综述：放疗背景下癌相关成纤维细胞（CAFs）对肿瘤微环境的关键调节作用

《Cell Communication and Signaling》：Cancer?associated fibroblasts: a pivotal regulator of tumor microenvironment in the context of radiotherapy

这篇综述聚焦放疗中癌相关成纤维细胞（CAFs），探讨其对肿瘤微环境影响及治疗策略。

　　

引言

在肿瘤综合治疗领域，放疗（RT）占据着举足轻重的地位，约 50% 及以上的癌症患者需接受放疗。放疗主要通过损伤肿瘤细胞 DNA 发挥作用，包括直接损伤癌细胞 DNA 以及由肿瘤组织中水分子产生的自由基间接损伤 DNA 。基于放射生物学的 “4R” 理论（再修复、细胞再增殖、细胞周期再分布、乏氧肿瘤细胞再氧合）和内在放射敏感性概念，放疗依据肿瘤组织和正常组织对射线反应的差异来控制肿瘤、缓解症状。

然而，放疗并非仅作用于肿瘤细胞，还会对肿瘤微环境（TME）中的基质、血管和免疫成分产生生物学效应，这些效应对肿瘤治疗意义重大。TME 涵盖肿瘤生态中的所有细胞和非细胞成分，非恶性细胞包含活化的成纤维细胞、免疫细胞等，非细胞成分则有细胞外基质（ECM）以及生长因子、细胞因子和趋化因子等可溶性信号。

癌相关成纤维细胞（CAFs）作为 TME 的主要组成部分，与肿瘤的发生、发展、复发和转移紧密相连。CAFs 不仅能产生胶原蛋白介导 ECM 重塑，形成物理屏障，间接调节组织硬度和基质张力；还可通过直接细胞间接触和旁分泌效应（分泌生长因子、细胞因子和趋化因子）影响肿瘤免疫环境。早期研究多表明 CAFs 具有促肿瘤作用，但也有研究发现其存在抑瘤效应，这使得 CAFs 的丰富异质性备受关注。

在放疗过程中，CAFs 不可避免地受到照射。研究显示，放疗可导致 CAFs 发生持续性 DNA 损伤，诱导衰老相关表型，并改变其特定分泌功能。同时，受照射的 CAFs 不仅会增强肿瘤侵袭性，还能通过旁分泌作用使肿瘤细胞获得放疗抗性，其免疫调节功能也会发生改变。目前，不同放疗方案对 CAFs 的影响各异，CAFs 或受照射 CAFs 与肿瘤细胞、免疫细胞的相互作用机制存在争议，CAFs 的细胞标记尚未统一，这些因素使得针对 CAFs 的抗肿瘤治疗极具挑战性。

CAFs 的特征

CAFs 的起源异质性

目前对 CAFs 的定义较为宽泛，细胞若上皮、内皮和白细胞标记呈阴性，形态细长且无癌细胞特有的突变，可能被认定为 CAFs。因此，CAFs 的鉴定需综合生物标志物、物理形态和基因突变等多方面因素。

CAFs 具有高度异质性，可起源于多种细胞群体。正常成纤维细胞（NFs）或静止的星状细胞在细胞因子、趋化因子和外泌体的激活下，可诱导分化为 CAFs。上皮 / 内皮细胞通过上皮 / 内皮 - 间充质转化（EMT/EndMT）也能获得间充质表型，进而转变为 CAFs。此外，脂肪细胞、周细胞、间皮细胞和某些特定巨噬细胞等也可作为 CAFs 的细胞前体，不过相对少见。

CAFs 的表型和功能异质性

以往研究发现，CAFs 的经典标记包括 α - 平滑肌肌动蛋白（α -SMA）、波形蛋白、成纤维细胞特异性蛋白 1（FSP1，也称为 S100A4）、成纤维细胞激活蛋白（FAP）和血小板衍生生长因子受体 - α/β（PDGFRα/β ），但这些标记均不具有特异性。由于缺乏特异性标记，且存在部分抑瘤亚群和空间位置差异，研究人员借助单细胞测序技术来识别具有不同标记和功能的 CAFs 亚群。

目前，在乳腺癌（BC）、胰腺癌（PDAC）等多种肿瘤中，研究人员已鉴定出四种 CAF 亚型，即炎症性 CAFs（iCAFs）、基质性 CAFs（mCAFs）、血管性 CAFs（vCAFs）和抗原呈递性 CAFs（apCAFs），其中 mCAFs 和 iCAFs 最为人熟知。Julia 等人的研究揭示了这两种亚型的不同起源，在乳腺癌中，iCAFs 和 mCAFs 分别源自 CD26 + NFs 和 CD26 - NFs 的转化。CD26 + NFs 通过增强基质金属蛋白酶（MMP）活性促进肿瘤细胞侵袭，并以 CXCL12 依赖的方式招募单核细胞，赋予 iCAFs 促肿瘤表型。

单细胞测序显示，mCAFs 和 iCAFs 具有独特的转录谱。与其他亚型相比，mCAFs 中肌成纤维细胞标记如 α -SMA、PDGFRα/β 、COL5A1、Podoplanin（POSTN）和 Decorin（DCN）显著上调；而 iCAFs 中炎症因子如分泌型白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）、胰岛素样生长因子 - 1（IGF1）、CXCL12 和 CXCL1 上调。在信号通路激活方面，mCAFs 与 ECM 形成和促进血管生成相关，iCAFs 则与促肿瘤侵袭转移通路激活和免疫调节有关。在空间位置上，mCAFs 常紧邻肿瘤，在基质重塑和胶原蛋白形成中发挥重要作用；iCAFs 通常位于远离肿瘤致密基质区域，通过细胞因子与受体的相互作用，在免疫抑制性 TME 形成和肿瘤转移中意义重大。

随着研究深入，人们发现单独耗尽或靶向某一特定类型的 CAF 亚型难以取得预期效果，研究重点逐渐转向与 CAF 亚型相关的生物学过程。例如，2024 年日本一项针对乳腺癌患者的研究，在 iCAFs 和 myCAFs 亚群中鉴定出多个不同细胞簇，分别为 IL - iCAFs、DetoxiCAFs、IFNγ - iCAFs、Wound myCAFs、TGFβ - myCAFs 和 ECM - myCAFs。研究结果表明，myCAFs 与 TGF - β 信号升高相关，而 IFNγ - iCAF 中调节 TGF - β 免疫抑制功能的基因上调，揭示了 myCAFs 和 iCAFs 亚群之间的相互作用。Du 等人发现，PDPN + CAFs 可抑制 BC 组织中 NK 细胞介导的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性（ADCC），导致肿瘤对曲妥珠单抗产生抗性。Cao 等人则发现，SETD2 缺陷的 PDAC 中一种富含脂质的 CAFs 可通过提供脂质促进线粒体氧化磷酸化，进而推动肿瘤生长。这些发现揭示了不同 CAF 亚群在 TME 中的复杂生物学过程，为后续针对 CAF 亚群的治疗开辟了新视角。

放疗对 CAFs 的影响

放疗后 CAF 基因表达改变

为探究电离辐射对肿瘤基质组织基因表达的影响，研究人员运用微阵列基因技术进行全基因组研究。在从非小细胞肺癌（NSCLC）组织获取的受照射 CAFs 样本组（1×18 Gy）中，共发现 680 个差异表达基因，其中 127 个基因转录下调，553 个基因转录上调。数据分析显示，受照射 CAFs 中与细胞周期调节和修复、氧化应激以及凋亡通路相关的基因，如 ANAPC2、ACAD10 和 BAG3 表达上调，这些结果经聚合酶链反应（PCR）和体外实验进一步验证。由此可见，电离辐射会在细胞内引发严重的基因毒性应激，进而改变参与 DNA 修复、细胞增殖、细胞周期、凋亡和 p53 通路等生物学过程的基因表达。类似地，在原代人成纤维细胞和乳腺癌患者的成纤维细胞中，也观察到细胞周期调节因子和凋亡相关基因如 GADD45A 和 CDKN1A 的转录上调。

放疗对 CAFs 行为和功能的影响

目前关于放疗对 CAFs 行为影响的研究有限。给予 CAFs 单次 18 Gy 辐射后，评估其增殖、侵袭和迁移能力，结果显示受照射的 CAFs 因过早诱导细胞衰老而进入生长停滞状态，侵袭和迁移能力显著降低。随后，研究人员进一步研究暴露于消融剂量辐射的 CAFs 对肿瘤生长和血管生成的影响，发现辐射前后 CAFs 的条件培养基（CM）对肿瘤细胞的增殖和迁移能力无显著影响，但受照射的 CAFs 下调了血管生成因子的释放，从而降低了人脐静脉内皮细胞的迁移能力。

Tommelein 等人将从结直肠癌（CRC）组织中分离的 CAFs 暴露于不同放疗方案（临床相关的分次照射方案，分别为 1 天内给予 1.8 Gy、5 天内每天给予 1.8 Gy 累计剂量 9 Gy 或 10 天内每天给予 1.8 Gy 累计剂量 18 Gy），发现 CAFs 形态变化极小，α -SMA 表达和胶原蛋白收缩能力不受任何放疗方案影响，但 9 Gy 和 18 Gy 的累计剂量在长期培养中会诱导 CAFs 生长延迟。

放疗对 CAFs 的旁分泌功能也有一定影响，辐射后许多生长因子、趋化因子和整合素的表达水平发生改变。在两项针对 NSCLC 相关 CAFs 的研究中，消融剂量（1×18 Gy）照射导致血管生成分子如基质细胞衍生因子 - 1（SDF - 1）和血小板反应蛋白 - 2（TSP - 2）释放下调，碱性成纤维细胞生长因子和整合素释放上调，而肝细胞生长因子（HGF）、IL - 6、IL - 8、IL - 1β 和 TNF - α 的表达不受影响。整合素表达增加可能是受照射 CAFs 运动能力下降的原因。此外，电离辐射通过诱导 TGF - β 信号的快速持续激活，增强 α -SMA 表达，促使 CAFs 活化。辐射诱导的血管生长使 CAFs 数量增加，同时释放 bHGF 和血管内皮生长因子（VEGF），进而促进肿瘤进展。然而，Aboussekhra 等人观察到高剂量 X 射线辐射后，乳腺基质中 CAFs 分泌和合成多种癌症相关细胞因子受到抑制。不同研究中，辐射后 CAFs 分泌功能改变的结果存在差异，这可能与不同的肿瘤配体、辐射剂量和共培养模式有关。

CAFs 独特的放射保护特性

诸多观察发现，暴露于电离辐射的 CAFs 虽会遭受持续性 DNA 损伤，但能够逃避细胞死亡，获得衰老相关分泌表型（SASP），同时增殖和侵袭能力下降。Domogauer 等人观察到，与乳腺癌、前列腺癌、肺癌或脑癌细胞共培养时，肺源性 CAFs 对 γ 射线的 DNA 损伤效应表现出更强抗性，而与上皮细胞共培养时则无此现象。深入探究其机制发现，抗氧化能力增强和 DNA 损伤修复能力提升是 CAFs 获得放射抗性的重要原因，这与先前研究结果相符。此外，辐射还可通过诱导 TME 中的细胞因子表达赋予细胞放射耐受性。在小鼠前列腺癌模型中，辐射增加 TGF - β 表达，抑制 TGF - β 会增强辐射诱导的 DNA 损伤；抑制 IL - 6 也可增强前列腺癌的辐射敏感性。有趣的是，近期一项针对乳腺 CAFs 的研究表明，低剂量辐射（5 Gy）抑制 CAFs 的增殖能力和活性，高剂量辐射（16 和 50 Gy）则促进其衰老，但这种衰老未伴随 SASP，反而与多种癌症相关细胞因子的合成 / 分泌减少有关。不同组织来源的 CAFs 对辐射的抗性不同，对不同类型和剂量辐射的防护能力也存在差异。目前，放疗能否诱导 CAFs 产生 SASP 存在争议，可能因癌症类型而异，该领域研究相对较少，CAFs 潜在放射抗性机制仍有待深入探索。

CAFs 与癌细胞的相互作用

CAFs 通常通过营养和免疫机制支持疾病进展，与癌症进展的各个阶段（包括转移）密切相关。其主要作用机制是通过细胞间接触、旁分泌信号或 ECM 促进肿瘤发生、侵袭表型形成和治疗抗性。放疗过程中 CAFs 会受到照射，因此 CAFs / 受照射 CAFs 与肿瘤细胞的相互作用对肿瘤发展和肿瘤对治疗的反应至关重要。

CAFs 对肿瘤发展的影响

• 肿瘤发生和增殖：CAFs 可促进非致瘤性上皮细胞的恶性转化。在人前列腺癌小鼠模型中，将永生化的人前列腺上皮细胞与 CAFs 而非 NFs 共同植入小鼠体内，可观察到前列腺上皮细胞发生肿瘤发生和进展。类似地，在小鼠模型中，过表达 TGF - β 或 HGF 的成纤维细胞或人胰腺星状细胞（HPSCs）与人类乳腺上皮细胞共接种，会增加乳腺肿瘤发生和胰腺肿瘤发生。CAFs 不仅具有促肿瘤发生作用，还可通过旁分泌功能促进肿瘤增殖和生长。Chu 等人将 Hela 细胞与 CAFs 共注射到非肥胖糖尿病 - 严重联合免疫缺陷（NOD - SCID）小鼠体内，发现肿瘤体积比单独注射 Hela 细胞更大，且用 CAFs 条件培养基（CM）培养受照射的 Hela 细胞时，细胞增殖更明显。研究还发现，CAFs 分泌的 IGF - 2、胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBPS）、成纤维细胞生长因子 - 4（FGF - 4）和表皮生长因子（EGF）可能与辐射后癌细胞存活增加有关。另有研究表明，CAFs 衍生的 IGF1/2、CXCL12 或中间代谢产物 β - 羟基丁酸（β - HB）可通过诱导癌细胞自噬促进辐射后癌细胞恢复和肿瘤再生。对肺癌和肝细胞癌（HCC）患者的回顾性分析发现，接受传统外照射放疗（EBRT）患者的局部 / 远处复发和生存情况优于接受图像引导放疗的患者，这支持了立体定向体部放疗（SBRT）未能破坏外周 CAFs 从而促进放疗后癌细胞恢复和肿瘤复发的假设。此外，Demircioglu 等人阐明了低黏着斑激酶（FAK）表达的 CAFs 通过旁分泌信号调节恶性细胞代谢过程的潜在机制，即 FAK 缺失的 CAFs 上调细胞因子 CCL6 和 CCL12 的表达，激活癌细胞中的 CCR1/CCR2 活性和蛋白激酶 A（PKA），增强糖酵解，促进人乳腺癌和胰腺癌（PC）中恶性细胞的生长。
• 肿瘤侵袭和转移：CAFs 是塑造促转移 TME 的重要介质，可通过分泌细胞因子或趋化因子促进肿瘤原位转移和转移部位肿瘤生长及侵袭表型。研究表明，在食管鳞状细胞癌（ESCC）中，CAFs 可上调 IL - 6 诱导 EMT 表型，或通过外泌体转移长链非编码 RNA 肌动蛋白丝相关蛋白 1 反义 RNA 1（AFAP1 - AS1）促进其侵袭表型。一项多组学研究发现，肺腺癌（LUAD）边缘的肿瘤相邻成纤维细胞（TAF）与癌细胞直接接触时，比肿瘤核心成纤维细胞（TCF）更能诱导癌细胞发生 EMT。与癌细胞播散和转移相关的 DII1 + BC 亚型在辐射后癌干细胞（CSC）群体增加，干细胞表型增强，且与 mCAFs（α -SMA 和 FAP 高表达）数量增加呈强正相关。实验结果进一步证实，DII1 + 肿瘤细胞在放疗后通过 IL6/JAK - STAT3 途径激活并招募 TME 中的 CAFs，招募的 CAFs 通过激活 Wnt 信号增强 DII1 + 肿瘤细胞的干性。另一项研究表明，CAFs 产生的 Slit 同源 2（SLIT2）通过与 Roundabout 同源 1（ROBO1）结合促进胃癌转移。
• ECM 重塑：ECM 成分作为支架，有助于癌细胞运动。放疗过程中，ECM 成分（如胶原蛋白、MMPs 和密度）的改变会促进肿瘤生长和进展。CAFs 在调节 ECM 硬度或降解方面发挥关键作用。为研究 PC 细胞与胰腺星状细胞（PSCs）在 PC 结缔组织增殖反应形成中的功能相互作用，Armstrong 等人将 PSCs 与癌细胞 CM 共培养，发现癌细胞不仅促进 PSCs 增殖，还可能通过 TGF - β1 增加 PSCs 胶原蛋白分泌（主要是 I 型胶原蛋白）。反过来，PSCs 通过分泌更高水平的 MMPs 和基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPS）促进 PC ECM 积累，PC 细胞则可通过 I 型胶原蛋白支持癌细胞增殖和抗凋亡，获得生长和生存优势。另一项研究直接共培养 PC 细胞和 PSCs，发现阻断 β1 - 整合素的下游酶 FAK 可阻断 PSCs 介导的放射保护作用，这表明整合素可将 ECM 黏附及可溶性因子的信号传递给癌细胞，从而调节肿瘤对治疗的反应程度。
• 肿瘤血管生成：CAFs 还可诱导肿瘤中异常血管形成，为肿瘤生长提供营养。Orimo 等人证明，人乳腺癌 CAFs 分泌的 SDF - 1 可招募内皮祖细胞进入肿瘤，显著增加肿瘤血管生成和生长。Grinde 等人将 CAFs 和肺癌细胞共注射到小鼠体内，通过组织学和免疫组化对晚期生长阶段收集的移植瘤进行血管生成、炎症等生物学特征分析，发现虽然共注射肿瘤细胞和 CAFs 比单独注射肿瘤细胞具有更强的肿瘤生长动力学，但未观察到血管生成程度的差异。当在早期收集几乎不可见的移植瘤重复实验时，发现早期收集的肿瘤新血管生成水平高于晚期。因此推测，植入小鼠体内的人 CAFs 可能在肿瘤血管生成早期发挥作用。
• 增强放射抗性：放疗作为肿瘤治疗的有效局部疗法，不仅直接杀伤肿瘤细胞，还对 TME 中的各种细胞产生显著影响，尤其是 CAFs。众多研究描述了 CAFs 在放疗过程中介导肿瘤放射抗性的作用，其中对癌细胞 DNA 损伤修复、细胞周期再分布和凋亡的影响是关键。高表达于癌细胞中的长链非编码 RNA DNM3OS 可通过调节双链 DNA 损伤（DDR）赋予 ESCC 显著的放射抗性，CAFs 则通过 PDGβ/PDGFRβ/FOXO1 信号通路促进 DNM3OS 表达。CAFs 衍生的外泌体可促进 CRC 细胞的干性、EMT 和转移，并通过减少辐射后细胞凋亡和增强 DNA 损伤修复能力来增强 CRC 的放疗抗性。此外，CAFs 分泌的旁分泌细胞因子也能影响癌细胞的放射敏感性。Huang 等人报道，CAFs 分泌的 IL - 8 可激活受照射的鼻咽癌（NPC）细胞中的 NF -