于 彪，刘 晴，吴晓明

(昆明理工大学 医学院,云南 昆明 650500)

肿瘤微环境已被确定为肿瘤进展和侵袭的驱动因素之一。在这种微环境中，肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)是一种永久激活的成纤维细胞，被认为具有很强的肿瘤调节作用。肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤微环境中最主要的基质细胞之一，主要由组织间质中的正常成纤维细胞(normal fibroblasts,NFs)转化而来，通常利用各种“CAFs标记”(例如成纤维细胞活化蛋白(FAP)、α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)以及波形蛋白等的表达来进行CAFs的鉴定，并将其与体内存在的大量成纤维细胞分开[1]。CAFs分泌的细胞因子、趋化因子，炎性因子等多种促肿瘤因子激活肿瘤细胞内多条信号通路，从而促进肿瘤的恶性进展。其中，CAFs来源的SDF-1/CXCR4轴是近年来的研究热点。本文将着重综述CAFs来源的SDF-1/CXCR4轴在肿瘤相关成纤维细胞中的调控作用及其在癌发生发展中的作用。

1 SDF-1/CXCR4生物轴

基质细胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)属于CXC类趋化因子，又称为CXCL12(CXC chemokine ligand-12，CXC趋化因子配体12)，其编码序列位于10q11.1，开放编码270 bp，由89个氨基酸组成，是一类具有趋化活性的小分子量(8～10 ku)蛋白质。它可结合其同源受体CXCR4，SDF-1与CXCR4结合可激活G蛋白信号传导激酶P13K/mTOR和MEK/ERK[2]，调节正常细胞与恶性细胞之间的转运。在体内，SDF-1可分为:SDF-1α亚型和SDF-1β亚型，它们是由单个基因的差异剪接产生的，在4个羧基端存在差异。其中SDF-1α是其主要亚型。

趋化因子受体4(chemokine receptor 4，CXCR4)属于G蛋白偶联的7次跨膜受体(GPCRs) 家族中的CXCR类趋化因子受体，通过激活Gai型G蛋白来传递信号。其编码基因CXCR4位于人染色体2q21，且编码序列具有高度的保守性，可合成一个352个氨基酸的蛋白质分子，其中α-螺旋跨膜7次，且有3个胞外环，3个胞内环，1个胞外N-端及1个胞内C-端，是趋化因子 SDF-1 的特异性受体。

CXCR7，亦称为RDC1/ACKR3，属于非典型趋化因子受体(CKR)家族，比CXCR4亲和力更高的SDF-1的另一特异性受体，其成员不能激活G蛋白来传递信号，但依赖于β-arrestin的方式清除趋化因子的能力，这也正是与CXCR4所不同的。并且，CXCR7除了具有控制SDF-1生物利用度的能力外，还可以增强或减弱CXCR4介导的信号传导和活性[3]。SDF-1与CXCR7的结合不会触发G蛋白受体典型的下游信号效应，如细胞内钙释放，在肿瘤的进展中也起重要的作用。有证据表明，CXCR7结合引起非G蛋白介导的β-arrestin积聚，随后通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)激活ERK[4]。考虑到SDF-1/CXCR4的生物学效应中涉及的其他信号通路，相关通路汇编见图1。

图1 SDF-1/CXCR4相关通路Fig 1 SDF-1/CXCR4 related pathways

2 SDF-1/CXCR7在肿瘤中的影响

CXCR7在正常成人组织中比CXCR4少见，然而，近年来越来越多的证据表明，CXCR7在许多不同的肿瘤类型中的表达都很突出，对肿瘤的发生发展中也发挥相当重要的作用。

在胰腺癌和腹膜转移瘤中，肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)主要来源的SDF-1与肿瘤细胞上CXCR4和CXCR7的结合，通过上调抗凋亡B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)和Survivin蛋白家族来抑制凋亡信号，并通过Rho-Rock途径促进上皮到间质的转变，改变细胞黏附分子[5]。也有研究表明混合系白血病(MLL)+急性淋巴细胞白血病(ALL)细胞表达趋化因子受体CXCR4和CXCR7，两个为同一趋化因子受体基质细胞衍生因子-1(SDF-1)，但它们的生物学事件受SDF-1/CXCR4轴和SDF-1/CXCR7轴的调节存在差异，尤其对MLL+ALL细胞的化学敏感性测定起相反的作用；MLL+ALL细胞的化学敏感性是通过SDF-1/CXCR4轴增强，反过来是通过SDF-1/CXCR7轴抑制[6]。

另外，CXCR7可以促进鳞状上皮性宫颈癌细胞的迁移黏附，降低CXCR7的表达可以减少肿瘤细胞的数量[7]，而且在胃癌组织中CXCR7也是高表达的，且随着肿瘤临床分期的增加而增加。此外，CXCR7/SDF-1信号轴参与胃癌的淋巴结和肝转移。基于这些结果，趋化因子受体拮抗剂的特异性治疗可能有助于胃癌转移患者的治疗[8]。并且，AMD3100(Plerixafor或Mozobil)是一种小分子CXCR4拮抗剂，是目前针对胃肠道实体瘤的临床试验中针对CXCL12-CXCR4/CXCR7轴的最常用药物[5]。因此，阻断SDF-1/CXCR7轴抑制肿瘤的血管生成，是治疗肿瘤恶性化的一种有效策略。

3 SDF-1/CXCR4促进CAFs激活和维持

在实体瘤中，活化的成纤维细胞能够为肿瘤的进展提供“肥沃土壤”。CAFs的激活可分为两种主要形式：1)成纤维细胞可以被肿瘤细胞或免疫细胞分泌的多种因子(如TGF-β、FGF和SDF-1及白细胞介素等)激活；2)CAFs本身可以刺激肿瘤细胞进一步支持活化，一旦激活，成纤维细胞将转换成为肿瘤相关成纤维细胞，表达多种标志物，如α-SMA、FSP1等。这两种活化CAFs的形式主要是通过SDF-1/CXCR4轴来实现的。

CAFs通过分泌蛋白质和外泌体来激活各种肿瘤干细胞(CSCs)相关信号(例如IL6/STAT3、TGF-β/SDF-1/PI3K、WNT/β-catenin、HGF/cMET和SHH/Hh途径)，从而调节不同类型实体瘤中的癌干性。作为反馈，CSCs还可以诱导CAFs增殖和进一步激活，从而促进其CSCs 支持活动，从而完成CAFs-CSCs串扰的循环[9]。同时，在胰腺导管腺癌[10]中，CAFs分泌的SDF-1通过SDF-1/CXCR4/SATB-1轴既介导人胰腺正常组织相关成纤维细胞(NAFs)中CAFs的激活，也介导CAFs特性的维持：1)由CAFs分泌的SDF-1，参与NAFs中CAFs的活化，可通过SDF-1/CXCR4轴上调胰腺癌细胞SATB-1的表达，进而促进胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭；2)SATB-1在胰腺癌细胞中的过度表达，反过来维持了CAFs的特征，并有助于纤维炎性肿瘤微环境的恶性特征，形成以SATB-1为中心的正反馈环路。因此，靶向CAFs激活与维持机制能为抑制肿瘤进展、临床肿瘤治疗提供新策略。

4 CAFs 来源SDF-1对肿瘤的影响

在恶性肿瘤中，CAFs分泌的SDF-1，可能通过SDF-1/CXCR4轴提供旁分泌信号，促进肿瘤血管的生成，肿瘤细胞增殖和生存，肿瘤的转移和侵袭及肿瘤的耐药性。

4.1 SDF-1/CXCR4参与肿瘤血管生成

血管的功能和增殖状态是由刺激或抑制血管生成的各种关键分子之间的平衡调节的。在促进肿瘤血管生成的因素中，血管内皮生长因子(VEGF)是一个关键的血管生成因子，它可通过VEGF/VEGFR2通路促进血管生成[11-12]，并且在表达癌细胞的CXCR4中VEGF的表达更为明显。在垂体神经内分泌肿瘤(PitNETs)的研究中，PitNETs的TAF倾向于分泌更多的CCL2、VEGF-A以及更多毛细血管相关的细胞因子，进而促进血管生成[13]。另外，内皮祖细胞(EPCs) 能够迁移到肿瘤组织中并参与肿瘤血管生成，在肿瘤血管生成中起重要作。在侵袭性人乳腺癌[14]中，CAFs分泌的SDF-1通过EPCs 将其招募到肿瘤中，进而来促进血管生成及肿瘤生长，并且基质SDF-1也通过癌细胞表达的同源受体CXCR4直接刺激乳腺癌细胞旁分泌，在一定程度上促进了肿瘤在体内的生长。

然而，在肿瘤的发展中，抑制血管生成仍是现今难以解决的难题。因此，阻断SDF-1/CXCR4轴抑制血管生成，为治疗肿瘤恶性化提供了一种有效途径。

4.2 SDF-1/CXCR4调控肿瘤的增殖和生存

肿瘤细胞增值是其发生侵袭和转移前的必要条件。肿瘤在发生发展的过程中，CAFs分泌的趋化因子SDF-1可通过SDF-1/CXCR4信号通路不断地招募支持其增殖的间质细胞，以其来保持自身持续的增殖以及在转移过程中的增殖，来适应自身生存所需。

CAFs分泌的SDF-1有效吸引表现为巨噬细胞表型的单核细胞，并且阻断SDF-1受体(CXCR4)可显著降低巨噬细胞的趋化性。有趣的是，这些极化的巨噬细胞促进了来自口腔鳞癌(OSCC)的肿瘤干细胞(CSC)样细胞的形成，以较少的凋亡促进OSCC的增殖[15]。在胃癌研究中发现，低氧条件下，CAFs可上调CXCR4配体SDF-1的生成，弥漫性GC细胞在低氧条件下可能会将信号通路从FGF7/FGFR2切换到SDF1/CXCR4，从而使其在低氧肿瘤微环境中增殖[16]。并且，在乳腺癌中，利用三维间质-三阴性乳腺癌(TNBC)细胞培养，证明了一种由CAFs分泌的标志性分子SDF-1可通过SDF-1-CXCR4信号通路激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷酸肌醇激酶(PI3K)通路显著增加TNBC细胞的增殖和耐药性[17]。此外，CAFs分泌的SDF-1除了具有内分泌作用外，还通过存在于乳腺癌细胞上的CXCR4直接旁分泌刺激，促进体内肿瘤的生长[14]。

4.3 SDF-1/CXCR4参与肿瘤的侵袭和转移

肿瘤的侵袭和转移是导致患者死亡的主要原因，并且许多因素都与其有关，如转化生长因子-β、上皮钙黏蛋白和WNT/β-连环蛋白。然而，近年来许多研究表明，SDF-1/CXCR4轴与肿瘤的侵袭和转移相关。

乳腺癌细胞对单核细胞的募集可能由单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)和CAFs分泌的基质细胞衍生因子1(SDF-1)介导的，CAFs诱导的单核细胞表现出强大的免疫抑制作用，并且除了增加癌细胞中上皮间质转化(EMT)相关基因和波形蛋白的表达外，还增强了乳腺癌细胞的运动性/侵袭性[18]。CAFs分泌的SDF-1通过介导SDF-1/CXCR4轴以内分泌方式激活细胞PI3K/AKT和/或MAPK/ERK信号通路，或以旁分泌的方式增加活性基质金属蛋白酶-2(MMP)-2和MMP-9的表达来促进EC的侵袭和转移[19]。另外，肝细胞癌(HCC)微环境中TIMP-1的上调导致了从LFs向CAFs的转化，并且CAFs可分泌大量可溶性SDF-1，激活邻近HCC细胞中SDF-1/CXCR4/PI3K/AKT信号通路，通过上调Bcl-2/BAX比值，抑制HCC细胞凋亡，进而调控HCC细胞的发展[20]。因此，在肿瘤的发生发展中，CAFs来源SDF-1所介导的SDF-1/CXCR4信号轴具有促进肿瘤侵袭和迁移作用。

4.4 SDF-1/CXCR4促进肿瘤的耐药性

肿瘤耐药性是化疗清除癌细胞的一大障碍，也是现如今肿瘤治疗过程中不可避免的一大问题。在肿瘤治疗中，SDF-1参与了多种肿瘤化疗耐药的发生发展。CAFs通过分泌SDF-1，激活肺癌A549细胞中CXCR4的表达，进而上调抑癌基因Bcl-xL的表达，最终增强了细胞对顺铂的耐药性[21]。并且，还发现CAF-S1(CAFs亚型)可以通过高分泌SDF-1趋化CD4+CD25+T淋巴细胞并促进其向 CD25HighFOXP3High分化诱导，维持肿瘤免疫抑制微环境[22]。另外，肿瘤相关成纤维细胞来源的SDF-1可促进巨噬细胞的趋化性，极化的巨噬细胞可促进了口腔鳞癌(OSCC)细胞系向CSC样转化，这些类CSC细胞明显表达较高的Sox2、Oct4和Nanog基因，CD44和CD105阳性表达较强，细胞增殖增加，凋亡较少，细胞迁移增强，对化疗药物长春花碱耐药[15]。

此外，在骨髓中休眠或慢周期的弥散性肿瘤衍生(BM-HEp3)细胞通过SDF-1-CXCR4信号的过度表达来增强其耐药性和慢周期状态，是一种正反馈；并且可下调转化生长因子-β2(TGF-β2)抑制SDF-1-CXCR4信号，通过细胞增殖的重新激活完全逆转BM-HEp3细胞的耐药性[23]。并且，CAFs分泌的SDF-1可通过SDF-1/CXCR4/SATB-1轴促进胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭以及在吉西他滨耐药中起重要作用，并与PDAC患者预后不良有关[10]。

5 CAFs具有抑制肿瘤的作用

迄今有关的研究主要聚焦于CAFs的促癌作用，很少有CAFs抑癌相关的研究报道。然而，近期在异种移植模型中获得的数据显示，CAFs也具有抑制肿瘤的作用。在乳腺癌细胞中，Robo1受体能够与间质成纤维细胞和CAFs分泌的Slit2配体结合，其激活的受体能够阻断了癌细胞中的P13K/AKT/β-连环蛋白通路,进而抑制肿瘤的进展[24]。虽然CFAs抑癌相关数据甚少，但随着科研的深入，将为肿瘤治疗研究提供新的解决思路。

6 问题与展望

近年来，在肿瘤研究领域，肿瘤微环境中的CAFs及SDF-1/CXCR4生物轴越来越成为人们研究的热点。CAFs在肿瘤微环境的基质细胞中占有较高的比例，可以通过分泌多种生长因子、细胞因子和趋化因子等方式调控多种肿瘤相关信号通路。而趋化因子SDF-1是CAFs所分泌的主要因子之一，通过SDF-1/CXCR4生物轴促进肿瘤的发生发展，介导肿瘤耐药的形成。现今，人们对肿瘤-CAFs之间的研究及肿瘤-SDF-1/CXCR4生物轴所介导的下游信号通路的研究仍不甚明确。随着研究的深入，可以为肿瘤的治疗、化疗耐药提供解决思路，为提高肿瘤治疗疗效提供可能的新靶点。