腫瘤相關成纖維細胞在乳腺癌中的研究進展

牛喜梅，王愛玲，馬穎穎，黃國福，冷曉玲

(1.新疆醫科大學第五附屬醫院腫瘤內科，烏魯木齊 830011； 2.新疆醫科大學第三附屬醫院超聲科，烏魯木齊 830011)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發病率和病死率均較高，嚴重威脅女性的身心健康。既往對乳腺癌的研究主要集中在癌細胞方面，但近年來腫瘤微環境對乳腺癌的發生發展、侵襲、轉移的影響及其在治療中可能發揮的作用成為研究熱點。腫瘤微環境不僅包括腫瘤細胞，還包括免疫細胞、細胞外基質、肌成纖維細胞、成纖維細胞、脂肪細胞、間充質干細胞、基膜和血管細胞等其他成分[1]。腫瘤微環境中最主要的成分為腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)，其是激活的肌成纖維細胞，可促進腫瘤的生長和發展。CAFs通過與癌細胞相互作用促進乳腺癌的進展，可以通過直接或間接方式促進旁分泌信號，進而增強細胞外基質的合成和重構，導致腫瘤的進行性生長，也可通過分泌細胞因子、生長因子、趨化因子及激活信號通路等方式促進乳腺癌細胞的侵襲、進展、轉移及耐藥，還可與乳腺癌的代謝相偶聯，為腫瘤的生長提供營養支持[2]。以上研究發現，CAFs具有多種促癌機制，因此靶向CAFs被認為是一種有效的乳腺癌治療方法。現就CAFs及其在乳腺癌中的研究進展予以綜述，為乳腺癌的治療提供新思路及理論依據。

1 CAFs

1.1CAFs標志物 正常的成纖維細胞可抑制腫瘤形成，而大多數CAFs促進腫瘤生成[3]。CAFs具有多種表型，正常的成纖維細胞分化為CAFs或肌成纖維細胞時，CAFs表達α平滑肌肌動蛋白和小窩蛋白1，并增加基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)以及各種生長因子和細胞因子表達，而α平滑肌肌動蛋白和小窩蛋白1在正常的成纖維細胞中低表達或不表達，故通常被用作基質CAFs的標志物[4]。目前常被用來鑒定CAFs的標志物有α平滑肌肌動蛋白、成纖維細胞特異性蛋白1(又稱S100鈣結合蛋白A4)、成纖維細胞活化蛋白、血小板衍生生長因子受體α/β、小窩蛋白1、肌腱蛋白C、神經膠質抗原、結蛋白、分化簇90(又稱胸腺細胞分化抗原1)、盤狀含結構域受體和波形蛋白等[5]。其中，α平滑肌肌動蛋白被視為最具標志性的指標，成纖維細胞特異性蛋白1在靜止以及活化的成纖維細胞中均可表達，Busch等[6]的研究數據強調成纖維細胞特異性蛋白1是正常成纖維細胞中“原始”細胞狀態的標志物，建議將其作為成纖維細胞活化的早期標志物。另有研究發現，CAFs還具有收縮功能，可促進切口愈合[7]。但由于以上標志物在其他腫瘤細胞、上皮細胞等中也有表達，故不是鑒別CAFs的完全特異性指標。

1.2CAFs功能異質性 除了表型的異質性，CAFs還存在功能異質性，由于其來源廣泛、分泌功能的多樣性以及與腫瘤細胞建立的信號通路不同，具有促進或抗腫瘤功能的各種亞群。根據功能變異將CAFs分為各種亞群，包括促腫瘤CAFs、抗腫瘤CAFs、肌成纖維細胞CAFs、炎癥CAFs、分泌型CAFs和中性CAFs[8]。Mizutani等[9]標記了在胰腺癌中產生Meflin+和Meflin-CAFs的間充質干細胞群體，表明Meflin+CAFs的浸潤與患者的預后有關，Melin-CAFs可促進組織學低分化的腫瘤顯著進展。因此，在設計抗CAFs治療策略時應考慮精確的細胞靶標群體，有必要用其特定功能來精確表征CAFs每種亞型的表型，針對不同的特性制訂治療策略。Raz等[10]研究表明，骨髓來源的間充質基質細胞被特異性地招募到原發性乳腺腫瘤和肺轉移瘤中并分化為不同的CAFs亞群，以促進腫瘤炎癥、血管生成和腫瘤生長，與常駐CAFs不同，骨髓來源的CAFs不表達血小板衍生生長因子受體α，導致表達血小板衍生生長因子受體α的CAFs比例下降，表明局部環境中的因素可以重編程CAFs。此外，原代正常人成纖維細胞暴露于轉化生長因子-β1后可獲得肌成纖維細胞CAFs樣表型，Melling等[11]證實miR-145過表達可以阻斷轉化生長因子-β1誘導的肌成纖維細胞分化，使CAFs恢復為正常的成纖維細胞表型，表明CAFs不僅可以被重新編程，還可被還原。如上所述，表達一個特定標志物的CAFs可能由兩個截然不同的功能群組成，它們在腫瘤發展中發揮相反的作用。因此，建議結合使用細胞標志物和功能特征來精確識別和分類腫瘤微環境中的CAFs。此外，還原和重新編程CAFs可被視為針對乳腺癌中CAFs的一種新策略，但相關研究較少。

2 乳腺癌中的CAFs

乳腺癌相關成纖維細胞(breast cancer-associated fibroblasts,BCAFs)是乳腺癌中的CAFs，也是乳腺癌中數量最多的細胞類型，占乳腺腫瘤體積的70%～80%[12]。乳腺癌基質CAFs由于起源不同而具有異質性，主要有4種不同的細胞起源：由正常基質的成纖維細胞激活后轉化而來；乳腺上皮細胞或內皮細胞接受上皮-間充質轉化而來；骨髓來源間充質干細胞轉化而來；乳房組織細胞(周皮細胞、脂肪細胞或平滑肌細胞等)轉化而來。其中約80%的乳腺癌間質成纖維細胞可以轉化為CAFs，這是CAFs的主要來源[13]。同樣，在乳腺癌研究中也發現了多個CAFs亞群，它們來自不同的祖細胞，并在腫瘤組織的不同部位被發現，這些亞群在乳腺癌進展過程中隨著時間的推移而變化[14]，但沒有進一步闡明它們的功能相關性。目前主要鑒定出了4種BCAFs亞型，每種亞型均表現出可變的轉錄組特征，其中僅一種肌成纖維細胞亞群(稱為CAF-S1)通過釋放出分泌因子CXC趨化因子配體12，吸引CD4+CD25+T淋巴細胞并被OX40配體、程序性細胞死亡受體-配體2和連接黏附分子2保留，CAF-S1還可通過B7H3、CD73和二肽基肽酶4提高T淋巴細胞的存活率并促進其分化為CD25highFoxP3high調節性T細胞，從而促進免疫抑制環境的形成[15]；此外，CAF-S1亞群還被證明能夠主動調節與細胞黏附、細胞外基質組織和免疫反應相關的基因，這同樣可以促進乳腺癌中免疫抑制環境的形成，而CAF-S4亞群參與肌肉收縮、氧化代謝和肌動蛋白骨架的調節[15]。多項研究指出，這些BCAFs亞型的分布及相關因子的表達部分與乳腺癌的基質組織學特征和分子亞型有關，CAF-S1和CAF-S4亞集在三陰性乳腺癌中普遍存在，CAF-S2亞群在大多數管腔A腫瘤中富集，而CAF-S3亞群主要分布于癌旁組織，CAF-S4亞群在人類表皮生長因子受體2陽性乳腺癌細胞中較常見，這可以提高乳腺癌靶向治療的精準度[13，15]。BCAFs與激活的成纖維細胞(稱為肌成纖維細胞)相似，均參與切口愈合和炎癥過程，但BCAFs不會發生凋亡[16]。

3 CAFs與乳腺癌的發生發展

3.1CAFs在乳腺癌細胞外基質重構中的作用 腫瘤進展的特點是致密的膠原基質堆積，膠原基質可動態重組以適應不斷增長的侵襲性腫塊[17]。CAFs不僅產生和分泌細胞外基質蛋白，還積極參與細胞外基質蛋白水解、交聯和組裝過程，在基質重構中起重要作用[2]。CAFs增加細胞外基質重構和促進乳腺癌進展及侵襲的復雜性在于不同亞型的BCAFs產生不同類型的細胞外基質，而不同類型的細胞外基質又對乳腺癌產生不同的調節作用，如CD146-BCAFs促進腫瘤進展和侵襲的作用優于CD146+BCAFs，這部分歸因于CD146-BCAFs能夠分泌富含促轉移蛋白的細胞外基質的能力，特別是CD146-BCAFs衍生的基質包含多種細胞外基質調節因子，如賴氨酰氧化酶以及結構細胞外基質蛋白(纖維連接蛋白1、胞外糖蛋白)，所有這些蛋白均在具有侵襲性的腫瘤中過表達[18]。Tang等[19]研究表明，乳腺癌中的微RNA(microRNA,miRNA/miR)-200s及其靶標Fli-1和轉錄因子12可以上調纖維連接蛋白和賴氨酰氧化酶表達，對細胞外基質進行重構，從而促進腫瘤細胞的侵襲和轉移，同時該研究還在CAFs中鑒定出了與細胞外基質相關的基因隊列(包括纖維連接蛋白、賴氨酰氧化酶和MMP)，它們是miR-200s的潛在目標。此外，體外和體內實驗發現，賴氨酰氧化酶在BCAFs中高表達，可誘導MDA-MB-231細胞的細胞外基質重構、侵襲和轉移[19]，選擇性抑制賴氨酰氧化酶可減少血管生成、減慢腫瘤生長[20]，表明賴氨酰氧化酶可能是侵襲性乳腺癌的潛在治療靶點。由此可見，CAFs是細胞外基質重構的重要參與者，可通過多種途徑增強乳腺癌細胞外基質的合成和重構，以促進腫瘤的進行性生長。

3.2CAFs在乳腺癌轉移中的作用 轉移是導致乳腺癌死亡的主要原因，占乳腺癌相關死亡的90%以上[21]。在人類乳腺腫瘤中，大量的間質肌成纖維細胞(即α平滑肌肌動蛋白陽性成纖維細胞)與侵襲轉移性腺癌有關[22]。Ershaid等[23]發現CAFs中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3炎癥小體通路的激活是組織損傷的一種生理感知機制，上述通路的激活可促進促炎信號和白細胞介素-1β的分泌，這種上調在小鼠和人類乳腺癌的CAFs中均較明顯，表明CAFs可以通過改變免疫細胞環境向腫瘤耐受表型轉變以及增強內皮細胞黏附和癌細胞侵襲，從而將成纖維細胞的生理組織損傷反應與促腫瘤炎癥聯系起來。Hemalatha等[24]確定了BCAFs的一個新子集，被稱為轉移相關成纖維細胞，其參與乳腺癌的轉移過程，具有更強的促進癌細胞遷移、侵襲和轉移能力，并伴隨上皮-間充質轉化標志物埃茲蛋白、趨化因子配體5的過表達，在體外對轉移相關成纖維細胞中的埃茲蛋白和趨化因子配體5的表達進行抑制，隨后發現其遷移和侵襲能力減弱，表明轉移相關成纖維細胞抑制劑可能作為靶向抗轉移藥物。還有研究表明，缺乏Tiam1蛋白的BCAFs會產生高水平的骨橋蛋白(osteopontin，OPN)，進而促進上皮-間充質轉化、腫瘤干細胞表型、乳腺癌侵襲和轉移，同時發現雖然成纖維細胞中Tiam1缺乏與腫瘤侵襲性增加有關，但癌細胞中Tiam1的高表達可促進腫瘤生長[25]。因此，確定Tiam1-OPN是誘導乳腺癌轉移的特異性通路，表明以成纖維細胞Tiam1-OPN通路為靶點可能是預防乳腺癌轉移的一種新策略。胞外糖蛋白的異構體在乳腺導管癌中的表達水平高于正常乳腺組織，也有助于提高乳腺癌細胞的轉移能力[26]。國內相關研究表明，乳腺癌通過自噬可提高三陰性乳腺癌細胞系MDA-MB-231和BT-459細胞在體外的遷移能力，并促進癌細胞的上皮-間充質轉化過程[2]。BCAFs可分泌多種可溶性因子誘導癌細胞遷移，包括轉化生長因子-β、肝細胞生長因子、堿性成纖維細胞生長因子，還有新發現的成纖維細胞特異性蛋白1、趨化因子配體11、CXC趨化因子14抗體[26]、白細胞介素-6、白細胞介素-8和白細胞介素-32等。BCAFs還可通過產生多種MMP(包括MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9、MMP-13和MMP-14)，誘導乳腺癌細胞遷移、侵襲和轉移[27]。體外和體內研究表明，BCAFs可誘導腫瘤細胞簇以促進轉移，研究還證明了乳腺癌炎性栓子的存在，其特征是細胞-細胞黏附增加，上皮鈣黏素高表達且處于上皮/間充質混合狀態[28]。綜上所述，CAFs可通過分泌各種蛋白、可溶性因子、MMP直接或間接誘導等方式促進乳腺癌的侵襲和轉移。

3.3CAFs相關乳腺癌代謝偶聯 自噬和新陳代謝的改變是鑒別癌細胞的重要特征，同樣CAFs與乳腺癌細胞之間存在著能量代謝偶聯，腫瘤細胞可通過改造腫瘤微環境，使其更加適應自身快速生長的需要。由于血液供應不足，缺氧是大多數腫瘤的共同特征，Sun等[29]發現缺氧誘導的氧化共濟失調-毛細血管擴張突變蛋白激酶可以提高CAFs的糖酵解活性，低氧CAFs中的乳酸作為CAFs與乳腺癌細胞之間的代謝偶聯，通過激活轉化生長因子-β1/p38促分裂原活化的蛋白激酶/MMP-2/9信號通路，提高癌細胞的線粒體活性，從而促進乳腺癌細胞的侵襲。此外，在自噬相關的旁分泌方式中，CAFs為鄰近的癌細胞提供底物(如乳酸、丙酮酸和酮體)，而這些底物來源于CAFs自身過度的糖酵解活性[30]。有研究證明，在乳腺癌、前列腺癌、頭頸癌和淋巴瘤等腫瘤中，分解代謝的成纖維細胞與合成代謝的癌細胞之間存在代謝偶聯，這種代謝偶聯通過缺氧誘導因子和核因子κB信號通路驅動成纖維細胞的氧化應激、糖酵解、自噬和衰老，這些成纖維細胞的分解代謝產物為腫瘤生長提供了一個營養豐富的微環境，通過局部基質生成線粒體燃料(乳酸、酮體、脂肪酸、谷氨酰胺和其他氨基酸)，促進腫瘤生長[31]。目前普遍認為自噬在正常組織及早期腫瘤中具有抗腫瘤作用，但在已確定的癌癥中具有促腫瘤作用[32]。以上研究表明，CAFs可以通過與乳腺癌細胞之間的多種代謝偶聯通路在乳腺癌細胞的侵襲、進展中發揮重要作用，可能為乳腺癌的治療提供新策略。

3.4CAFs相關乳腺癌耐藥 化療是乳腺癌的重要治療方式，而耐藥和對治療不敏感是乳腺癌治療面臨的主要挑戰，研究已證實耐藥性不僅取決于癌細胞，還取決于微環境[33]。CAFs可以促進乳腺癌細胞對包括化療藥、激酶抑制劑和抗雌激素在內的多種藥物產生耐藥性，研究表明，CAFs可以通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和(或)Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶1/2通路觸發三苯氧胺耐藥[34]。此外，CAFs可能通過涉及G蛋白偶聯雌激素受體/表皮生長因子受體/胞外信號調節激酶信號通路和雌二醇產生的正反饋環路促進乳腺癌進展，特別是他莫昔芬耐藥[35]。在另一項涉及CAFs誘導他莫昔芬抗藥性機制的研究中，將雌激素受體陽性MCF7細胞與成纖維細胞共培養后發現，CAFs誘導他莫昔芬誘導TIGAR(TP53誘導的糖酵解和凋亡調節因子)的表達上調，TIGAR是p53調控的基因，同時抑制糖酵解、自噬和凋亡，并減少活性氧類的產生，從而促進線粒體的氧化代謝，進而導致乳腺癌細胞對他莫昔芬耐藥[36]。CAFs對藥物反應發揮作用的其他重要機制還有分泌生物活性可溶性因子，稱為可溶性因子介導的耐藥性[37]。CAFs的分泌功能可建立與腫瘤細胞的串擾，通過產生各種分泌因子導致化療耐藥，Su等[38]發現了一群特殊的成纖維細胞亞群，這群細胞表達CD10和G蛋白偶聯受體77，因此將其稱為CD10+G蛋白偶聯受體77陽性CAFs亞群，這個亞群通過分泌白細胞介素-6和白細胞介素-8來豐富腫瘤干細胞，增強患者來源的異種移植物的腫瘤形成并誘導抗癌性，表明靶向CD10+G蛋白偶聯受體77陽性CAFs亞群可能是對抗腫瘤干細胞驅動的實體瘤的有效治療策略。Sun等[39]研究表明，WNT16B在前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌的介入治療中被上調，并在體內和體外證實成纖維細胞分泌的WNT16B可以抑制化療誘導的細胞凋亡。此外，CAFs誘導的癌細胞的表觀遺傳修飾是耐藥性的原因，其機制涉及組織蛋白的翻譯后修飾、DNA甲基化和miRNA調控[40]。可見，CAFs可通過多種途徑導致耐藥。

4 小 結

大多數研究顯示CAFs可以促進腫瘤的進展，但有研究提出CAFs和腫瘤微環境可能有助于預防癌癥進展。CAFs具有多種功能表型，在設計新的抗CAFs治療策略前還需要確定和表征特定的CAFs亞型。盡管CAFs具有異質性，但其在基因上比癌細胞更穩定，因此，在癌癥治療中靶向CAFs產生耐藥性的可能性較小。此外，已有研究證明靶向CAFs可逆轉促癌微環境，將CAFs作為乳腺癌靶向治療的生物標志物具有巨大潛力。CAFs不僅表達多種標志物，還表現出功能可塑性，因此深入了解CAFs的起源、生物學特性及其異質性，可為開發靶向CAFs的藥物提供可靠的理論依據。