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肿瘤相关成纤维细胞在肝细胞癌中的研究现状

2024-04-09 48 上传者：管理员

摘要：肝细胞癌(hepatic carcinoma, HCC)是一种具有高度侵袭性和不良预后的恶性肿瘤。肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)是一个复杂的网络，通过大量的信号机制和途径以动态方式与肿瘤细胞相互作用，肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)是TME中最主要的成分，通过血管生成、纤维化、细胞增殖、免疫抑制等多个方面直接或者间接在HCC中发挥促癌或者抑癌作用。现结合文献对CAFs与原发性肝癌的研究进展进行综述。

关键词：
HCC
肝癌
肝细胞癌
肿瘤微环境
肿瘤相关成纤维细胞
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肝癌是一种具有高度侵袭性和不良预后的恶性肿瘤，其主要有两种类型-肝细胞癌(hepatic carcinoma, HCC)和肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC),还有较少见的类型，如血管肉瘤和肝母细胞瘤等[1]。原发性肝癌具有早期症状不典型、肿瘤进展较快、缺乏有效治疗措施等特点，因此对于HCC的早期诊断及治疗仍是研究的重点。

肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)由一个复杂的网络组成，包括内皮细胞、周细胞、免疫细胞、肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)、肿瘤干细胞(cancer stem cells, CSC)以及细胞外基质(extracellular matrixc, ECM)等组成。TME的相关细胞通过大量的信号机制和途径以动态方式与肿瘤细胞相互作用，参与肿瘤的发生，进展，转移和对治疗的反应[2]。CAFs作为肿瘤微环境的重要组成部分通过分泌ECM、生长因子、细胞因子等信号途径对肿瘤发生、发展具有促进作用[3]。然而近些年来新的研究表明，CAFs对肿瘤具有促进作用的同时也在癌前病变中也起到肿瘤抑制作用，其抑制作用的表现可能与肿瘤分期、特定的组织环境、微环境的某些成分密切相关[4]。因此，目前针对CAFs对于HCC的作用仍存在较大争议，本文就TME中的CAFs对HCC的相关作用机制进行综述，旨在推动以CAFs为靶点的HCC治疗取得进展，为今后临床和科研中HCC的治疗工作提供更完善的理论依据。

1、肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)

CAFs是TME中最主要的成分，其主要来源于肿瘤周围间质组织的成纤维细胞(NFs)也可来自于肝星状细胞(HSCs)、间充质干细胞(MSCs)等[5,6]。CAFs涉及一系列原始生物过程，包括肿瘤发生、增殖、血管生成、侵袭、转移、治疗抗性和肿瘤免疫，从根本上影响多种恶性行为的发生[7]。一直以来CAFs都被认为通过血管生成、肝纤维化、免疫抑制等相关途径促进HCC的发生和发展，然而针对CAFs激活Hedgehog信号通路的研究发现，CAFs在肿瘤不同分期也可能存在抑制肿瘤发展的作用[8]。目前认为CAFs对于肿瘤发展的不同作用可能是基于CAFs的不同分型，常见的对于CAFs的分型依据主要是细胞内外或者细胞表面的蛋白，然而对于CAFs亚型的区分，目前依旧没有统一的标记。最早的对于CAFs异质性的发现依靠免疫荧光实验，目前随着多色流式细胞术、免疫组织化学方法以及scRNA-seq技术的广泛使用，对于CAFs的研究可以进一步深入[7,9]。CAFs在不同亚型的基础上发挥抑癌或者促癌这两种完全相反的作用，因此对于CAFs不同亚型的研究是有意义的，针对不同CAFs亚型的靶向治疗将有可能提高患者的生存率。

2、肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)对于肝细胞癌(HCC)发展的促进作用

2.1 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌血管生成

HCC是血管密度最大的肿瘤，因此血管生成在HCC中起着极为重要的作用。血管生成即从原有血管中生长新毛细血管的过程，对于包括HCC在内的许多实体瘤的生长和转移至关重要，当促血管生成因子占据主导地位的时候，肿瘤的血管生成将被激活。CAFs能够分泌血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子β(TGF-β)、金属蛋白酶(MMPs)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)等多种促血管生成因子(图1)[10]。VEGF存在几个相关基因包括VEGF-B、VEGF-C和胎盘生长因子(PlGF),但由于VEGF-A在疾病过程中起着调节血管生成的关键作用，因此最受关注的仍然是VEGF-A,其能够刺激内皮细胞的增殖和存活导致新血管的形成[11]。除了通过分泌血管内皮生长因子外，活化的HSC与内皮细胞的共培养显示内皮细胞围绕HSC呈现盘旋状态并形成血管样结构[12]。综上所述HCC的不良预后与CAFs介导的血管生成密切相关，因此通过抑制血管生成来延缓肿瘤生长和转移是合理的。

图1 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的血管生成

2.2 肿瘤相关成纤维细胞促进肝脏纤维化

晚期肝纤维化和肝硬化是HCC的主要危险因素，大部分的HCC都是从肝硬化的基础上发展而来[13]。健康肝脏和肝硬化肝脏结缔组织由非实质细胞类型，即成纤维细胞、各种类型的免疫细胞和细胞外基质(ECM)组成。ECM由多种结构和功能分子组成，包括胶原蛋白、糖胺聚糖和蛋白聚糖(图2)。从更广泛的意义上讲，ECM还包括附着在其上的细胞因子、生长因子和蛋白酶，以及特异性细胞ECM受体[14]。由于ECM的转变和增加使得肝细胞周围微环境硬度增高，有文献指出基质硬度的增加通过PKB/Akt途径促进了Huh7和HepG2细胞的增殖，柔软的肝细胞周围微环境有利于细胞休眠和干细胞特性[15]。一项应用磁共振弹性成像(MRE)测量肝脏硬度(LS)的研究发现 LS 是 HCC 患者早期复发的独立预测因素[16]。另一项研究指出肝硬度<12 kPa的患者在21.8个月的中位观察间隔内没有发生HCC,而肝硬度>12 kPa的患者中有26%发生HCC[17]。肝脏中ECM的沉积不仅改变了肝脏的机械特性，而且由于其表面还附着有多种信号分子，因此通过直接结合特异性受体(如整合素和生长因子受体)或通过与配体形成复合物增强其活性并促进其与受体结合，具有调节和协调上皮、内皮、基质、免疫和肿瘤细胞中的多个信号网络的能力[18]。例如盘状结构域受体(DDRs)是一种受体型蛋白酪氨酸激酶包括 DDR1 和 DDR2,由胞外结构域、跨膜域和胞内激酶域三部分组成，其与ECM蛋白特异性相互作用促进上皮-间充质转化，这是导致上皮恶性转化的关键机制[19]。

图2 肿瘤相关成纤维细胞促进肝脏纤维化

2.3 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的细胞增殖

肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤微环境的组成部分之一，通过各种方式提供不同类型的细胞因子来刺激细胞增殖，如表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、趋化因子(如CXCL和CXCR家族成员)、细胞因子[如转化生长因子-β (TGF-β)]和不同酶[如金属蛋白酶(MMPs)]等(图3)[20]。CAF 分泌的 CXCL11 通过LINC00152/miR-205-5p/CXCL11轴影响HCC细胞在体外的增殖和迁移能力以及HCC肿瘤在体内的生长[21]。CAFs通过CXCL12促进巨噬细胞M2极化并诱导PAI-1分泌增强了HCC细胞的恶性程度[22]。HGF由CAS、HSC和肌成纤维细胞表达，是一种高效的肝细胞生长因子，可调节细胞增殖、迁移、存活和血管新生[23]。IL-6刺激的颗粒前蛋白通过激活mTOR信号通路提高HCC细胞的恶性程度[24]。IL-6/STAT3通路被激活后，恶性细胞增殖速度加快，抗凋亡能力显著增强[25]。TGF-β在肝癌发生过程中根据不同肿瘤分期表现出促癌或者抑癌两种不同的活性，在癌前状态TGF-β通过介导抗肿瘤细胞增殖及促进细胞凋亡而发挥抑癌作用，在肿瘤形成后TGF-β则通过抑制CD8+T细胞产生INF,并与IL-6、IL-1、IL-10协同促进Treg的产生和Th17的分化促进肿瘤进展[26,27]。FGF是一大类生长因子，介导血管生成、伤口愈合、胚胎发育和代谢调节等多种生理病理过程，FGFR异常表达或基因突变可促进多种肿瘤的发生和发展。FGFR1基因在肺癌和雌激素受体阳性乳腺癌中过度扩增，FGFR2过表达与弥漫性胃癌和三阴性乳腺癌有关FGFR3基因的突变导致浸润性膀胱癌，FGFR4突变与横纹肌肉瘤相关[28,29,30]。

图3 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的细胞增殖

2.4 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的侵袭、迁移

CAFs通过分泌多种信号因子促进肿瘤细胞的侵袭和转移。有文献报道CAFs通过在肿瘤微环境中分泌CCL2、CCL5、CCL7和CXCL16趋化因子，激活Hedgehog或TGF-β途径促进HCC细胞的侵袭和转移(图4)[31]。CCL5作为参与CAFs与肝癌细胞相互作用的关键调控因子，通过激活HIF1α/ZEB1信号轴促进HCC转移[32]。CXCL11通过circUBAP2/miR-4756/IFIT1/3轴促进了肝癌细胞的迁移和肿瘤转移[33]。CAFs衍生的外泌体TUG1通过miR-524-5p/SIX1轴促进HCC细胞的迁移、侵袭和糖酵解[34]。有研究表明外泌体miR-1247-3p通过降低B4GALT3促进了CAFs的转化，从而激活β1整合素-NF-κB信号通路促进了HCC的肺转移[35]。外泌体 miR-20a-5p通过肌动蛋白结合1(LIMA1)途径促进了HCC的转移[36]。外泌体miR-320a、外泌体miR-150-3P等在HCC的进展中发挥着重要作用，外泌体miR-146a-5p、外泌体miR-148b、外泌体miR-34a-5p也分别在前列腺癌、子宫内膜癌、口腔癌的细胞增殖及转移中起着重要作用，但是在HCC中目前研究较少[37,38,39]。

图4 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的侵袭、迁移

2.5 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的免疫抑制

越来越多的研究强调了TME在耐药性方面的免疫抑制功能，在此我们主要论述CAFs在调节免疫细胞功能方面的作用。CAFs产生免疫抑制性细胞因子和免疫检查点配体，募集免疫抑制细胞如MDSCs和外周血中性粒细胞，并调节免疫细胞如单核细胞和树突状细胞(DCs)的分化[40]。CAF衍生的IL-6可通过STAT3-程序性细胞死亡配体1 (STAT3-PDL1)信号级联募集并调节中性粒细胞的存活、活化和功能，进而促进HCC细胞的免疫耐受[41]。CAFs通过前列腺素E2(PGE2)和吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)诱导NK细胞转变为失活表型，使得其在抗肿瘤免疫中表现为无应答状态[42]。通过IL-6介导的STAT3通路CAFs可以募集DCs并将其转化为产生IDO的调节性DCs[43]。CAFs可以通过分泌βig-h3直接抑制CD8+T细胞的增殖、活化和细胞毒活性(图5)[44]。CAFs可以通过基质细胞衍生因子(SDF)-1a-CXCR4途径吸引外周血单核细胞，并在体外通过IL-6介导的STAT3途径诱导其分化为骨髓来源的抑制性细胞(MDSCs),导致T细胞增殖和功能的广泛抑制[45]。

图5 肿瘤相关成纤维细胞促进肝细胞癌的免疫抑制

3、肿瘤相关成纤维细胞对于肝细胞癌的抑制作用

我们一直关注于CAFs对于HCC增殖、迁移、侵袭等方面的促进作用，但是目前多项研究表明 CAFs可能也会抑制肿瘤的进展。一项在HCC中应用蛋白质组学和单细胞RNA测序分析技术的研究发现同一肿瘤中存在不同的CAF亚型，来源于门脉成纤维细胞的CAF可以分泌富含脯氨酸精氨酸末端富含亮氨酸的重复蛋白(PRELP),通过结合和抑制FGF1、FGF2、HGF和TGF-β1等肿瘤生长因子抑制肿瘤血管生成从而抑制体内HCC的发展(图6)[46]。在胰腺导管腺癌(PDAC)中关于CAFs亚群的相关研究也发现CAFs也可能具有肿瘤抑制功能，这些研究主要集中在α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)阳性细胞的遗传耗竭和Hedgehog(Hh)通路关键组分Sonic Hedgehog(SHH)的遗传缺失或smoothened(SMO)的药理抑制上[47,48,49]。另一些关于PDAC的研究也发现α-SMA+细胞的减少会导致多种不良预后，显著降低患者生存率[50]。除了上述肿瘤外在其他肿瘤中也有关于CAFs亚型的相关发现，有文献发现乳腺癌中存在四种CAF亚型，结直肠癌中存在两种不同的CAF亚型并表现出不同的功能，因此CAFs不同亚型可能在不同肿瘤中普遍存在[8,51]。

图6 肿瘤相关成纤维细胞对于肝细胞癌的抑制作用

尽管许多细胞内外或者细胞表面附着的蛋白都被用来鉴定CAFs亚型，但是目前还是缺乏普遍存在的标志物来研究CAFs。目前主要面临的问题在于CAFs表面的特征性分子在其他细胞中也广泛存在，比如在CAFs中广泛表达的蛋白，如αSMA、podoplanin (PDPN)和FAP,分别在周细胞、淋巴内皮细胞中高表达。随着新的CAFs标记不断被发现，根据CAF亚型特异性标记可以指导针对特定CAF群体的靶向治疗，这将有可能进一步改善患者的远期预后。

4、总结

CAFs是 TME中的重要成分，在调节HCC的生长中发挥重要作用。在本篇综述中，我们详细论述了CAFs在HCC的发生和发展过程中所起到的作用以及目前对于CAFs更进一步研究的方向。CAFs在血管生成、纤维化、细胞增殖、免疫抑制等多个方面，通过分泌多种信号因子或者调节免疫细胞功能发挥促癌作用。除了促癌作用之外，部分亚型的CAFs在HCC中还发挥抑癌作用，目前CAF亚群与肿瘤上皮和其他细胞类型之间的相互作用依旧未能明确，因此确定这些相互作用有助于开发治疗HCC的新策略。虽然CAFs在HCC治疗中的应用还处于探索阶段，但是它具有广阔的应用前景，有望成为HCC治疗新的突破口。

基金资助:甘肃省卫生健康行业科研计划(编号:GSWSKY2020-45);国家卫健委胃肠肿瘤诊治重点实验室2022年度硕博士/博士后基金项目(编号:NHCDP2022001);甘肃省人民医院博士研究生导师培育项目(编号:22GSSYA-3);甘肃省基础研究创新群体项目(编号:22JR5RA709);

文章来源:薛懿,赵永忠,崔银贤,等.肿瘤相关成纤维细胞在肝细胞癌中的研究现状[J].现代肿瘤医学,2024,32(10):1949-1953.