可以通过上 调细胞内磷脂酰胆碱中的不饱和酰基链来提高细 胞膜的流动性,从而增强葡萄糖摄取和新陈代谢, 促进CRC细胞迁移和腹膜内播散｡该研究体外和 体内实验均证实饱和脂肪酸C16:0一方面可以调节 膜的流动性,限制葡萄糖代谢,并减少CAFs诱导 的细胞增殖和侵袭性;另一方面,通过增加饱和 脂肪酸饱和度诱导饱和甘油酯介导的脂毒性,抑 制肿瘤生长和腹膜内传播｡这项研究表明,饱和 脂肪酸C16:0有可能通过抑制CAFs与CRC细胞相互 作用为治疗CRC腹膜转移开辟一个新的道路｡

4、结语和展望

综上所述,CAFs作为CRC微环境的主要组分, 通过分泌多种因子或细胞外囊泡等方式影响CRC 的恶性生物学行为,在肿瘤的发生发展､侵袭转 移､肿瘤代谢､免疫调节和耐药等方面发挥关键 作用,并且对CRC患者的预后也有重要影响,因 此靶向CRC-CAFs也许能成为癌症治疗的一个新思 路｡目前,肿瘤治疗的发展过程正在经历着一个 从“癌细胞为中心”到“CAFs为中心”的方向演 变,然而以CAFs为靶点的肿瘤治疗尚存在许多问 题需要解决:(1) CAFs特异性标志物的缺乏;(2) CAFs具有高度的异质性;(3) CAFs的作用机制具 有复杂性;(4) CAFs与肿瘤微环境中其他成分的相 互作用复杂｡因此,CAFs今后能否作为肿瘤治疗的新靶点,仍需进一步开展对CAFs的深入研究｡

参考文献:

[37]李明, 谭诗云. 肿瘤相关成纤维细胞对大肠癌LoVo细胞 奥沙利铂化疗敏感性的影响. 胃肠病学和肝病学杂志, 2019, 28(5): 519-522

文章来源:马一诺,王群,巴微,等.肿瘤相关成纤维细胞在结直肠癌发生发展中的作用[J].生命的化学,2025,45(01):104-110.