癌症相关成纤维细胞代谢重编程：调控肿瘤免疫微环境与免疫检查点阻断疗效

《Experimental Hematology & Oncology》：Metabolic reprogramming in cancer-associated fibroblasts: orchestrating the tumor immune microenvironment and response to immune checkpoint blockade

免疫检查点阻断（ICB）已重塑实体瘤的治疗格局。然而，由于原发性或获得性耐药，持久的临床获益仍仅限于部分患者。除肿瘤内在因素外，肿瘤微环境（TME）在塑造免疫治疗应答方面发挥着关键作用。作为主要的基质成分，癌症相关成纤维细胞（CAFs）通过动态代谢重编程促进免疫抑制，并调节免疫细胞的空间组织与功能状态。单细胞转录组学、空间组学和代谢组学分析的最新进展，为CAF亚群的代谢异质性及其与免疫细胞的相互作用提供了新的见解。代谢重编程不仅维持CAF活化，还通过营养竞争、代谢物蓄积以及与细胞外基质重塑的协同作用，重塑局部免疫环境。这些过程强化了TME内的免疫抑制，并促成对ICB的耐药。本综述整合了新兴的多组学视角下CAF代谢异质性的研究进展，总结了代谢重编程如何塑造肿瘤免疫，并讨论了靶向CAF代谢以增强免疫治疗疗效的治疗策略及其临床转化所面临的主要挑战。

论文主体内容总结

CAFs的异质性与可塑性

CAFs的起源与异质性：CAFs广泛涵盖在TME内被激活的所有成纤维细胞，是一类来源于多种细胞谱系的高度异质性基质细胞群。组织驻留成纤维细胞（TRFs）被认为是多数实体瘤中CAFs的主要来源；在胰腺导管腺癌（PDAC）中，组织驻留胰腺星状细胞（PSCs）是CAFs的重要来源。此外，上皮细胞可通过上皮-间充质转化（EMT）、内皮细胞可通过内皮-间充质转化（EndMT）获得CAF样特征；骨髓来源间充质干细胞（MSCs）可被招募至肿瘤部位并分化为CAF样细胞；周细胞也可经周细胞-成纤维细胞转化成为CAFs的来源。谱系多样性本身不足以完全解释CAF群体的异质性，部分多样性可能先于肿瘤发生而存在，反映组织固有成纤维细胞的异质性。空间分析进一步揭示了CAF亚群在肿瘤内的空间组织和功能特化，不同CAF亚群占据不同生态位并呈现不同的基质程序。CAF丰度与组成在不同肿瘤类型间也存在显著差异，受组织背景、基质活化信号等因素影响。

CAFs的功能状态与可塑性：单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究已鉴定出多种CAF状态，其中最常描述的是肌成纤维细胞样CAFs（myCAFs）、炎症性CAFs（iCAFs）和抗原呈递CAFs（apCAFs）。myCAFs高表达收缩和细胞外基质（ECM）相关基因，主要由转化生长因子-β（TGF-β）信号驱动分化，是ECM沉积和基质重塑的主要贡献者。iCAFs以大量分泌IL-6、IL-8、CXCL1和CXCL12等炎症细胞因子和趋化因子为特征，其分化主要由IL1α介导的NF-κB和JAK/STAT信号驱动。apCAFs高表达MHC II类相关分子如HLA-DRA、HLA-DRB1和CD74，但通常缺乏经典共刺激分子。在PDAC中，间皮细胞来源的apCAFs可直接与初始CD4⁺ T细胞相互作用并驱动其向调节性T细胞（Tregs）分化；在非小细胞肺癌（NSCLC）中，干扰素-γ（IFN-γ）通过JAK1/2-STAT1-IFI6/IFI27信号驱动apCAF扩增，apCAFs上的PD-L2通过与RGMB结合促进FOXP1⁺ Tregs的积累。值得注意的是，myCAFs、iCAFs和apCAFs并非刚性分离的群体，CAF表型沿功能连续体存在，各状态间具有显著转录程序重叠和不同程度的可塑性。空间上，myCAFs通常富集于恶性细胞邻近区域，iCAFs多分布于远端基质区域，apCAFs在胃癌中优先定位于三级淋巴结构（TLSs）附近。CAF状态受局部细胞、炎症和代谢信号的空间组织调控，并在TGF-β与IL-1信号、代谢线索等作用下动态重塑。

CAFs的功能双重性：CAFs既可促进也可抑制肿瘤进展，取决于其功能状态和生物学背景。促肿瘤CAFs通过重塑ECM、支持肿瘤代谢与血管生成、促进侵袭转移及参与治疗耐药等机制促进恶性进展。例如，CAFs中PYCR1依赖的脯氨酸合成支持富含胶原的ECM沉积；TGF-β依赖的LRRC15⁺ CAFs可促进肿瘤生长、直接抑制CD8⁺ T细胞功能并限制ICB应答。相反，部分CAF群体可抑制肿瘤进展或被治疗性重编程以支持抗肿瘤免疫。在胰腺癌中，α-SMA⁺肌成纤维细胞中I型胶原的基因缺失加速肿瘤进展；CD105^?成纤维细胞以适应性免疫依赖方式抑制肿瘤生长。这些看似矛盾的结果反映了CAF谱系、活化状态、空间定位、肿瘤分期和实验背景的差异，提示CAF靶向策略应选择性抑制或重编程促肿瘤CAF状态，而非不加区分地清除整个成纤维细胞区室。

TME中驱动CAF代谢重编程的机制

可溶性因子和细胞外囊泡介导的信号：TME内的外源性信号是CAF代谢重编程的关键上游驱动因素。TGF-β1和血小板衍生生长因子（PDGF）可驱动CAF从氧化磷酸化向有氧糖酵解转变，这一过程部分由miR-424依赖的异柠檬酸脱氢酶3α（IDH3α）下调介导，进而抑制脯氨酰羟化酶结构域蛋白2（PHD2）活性并稳定HIF-1α。肿瘤来源的细胞外囊泡（EVs）也可塑造CAF代谢：癌细胞来源的外泌体miR-105诱导基质成纤维细胞中MYC依赖的代谢重编程；三阴性乳腺癌（TNBC）中癌细胞来源外泌体递送整合素β4（ITGB4）蛋白至CAFs，导致BCL2相互作用蛋白3样（BNIP3L）依赖的线粒体自噬和乳酸产生。

微环境应激与营养约束：局部微环境约束包括营养耗竭、缺氧、乳酸蓄积和氧化应激，可进一步驱动CAF代谢重编程。反向Warburg效应是肿瘤诱导CAF代谢重编程的经典模型。肿瘤相关氧化应激可诱导基质成纤维细胞自噬和线粒体自噬，强化CAFs中的有氧糖酵解。肿瘤缺氧可增强这种糖酵解重编程，如乳腺癌中缺氧诱导基质成纤维细胞中共济失调毛细血管扩张突变（ATM）激酶的氧化活化，促进葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）磷酸化和丙酮酸激酶M2（PKM2）表达增加。乳酸交换并非单向的：在胰腺癌中，高糖酵解癌细胞消耗大部分可用葡萄糖，造成邻近CAFs的葡萄糖限制条件，CAFs通过单羧酸转运蛋白1（MCT1）摄取癌细胞来源乳酸并用作三羧酸（TCA）循环燃料。谷氨酰胺限制也可重塑CAF营养代谢，如在卵巢癌中，谷氨酰胺匮乏促进CAFs的谷氨酰胺合成程序。

CAF代谢状态的表观遗传调控：代谢重编程可能始于MSCs获得CAF表型的过程中。在PDAC中，肿瘤细胞来源乳酸增加MSCs中α-酮戊二酸的产生，激活十-十一易位（TET）酶，在MSCs向CAFs分化过程中降低胞嘧啶甲基化并增加羟甲基化。在已建立的CAFs中，表观遗传重塑可改变代谢相关基因表达。卵巢癌中，烟酰胺N-甲基转移酶（NNMT）消耗S-腺苷甲硫氨酸（SAM）并降低CAFs中组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3），将甲基供体代谢与基质转录重塑和CAF活化联系起来。肿瘤细胞表观遗传失调也可塑造代谢特化的CAF群体：胰腺癌中肿瘤细胞SETD2缺失促进ABCA8a⁺富脂CAFs的扩增，为肿瘤细胞氧化磷酸化（OXPHOS）提供脂质支持。

CAF代谢重编程调控肿瘤免疫微环境

免疫排斥生态位：免疫排斥生态位以细胞毒性CD8⁺ T细胞滞留于基质边界或肿瘤边缘、难以渗透至肿瘤巢为特征。CAF代谢重编程通过强化基质屏障促进这一空间模式。在软组织肉瘤中，CAFs依赖GLUT1糖酵解促进CXCL16分泌，阻碍CD8⁺ T细胞进入肿瘤核心；GLUT1抑制剂BAY-876可恢复T细胞浸润并增强化疗敏感性。FAP⁺ CAFs过表达LINC01711，增强乳酸脱氢酶A（LDHA）活性和糖酵解通量，形成乳酸富集代谢屏障阻碍CD8⁺ T细胞浸润和功能。CAF代谢程序还可通过支持ECM沉积形成结构性屏障，如PYCR1依赖的脯氨酸生物合成促进CAFs中胶原产生。在口腔鳞状细胞癌（OSCC）中，表达色氨酸2,3-双加氧酶2（TDO2）的CAFs增强色氨酸-犬尿氨酸代谢并分泌CXCL9、CXCL10和CXCL11，将T细胞招募至外周基质区域同时限制其渗透至肿瘤巢。

免疫抑制生态位：在免疫抑制生态位中，抗肿瘤免疫细胞并非一定被排斥于肿瘤组织之外，而是功能失效。CAF代谢重编程可通过重塑局部代谢物环境、细胞因子和趋化因子网络、氧化还原平衡及基质-免疫相互作用促成这一状态。

细胞毒性淋巴细胞功能障碍与Treg富集生态位：CAFs是TME中CD73的主要非免疫来源，CD73表达受腺苷A2B受体（A2BR）信号调控形成正反馈环路，维持细胞外腺苷蓄积并抑制CD8⁺ T细胞功能。黑色素瘤相关成纤维细胞可通过精氨酸酶介导的L-精氨酸耗竭限制T细胞功能，导致CD69表达降低、细胞毒性效应功能受损，并促进TIGIT和BTLA等抑制性受体上调。胰腺癌中PLA2G2A⁺ CAFs分泌高水平的磷脂酶A2组IIA（PLA2G2A），抑制CD8⁺ T细胞中MAPK/ERK和NF-κB信号，导致功能障碍表型。CAF表达的NNMT通过EZH2依赖的表观遗传重编程和血管生成素样4（ANGPTL4）驱动的代谢-免疫耦联促进肿瘤免疫逃逸。CAF代谢重编程也可损害自然杀伤（NK）细胞功能：NetG1⁺ CAFs通过调节谷氨酸/谷氨酰胺代谢建立免疫抑制代谢生态位；肝细胞癌（HCC）中CAFs通过前列腺素E2（PGE2）分泌和吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）介导的色氨酸分解代谢损害NK细胞活化；胃癌中CAFs通过FSTL1诱导NCOA4介导的铁蛋白自噬，增加NK细胞对铁死亡的敏感性。在前列腺癌中，CAF来源乳酸通过SIRT1依赖的T-bet降解抑制Th1分化并促进FoxP3⁺ Treg分化，建立Treg富集的免疫抑制微环境。

TAM和MDSC相关免疫抑制生态位：乳酸是CAF代谢重编程重定向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）功能的典型例证。在肺癌中，肿瘤细胞来源乳酸促进成纤维细胞中NUSAP1核转位，增加DESMIN转录和CAF活化，DESMIN⁺ CAFs分泌IL-8促进TAM招募和M2样极化。脂质相关巨噬细胞（LAMs）是与CAF富集TME相关的独特TAM状态，在三阴性乳腺癌（TNBC）中，免疫抑制性STAB1⁺TREM2^high LAM亚群在ICB耐药患者中富集，CAFs促进单核细胞向脂质蓄积巨噬细胞状态分化，iCAF来源的CXCL12-CXCR4轴支持单核细胞招募和LAM积累。CAF-巨噬细胞代谢串扰也是双向的：巨噬细胞来源EVs递送烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）至CAFs，通过SIRT1-NOTCH信号抑制CAF NNMT表达，增强抗肿瘤T细胞活性并改善抗PD-1治疗应答。在尿路上皮膀胱癌中，CAFs中NNMT高表达与PD-L1阻断耐药相关，通过增加血清淀粉样蛋白A表达和分泌促进TAM招募，NNMT药理学抑制可减少巨噬细胞浸润并增强抗PD-L1治疗疗效。