成纤维细胞与成纤维细胞激活蛋白在结肠癌中的研究进展

潘理会，佟晓波，李春辉

（1.承德医学院，河北承德 067000；2.承德医学院附属医院）

成纤维细胞与成纤维细胞激活蛋白在结肠癌中的研究进展

潘理会1，佟晓波1，李春辉2

（1.承德医学院，河北承德 067000；2.承德医学院附属医院）

结肠癌；成纤维细胞；成纤维细胞激活蛋白

肿瘤发生、发展是一个错综复杂的生物学过程，不仅是实质细胞本身的恶性转变，还有赖于肿瘤微环境的作用。肿瘤微环境一般由间质细胞、细胞外基质（extracellular matrix， ECM）和血管构成，其中成纤维细胞（normal fibroblasts，NFs）是主要的间质细胞，在微环境中与癌细胞接触，相互作用，转化为癌相关成纤维细胞（carcinoma associated fibroblasts，CAFs）。近年来，肿瘤中CAFs的研究备受关注，这些细胞在上皮肿瘤的恶性转变中发挥着不可忽视的作用。成纤维细胞激活蛋白（Fibroblast activation proteih，FAP）是活化的成纤维细胞表面上的特异性表达分子，与肿瘤的生长及侵袭密切相关。现就NFs、FAP在结肠癌中的特点、具体作用及机制综述如下。

1 成纤维细胞

1.1 NFs的形态与功能 成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分，细胞呈梭形或扁的星状，具有突起。NFs在正常组织粘膜中极少增殖代谢高度保守，功能不活跃，在肿瘤组织和愈合伤口中迅速增殖、代谢，转化为CAFs，这一互相转化过程包含复杂的生物学变化和信号通路传导的改变。CAFs在肿瘤的发生和转移过程中的重要作用已得到研究证实，研究认为，CAFs通过产生胶原、层黏连蛋白、纤维连接蛋白重塑细胞外基质，同时分泌各种信号介质（如细胞因子、化学因子、生长因子）和其它免疫调节物调控肿瘤的演进［1，2］。

1.2 NFs与结肠癌 近来的研究证实，正常成纤维细胞NFs对结肠癌细胞有抑制作用，而CAFs反而促进肿瘤的增殖。CAFs可与相邻的结肠癌细胞直接接触，发生细胞之间的信息交换，表达多种生物因子，改变微环境基质成分，来调控结肠癌细胞的生物学行为，CAFs相对正常成纤维细胞NFs，在生物学效应和分泌功能等方面均发生了明显的变化。

结肠癌的恶性进展包括细胞的恶化、增殖、浸润和转移多个阶段、多个步骤，其中浸润和转移是最重要的生物学特征，在很大程度上取绝于结肠癌细胞和间质细胞相互作用，产生各种分泌信号而实现。大量体外实验从分子细胞学上证实，CAFs相互作用可分泌可溶性因子、黏附分子、蛋白酶等活性物质，调节结肠癌细胞增殖、黏附、浸润、转移。王甜甜等［3］将结肠癌相关CAFs和正常成纤维细胞NFs分别与结肠癌细胞株HTC-116共培养，发现在一定时间内，CAFs组穿过Matrigel，到达滤过膜下方的HTC-116细胞明显增多。证明CAFs条件培养液具有增强HTC-116细胞增殖、浸润的作用，这可能与CAFs分泌某些可溶性因子有关，通过EMC通路或促细胞生长通路而发挥作用。基质金属蛋白酶（MMPs）是一种蛋白水解酶，能降解基质中各种蛋白成分，破坏组织学屏障，为肿瘤细胞的侵润和转移创造环境。细胞外基质金属蛋白酶诱导因子（EMMPRN）是肿瘤细胞表面黏附分子，能作为MMPs的诱导剂，刺激 MMPs的合成、分泌。张有为等［4］通过模拟体内情况，建立NFs与高转移性结肠癌细胞SW620双层培养模型，并设SW620单独培养为对照，采用微孔底膜套皿培养法研究NFs与结肠癌细胞SW620的相互作用对SW620细胞EMMPRIN表达的影响，发现共培养模型组中SW620细胞EMMPRN的表达在mRNA水平和蛋白水平上均显著高于对照组，且随着培养时间的延长有增加的趋势；分析认为，共同培养体系中，NFs与SW620存在着异常的相互作用，将NFs激活，转化为CAFs，CAFs进而刺激结肠癌细胞表达EMMPRN增加，诱导MMPs分泌上调，为结肠癌细胞的侵袭和扩散开路。

也有文献报道，成纤维细胞和肿瘤细胞相互作用转化过程中，伴随产生一些控制着肿瘤细胞增殖和转移的防御性因子，使肿瘤恶性表型消失，恶变逆转。有研究人员将NFs和结肠癌细胞系SW480分别进行单独和共同培养，探讨NFs和结肠癌细胞相互作用对胰导素样生长因子结合蛋白7（IGFBP7）表达的影响，采用逆转录-聚合酶链反应（Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RT-PCR）和免疫细胞化学法检测各组细胞中IGFBP7的表达，发现单独培养组NFs和SW480细胞中IGFBP7的表达微弱，甚至无表达，而两者共同培养组SW480和NFs细胞中IGFBP7在基因水平和蛋白水平均有明显升高，提示NFs细胞和SW480的相互作用可高表达IGFBP7，介导结肠癌细胞的衰老和凋亡，抑制结肠癌的形成和增长［5］。

β-连环蛋白（β-cat）是一种介导细胞黏附和信号转导的多功能蛋白，为Wnt信号传导通路的重要调解因子。游离β-cat在胞质内与T细胞因子和淋巴样增强因子（Tcf/Lef）蛋白结合形成复合物，穿梭入核内，启动基因转录，介导细胞内转导信号通路，使肿瘤细胞分化紊乱，增殖过度，导致癌瘤的形成。Morin等［6］发现，结肠癌的发生与β-cat有关。Vermeulen等［7］报道，结肠癌CAFs与结肠癌细胞共培养时，结肠癌细胞核中β-cat增多，Wnt信号通路活性增强，将二者共同注入小鼠体内，结果癌瘤形成时间缩短，表明CAFs也可通过调整结肠癌干细胞表型增加癌变潜能，促进结肠癌的演进。Koukourakis等［8］报道，CAFs还与结肠癌细胞可互补代谢途径，分解结肠癌细胞产生的毒性代谢产物，缓冲结肠癌细胞产生的酸性物质，促进结肠癌演进。

肿瘤细胞可分泌一些细胞因子和蛋白酶来重塑基质微环境，使癌周间质适合并支持肿瘤的转移，叫作肿瘤反应性间质。研究发现［9］，结肠癌细胞可释放生长因子，如转化生长因子（TGF-β），IGF等使成纤维细胞聚集活化，进而参与癌细胞的增生、转移等病理生理过程。Sappino等［10］报道，结肠癌细胞释放TGF-β诱导间质反应，促使CAFs活化，CAFs又分泌各种生长因子、胶原、蛋白酶和相应的抑制物，反过来影响癌细胞本身。Nosho等［11］报道，在结肠癌组织中，IGF-I、IGF-Ⅱ的过表达使MMP-7的表达增加，MMP-7又促进结肠癌CAFs的增生和迁移［12］。以上研究说明，结肠癌细胞释放各种细胞因子激活CAFs，进而调节结肠癌的发展。

2 成纤维细胞激活蛋白

2.1 FAP的分子结构与生物学活性 FAP是活化的成纤维细胞膜表面的特异性蛋白，也可以说是一种Ⅱ型膜结合糖蛋白，属丝氨酸蛋白酶家族。分子结构包括胞浆区、跨膜区、胞外区三部分，由761个氨基酸组成，其中胞浆区是由6个氨基酸组成的短肽链，跨膜区是由19个氨基酸组成的疏水跨膜片段固定在细胞膜上，其余大部分氨基酸胞暴露在细胞外微环境中，这一区域属于胞外区，是关键的酶催化区所在。FAP在不同哺乳动物细胞中的糖基化水平不同，有单体和二聚体两种形式，单体不具有蛋白水解酶，二聚体具有二肽酶和胶原酶双重活性，可以水解基质中二肽酶的底物、明胶及I型胶原，降解ECM，有利于肿瘤细胞的远部位侵袭。2.2 FAP与结肠癌 FAP通过降解胶原成分、增加微血管生成而促进肿瘤增殖生长，协助肿瘤侵袭、转移。有文献报道［13］，敲除FAP基因能增加胶原蛋白的积累，降低肿瘤血管密度，抑制肿瘤细胞增殖，降低癌相关成纤维细胞含量。研究证实［14］，成纤维细胞活化的驱动因子之一FAP与结肠癌患者的临床和预后有密切关系。Okada等［15］在结肠癌中FAP表达的研究结果显示，FAP表达与侵袭深度呈正相关。Henry等［16］临床研究发现，间质高表达FAP的结肠癌患者容易出现病灶的转移和复发，采用免疫组化法对结肠癌病人及模型鼠样本切片分析发现，样本中FAP阳性大于93%，且FAP的表达量与肿瘤分化程度成反比，说明FAP对结肠癌的早期发展更为重要。这些研究提示：遏制FAP的阳性表达、阻断CAFs的活化通路、改善肿瘤间质微环境是结肠癌免疫治疗、基因治疗的有效途径。

近年来，抗肿瘤药物在发展细胞毒性药物的基础上引入分子靶向药物的开发，抗体靶向治疗取得了一定的成果。抗FAP活化位点的抗体可抑制FAP的催化活性，减弱肿瘤的生长［17］。鉴于FAP的高度特异性，可为肿瘤靶向药物的研发提供新靶位。Loeffler等［18］采用一种DNA疫苗阻断FAP的表达，单独使用或联合化疗均可抑制原发结肠癌的生长和转移，并且提高了化疗药物的吸收和疗效，证明靶向FAP的疫苗对结肠癌治疗极具潜力。目前，国外已有一些靶向FAP特异性的抗结肠癌药物应用于临床。Scott等［19］将人源抗FAP抗体西罗珠单抗Sibrutuzumab用于临床试验，在26例结肠癌和转移性肺癌患者中，除了2例副反应严重中止试验外，其余24例患者注射Sibrutuzumab后症状均有明显缓解，耐受性良好，相对安全，表明该抗体对治疗转移性肿瘤效果良好。Cheng等［20］研究证实，FAP多克隆抗体作用人结肠癌细胞HT229异位移植瘤后，能够有效地抑制癌瘤的生长。

在肿瘤微环境中，CAFs与癌细胞相比，基因较稳定，不易产生抗原丢失和药物耐受；FAP在肿瘤间质中CAFs上呈阳性高表达，靶位丰富，且无个体差异。所以，以载体细胞CAFs为特异性标记物，以其表面抗原FAP为理想靶分子，将为结肠癌的免疫定位、病理诊断提供较有前景的靶目标。

3 问题与展望

CAFs对结肠癌细胞的生物学特性产生重要影响，FAP与结肠癌细胞的分化程度和侵袭深度密切相关。研究表明，FAP、CAFs在结肠癌发生、发展中起到重要的作用，这方面的研究有助于从分子细胞学上揭示结肠癌的发病机理，对结肠癌早期诊断及靶向治疗有重要意义。然而，目前国内外对CAFs的体内研究还不够深入，有关CAFs活化及FAP作用的具体分子介导机制尚不明确，有待于进一步探究。

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