2024年11月8日，《Nature Communications》发布了一篇关于癌症相关成纤维细胞（CAF）亚型的研究，深入探讨了基底细胞癌、鳞状细胞癌和黑色素瘤中的CAF肿瘤内多样性，并揭示了它们在调节肿瘤免疫微环境中的潜力。
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CAF作为大多数实体肿瘤微环境中的重要组成部分，已成为癌症进展和治疗反应的关键调节因子。今天，小编将带大家一起通过‘ Functional heterogeneity of fibroblasts in primary tumors and metastases ’这篇综述，学习CAF亚型如何与原发性肿瘤、转移性肿瘤中的恶性细胞、免疫细胞及其他基质细胞相互作用，探索CAF群体与肿瘤微环境中其他成分的复杂功能串扰。
1.原发性肿瘤和转移瘤中的成纤维细胞是异质性的
在过去二十年，癌症研究的重点已从恶性细胞特性转向癌症微环境（TME），特别是CAF的作用。CAF是实体肿瘤TME中丰富的细胞，负责生产细胞外基质（ECM）成分，并调节肿瘤的生长、转移、治疗耐药和免疫逃逸。CAF通过近分泌、旁分泌信号、ECM介导的物理线索和代谢物交换等方式影响肿瘤进展。因此，靶向CAF产生的ECM成分、CAF激活的信号通路或CAF分泌的配体成为癌症治疗的研究方向。然而，这些策略在临床上的转化效果不理想，部分原因是对CAF与肿瘤进展间复杂机制的理解仍不深入。
CAF的异质性是目前研究中的一个重要议题。CAF可以具有促肿瘤或抗肿瘤作用，其功能和表型的多样性与肿瘤和基质细胞信号、标志物、基因特征的差异表达有关，且与患者预后密切相关。转移性肿瘤中的CAF通常被称为转移相关成纤维细胞（MAF），与原发肿瘤中的CAF存在差异。这些差异可能源于CAF的组织特异性起源及不同的激活信号。
尽管有部分研究已探讨了匹配的原发性肿瘤和转移中的CAF亚型，但对转移性肿瘤中MAF的深入理解仍有限。尤其在肺转移和肝转移中，单细胞水平的CAF异质性对比研究较为匮乏。更全面的研究需要探讨同一器官原发肿瘤与转移的CAF异质性，以推动CAF在临床中的靶向应用。
经临床测试的 CAF 靶向策略包括靶向 CAF 产生的细胞外基质 （ECM） 成分（例如透明质酸）、ECM 重塑酶 [例如赖氨酰氧化酶同源物 2 （LOXL2）]或信号转导上游纤维化 [例如粘着斑激酶 （FAK）];靶向 CAF 中活跃的信号通路;靶向 CAF 分泌的配体;以及将 CAFs 重编程为静止表型。为每种策略提供了过去和/或正在进行的临床试验的示例。未能改善临床结局的试验以红色表示。
决定 CAF 异质性的不同因素包括细胞谱系、标志物表达、基因特征（例如，肌成纤维细胞、炎症 、抗原呈递 ，血管 [40,51]，糖酵解型 、EGFR激活的）、恶性细胞和基质细胞衍生的激活线索和作用机制。
2.跨癌种和癌症特异性成纤维细胞亚型
癌症中的成纤维细胞（CAF）根据不同表型分为三种主要亚型：肌成纤维细胞（myCAFs）、炎性成纤维细胞（iCAFs）和抗原呈递成纤维细胞（apCAFs）。myCAFs具有收缩性，表达高水平的α平滑肌肌动蛋白（αSMA）及ECM相关蛋白，通常位于肿瘤细胞附近，通过TGF-β信号通路诱导。iCAFs则主要表达免疫调节分子，如IL-6和LIF，通常位于肿瘤细胞远端，由IL-1和JAK/STAT3信号通路诱导。apCAFs以MHCII表达为特征，参与免疫调节。
这些CAF亚型不仅在胰腺导管腺癌（PDAC）中被描述，还在乳腺癌、结直肠癌、肺癌、卵巢癌、膀胱癌等多种癌症中被发现。myCAFs和iCAFs在多种癌症中普遍存在，而apCAFs则在PDAC、乳腺癌、肺癌等中被鉴定，可能起源于间皮细胞。此外，CAF亚型之间存在显著的异质性，跨癌种也发现了如LRRC15和CD105等与TGF-β依赖性myCAFs共享特征的新标志物。
尽管单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术已揭示了CAF的分子异质性，准确确定这些亚型的功能仍然具有挑战性。近年的研究集中在这些CAF亚型如何与肿瘤微环境中的恶性细胞、免疫细胞及其他基质细胞相互作用，进一步影响癌症的进展。这些发现对癌症治疗的靶向策略具有重要意义。
3.成纤维细胞对恶性细胞串扰
CAF 通过不同的机制影响恶性细胞，包括旁分泌和近旁分泌信号传导、ECM 重塑和代谢物交换。这些作用机制不仅在 CAF 亚型之间不同，而且在原发性肿瘤和转移中也不同，反映了癌症进化过程中恶性细胞不断变化的需求。
成纤维细胞到恶性细胞串扰
在原发性肿瘤中，不同的癌症相关成纤维细胞 （CAF） 亚型通过旁分泌信号传导、细胞外基质 （ECM） 重塑和/或代谢物交换促进恶性细胞增殖、代谢、干性、化疗耐药、上皮-间充质转化 （EMT）、侵袭和迁移。在转移中，不同的转移相关成纤维细胞 （MAF） 亚型通过 ECM 沉积以及旁分泌和近分泌信号支持恶性细胞增殖、化疗耐药和侵袭性表型。
3.1.CAF 亚型通过旁分泌和 juxtacrine 信号传导调节恶性细胞行为
CAF（癌相关成纤维细胞）分泌的因子在肿瘤进展中起着重要作用，激活多种信号通路如TGF-β、MAPK、WNT、JAK/STAT和NF-κB。iCAF衍生的HGF、FGF7等因子可促进肿瘤生长和化疗耐药性。
例如，Silvia Affo等人的研究调查了肝内胆管癌 （ICC） 中的 CAF 功能，这是一种高度促纤维增生性肝肿瘤。单细胞 RNA 测序将 CAF 分离为炎性和生长因子富集 （iCAF） 和肌成纤维细胞 （myCAF） 亚群，显示出不同的配体-受体相互作用。iCAF 表达的肝细胞生长因子通过肿瘤表达的 MET 促进 ICC 生长，从而将 CAF 直接连接到肿瘤细胞。（参考文献2）
myCAF 分泌的 TGF-β 在肿瘤发生中具有多效性作用。Ryo Sato等人的研究发现癌细胞周围的 αSMA 阳性 CAFs 通过激活 TGFβ-Smad3 信号传导并随后在癌细胞中诱导 SAT （实体到腺泡转换）诱导腺泡组织形成。表明CAFs 介导的 TGFβ 信号传导在 LADC 细胞中诱导 STAT，并且 SAT 可能导致 LADC 中的肿瘤组织学异质性。且RNA-seq 分析表明，NF-κB 信号也可能有助于 SAT，TGFβ 和 NF-κB 信号通路之间的协调，因此可能在确定肺肿瘤组织的组织学特征中发挥重要作用。
LADC 细胞形成具有不同组织学特征的肿瘤，包括表达 MUC5AC 的实体型和表达 CK7 的腺泡型肿瘤。以依赖于肿瘤微环境的方式，这两种类型的肿瘤可以发生相互转化。LADC 细胞周围的 αSMA 阳性 CAFs 通过在肿瘤细胞中引发 TGFβ-Smad3 信号传导和随后的 SAT 来诱导腺泡肿瘤组织的形成。TGFβ 信号转导的激活还有助于 LADC 细胞中 CXCL8 表达的上调，这可能导致肿瘤微环境的变化，包括诱导血管生成和中性粒细胞募集到肿瘤组织中。
CAF对恶性细胞的信号传递在不同癌症类型中具有异质性，可能通过细胞外分泌或近分泌方式作用。治疗策略需考虑CAF亚型的多样性，避免抑制其对肿瘤的促进作用。
3.2.CAF 亚型通过 ECM 重塑调节恶性细胞行为
CAF通过分泌ECM蛋白和重塑酶调节肿瘤行为。例如，2021 年 9 月 21 日发表在Cancer Discov.上的文章表明,胰腺导管腺癌 （PDAC） 中PSC（胰腺星状细胞）衍生的CAF可产生肌腱蛋白C（TNC）和纤维胶原，维持肿瘤僵硬并增强FAK依赖的机械信号（参考文献4）。
不同ECM成分在肿瘤进展中作用不同，如研究人员使用功能性基质体分析根据 ECM 蛋白的基因本体功能分类对 ECM 蛋白进行分组，以这种方式组织数据能够观察到 CD146 – CAF 与 CD146 + CAF 衍生的 TME 的广泛差异。CD146 CAF 产生基底膜蛋白，例如层粘连蛋白，但 CD146+−CAF 产生纤连蛋白 1、LOX 和 TNC，并与转移形成增加有关（参考文献5）。
3.3.CAF 亚型通过代谢物交换调节恶性细胞行为
CAF 亚型也通过代谢物支持恶性细胞，在不同的肿瘤中表现出多种功能。
SETD2 是一种组蛋白 H3K36 三甲基转移酶，起肿瘤抑制因子的作用。通过单细胞 RNA 测序，在 Setd2 缺陷型胰腺肿瘤中鉴定了一个以 ABCA8a 为标记的富含脂质的 CAF 亚群。富含脂质的 CAFs 通过 ABCA8a 转运蛋白为线粒体氧化磷酸化提供脂质，从而促进肿瘤进展（参考文献6）。
不同CAF亚型在代谢上有显著差异，如iCAF偏向糖酵解，而myCAF则参与胆固醇代谢。然而，这些观察结果的相关性及其对恶性细胞和癌症进展的潜在影响仍有待确定。
CAFs 的代谢状态及其对恶性细胞的相应影响也受周围 TME 的影响。在乳腺癌中，TGF β激活的 CAF 的谷氨酰胺依赖性导致它们迁移到富含谷氨酰胺的基质区域，进而促进恶性细胞侵袭（参考文献7）。
4.成纤维细胞-免疫细胞串扰
CAF 不仅与恶性细胞相互作用，还与基质细胞相互作用，包括不同的免疫细胞类型。尽管这些相互作用在很大程度上是免疫抑制性的，但 CAF 与免疫细胞的串扰最近引起了人们的广泛兴趣，因为它有可能引发抗肿瘤反应。
在原发性肿瘤中，不同的癌症相关成纤维细胞 （CAF） 亚型通过旁分泌和近旁分泌信号传导、细胞外基质 （ECM） 重塑和代谢物交换来调节免疫细胞。特别是，它们抑制自然杀伤 （NK） 细胞的活性，影响 CD4 T 细胞成为调节性 T 细胞 （Tregs） 和效应细胞，并增加 CD8 T 细胞耗竭和检查点表达，同时抑制其活化、增殖和肿瘤浸润。在转移中，不同的转移相关成纤维细胞 （MAF） 亚型分泌旁分泌信号，以减少 CD8 T 细胞活化、浸润和增殖，并降低 NK 细胞的细胞毒性。
4.1.CAF 亚型通过旁分泌和 juxtacrine 信号转导调节免疫细胞行为
CAF通过旁分泌和juxtacrine信号调节免疫细胞功能，促进肿瘤免疫逃逸。研究人员在人 BC 中鉴定 4 个 CAF 亚群，其中，亚群CAF-S1 和 CAF-S4 成纤维细胞都表达 αSMA，可以被认为是肌成纤维细胞，而CAF-S1 亚群是唯一一个 FAP 阳性的亚群。在此研究中，乳腺癌中，CAF-S1分泌CXCL12，募集并促进CD4+CD25+ T细胞分化为调节性T细胞（Treg），建立免疫抑制微环境（参考文献8）。
除了适应性免疫系统外，CAF 旁分泌信号传导还调节先天免疫系统。例如，NetG1 PDAC CAF 除了在支持恶性细胞营养和存活方面的作用外，还被发现通过分泌粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子 （GM-CSF）、IL-1β、IL-6 和 IL-8 直接抑制自然杀伤 （NK） 细胞特性（参考文献9）。
CAF 对免疫细胞的 juxtacrine 信号传导也可导致免疫抑制。apCAFs 已被证明具有免疫抑制或免疫促进作用，具体取决于环境。在 NSCLC 患者来源的共培养物中，apCAFs 通过其 T 细胞受体激活效应 CD4 T 细胞，同时通过 C1q-C1qbp 信号轴维持 T 细胞存活，促进 MHCII 依赖性免疫（参考文献10）。
成纤维细胞-免疫细胞串扰也发生在转移性 TME 中。与正常肺成纤维细胞相比，IL-33 在乳腺癌的肺转移相关成纤维细胞 （MAF） 中上调，并通过促进中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和 T 细胞的募集以及介导 2 型免疫来创造转移支持生态位 （参考文献11）。
4.2.CAF 亚型通过 ECM 重塑调节免疫细胞行为
除了维持 TME 中的免疫细胞抑制信号外，CAF 还在空间上限制免疫细胞浸润。人 NSCLC 的 scRNA-seq 和免疫组织化学分析显示，尽管 MYH11αSMA CAFs 和 FAPαSMA CAFs 产生不同的胶原蛋白类型，但两种 CAF 亚型都能够独立地将胶原蛋白重组成致密且排列一致的纤维，从而限制恶性细胞与 T 细胞之间的接触并促进 T 细胞排斥（参考文献12）。
4.3.CAF 亚型通过代谢物交换调节免疫细胞行为
CAF 衍生的代谢物也已成为驱动免疫抑制的关键参与者。CAF 还通过产生消耗 TME 中代谢物的酶来影响免疫细胞。例如，黑色素瘤 FAP CAF 中较高的 L-精氨酸酶活性导致 L-精氨酸耗竭，进而上调 CD8 T 细胞上免疫检查点的表达（参考文献13）。对驱动 CAF 亚型到免疫细胞信号转导的分子介质的日益了解有可能指导未来联合治疗策略的设计。事实上，迄今为止的研究已经强调了 CAF 作为免疫 TME 的主要调节因子的作用，表明治疗性靶向特定 CAF 群体可能比改变单个免疫细胞群更有效。
5.成纤维细胞与基质细胞的串扰
CAF 还在 TME 中与其他基质细胞功能合作，以调节维持肿瘤生长的关键过程，包括血管形成和神经支配。然而，尽管对特定 CAF 亚型如何塑造恶性细胞和免疫细胞行为的了解呈指数级增长，但对 CAF 如何影响其他细胞类型的理解仍然有限，并且主要局限于原发性肿瘤中表征不佳的 CAF。
在原发性肿瘤中，不同的癌症相关成纤维细胞 （CAF） 亚型通过旁分泌和近旁神经信号传导调节肿瘤血管形成、肿瘤神经支配和其他 CAF。在转移中，来自 CAFs 的长距离旁分泌信号传导和来自转移相关成纤维细胞 （MAF） 的近端信号传导分别增加了内皮细胞 （EC） 粘附分子的表达和淋巴管通透性。
5.1.CAF 亚型通过旁分泌和 juxtacrine 信号传导调节肿瘤血管形成
最近的研究已开始将肿瘤血管形成与特定的 CAF 亚群联系起来。CRC恶性细胞中异常的KRAS信号转导激活了CAF中的转录因子CP2（TFCP2），从而驱动CAF转化为富含脂质的分泌VEGF-A的表型。这反过来又刺激了血管生成（参考文献14）。
新出现的证据表明，CAF 亚型也可能具有额外的内皮调节功能。最后，CAF 亚群在淋巴管生成中也起功能作用。在胆管癌中，PDGF-D 活化的成纤维细胞分泌更高水平的 VEGF-A 和 VEGF-C，以增加 LEC 募集、血管组装和通透性。与此一致，成纤维细胞的体内靶向抑制了肿瘤相关的淋巴管生成和淋巴结转移（参考文献15）。
5.2.CAF 亚型通过旁分泌信号传导调节肿瘤神经支配
神经系统是导致癌症发病机制的另一个重要 TME 成分 。尽管 CAF 和周围神经之间的功能相互作用仍未得到充分探索，但 PDAC 的最新研究表明，CAF 是神经生长因子 （NGF） 和轴突引导分子（如狭缝引导配体 2）的来源，可诱导神经突生长和神经侵袭（通过代谢物16）。新出现的证据表明，CAFs 还可以间接调节肿瘤神经支配。
5.3.CAF 亚型通过旁分泌信号传导相互调节
远处器官中的成纤维细胞可能被原发肿瘤中 CAFs 的信号间接激活，以重塑局部 ECM。与对 CAF 与恶性细胞和免疫细胞的串扰的研究相比，确定不同 CAF 亚型以及其他非免疫基质细胞如何相互影响的研究滞后。在原发性肿瘤和转移瘤中都需要进行此类研究。
6.总结
未来几年，随着多平台技术的兴起，人们将能更全面地解析癌症相关成纤维细胞（CAF）的异质性，结合基因组、转录组、蛋白质组和空间信息，揭示其在癌症进展中的复杂角色。CAF亚型的可塑性和动态变化，以及它们如何受肿瘤微环境和全身因素影响，将对癌症治疗策略的制定至关重要。跨癌种的统一CAF命名和新型基因工程小鼠模型的开发，有望为揭示癌症脆弱性提供重要突破。深入理解CAF在不同肿瘤生态系统中的功能，将为精准治疗提供关键支持。
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7.ref
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