惡性腫瘤的幫兇——纖維母細胞活化蛋白

黃天明 莫發榮 羅國容

（廣西醫科大學組織學與胚胎學教研室，南寧 530021）

惡性腫瘤是嚴重危害人類健康的一種疾病，目前對其研究已深入到分子水平。然而隨著研究的深入，人們發現單純研究腫瘤細胞本身并不能解釋一些現象。如許多腫瘤相關抗原在體外試驗時都能有效地激活抗腫瘤免疫，殺傷靶細胞，但用于活體試驗時卻往往無效。這說明在體內存在著免疫抑制機制。Klein等［1］將具有免疫原性的異體細胞克隆移植到活體動物的腫瘤中，正常情況下，由于異體排斥反應，這些克隆會被清除，但移植到腫瘤內的這些克隆卻能繼續生長，說明微環境對腫瘤的存活和生長及免疫逃逸具有極其重要的影響。

腫瘤微環境的構成非常復雜，包含了細胞成分、細胞外基質、各種細胞因子及其一些化學分子等。成纖維細胞活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP）主要由腫瘤微環境中活化的成纖維細胞分泌，大量的研究表明，其與腫瘤的發生和發展密切相關。

1 FAP的概況

FAP在不同物種之間是高度保守的。人類的FAP基因定位于2q23，跨越73 kb的堿基，含有26個外顯子。FAP單體由760個氨基酸殘基構成，分子量約97 kD，但通常情況下，FAP以二聚體形式存在，分子量約為170 kD［2，3］。

完整的二聚體FAP是一種絲氨酸蛋白酶，屬Ⅱ型膜結合型糖蛋白，是脯氨酰基特異的絲氨酸寡肽酶家族（prolyl peptidase）成員之一，具有二肽酶和膠原酶的雙重活性［2，4］。另外，FAP與二肽酶家族成員DPPIV （DPPIV，dipeptidyl peptidase IV /CD26）具有52% 的同源性，因此也被認為是DPPIV相似基因家族的一員，但其比DPPIV多了膠原酶活性［5］。

FAP可結合于細胞膜表面或溶解于基質中，利用其催化活性專一水解多肽中脯氨酸殘基的氨基端肽鍵，使明膠、I型膠原和α2抗纖維蛋白溶素斷裂，降解ECM［3］。此外，膜結合形式的FAP還可將其活性位點包括絲氨酸酶位點暴露于細胞膜表面，通過對信號分子的降解及修飾等發揮信號調節作用。二聚體形式和糖基化對FAP的蛋白水解酶活性是必須的，糖基化的FAP單體雖具有催化位點，但仍不具備蛋白水解活性［3，6］。FAP還可與DPPIV形成具有活性的寡聚體，在體外試驗時，該寡聚體可明顯促進肺成纖維細胞在膠原上的遷移［7］。而FAP與β1整合素形成的寡聚體則可抑制信號的傳導，可能在FAP介導的細胞信號通路調節中發揮關鍵的作用［8，9］。

FAP表達于90% 以上上皮來源惡性腫瘤的基質成纖維細胞及血管內皮細胞、部分間葉組織來源的惡性腫瘤細胞、纖維化性疾病、關節炎、創傷愈合的肉芽組織及慢性丙型肝炎病人的肝細胞等；而在正常人組織、上皮來源的良性和癌前病變組織中通常不表達，但在一些胎兒的間葉組織中可能會有短暫的表達。此外，生理情況下還可見于子宮愈合的創面及器官的生理性重建等［10-13］。

2 FAP與惡性腫瘤的關系

2.1 FAP在部分惡性腫瘤中的表達情況

FAP在至少10種不同類型惡性腫瘤中有表達，提示其在腫瘤的發生和發展中可能具有非常重要的作用。由表1可見，在大多數的惡性腫瘤中，FAP主要由基質成纖維細胞分泌，而在部分惡性腫瘤中，癌細胞也參與了FAP的表達，如宮頸癌和胃癌等；FAP的表達通常與惡性腫瘤的侵襲性、進展程度及分化程度等呈正相關關系，在胃癌中，FAP的表達還與其亞型有關［14］；FAP的高表達通常伴隨不好的預后，但在乳腺癌中，情況剛好相反，Ariga等［15］認為這可能與FAP在乳腺癌中所扮演的角色不同有關。

表1 FAP在部分惡性腫瘤中的表達情況及其意義

2.2 FAP的來源

目前許多人認為，惡性腫瘤中FAP陽性的成纖維細胞絕大部分是由原組織中的成纖維細胞活化而來。此外，還可來源于周細胞、血管平滑肌細胞及骨髓來源或由上皮細胞轉化而來的間充質干細胞（上皮-間充質轉化，EMT）［16］。有人估計，在炎癥介導的胃癌及胰腺癌中，約有20%-25%的FAP陽性成纖維細胞來源于間充質干細胞［17-19］。

TGF-β在成纖維細胞的活化中發揮了非常重要的作用。成年人的TGF-β主要由損傷、炎癥或腫瘤組織產生［20］，其與IL-1β都可通過旁分泌信號通路活化基質中的成纖維細胞，而前者的作用似乎更為關鍵［21，22］。TGF-β還可直接上調EGR-1轉錄因子的表達，而EGR-1是促使FAP合成最重要的轉錄因子［23］。TGF-β對成纖維細胞及FAP表達的誘導被認為是改變腫瘤侵襲狀態的關鍵機制［22］。體外試驗顯示，TGF-β誘導的FAP表達增多可顯著提高HO-8910PM卵巢癌細胞株的侵襲性［24］。

此外，腫瘤基質中的I型膠原及抗β1整合素抗體也都能引起FAP表達的增加及卵巢癌細胞侵襲性的增強。Kennedy等［25］推測，膠原對FAP表達的誘導有可能是通過與β1整合素結合實現的。最近的研究還顯示，紫外線也可以誘導FAP在黑色素瘤細胞及皮膚成纖維細胞的表達［26］。

2.3 FAP在惡性腫瘤中的作用機制

2.3.1 對侵襲性的影響 試驗表明，FAP-DPPIV復合體可以促進成纖維細胞、內皮細胞及卵巢癌細胞在I型膠原凝膠中的遷移［25，27，28］。FAP可由聚合的α1β6整合素誘導定位到腫瘤細胞偽足的質膜上，通過其膠原酶活性裂解I型膠原和明膠，參與接觸并降解ECM，并能刺激細胞的運動，對細胞的遷移、基質的降解，以及細胞的侵襲行為產生很重要的影響［4，29，30］。將FAP去除后，可引起肺癌組織中I型膠原的急劇增加和積聚，繼而可以削弱細胞的運動能力，減緩腫瘤的生長及血管的形成［31］。

此外，FAP對ECM中蛋白質的降解及活化還可改變其結構和成分，使其利于腫瘤細胞的浸潤及侵襲；而對細胞連接成分的降解，則有利于腫瘤細胞從原發部位脫離，利于其擴散；通過解離與基質蛋白結合的生長因子，還可促進腫瘤細胞的生長和微血管的生成。同時，FAP還可與膜結合信號傳導分子協同作用，利用其蛋白酶活性對信號分子或其他相關因子（如肽類生長因子、趨化因子等）進行化學修飾，調節與腫瘤生長相關的興奮性信號傳導，從而促進腫瘤的侵襲。對FAP的蛋白酶活性進行抑制，則可明顯削弱腫瘤細胞的遷移和侵襲能力［30］。

2.3.2 對血管生成的影響 FAP高表達于腫瘤血管的內皮細胞，被認為與血管的生成密切相關［32］。動物模型試驗表明，有FAP表達的人乳腺癌腫塊中微血管密度是無FAP表達的3倍，且微血管的密度會伴隨FAP的升高而增加［33］；Santos等［31］的試驗顯示，通過基因刪除或藥物抑制FAP的蛋白酶活性可降低模型動物肺癌的微血管密度表明，蛋白酶活性在FAP促血管生成方面具有非常重要的作用；而Huang等［34］對人乳腺癌異種移植模型的試驗結果則顯示，用藥物抑制FAP的酶活性并不能抑制腫瘤的生長，而表達無催化活性的突變FAP也同樣能促進腫瘤微血管的形成。由此可見，FAP的促血管生成作用并不僅僅由其酶催化活性決定。

目前認為，FAP能利用其二肽肽酶活性將NPY裂解為NPY3-36，后者可與Y2受體結合，激活內皮細胞上Y2受體信號通路并阻斷Y1受體信號通路，從而刺激內皮細胞的增殖［35，36］。同時，FAP對ECM的降解及重建也有利于內皮細胞的增殖和遷移，并為微血管網的形成創造條件。此外，FAP還能顯著抑制FAK及ERK的磷酸化及p21的表達，使血管生成因子含量升高，促進微血管的形成［31］。

2.3.3 對免疫的影響 在妊娠期的子宮，慢性非感染性炎癥損傷等時，FAP的表達可抑制免疫系統的攻擊，從而利于損傷的修復。Dvorak等［37］認為，FAP同樣可將惡性腫瘤“偽裝”成傷口，從而避免了免疫攻擊。小鼠肺癌模型試驗顯示，如果FAP陽性的細胞被去除，即可引起腫塊的迅速壞死，這種壞死主要是由機體抗腫瘤免疫很重要的兩種細胞因子TNF-α及IFN-γ所介導［38］。

另有研究顯示，抗FAP的DNA疫苗可引起CD8+T細胞殺傷FAP陽性的成纖維細胞，進而可導致免疫微環境從Th2向Th1極型的逆轉，使IL-2和IL-7的表達增加，而巨噬細胞、骨髓來源的抑制細胞、調節性T細胞及腫瘤血管生成減少，從而解除微環境的免疫抑制［39］。此外，對FAP的抑制還可增強腫瘤細胞對化療的敏感性［40］，可能與FAP對腫瘤細胞的保護解除有關，但具體機制目前尚未闡明。

2.4 FAP在惡性腫瘤防治中的應用

2.4.1 用小分子物質抑制FAP的活性 Val-boroPro是目前較常用的FAP蛋白酶抑制劑，在體外可明顯但不完全抑制FAP的蛋白酶活性［41］。但對結腸癌患者的2期臨床試驗顯示，單純使用Val-boroPro對腫瘤幾乎沒有療效［42］。此外，為檢測抑制FAP對化療藥物療效的影響，人們聯合使用紫杉萜與ValboroPro治療非小細胞肺癌，以及聯合使用順鉑與Val-boroPro治療黑色素瘤，也均未發現其療效有顯著提高［43，44］。

目前認為，出現上述問題的原因主要是由于Val-boroPro在生理條件的pH值環境中極易發生環化，故到達腫瘤部位時可能已失效［45］；為保護其活性位點，確保對FAP的特異性抑制，人們加入FAP特異性裂解序列制成前體藥物Chg-Pro-ValboroPro。在小鼠試驗中，該藥物可特異的被DPPIV裂解并活化，隨后表現出持久的酶抑制活性，而毒性則比單獨使用Val-boroPro時要小［46］。將FAP特異性裂解序列與熒光物質結合制成前體藥物，還可用于指示FAP的位置和活性，從而有可能用于惡性腫瘤的指示和診斷［47，48］。

此外，也有人認為，FAP的促腫瘤效應并不單純依賴其蛋白酶活性或其催化作用，可被其他酶所代償，從而在FAP蛋白酶活性被抑制的情況下仍有可能對腫瘤的生長起到促進作用［34］，如要全面抑制FAP對腫瘤的作用，則需開發更高效全能的抑制劑。

2.4.2 殺傷FAP陽性細胞 主要通過細胞毒藥物殺傷靶細胞，從而達到抑制FAP表達的目的。Lebeau等［49］對原蜂毒溶血肽進行修飾，加入FAP特異性裂解位點，制成前體藥物。在體外試驗時，這種經過修飾的藥物能選擇性的殺傷FAP陽性的細胞，但對FAP陰性的細胞則幾乎沒有影響；采用腫瘤內注射給藥用于人類前列腺癌、乳腺癌的異種移植模型時，這種藥物表現出明顯的腫瘤抑制效應。但對于其靜脈注射給藥的安全性，目前仍存在許多爭議。

西羅珠單抗（sibrotuzumab）是一種針對FAP的人源化F19抗體，其可用于靜脈注射而毒性很小，可特異的富集于腫瘤組織中［50］。單純使用西羅珠單抗并不足以產生抗體依賴的細胞毒效應，但可通過其對FAP陽性細胞進行準確定位［51］。

將西羅珠單抗與細胞毒前體藥物結合，則可利用抗原-抗體反應及特異性裂解位點雙重定位靶細胞，更能確保治療的安全性和有效性。目前相關的實驗室研究仍在進行中。

通過siRNA干擾或針對FAP的DNA疫苗也可以抑制FAP的表達及殺傷FAP陽性的細胞，從而達到抑制腫瘤生長侵襲的目的。然而由于特異性較差，作用時間短暫等，目前主要用于實驗室研究。

3 結語

在惡性腫瘤中，FAP陽性的成纖維細胞僅占腫瘤細胞總數的2%，但當其被去除后，癌細胞及基質細胞都會發生迅速的壞死［38］。由此可以看出，FAP對惡性腫瘤的發生和發展具有非常重要的作用，而在腫瘤治療方面則具有廣闊的應用前景。但目前其作用機制尚未完全闡明，在抑制FAP的表達及活性方面還存在許多技術難題。但隨著研究的深入及技術水平的提高，這些問題都有望獲得解決，而針對FAP的治療將有可能成為抗腫瘤治療的一個重要手段。

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