癌症相关成纤维细胞（CAFs）的起源、功能异质性与治疗潜力：从促瘤/抑瘤双重功能到精准重编程

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Cancer-associated fibroblasts: origins, functional heterogeneity and therapeutic potential

　　

癌症相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤微环境（TME）的组成部分，并日益被认为是几乎所有癌症标志性特征的关键调节者。CAFs曾被视为均一的促瘤细胞类型，现已明确其由具有动态和可塑性、兼具促瘤与抑瘤能力的功能状态谱系组成。这种功能双重性在癌症作为“无法愈合的伤口”的框架内被概念化，并由其多样的细胞来源、所涉及的特异性激活通路（如转化生长因子-β（TGF-β）和血小板衍生生长因子（PDGF））以及来自TME的不断演变信号所决定。在本综述中，研究人员剖析了CAFs的多方面作用，从通过分泌因子和广泛的细胞外基质（ECM）重塑促进癌细胞增殖、侵袭和血管生成，到对免疫景观的深远影响。研究人员详细阐述了不同CAF亚群，如肌成纤维细胞样CAFs（myCAFs）和炎症性CAFs（iCAFs），如何协调免疫抑制生态位并促进治疗抵抗。研究人员还探讨了支持CAFs抑瘤功能的有力证据，这些证据促进了治疗策略的范式转变——从非选择性CAF清除转向旨在重编程其状态的精细化方法。这些策略包括调节关键信号通路、正常化CAF重塑的ECM以及利用独特的代谢脆弱性。最后，研究人员讨论了单细胞与空间转录组学（single-cell and spatial transcriptomics）的进展如何解析这一复杂性，为开发精准疗法铺平道路，这些疗法能够选择性中和促瘤CAF活性，同时利用其有益功能改善患者结局。

Introduction
该文首先厘清癌症相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤微环境（TME）中具有间质来源的细胞群体，通常缺乏上皮标志物（如EpCAM）、内皮标志物（如CD31）和白细胞标志物（如CD45），呈纺锤形，且缺乏癌细胞自身携带的致癌突变；因此，经上皮-间质转化（EMT）、内皮-间质转化（EndMT）或巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（MMT）获得间质特征的细胞不宜等同于真正的CAFs。文章以“肿瘤：未愈合的伤口”为框架，强调CAFs处于持续激活的伪愈合状态，并呈现动态、可互变的功能状态及促瘤/抑瘤双重作用，提示 indiscriminate 清除CAFs并非合理策略。

Origins and activation mechanisms of cafs
CAFs来源具有肿瘤类型和空间异质性，主要包括组织驻留成纤维细胞和星状细胞，如胰腺星状细胞（PSCs）和肝星状细胞（HSCs）；骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）、骨髓来源巨噬细胞/单核细胞经MMT、内皮细胞经EndMT、上皮细胞经EMT以及脂肪来源干细胞等亦可贡献CAFs。与静息正常成纤维细胞相比，CAFs呈慢性激活状态，高表达α-SMA、成纤维细胞活化蛋白-α（FAP）等并分泌促炎和基质重塑因子。

Mechanisms of CAF activation: from quiescence to a protumorigenic state
CAF激活的核心驱动包括TGF-β，其经Smad依赖和非依赖通路（MAPK、PI3K/Akt、RhoA/ROCK等）上调α-SMA、I/III型胶原和纤连蛋白等；PDGF经PDGFRα/β激活PI3K/Akt、MAPK/ERK和PLCγ，促进增殖、迁移及ECM产生，并与TGF-β形成前馈环路。IL-1、IL-6、TNF-α、CXCL12/CXCR4、ROS、ECM硬度、表观遗传改变、HSF1激活、PTEN/p53/p21缺失和CAV1失调亦参与激活；CAF来源ECM还可经整合素（如αvβ5、α5β1）信号将静息成纤维细胞转化为CAF样状态。

Markers and functional states of cafs
常用标志物包括波形蛋白（VIM）、α-SMA、FAP、成纤维细胞特异性蛋白1（FSP-1/S100A4）、PDGFRα/β、平足蛋白（PDPN）和基质金属蛋白酶（MMPs），但均缺乏绝对特异性。Meflin可标记静息样CAFs（rCAFs），其向α-SMA⁺Meflin^?致病性CAFs（pCAFs）转化与侵袭和耐药相关。CAF标志物需结合多重标志物、检测平台和功能实验解释。

Isolation, culture and characterization of CAFs
CAFs分离主要包括酶消化、组织块外植培养和磁激活细胞分选（MACS）/荧光激活细胞分选（FACS）；酶消化效率高但可能改变表型，外植法较温和，分选可提高纯度。二维（2D）培养易致人工激活，三维（3D）培养、水凝胶和类器官-CAF共培养可更好模拟TME，但仍难完全复现人CAF异质性；功能评估包括迁移/侵袭、ECM重塑、代谢和共培养耐药实验。

CAF functional states
单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示CAF“亚群”更应理解为动态功能状态。myCAFs高表达FAP和α-SMA，邻近肿瘤细胞并负责促结缔组织增生性基质；iCAFs分泌IL-6、LIF、CXCL12等，位于较远区域并支持炎症、增殖、转移和化疗耐药；抗原呈递CAFs（apCAFs）表达MHC-II和CD74，但共刺激分子低表达，功能具情境依赖性。乳腺癌CAF-S1至CAF-S4、前列腺癌CAF-0至CAF-5以及血管CAFs（vCAFs）、基质CAFs（mCAFs）、循环CAFs（cCAFs）和发育CAFs（dCAFs）等进一步拓展了分类。

Molecular regulators of fibroblast function states
CAF状态受内在和外在分子调控。Meflin标记早期胰腺导管腺癌（PDAC）中抑瘤性CAF状态；胰腺间质中干细胞因子（KITL/SCF）缺失与抑瘤活性丧失和肿瘤加速相关；Netrin-G1/NGL-1轴则可支持肿瘤生长和免疫抑制，提示针对特定分子调节CAF状态具有治疗潜力。

Multifaceted roles of cafs in the tumor ecosystem
CAFs通过分泌因子、ECM重塑和免疫调节在肿瘤生态系统中发挥双重作用。其促瘤作用包括促进癌细胞增殖、生存、干性、侵袭、血管/淋巴管生成、免疫抑制和耐药；抑瘤作用包括形成纤维性屏障、分泌抑瘤因子、增强抗肿瘤免疫及改善靶向治疗反应。

CAFs promote tumor progression
CAFs经SDF-1、IL-6/JAK/STAT3、TGF-β及PI3K/AKT、CXCL12、FGF、Wnt/β-catenin等通路促进增殖和生存，并通过“反向Warburg效应”、乳酸、丙氨酸、脂肪酸、支链酮酸（BCKAs）、溶血磷脂酰胆碱（LPCs）、谷氨酰胺及胆固醇胞吐等支持代谢共生。其还经SDF-1、脑源性神经营养因子（BDNF）和MMPs促进EMT和ECM重塑。

Promotion of cancer invasion and migration
CAFs分泌FGF2经FGFR1、IL-1β/IL-6/IL-8/IL-1α及CCL5/CCL11、TGF-β和MMPs促进侵袭和迁移；p85α低表达CAF经外泌体Wnt10b激活Wnt/β-catenin诱导EMT。CAFs还经赖氨酰氧化酶（LOX）交联胶原、激活DDR1、分泌MMPs和组织蛋白酶降解基底膜，并通过CAF-S1/S4、FSP1⁺ CAFs和转移相关成纤维细胞（MAFs）参与转移前生态位形成。

Influence on angiogenesis and lymphangiogenesis
CAFs经VEGF依赖和非依赖途径促进血管生成，IL-6激活PI3K/AKT和STAT3上调VEGF，POSTN经整合素αvβ3促进血管黏附和形成，VEGFA、FGF2、CXCL8、MMPs和WNT2亦参与。CD90⁺ CAFs、S100A4⁺成纤维细胞和NOTCH3⁺ CAFs具有特定促血管或促进展作用，CAFs对淋巴管生成亦有影响但研究相对有限。

Crafting an immune suppression niche
CAFs经CXCL12、CCL2等招募调节性T细胞（Tregs）和髓源性抑制细胞（MDSCs），FAP⁺ CAFs经STAT-CCL2招募MDSCs，CAF-S1招募并激活Tregs，IL-6、IL-8、M-CSF、CXCL14促进M2样肿瘤相关巨噬细胞（TAM）极化，CXCL13招募B细胞。CAFs还表达PD-L1/PD-L2，分泌TGF-β、腺苷和IDO抑制CD8⁺ T细胞和NK细胞，损害DC成熟和抗原呈递，并通过致密ECM、代谢竞争和外泌体miR-181a/miR-29等强化免疫抑制。

Induction of tumor drug resistance
CAFs经分泌因子、外泌体和ECM屏障促进耐药。其可上调E-cadherin和Akt通路降低前列腺癌抗雄激素治疗敏感性；CXCL12经SATB-1影响免疫浸润并介导吉西他滨耐药；WNT16B经NF-κB减少化疗诱导凋亡；CD10⁺GPR77⁺ CAFs经IL-6/IL-8和持续NF-κB激活支持癌干细胞（CSC）存活；CAF外泌体Snail和miR-146a介导耐药。CAFs与SPP1⁺巨噬细胞形成肿瘤浸润屏障，衰老CAFs经ECM和IL-1α/p53依赖机制促进免疫逃逸和放化疗抵抗，清除衰老细胞或阻断IL-1可逆转部分抵抗。

CAFs exhibit tumor-suppressive functions
CAFs抑瘤功能具有情境依赖性。肺癌CAF7/CAF12经IGFBP5/6/7抑制IGF1/2-IGF1R-FAK-AKT-ERK轴并增强EGFR酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKIs）疗效；Meflin⁺ CAFs抑制胰腺癌进展；α-SMA⁺ CAFs耗竭可导致更具侵袭性的PDAC；Hh通路抑制在某些模型中反而加速肿瘤，而恢复Hh可减轻负荷。myCAFs分泌I型胶原形成机械屏障，Col1a1缺失加速肿瘤生长；TGF-β促进iCAFs向myCAFs转化并增强间质屏障。

Caf plasticity, spatiotemporal dynamics and evolution
CAF状态高度可塑。IL-1α/β经JAK/STAT促进iCAF形成，TGF-β经SMAD促进myCAF分化并抑制iCAF标志物，JAK抑制剂可逆转部分状态；DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、NNMT、HIF-1α介导的糖酵解重编程以及PRRX1、RUNX2、ETV1等转录因子参与调控。ECM硬度和整合素机械转导亦驱动CAF状态转换。CAF群体在原发灶进展、转移和治疗压力下动态演化，转移灶mCAFs可能来源于不同前体并具有独特分泌组和ECM重塑能力。

Strategies for targeting cafs
CAF靶向策略包括清除、信号通路抑制、功能重编程、ECM调控和代谢/外泌体靶向。FAP导向的DNA疫苗、抗体、免疫毒素、溶瘤腺病毒、CAR-T和FAP-IL2V等可清除FAP⁺ CAFs；α-SMA导向的Cellax和GPR77抗体亦有研究，但CAF异质性和正常组织表达限制其特异性。

Targeting CAF-associated signaling pathways
抑制TGF-β、CXCL12/CXCR4、IL-6/JAK/STAT3和Hh等通路可减少CAF生成、激活和促瘤分泌。TGF-β抑制剂galunisertib、Fresolimumab和LY2109761，CXCR4抑制剂AMD3100，抗IL-6抗体、JAK抑制剂和STAT3靶向药物在临床前或部分临床试验中显示调节TME和增敏作用，但通路共享导致特异性不足。

Reprogramming CAF function
重编程策略旨在将促瘤CAFs转为静息或抑瘤状态。VDR配体如calcipotriol抑制TGF-β/SMAD并促进静息化，与吉西他滨联用改善递送和凋亡；视黄酸恢复PSCs静息状态并经sFRP4抑制Wnt/β-catenin；DNA甲基转移酶抑制剂5-氮杂胞苷（5-AZA）改变CAF甲基化并增敏吉西他滨；uPARAP抗体偶联药物、CXCL12 siRNA和artLCMV-TRP2疫苗等亦显示重编程潜力。

Targeting ECM-related components
靶向ECM可缓解间质屏障。氯沙坦减少透明质酸和胶原，PEGPH20降解透明质酸，细菌胶原酶降解胶原，均可改善药物渗透；靶向TNC、CTGF、ROCK和MMPs以及CAF靶向纳米乳剂可减少ECM沉积、降低组织张力并增强化疗/免疫治疗协同。

Exploiting CAF metabolism and other targets
CAFs经SLC7A11摄取胱氨酸并维持谷胱甘肽（GSH），靶向SLC7A11可减少PDAC生长、纤维化和转移；CAFs诱导的糖酵解和磷酸戊糖途径重编程、CAF外泌体miR-146a-5p/miR-155-5p、LRRC15抗体偶联药物ABBV-085及CAF自噬均是可探索靶点。临床转化显示FAP导向、TGF-β阻断和ECM调节策略结果不一，促使领域转向基于CAF亚型和空间背景的精准策略，并结合FAPI-PET和短暂“再教育”而非彻底清除间质。

Dissecting cafs complexity through single-cell and spatial transcriptomics
scRNA-seq和空间转录组学解析了CAF异质性及空间生态位。TKI耐药肺癌中POSTN⁺和PLA2G2A⁺ CAFs富集，POSTN⁺ CAFs经TNC促进EMT，PLA2G2A⁺ CAFs经CD39调节免疫；前列腺癌CAFs与巨噬细胞互作促进M2极化和T细胞抑制；膀胱癌PDGFRα⁺ITGA11⁺ CAFs经ITGA11-SELE促进淋巴管侵袭；ESCC中JAG1-NOTCH1诱导肿瘤边缘CAF转化；CRC中THBS2-CD47和CTHRC1⁺ CAFs-WNT5A参与进展。NSCLC中POSTN⁺ myCAFs与SPP1⁺巨噬细胞共定位形成免疫抑制生态位，HNSCC中MHC-I^hiGal9⁺ CAFs形成CD8⁺ T细胞屏障；肝癌F5-CAFs和卵巢癌STAR⁺ CAFs与预后或化疗敏感性相关。需注意mRNA表达并不总等同于蛋白功能。

Limitations and future directions
CAF研究仍受功能异质性、缺乏亚群特异性标志物、分离和体外培养改变表型、2D培养诱导激活以及临床前模型不足等限制。未来需明确不同肿瘤和阶段中CAF状态转换的分子机制与信号层级，阐明遗传、年龄、共病、生活方式和肠道菌群等宿主因素的影响，厘清前体与功能状态的谱系关系，发展实时区分促瘤/抑瘤CAF的方法和可靠生物标志物，并利用单细胞/空间多组学及生理相关模型开发精准CAF调节疗法，结合化疗、免疫治疗或放疗以提高疗效并减少耐药。