《Neoplasia》：Recent Advances in Cancer-Associated Fibroblasts in Colorectal Cancer: Functional Subtypes, Spatiotemporal Dynamics and Therapeutic Targets
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结直肠癌(colorectal cancer, CRC)是全球第三大常见癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。研究表明，成纤维细胞在肿瘤的发生、进展、转移和治疗耐药中发挥关键作用。成纤维细胞并非同质细胞群，而是由多种具有不同分子特征和功能状态的亚群组成，其表型和
结直肠癌(colorectal cancer, CRC)是全球第三大常见癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。研究表明，成纤维细胞在肿瘤的发生、进展、转移和治疗耐药中发挥关键作用。成纤维细胞并非同质细胞群，而是由多种具有不同分子特征和功能状态的亚群组成，其表型和功能高度依赖于微环境信号。通过分泌多种可溶性因子，包括肝细胞生长因子(HGF)、白血病抑制因子(LIF)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-11(IL-11)、转化生长因子-β(TGF-β)和趋化因子配体12(CXCL12)，成纤维细胞参与肿瘤微环境重塑，并促进肿瘤细胞增殖、存活、侵袭和转移相关表型的发展。因此，癌症相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs)的异质性及其在肿瘤增殖、免疫抑制、血管生成、侵袭、转移和治疗耐药中的作用，已成为肿瘤微环境研究的重点领域。近年来，单细胞测序和空间多组学技术的进步使研究人员能够在单细胞分辨率下对成纤维细胞进行异质性分析和精确分型，克服了传统标志物的局限性，并定义了多维功能亚群。空间定位和原位相互作用网络保留了组织特异性信息，有助于构建成纤维细胞分子特征与邻近细胞及微环境信号的空间互作图谱。此外，体细胞突变和克隆演化分析将成纤维细胞异质性研究拓展至遗传学水平。这些发现为转化应用和精准干预提供了理论基础。尽管已有研究极大丰富了研究人员对CAF生物学特征的认识，该领域仍面临诸多挑战：CAF亚群在CRC不同阶段的时空演化尚不清楚；针对成纤维细胞的靶向治疗策略仍然非常有限；促肿瘤与抗肿瘤亚群之间的动态平衡鲜有研究。本综述从起源、分化、时间演化、空间分布和治疗转化等角度重新审视成纤维细胞对CRC进展的影响，总结精准靶向治疗的新潜在靶点，旨在为机制研究和临床转化提供新见解，并为未来研究提出新方向。
在结直肠癌(CRC)研究领域，癌症相关成纤维细胞(CAFs)的异质性、功能可塑性与时空动态已成为理解肿瘤进展和治疗耐药的核心议题。本综述系统梳理了CAF在CRC中的细胞起源、亚型分类体系、功能状态、时空分布特征、微环境驱动因素以及靶向治疗策略的最新进展，提出CAF研究正从静态的"亚型"概念向动态的"功能状态"范式转变，并强调了促肿瘤与抑肿瘤成纤维细胞群体间功能平衡在精准治疗中的关键意义。
**研究背景与现存问题**
CRC作为全球高发恶性肿瘤，其发病率和死亡率持续攀升。尽管以分子分型为指导的精准治疗已取得显著进展，免疫检查点抑制剂(ICIs)仅在MSI-H/dMMR亚型患者中显示明确疗效，约占全部病例的5%，而占绝大多数的MSS亚型患者对ICI单药治疗反应不佳。同时，传统广谱靶向CAF的策略因无法区分促肿瘤与抑肿瘤亚型而临床获益有限。近年来，单细胞测序与空间多组学技术揭示CAF呈现出高度异质性，不同亚群在肿瘤不同阶段可能发挥相反作用。然而，CAF亚群在CRC进展过程中的时空演化轨迹尚不明确，靶向治疗策略十分有限，促肿瘤与抗肿瘤亚群间的动态平衡也缺乏系统研究。因此，亟需从整合视角重新审视CAF在CRC恶性进展与治疗耐药中的角色。
**研究内容与核心结论**
研究人员通过系统回顾近年文献，首先梳理了CRC中CAF的细胞起源，依据证据强度将之分为三类：证据充分的来源(组织驻留成纤维细胞、特定病理条件下的间皮细胞)、具有实验支持但尚未完全证实的潜在来源(骨髓来源间充质基质细胞、内皮细胞、肝星状细胞)，以及主要基于其他肿瘤类型或实验模型提出的可能来源(周细胞、血管平滑肌细胞、脂肪细胞、造血来源细胞、上皮细胞等)。随后，研究人员总结了CAF分类框架的演化脉络：从早期基于ECM和肌成纤维细胞转录程序的CAF-A/CAF-B二分法，到CAF-S1/S4统一分类框架，再到myCAF/iCAF功能状态以及CMS4相关的新型群体(tCAF、CXCL14?CAF、MT?CAF等)。当前CAF鉴定正从稳定的"亚型"概念转向更具可塑性和情境依赖性的"功能状态"认知。基于此，研究人员将近年新发现的多种标志物定义的CAF群体(如THBS2?、COL10A1?、POSTN?、IL1R1?、CCL19?、CD36?等)划分为促肿瘤与抑肿瘤两大类功能状态，指出CRC进展伴随促肿瘤状态相对富集、抑肿瘤状态减少或功能受抑的整体趋势。在微环境驱动因素方面，研究人员归纳了慢性炎症、基质纤维化、免疫抑制、恶性转化支持、微生物组调控和化疗诱导等六大类刺激因素，它们通过正反馈环路协同驱动CAF活化和状态转变。通过整合不同疾病阶段的横断面证据，研究人员构建了CAF状态在正常黏膜、早期癌变、原发肿瘤和肝转移中的阶段相关性分布图谱。空间分布分析则显示不同CAF亚型具有特定的组织定位模式，如CCL19?CAF定位于三级淋巴结构(TLS)、POSTN?CAF局限于缺氧区域、GREM1?CAF靠近正常结肠隐窝底部等。在功能模块层面，研究人员详细解析了ECM重塑与机械调控、免疫调节、代谢与干性调控、化疗耐药相关成纤维细胞状态以及肿瘤抑制性成纤维细胞状态的作用机制。值得注意的是，αSMA?CAF在CRC中首次被证实发挥抑瘤作用，通过分泌BMP4诱导Lgr5?肿瘤干细胞分化，与胰腺癌和乳腺癌中的促肿瘤作用截然相反，凸显了CAF功能的组织特异性。GREM1?与ISLR?CAF构成一对功能拮抗的成纤维细胞状态，分别通过抑制或增强BMP信号通路调节肠道干细胞命运。在治疗策略方面，研究人员回顾了当前临床试验的不足，总结了临床前阶段的精准靶向策略，以及新兴的纳米医学递送系统在CRC-CAF靶向中的应用前景。
**关键技术方法**
研究人员主要依托以下关键技术开展研究：单细胞RNA测序(scRNA-seq)用于解析CAF转录组异质性与功能状态；空间转录组学(spatial transcriptomics)和空间蛋白质组学用于定位CAF亚型在肿瘤核心、缺氧区、侵袭前沿及TLS中的空间分布及细胞邻域互作；多重免疫组化(mIHC)和免疫荧光(IF)用于验证蛋白表达与空间共定位；基因敲除(KO)、类器官培养、条件性基因编辑小鼠模型及体内移植模型用于功能验证；配体-受体分析(CellChat、LIANA等)和转录因子分析(SCENIC)用于推断细胞间通讯与调控网络。样本队列来源包括：多个独立CRC单细胞数据集(如GSE178318等)、含肝转移灶的CRC患者样本(n=6)、接受新辅助化疗前后的配对直肠癌样本(n=29)、临床组织验证队列(n=10至n=244不等)以及TCGA等公共转录组数据库。
**主要研究结果**
**《成纤维细胞在CRC中的起源与亚型分类》**
组织驻留成纤维细胞是CRC中CAF的主要来源，在肿瘤细胞分泌因子或外泌体刺激下被激活并重编程。间皮细胞在深部浸润或腹膜转移时可通过间皮-间质转化(MMT)成为情境依赖性来源。肝星状细胞(HSCs)是CRC肝转移微环境中组织特异性的CAF样细胞来源。骨髓来源MSC、内皮细胞等作为潜在来源的证据尚不充分。CAF相关标志物(αSMA、FAP、PDGFRα/β、FSP1)并非严格谱系特异性，单凭标志物表达无法判定细胞来源。
**《单细胞与空间组学揭示CRC成纤维细胞异质性》**
CAF分类从CAF-A/B二分法演进至CAF-S1/S4框架及myCAF/iCAF功能状态，再延伸至CMS4相关的tCAF、CXCL14?CAF、MT?CAF等新型群体。目前尚无统一标准化分类系统，不同研究间差异源于组织来源、肿瘤部位、疾病分期、测序平台和生信策略等。CAF鉴定不能依赖单一标志物，需整合多标志物、协调转录程序、排除其他基质/免疫谱系并考虑空间定位。
**《新发现的成纤维细胞状态》**
促肿瘤功能状态包括CTHRC1?、SFRP2?、POSTN?、B7-H3?myCAF、MYH11?、MFAP2?、IL1R1?、TinCAF、COL10A1?、MFAP5?、CD36?、SPP1?、THBS2?mCAF、ANGPTL2?、GREM1?和LOXL2?myCAF等，分别通过基质重塑、免疫抑制、代谢重编程和耐药相关通路促进肿瘤进展。抑肿瘤功能状态包括αSMA?CAF、Tr-CAF、CCL19?CAF和ISLR?CAF，其中仅αSMA?CAF在独立队列中得到较充分验证，其余抑肿瘤状态的独立重复验证仍十分有限。
**《微环境驱动因素与成纤维细胞活化》**
慢性炎症通过IL-1、IL-6、TNF-α等细胞因子持续激活CAF形成正反馈；ECM交联导致基质硬度增加，通过机械传导和代谢应激强化促肿瘤表型；CAF活化与免疫抑制互为因果形成互惠回路；恶性上皮细胞通过TNF-α、IL-6、TGF-β等因子诱导CAF表型获得；具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)可直接附着并侵入CAF，诱导其呈现iCAF表型并分泌促炎因子；铂类化疗药物可在CAF中长期蓄积，持续增强TGF-β活性，导致获得性耐药和治疗失败。
**《CRC中成纤维细胞状态的阶段相关性分布》**
正常黏膜以静息成纤维细胞为主，伴有Tr-CAF样、ISLR?、GREM1?、αSMA?和MFAP5?等状态共存。早期癌变阶段出现IL1R1?CAF、B7-H3?myCAF和THBS2?mCAF的富集。原发肿瘤中富集SFRP2?、POSTN?、THBS2?mCAF、MYH11?、CD36?、MFAP2?和GREM1?CAF。转移背景下富集COL10A1?、B7-H3?myCAF和ANGPTL2?CAF；LOXL2?myCAF与化疗耐药的原发肿瘤相关。肝转移灶中检测到CTHRC1?CAF、SPP1?CAF和CCL19?CAF，后者通过诱导TLS发挥免疫保护作用。现有结论多基于不同队列的横断面分析，尚不能完全重建精确的纵向演化轨迹。
**《不同成纤维细胞亚型在CRC中的空间分布》**
多数亚型(THBS2?、COL10A1?、SFRP2?CAF)定位于肿瘤基质，常与肿瘤细胞、M2巨噬细胞或Treg细胞共定位。SPP1?CAF富集于肝转移灶，POSTN?CAF局限于缺氧区域，CCL19?CAF位于三级淋巴结构内，IL1R1?CAF和TinCAF靠近T细胞丰富区域，GREM1?CAF位于正常结肠隐窝底部附近，ISLR?CAF富集于隐窝中部区域，Tr-CAF样成纤维细胞位于结肠固有层。空间邻近本身并不足以证明直接的功能相互作用。
**《CRC相关成纤维细胞的功能模块及其与TME的交互作用》**
ECM重塑与机械调控模块中，CTHRC1?CAF通过WNT5A-FZD3/LRP6-MSLN轴促进EMT和侵袭；SFRP2?CAF通过胶原激活ECM受体通路并通过MHC-II诱导Treg分化。免疫调节模块中，MFAP2?CAF通过CYP27A1-27-HC-LXRβ轴诱导CD8?T细胞功能障碍；IL1R1?CAF通过IL-1β自分泌环路激活NF-κB并建立免疫抑制微环境；TinCAF通过NECTIN2-PVRIG/TIGIT/CD226轴抑制T细胞活化；COL10A1?CAF通过COL10A1-CD18-JAK1/STAT3轴驱动巨噬细胞M2极化，并经TGF-β1-RUNX2环路形成双向信号闭环。代谢与干性调节模块中，SPP1?CAF通过SPP1-CD44相互作用参与细胞间通讯，其富集区域具有独特的代谢特征(琥珀酸、四甘醇富集)；THBS2?mCAF通过THBS2-CD47-MAPK/ERK5轴促进肿瘤增殖与EMT。化疗耐药相关模块中，LOXL2?myCAF通过胶原交联增加基质硬度并分泌WNT5A，协同激活WNT信号通路，增强肿瘤干性和化疗耐药性。肿瘤抑制性模块中，Tr-CAF通过ADAMDEC1依赖性方式与CD3?、CD4?、CD8?T细胞浸润正相关；αSMA?CAF通过分泌BMP4激活PI3K/AKT通路抑制Wnt/β-catenin信号，诱导Lgr5?肿瘤干细胞分化并抑制EMT；CCL19?CAF通过CCL19-CCR7信号促进淋巴细胞募集和TLS形成，产生肿瘤反应性IgG抗体。GREM1?与ISLR?CAF分别通过抑制和增强BMP信号通路双向调节Lgr5?肠道干细胞的干性与分化平衡。值得注意的是，同一CAF亚型在功能模块间存在广泛重叠与协同，提示CAF靶向策略需从单一亚型转向功能模块联合干预。
**讨论与结论**
本综述指出，尽管单细胞与空间组学技术极大地提高了研究人员解析CAF异质性的能力，但转录组分类的精细度已远超功能验证的进度。CAF功能具有显著的组织特异性，αSMA?CAF在CRC中发挥抑瘤作用这一发现警示：跨癌种推广CAF功能结论需格外谨慎。当前研究对促肿瘤CAF的关注远多于抑肿瘤群体，这种不平衡可能掩盖抑肿瘤成纤维细胞状态的生物学与治疗学意义。在预后评估方面，多数CAF状态与患者结局的关联来自单变量分析或单一队列，缺乏对肿瘤分期、淋巴结状态、分子亚型和治疗暴露等混杂因素的充分校正。仅LOXL2表达和B7-H3?myCAF相关特征具有相对较强的多变量预后证据。未来CAF分类研究应整合多数据集、以核心转录调控模块而非单一标志基因定义亚群，并结合谱系追踪和纵向采样解析CAF状态的动态演化。CAF靶向治疗的成败可能取决于理解促肿瘤与抑肿瘤成纤维细胞状态间的动态平衡及其共享的功能模块，并将CAF状态谱型与CMS分型、MSI状态、疾病分期和治疗史相结合，建立情境依赖且具有纵向信息的分层框架。研究人员认为，未来研究应聚焦于确定在特定疾病情境中功能占主导的成纤维细胞状态、识别可重复且可操作的靶点状态，并通过严格的多变量生存分析和独立队列验证区分独立预后生物标志物与混杂关联。将CAF靶向纳米药物与生物标志物引导的患者分层相结合，借助人工智能辅助载体设计和空间组学技术优化亚型选择性递送，有望弥合CAF异质性精细描述与临床转化之间的鸿沟。
