不同癌相关成纤维细胞亚群对胆管癌生长的促进作用

撰文 | 咸姐

责编 | 兮

癌细胞的存活、生长、迁移甚至休眠都受到周围肿瘤微环境（TME）的影响。在TME中，癌相关成纤维细胞（CAF）是一类含量丰富、但缺乏特征性的细胞类型，以一种环境和器官特异性的方式在肿瘤的发生发展中起着多种作用，具有多种功能，包括基质沉积和重塑、与癌细胞的广泛信号交互作用以及与浸润性白细胞的串扰，分泌生长因子、炎症配体和细胞外基质蛋白，促进癌细胞的增殖、治疗抵抗和免疫排斥；此外，有研究也发现，CAF也可能在某些情况下抑制肿瘤进展【1,2】。CAF可来源于多种细胞，包括驻留成纤维细胞、周细胞、间充质干细胞、骨髓和脂肪细胞，转录组学揭示了其多样性。此外，越来越多的证据表明，CAF亚型的功能多样，特别是肌纤维母细胞CAF（myCAF）和炎性CAF【1】。但是目前，CAF介导的肿瘤促进或抑制机制尚不完全清楚，CAF亚群及其相关介质在体内的作用也仍不清楚。同时，现阶段许多关于CAF的研究都是以胰腺导管腺癌（PDAC）和乳腺癌的基因工程小鼠为模型的，而对包括肝脏在内的其他器官的研究也很少。

胆管癌（CCA）是肝脏第二常见的原发性恶性肿瘤，是一种促结缔组织增生性肿瘤，含有丰富的CAF，其治疗手段少，预后差。CCA发病率的增加主要是由于肝内胆管癌（ICC）的增加，而这可能归因于非酒精性脂肪肝的增加【3】。ICC具有与PDAC相同的解剖学、胚胎学和遗传学特征，然而，尽管在PDAC中CAF对肿瘤生长的贡献已经获得许多体内研究，但CAF在CCA中的功能尚未得到充分的体内研究。

来自美国哥伦比亚大学的Robert F. Schwabe团队在Cancer Cell在线发表题为Promotion of cholangiocarcinoma growth by diverse cancer-associated fibroblast subpopulations 的文章，探讨并确定了在ICC中CAF的来源和功能，揭示了不同的CAF亚群可通过不同特异性介质而非Ⅰ型胶原来促进ICC的生长，由此提示CAF及其介质可作为ICC的治疗靶点，并对以胶原作为主要促癌介质的传统理念提出了挑战。

本文研究人员利用“睡美人”转座子系统（Sleeping Beauty转座子是一种高效稳定的基因转移工具，能通过“剪切-粘贴”的方式将外源目的基因整合入宿主细胞基因组中），通过尾静脉注射，在小鼠肝脏分别过表达致癌驱动因子——KRASG12D 和p19 CRISPR（KRAS/p19）、myr-AKT 和YAPS127A （YAP/AKT）、myr-AKT 和NICD1 （NICD/AKT）或myr-AKT 和FBXW7Δf （FBXW7Δf/AKT），由此诱导构建了四类经组织病理学验证的角蛋白7和19阳性的ICC小鼠模型。这四种ICC模型的肿瘤均呈现促结缔组织增生，Acta2和Col1a1 mRNA表达增高，Col1a1-GFP和αSMA阳性CAF表达丰富，且超过85%的Col1a1-GFP和αSMA阳性CAF来源于肝脏星状细胞（HSC）。对其中两种ICC模型（KRAS/p19和YAP/AKT诱导）进行进一步地单细胞测序（scRNA-seq）分析发现，超过90%的panCAF表现为HSC特征，并且发现在TME中，HSC分化为高活化的HSC-CAF。此外，CellPhoneDB（细胞受体配体互作分析工具） 分析结果显示，CAF是与肿瘤细胞相互作用的优势细胞群，其中HSC-CAF代表了与肿瘤细胞相互作用最多的配体-受体亚群。类似的结果也出现在对于人类ICC的分析中，值得注意的是，高panCAF特征，以及ACTA2 mRNA高表达，与ICC患者的生存期降低和复发风险增加密切相关。由此提示，HSC-CAF可调节ICC生物学和预后，并且这可能是通过其与肿瘤细胞的直接相互作用介导的。

为了深入阐明CAF在ICC中的功能，研究人员在ICC肿瘤模型的最后2周降低HSC-CAF的量（降低达85%），可以发现肝脏纤维化降低，肿瘤细胞增殖显著降低，ICC进展受到明显抑制。相反，若在肿瘤模型早期降低CAF，虽然会导致短暂的下降，但是2周后CAF的数量几乎恢复正常，肿瘤的生长不受影响。此外，研究发现，在CAF减少小鼠模型的肿瘤中，细胞凋亡、适应性免疫或炎症的调节只发挥着微弱的次要作用，由此表明是直接的CAF-肿瘤相互作用触发了肿瘤细胞的增殖，其可能是CAF促进ICC生长的主要机制。

进一步地，通过scRNA-seq分析小鼠和人类ICC样本的CAF，研究人员发现了三类亚群——炎症和生长因子富集的CAF（iCAF）、肌纤维母细胞CAF（myCAF）和间皮CAF（mesCAF）。其中iCAF和myCAF所占比例更高，都是HSC集群的一部分，前者表达较高水平的HSC静息标志物及较低水平的激活标志物，后者则与之相反。此外，在CellPhoneDB配体受体分析中，myCAF和iCAF与肿瘤细胞有强烈相互作用。值得一提的是，高表达的myCAF特征与患者预后差和高复发风险相关，与炎症亚群相比，myCAF特征在ICC增殖亚群中富集，并与神经内侵袭相关。

那么，HSC来源的CAF到底是通过何种介质促进ICC生长的呢？

作为结缔组织增生，胶原含量和僵硬的关系一直以来都是紧密交织在一起的，并被认为可以通过机械敏感信号影响肿瘤的生长。然而，研究人员发现，虽然编码Ⅰ型胶原前α链的基因Col1a1在小鼠和人的ICC中表达上调，Ⅰ型胶原的缺失可以减少ICC的硬度和机械敏感信号，但是HSC-CAF中的Col1a1敲除或者条件性敲除胶原受体Ddr1都不会抑制ICC模型中的肿瘤生长，由此表明COL1A1和DDR1对ICC的增长都不是必要的。而与之相反的是，在myCAF中以及ICC模型和人ICC组织中均显著高表达的透明质酸合成酶2（HAS2），其在HSC-CAF中的缺失可以显著抑制肿瘤生长，同时实验发现HA与CAF共定位，但与肿瘤细胞不共定位，结合CellPhoneDB分析，研究人员发现HAS2可以通过与非肿瘤细胞或CD44（HA的主要受体）以外的受体相互作用来介导其促肿瘤作用。重要的是，组织芯片分析显示，高HA表达的CCA患者的生存率有明显的恶化趋势。与此同时，研究人员在iCAF中发现高表的肝细胞生长因子（HGF），其受体MET则在肿瘤细胞中高表，敲除HSC-CAF中的HGF可以显著抑制ICC的进展，而肝细胞/肿瘤隔室中Met的缺失也可显著抑制ICC生长，由此表明HGF-MET轴是直接连接iCAF与肿瘤细胞的关键配体-受体对，并且这是通过ERK介导的肿瘤细胞增殖实现的。

综上所述，本文结合了敲除、抑制和条件敲除策略，以及在两个患者队列中进行了生存分析，明确了CAF在ICC中促进肿瘤的作用，同时利用scRNA-seq、Cell-PhoneDB和共注射研究发现CAF的促瘤作用是通过HSC-CAF与肿瘤的直接相互作用介导的。与此同时，体内实验表明CAF来源的Ⅰ型胶原并不能直接影响ICC的生长，而HGF和HAS2，作为iCAF和myCAF介质，则被证明均可在肿瘤细胞增殖水平上促进肿瘤发展，但是其具体机制不同，iCAF相关的HGF可直接作用于肿瘤细胞，而myCAF相关的HA则可能是间接作用，由此不仅挑战了长期存在的胶原介导的刚度与结缔组织瘤生长之间的联系，而且提示新发现的这些CAF亚型介质可作为潜在的新的治疗靶点。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.03.012