《Biomedicine & Pharmacotherapy》:Tumor-associated fibrosis plays a role in cellular immunity across human diseases
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肿瘤相关纤维化是实体恶性肿瘤的普遍特征,它重塑组织架构、生化信号和力学特性,从而深刻影响多种癌症中的抗肿瘤细胞免疫。本综述总结了当前对纤维化肿瘤基质细胞和分子驱动因素的理解,重点介绍了异质性癌症相关成纤维细胞(CAF)类型(myCAF、iCAF、apCAF)、
肿瘤相关纤维化是实体恶性肿瘤的普遍特征,它重塑组织架构、生化信号和力学特性,从而深刻影响多种癌症中的抗肿瘤细胞免疫。本综述总结了当前对纤维化肿瘤基质细胞和分子驱动因素的理解,重点介绍了异质性癌症相关成纤维细胞(CAF)类型(myCAF、iCAF、apCAF)、肌成纤维细胞、血管细胞和浸润性免疫细胞。研究人员进一步讨论了改变的细胞外基质(ECM)景观,其特征是I/III型胶原蛋白、纤连蛋白、透明质酸、蛋白聚糖以及基质调控酶(如LOX和MMPs)的过度沉积和重塑,这些共同定义了结缔组织增生。特别关注了启动和维持纤维化的信号通路、表观遗传程序和代谢调节因子,以及肿瘤细胞、CAFs和免疫群体之间的双向串扰,这种串扰塑造了免疫排斥、功能障碍和治疗抵抗。此外,研究人员综述了新兴的实验模型以及空间多组学和单细胞证据,这些证据将基质状态与泛癌环境中的免疫表型联系起来。临床前和转化研究表明,靶向ECM重塑、CAF重编程以及抑制促纤维化信号通路可以以背景依赖的方式恢复免疫浸润并增强抗肿瘤免疫。本综述为理解肿瘤相关纤维化如何调控多种癌症中的细胞免疫提供了一个全面的框架,并为开发靶向纤维化的免疫治疗策略提供了见解。
2. 肿瘤相关纤维化在不同癌症中的作用
肿瘤纤维化的细胞组成复杂且动态,包含多种基质、血管和免疫成分,它们相互作用以产生并维持纤维化微环境。癌症相关成纤维细胞(CAFs)是主要的基质效应细胞,目前被认为是一个异质性群体,具有不同的功能状态,这通过单细胞和空间分析得以揭示。纤维化的普遍程度和范围在不同癌症类型中高度多样化。胰腺导管腺癌和促结缔组织增生性乳腺癌是典型的高度纤维化肿瘤,而胆管癌、部分胃癌和结直肠癌以及某些患者的肺腺癌常表现出明显的基质反应。相比之下,血液系统恶性肿瘤通常缺乏致密的纤维化基质。值得注意的是,多项临床研究已将高基质含量或特定胶原特征与更差的预后、药物渗透性降低以及对免疫检查点抑制剂的反应率下降相关联,表明纤维化的组织学存在对预后和治疗有切实影响。myCAFs(肌成纤维细胞样癌症相关成纤维细胞),通常以高α-SMA表达和位于肿瘤巢旁为特征,是纤维状胶原蛋白和基质交联酶的主要生产者,这些酶促进基质硬化、机械传导和促结缔组织增生性重塑。最近证据表明,纤维化程序也可以独立于ECM沉积本身进行调控。例如,Yadav等人描述了一种由细胞内信号和转录机制驱动的再激活介导的纤维化程序,强调了即使在缺乏广泛ECM积累的情况下,纤维化相关表型也可能持续存在。相比之下,iCAFs(炎性癌症相关成纤维细胞)主要分泌炎性细胞因子和趋化因子,包括IL-6和CXCL12,从而塑造免疫细胞募集、炎症信号传导和基质-免疫通讯。apCAFs(代谢性癌症相关成纤维细胞)表达MHC II类分子和抗原加工机制,尽管缺乏经典的共刺激分子,但仍可调节CD8? T细胞活性。此外,还鉴定出具有代谢、衰老样或髓系募集特征的额外CAF亚群,进一步强调了CAF对局部微环境信号的异质性和可塑性。肌成纤维细胞是高度收缩、产生基质的细胞,可能来源于常驻成纤维细胞、周细胞、上皮-间质转化或募集的纤维细胞,它们在功能上与myCAFs重叠。同时,血管细胞,包括内皮细胞和周细胞,在纤维化肿瘤微环境中发生深刻改变,导致异常血管生成、血管渗漏、低灌注和免疫细胞排斥。浸润性免疫群体,包括肿瘤相关巨噬细胞(常呈现M2样表型)、髓源性抑制细胞(MDSCs)、功能失调的树突状细胞和调节性T细胞(Tregs,通常以CD4?、CD25?和FOXP3?免疫抑制淋巴细胞为特征),在纤维化微环境中积累,并与CAFs和ECM相关信号进行交互串扰,以强化免疫抑制和肿瘤进展。结缔组织增生性基质在组成和转换方面均不同于正常基质,产生力学和生化上不同的环境。纤维状胶原蛋白,特别是I型和III型,是最丰富的成分,以更大量的沉积和改变的组织(对齐纤维)增加组织硬度,并影响细胞迁移和信号通路如FAK和YAP/TAZ。升高的纤连蛋白,如ED-A/ED-B亚型,提供粘附支架,增强整合素信号传导并支持侵袭。透明质酸积累,在胰腺导管腺癌和其他肿瘤中显著,截留水分以提高间质压力、压迫血管并阻碍药物递送,同时HA片段可结合CD44或TLR以调节炎症。蛋白聚糖和基质细胞蛋白(例如,versican、decorin、lumican)的变化影响生长因子可用性和受体激活,进一步影响细胞行为。重塑和成熟基质的酶至关重要,包括赖氨酰氧化酶(LOX)家族成员催化胶原交联,增加硬度和侵袭性;基质金属蛋白酶(MMPs)及其组织抑制剂(TIMPs)控制ECM降解和释放生物活性基质因子;以及转谷氨酰胺酶、脯氨酰-4-羟化酶和组织蛋白酶进一步加工基质成分。增加的沉积、改变的交联和失调的蛋白水解创造了一个刚性、配体丰富的微环境。该环境限制了免疫细胞浸润并扰乱了趋化因子梯度。它还维持潜伏的促纤维化信号传导,例如通过激活潜伏的TGF-β。这种屏障促进了肿瘤进展,同时限制了有效的抗肿瘤免疫。
3. 驱动肿瘤微环境中纤维化的分子通路
肿瘤微环境中的纤维化由多种信号通路协调,这些通路驱动成纤维细胞活化、ECM产生和基质重塑。TGF-β信号传导是核心且多方面的驱动因素。经典的SMAD2/3介导的转录诱导肌成纤维细胞分化,上调胶原蛋白和纤连蛋白基因,并增加ECM修饰酶(LOX、脯氨酰-4-羟化酶)的表达。非经典TGF-β通路(MAPK、PI3K-AKT、RhoA/ROCK)通过促进细胞骨架重组和收缩性来放大促纤维化反应,促进持续的基质沉积。PDGF和FGF家族的成员作为成纤维细胞和周细胞的强效有丝分裂原和趋化因子,导致产生基质的细胞池扩增,并刺激其迁移至肿瘤基质。此外,IL-6/JAK-STAT3轴将炎症与纤维化联系起来,其中CAFs和基质祖细胞中的IL-6信号传导驱动支持ECM合成、SASP产生和旁分泌免疫调节的转录程序,而慢性JAK-STAT激活则强化了促纤维化、炎性微环境。此外,Wnt/β-连环蛋白信号传导促进成纤维细胞增殖和肌成纤维细胞分化,并与TGF-β协同作用以维持ECM基因表达。Hedgehog信号传导,特别是肿瘤细胞来源的配体激活基质Hh通路,可通过促进成纤维细胞活化和改变基质组成来诱导多种癌症中的促结缔组织增生性重塑。细胞-基质粘附和通路-整合素结合及下游FAK/SRC信号传导-介导ECM硬度与细胞反应之间的相互通讯,增强存活、迁移和强化纤维化的转录程序。YAP/TAZ,Hippo通路的效应器和机械信号的传感器,在刚性微环境中转位至细胞核,在那里它们共激活促纤维化基因网络并维持成纤维细胞活化,从而在基质硬化和促纤维化转录之间形成正反馈回路。趋化因子及其受体塑造纤维化基质的空间组织和细胞组成。CXCL12-CXCR4信号传导将成纤维细胞、内皮祖细胞和免疫抑制性白细胞(Tregs、MDSCs)募集到纤维化微环境中,CCL2/CCR2轴驱动单核细胞募集并分化为分泌TGF-β和其他促纤维化介质的肿瘤相关巨噬细胞。这些趋化因子梯度受到ECM结构和蛋白水解的动态调节,这一过程可产生趋化因子的局部储备或释放结合因子,从而影响细胞运输。值得注意的是,肿瘤细胞分泌TGF-β、PDGF、SHH和Wnt配体,激活常驻成纤维细胞并募集间充质前体细胞。活化的CAFs反过来分泌ECM蛋白、LOX和蛋白酶,产生趋化因子(CXCL12、CCL2)和细胞因子(IL-6、TGF-β),重塑微环境,吸引和极化髓系细胞,并通过代谢竞争和免疫检查点配体表达抑制细胞毒性淋巴细胞。肿瘤相关巨噬细胞和MDSCs提供相互信号(TGF-β、VEGF、IL-10),促进成纤维细胞活化和血管生成失调。这种双向信号传导产生自维持回路,例如,CAFs衍生的基质硬化增强肿瘤细胞中的整合素信号传导,增加TGF-β的产生并进一步刺激CAFs,而免疫细胞衍生的蛋白酶重塑ECM以暴露改变细胞行为的隐秘结合位点。表观遗传和代谢调节因子精细调控纤维化程序并促进其持续性。染色质修饰因子和组蛋白修饰酶(EZH2、HDACs)调节关键纤维化基因的表达并维持活化的成纤维细胞状态。DNA甲基化变化和非编码RNA(miRNAs、lncRNAs)调节成纤维细胞表型和细胞因子反应性。代谢重编程通过激活CAFs并上调糖酵解和谷氨酰胺代谢,为胶原生物合成提供ATP和生物合成前体,从而支持ECM合成,同时增加的脯氨酸和羟脯氨酸代谢支持胶原成熟。NAD?耗竭、sirtuin活性改变以及基质或免疫细胞中的线粒体功能障碍可进一步促进促纤维化转录程序。这些表观遗传和代谢层次赋予活化的基质表型稳定性,即使初始肿瘤信号波动,也能实现持续的纤维化重塑。它们代表了治疗性重编程纤维化微环境的有吸引力的靶点。
4. 纤维化对细胞免疫的影响
纤维化重塑建立了强大的物理和生物力学屏障,限制了免疫监视的有效性。纤维状胶原蛋白的致密沉积和交联、升高的纤连蛋白和透明质酸增加了组织硬度和间质液压力。这些因素导致微血管塌陷和基质通道狭窄,从而阻碍白细胞外渗和间质迁移。同时,高度交联的胶原纤维可以将细胞运动引导远离肿瘤巢,从而产生在许多促结缔组织增生性肿瘤中观察到的组织学“T细胞排斥”表型。ECM和活化的基质显著重塑趋化因子和细胞因子格局,扰乱通常引导免疫细胞定位的梯度。ECM成分隔离趋化因子和生长因子,而失调的蛋白酶活性释放具有改变受体特异性的修饰趋化因子片段。促纤维化和免疫抑制性细胞因子,最显著的是TGF-β和IL-10,在纤维化微环境中丰富,直接抑制T细胞增殖和效应功能,促进调节性T细胞分化,并抑制抗原呈递细胞成熟。这种改变的溶解性环境有能力将免疫原性环境转化为促进耐受和免疫逃逸的环境。此外,CAFs通过直接的细胞间相互作用和因子分泌表现出多方面的免疫调节作用。不同的CAFs亚群采用不同的免疫抑制机制。具体来说,myCAFs产生大量胶原蛋白和交联酶,如LOX。这些蛋白质使肿瘤组织变硬并形成致密的物理屏障。该屏障阻止CD8? T细胞进入肿瘤,导致“冷”(T细胞排斥)表型。相比之下,iCAFs通常存在于炎症区域。它们释放趋化因子如CXCL9和CXCL10,招募效应T细胞并帮助其良好工作。这支持了“热”肿瘤表型。同时,myCAFs释放高水平的CXCL12,将T细胞困在纤维化基质中并阻止其到达肿瘤。它们还释放CCL2,招募调节性Tregs和MDSCs。这些免疫细胞进一步抑制免疫反应。此外,由趋化因子募集的单核细胞转变为M2样肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),这些巨噬细胞分泌支持纤维化和血管问题的因子。纤维化环境中的树突状细胞(DCs)也无法正常成熟,削弱了其激活T细胞的能力。apCAFs表达MHC-II分子,因此可以呈递抗原。但它们缺乏共刺激信号如CD80/CD86。因此,它们倾向于引起T细胞失能(失活)或促进Treg形成,而不是激活效应T细胞。组织驻留记忆T(TRM)细胞通常作为哨兵,快速响应肿瘤抗原。然而,在纤维化肿瘤中,物理屏障和抑制性信号严重损害了它们的功能。TRM细胞被困在刚性基质中,未能有效巡逻肿瘤,并显示细胞毒性活性降低,从而损害了局部免疫监视。适应性免疫在纤维化肿瘤中受到严重削弱。致密的基质屏障和抑制性信号网络限制了T细胞向肿瘤实质的运输和浸润,而浸润的T细胞经常获得耗竭表型,其特征是抑制性免疫检查点(包括PD-1、CTLA-4、TIM-3和LAG-3)表达升高,细胞因子产生减少,细胞溶解颗粒释放受损。纤维化微环境还促进Tregs的募集、扩增和稳定,这些Tregs通过免疫抑制性细胞因子和细胞间抑制性相互作用进一步抑制效应性免疫反应。同时,有缺陷的抗原呈递、持续的检查点参与和基质介导的免疫功能障碍共同削弱了CD8? T细胞的细胞毒性活性,并限制了免疫疗法如免疫检查点阻断和过继细胞转移的疗效。此外,Yadav等人的近期工作表明,纤维化相关的免疫抑制可能通过不依赖明显细胞外基质积累的细胞内再激活程序维持,突出了纤维化信号通路强化适应性免疫功能障碍和治疗抵抗的额外机制。纤维化的代谢和缺氧后果进一步损害免疫能力。高ECM密度和低灌注创造了缺氧区域,驱动无氧代谢和乳酸积累,乳酸和细胞外腺苷(通过CD39/CD73途径产生)抑制效应T细胞和NK细胞功能,并促进免疫抑制性髓系表型。肿瘤/CAFs区室与免疫细胞之间的营养竞争(葡萄糖、氨基酸(精氨酸、色氨酸)和脂质)剥夺了淋巴细胞激活和增殖所需的底物。此外,纤维化微环境中免疫细胞改变的氧化还原状态和线粒体功能障碍损害了信号传导和存活,加剧了由物理和可溶性屏障施加的功能缺陷。这些相互关联的机制共同驱动了纤维化肿瘤对免疫清除的抵抗。它们限制了免疫细胞的进入,将先天性和适应性细胞重编程为抑制状态,并创造了代谢不利的微环境。这些因素共同构成了一个综合性的屏障,必须加以解决以恢复有效的抗肿瘤免疫。
5. 实验模型和证据
体外系统在解析构成肿瘤纤维化基础的细胞相互作用和基质驱动效应方面发挥了重要作用。肿瘤细胞与原发性成纤维细胞或CAFs系的二维共培养允许解析旁分泌信号传导和筛选靶向抑制剂,而基于三维胶原蛋白或Matrigel的基质更好地重现ECM密度和结构,以研究细胞迁移、侵袭和机械传导。具有可调硬度和配体呈现的工程化水凝胶允许对机械敏感通路(整合素/FAK、YAP/TAZ)及其对成纤维细胞活化和免疫细胞运动的影响进行可控探究。在灌注微流控平台或细胞外基质支架中与CAFs、内皮细胞和免疫细胞共培养的肿瘤类器官提供了更高阶的模型,保留了组织结构并允许进行免疫浸润、药物渗透和基质重塑的功能测定。这些系统揭示了基质硬度和透明质酸含量如何阻碍T细胞迁移,以及CAFs衍生因子如何调节树突状细胞成熟和T细胞活化。体内模型为促结缔组织增生性肿瘤的多细胞和生物力学复杂性提供了必要的背景。基因工程小鼠模型,如Kras驱动的胰腺癌和某些乳腺癌模型,以内源性免疫库重现了进行性结缔组织增生,使得能够研究CAFs异质性、ECM进化和治疗反应。植入免疫缺陷或人源化小鼠的患者来源异种移植模型保留了人肿瘤-基质相互作用,并已用于测试基质靶向药物和联合方案;然而,PDX宿主中有限的免疫成分可能限制免疫学读数。纤维化诱导模型,使用外源性TGF-β给药、转基因LOX过表达或与活化成纤维细胞原位植入,允许对基质沉积和硬度进行靶向调节以探究因果关系。这些体内平台已证明,酶促降解透明质酸或抑制LOX可以在特定背景下暂时减压血管、增强药物递送并增加免疫细胞浸润。单细胞和空间组学的最新进展提供了高分辨率图谱,将纤维化程序与跨肿瘤类型的免疫状态联系起来。将单细胞RNA测序与空间转录组学和多重成像相结合,揭示了不同的CAFs亚群、它们相对于肿瘤和免疫细胞的空间微环境以及相关的配体-受体相互作用(例如,CXCL12-CXCR4、TGF-β信号轴)。这些细胞是纤维状胶原蛋白和基质交联酶的主要生产者,驱动基质硬化和机械传导,以形成阻碍免疫细胞浸润的物理屏障。关于信号通路,TGF-β、PDGF和FGF家族的激活导致肌成纤维细胞分化,这是myCAFs的标志,而iCAFs与IL-6/JAK-STAT3轴相关,通过支持ECM合成和旁分泌免疫调节将炎症与纤维化联系起来。在免疫抑制方面,iCAFs分泌IL-6和CXCL12以塑造免疫细胞募集;apCAFs表达MHC II类分子,可以呈递抗原以有利于T细胞失能;而CAFs通常分泌CXCL12和CCL2以招募Tregs和MDSCs,建立自我强化的抑制性微环境。此外,代谢性CAFs通过代谢重编程提供用于胶原的ATP和生物合成前体,支持持续的纤维化重塑。这些研究一致揭示了空间分离的免疫表型:T细胞排斥区与致密胶原基质和myCAFs特征重合,而炎症区域富含iCAFs和抗原呈递基质谱。整合分析还将CAFs和ECM基因特征与M2样巨噬细胞扩增、调节性T细胞增加以及T细胞耗竭的转录程序联系起来,提供了连接组织学和免疫功能障碍的分子关联。关键的临床前干预研究已证明纤维化调节与免疫功能之间的因果关系。在胰腺癌模型中,酶促降解透明质酸(PEGPH20)降低了间质压力,改善了血管灌注,并在与化疗或检查点阻断联合时增强了细胞毒性T细胞的浸润。在小鼠模型中,LOX抑制或基因LOX缺失减少了胶原交联,降低了硬度,并改善了T细胞进入和免疫治疗的反应性。通过FAP导向方法靶向CAFs或使用维生素D类似物进行重编程,改变了基质组成,减少了免疫抑制性髓系群体,并在特定环境中增强了检查点抑制剂的疗效,尽管完全消融CAFs有时会产生不良后果,包括侵袭性增加,这突出表明需要精细化的策略。阻断TGF-β信号传导与PD-1/PD-L1抑制剂联合,将免疫排斥肿瘤转化为炎症表型,并在多种模型中增强了抗肿瘤免疫,表明联合抗纤维化和免疫靶向方案的有效性。这些实验方法表明,重塑纤维化微环境可以恢复免疫能力的某些方面,然而,它们也强调了这一过程的背景依赖性,以及在治疗转化中需要精确靶向和时间协调。
6. 临床证据和相关性
积累的临床证据表明,肿瘤相关纤维化与免疫排斥、治疗抵抗和不良临床结局密切相关。组织病理学评估通常将肿瘤分类为T细胞炎症型(免疫浸润)或T细胞排斥型/免疫冷型。后者常表现出广泛的结缔组织增生,其特征是致密的胶原沉积、肿瘤周围透明质酸(HA)积累以及高度排列的胶原纤维,这些形成了免疫细胞运输的物理屏障。定量组织学方法,包括二次谐波成像和偏振光下的天狼星红染色,已证明胶原密度、基质组织与CD8? T细胞从肿瘤巢中排斥之间存在强烈的空间关联。多重免疫荧光研究进一步揭示,富含myCAFs的区域通常与细胞毒性T细胞浸润减少以及Tregs、MDSCs和TAMs积累增加相关,支持纤维化与免疫抑制之间的直接关系。已开发出多种生物标志物平台来描述纤维化重塑并预测其临床后果。富含ECM相关基因的转录组特征,包括胶原蛋白、LOX、纤连蛋白和HA合成酶,在不同肿瘤类型中始终与免疫排斥表型和免疫治疗不良反应相关。循环生物标志物,如胶原降解新表位(C1M、C3M)、HA片段和LOX家族蛋白,已显示出作为基质活性和疾病进展的微创指标的潜力。成像方式,包括磁共振弹性成像、弥散加权磁共振成像以及新兴的靶向胶原蛋白或成纤维细胞活化蛋白(FAP)的正电子发射断层扫描示踪剂,提供了基质负荷和组织硬度的无创评估。重要的是,整合分子、组织学和成像生物标志物的多模式方法似乎特别有希望用于治疗期间基质演变的纵向监测,并可能促进未来抗纤维化临床试验中的患者分层。临床上,升高的基质含量和纤维化相关基因特征通常预示不良结局和对多种治疗方式的反应性降低。胰腺癌、结直肠癌、乳腺癌和肺癌的回顾性研究一致地将增加的胶原沉积、HA积累和CAF富集的转录程序与更短的无进展生存期和总生存期联系起来。在接受ICIs的患者中,表现出强TGF-β信号传导或结缔组织增生特征的肿瘤在无应答者中占比过高。黑色素瘤、尿路上皮癌和其他实体瘤的相关分析表明,尽管有有效的全身性PD-1/PD-L1阻断,但持续的基质TGF-β活性维持了T细胞排斥,从而导致了原发性或获得性抵抗。同样,致密的纤维化基质和异常的肿瘤血管限制了过继转移的免疫细胞的运输、浸润和持续存在,代表了嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)和肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)疗法在实体瘤中疗效的主要障碍。尽管有强大的生物学原理,但基质靶向疗法的临床转化产生了混合的结果。评估透明质酸酶、TGF-β抑制剂、FAP靶向疗法和LOX抑制剂的早期试验报告了不同的疗效。虽然一些研究在生物标志物选择的群体中显示出灌注、免疫浸润、药物递送或反应率的改善,但其他研究未能显示持久的临床获益或引起了毒性担忧。这些发现强调了肿瘤基质生物学的复杂性,并突出了核心挑战:纤维化并非一律有害。某些基质成分可能限制肿瘤生长、维持组织完整性或限制转移扩散。因此,不加区别的基质消耗可能无意中促进肿瘤进展。几个未解决的临床问题仍然存在。首先,仍然缺乏能够识别最可能从抗纤维化干预中获益的患者的可靠生物标志物。其次,基质靶向疗法相对于免疫疗法、化疗或细胞疗法的最佳时机仍不确定。第三,对抗纤维化治疗的耐药机制尚不清楚,可能涉及替代性成纤维细胞群体的补偿性激活、ECM重塑通路或免疫抑制性信号网络。解决这些挑战对于将机制见解转化为临床上有意义的治疗策略至关重要。
7. 靶向纤维化以恢复免疫功能的治疗策略
靶向肿瘤相关纤维化已成为克服免疫排斥和改善免疫疗法反应的一项有前景的策略。当前方法可大致分为ECM导向疗法、CAF靶向干预、抑制促纤维化信号通路以及旨在重塑肿瘤微环境同时增强抗肿瘤免疫的合理联合策略。直接调节细胞外基质旨在减少阻碍免疫细胞浸润和药物递送的物理屏障。ECM成分的酶促降解,特别是降解透明质酸的透明质酸酶制剂,已在临床前模型和特定临床环境中显示出降低间质压力、开放血管以及暂时增加药物和免疫细胞渗透的作用。胶原靶向方法,包括工程化胶原酶和胶原结合治疗剂,旨在疏松阻碍迁移的纤维状网络。尽管这些策略在临床前模型中改善了组织可及性,但过度基质降解可能释放基质结合的生长因子、促进侵袭或破坏组织结构。LOX家族酶抑制剂提供了一种替代方法,通过减少胶原交联和基质硬度,而不是直接降解ECM成分。改变交联或糖胺聚糖组成的基质调节小分子或抗体,提供了一种无需完全降解即可重塑ECM的替代方法;然而,必须仔细控制基质改变的时间和程度,以既保持组织完整性又避免释放促侵袭信号。直接靶向CAFs的策略旨在耗竭、抑制或重编程那些产生和维持纤维化微环境的细胞。FAP导向疗法(抗体、CAR-T、小分子抑制剂)已显示出基质靶向的概念验证,但存在正常组织脱靶效应的风险,并在实体瘤中疗效不一。尽管如此,其临床应用因FAP表达异质性以及在参与伤口愈合和组织修复的正常组织中存在脱靶、非肿瘤毒性风险而复杂化。越来越多的证据表明,广泛CAFs耗竭可能适得其反,因为某些CAF亚群具有肿瘤抑制功能。因此,治疗努力已转向CAF重编程而非消除。诸如维生素D受体激动剂和类视黄醇等药物可以将活化的成纤维细胞逆转为静止表型,减少ECM产生,同时保留有益的基质功能。最近,单细胞和空间转录组学的进展揭示了显著的CAF异质性,激发了选择性地靶向致病亚群如myCAFs或炎性CAFs(iCAFs)的兴趣。然而,将这些发现转化为临床可行的疗法将需要能够区分单个肿瘤内功能性CAF群体的稳健生物标志物。TGF-β抑制剂,包括配体陷阱、受体激酶抑制剂和反义寡核苷酸,已在临床前模型中显示出增强T细胞浸润和改善ICIs反应的能力。然而,全身性抑制仍然具有挑战性,因为TGF-β在正常组织中也执行关键的稳态功能,引发了对毒性和背景依赖性促肿瘤效应的担忧。其他正在研究的通路包括血小板衍生生长因子受体(PDGFR)、成纤维细胞生长因子(FGF)、Hedgehog和IL-6/JAK-STAT信号传导。尽管这些靶点可以减弱成纤维细胞活化和炎性基质信号传导,但其治疗效应似乎高度依赖于背景,并且几项临床研究产生了矛盾的结果。联合方法越来越被视为最有前景的临床策略。抗纤维化干预单独很少产生持久的肿瘤反应,但可能通过将免疫排斥肿瘤转化为免疫炎症表型来使肿瘤对免疫疗法敏感。因此,临床前和早期临床研究已将透明质酸酶、LOX抑制剂、TGF-β阻断或CAF靶向药物与ICIs、过继细胞疗法、溶瘤病毒和化疗相结合。趋化因子导向方法,包括诱导CXCL9/CXCL10或阻断CXCL12/CXCR4轴,可进一步增强免疫细胞募集到重塑的基质区域。尽管如此,联合方案在毒性、治疗顺序和生物标志物选择方面引入了额外的复杂性。新出现的证据表明,对抗纤维化策略的治疗抵抗可能通过多种机制产生。这些包括激活替代性成纤维细胞亚群、通过平行信号通路代偿、治疗后快速ECM重建、持续的血管异常以及持续招募免疫抑制性髓系群体。此外,肿瘤基质的动态和异质性表明,治疗反应可能在肿瘤类型、疾病阶段和个体患者之间显著不同。理解这些耐药机制仍然是一个主要的研究重点。递送策略和时间顺序对于最大化疗效同时最小化伤害至关重要。局部ECM调节(瘤内注射、区域灌注)或肿瘤靶向纳米颗粒递送抗纤维化药物将效应集中在TME中并减少全身暴露。顺序安排,即在细胞疗法输注或检查点阻断之前对基质进行预处理以允许免疫细胞进入,可能优于同时给药,并有助于避免易受攻击的时间窗口(例如,可能促进扩散的暂时性基质降解)。早期试验中的生物标志物指导的治疗时机和适应性策略对于确定最佳方案至关重要。然而,抗纤维化干预存在正常组织毒性的风险(伤口愈合受损、器官纤维化扰动),并且过度基质破坏理论上可能通过移除物理约束或释放基质结合的生长因子来增强肿瘤细胞侵袭或转移。在某些模型中,广泛的CAFs耗竭加速了疾病进展,突出了基质成分的保护性以及致病性作用。需要仔细的临床前评估、选择性靶向致病通路或CAFs亚群、保守剂量以及密切的临床监测不良事件(伤口愈合延迟、出血、器官功能障碍或矛盾性疾病加速),作为基质疗法。
8. 肿瘤抑制性CAFs和功能异质性
尽管CAFs历来被视为肿瘤进展的促进者,但越来越多的证据表明存在显著的CAF异质性,不同的亚群发挥肿瘤促进或肿瘤抑制功能。这一认识从根本上改变了基质生物学的概念框架,并对治疗靶向具有重要意义。多个CAF群体与肿瘤抑制活性相关。其中,Meflin阳性CAFs已成为一个特别重要的基质亚群。Meflin,一种由ISLR编码的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,在癌症抑制性成纤维细胞(rCAFs)群体中表达,这些细胞抑制过度的细胞外基质重塑和纤维化。在胰腺导管腺癌和其他实体瘤中,较高的Meflin表达与组织硬度降低、血管灌注改善和更有利的临床结局相关。实验研究进一步表明,Meflin阳性CAFs可以拮抗赖氨酰氧化酶介导的胶原交联,从而限制高度促结缔组织增生性和免疫抑制性微环境的发展。其他证据表明,表达Podoplanin(PDPN)、KIT配体(KITLG)和PD-L1等标志物的CAF群体可能表现出背景依赖性的肿瘤抑制特性。虽然这些标志物在某些环境中也与肿瘤促进活性相关,但新出现的单细胞转录组和空间分析研究表明,一些亚群有助于组织组织、免疫调节、血管稳定或限制肿瘤侵袭。这些群体的功能意义高度依赖于肿瘤类型、疾病阶段、解剖位置以及与其他基质和免疫成分的相互作用。重要的是,CAF表型不是固定的,而是沿着一个动态谱存在,该谱由TGF-β、炎性细胞因子、机械应力、缺氧和治疗干预塑造。这种可塑性允许成纤维细胞在肿瘤促进和肿瘤抑制状态之间转换,挑战了将CAFs分为离散类别的传统分类。因此,不加区别地消除CAFs的治疗策略可能无意中移除限制肿瘤进展或维持组织稳态的基质群体。对肿瘤抑制性CAFs的认识为基质正常化方法提供了令人信服的理由,该方法旨在重编程CAFs而非耗竭它们。未来的治疗策略可能寻求保留或扩增有益的CAF群体,同时选择性地抑制负责纤维化、免疫排斥和治疗抵抗的致病成纤维细胞亚群。
9. 挑战与展望
肿瘤纤维化和CAFs在不同癌症类型和个体肿瘤内表现出显著的异质性,这使得识别普遍的治疗靶点复杂化。单细胞和空间转录组学研究已揭示多种CAFs状态,这些状态具有背景依赖性,有时甚至具有相反的功能。在一个肿瘤或微环境中有益的靶点可能在另一个肿瘤或微环境中被证明是有害的。这种异质性要求精确的表型分型和生物标志物的开发,以避免在不同临床环境中无效的全面干预。基质靶向治疗的一个主要障碍是无法可靠地区分个体肿瘤中的致病性和保护性CAF群体。CAF组成在不同癌症类型之间、同一癌症的不同患者之间,甚至单个肿瘤的不同区域之间差异很大。此外,CAF状态表现出相当大的可塑性,并且可能响应于治疗诱导的细胞因子信号传导、组织力学或代谢条件的变化而转变。这些动态特性使治疗靶向复杂化,并可能导致耐药、复发和不同的临床结局。未来的基质疗法可能需要生物标志物驱动的方法,能够识别功能相关的CAF状态并监测其在治疗过程中的演变。此外,CAFs和ECM的治疗