关于CAF诱导的物理约束控制实体瘤中T细胞状态与定位的学术报告
本文是一篇发表于《自然综述·癌症》（Nature Reviews Cancer）2024年10月第24卷的综述文章（Review article），由以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）生物分子科学系的Ludovica Arpinati, Giulia Carradori & Ruth Scherz-Shouval（通讯作者）撰写。文章聚焦于肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中一个核心但复杂的过程：癌症相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）通过重塑细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM），从而在物理和生化层面调控T细胞的功能、定位和状态，并最终影响肿瘤进展和免疫治疗反应。这篇综述系统梳理了近年来的重要研究进展，旨在阐明CAF-ECM-免疫细胞（尤其是T细胞）相互作用的复杂网络，并探讨以此为基础的新型治疗策略。
主要论点阐述
论点一：CAF是TME中ECM重塑的主要执行者，其高度异质性决定了其对肿瘤免疫的双重影响。 CAF是实体瘤TME中最丰富的间质细胞成分之一，但它们并非一个均质的群体。文章详细阐述了目前在不同癌种和物种中识别出的多个CAF亚群，每个亚群具有独特的基因标记和功能侧重： 1. 肌成纤维样CAF（myCAFs）：高表达α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）、LRRC15等，是ECM重塑的核心力量，通过分泌胶原蛋白、基质金属蛋白酶（MMPs）和交联酶（如LOX）来施加物理约束，影响免疫细胞浸润。 2. 炎性CAF（iCAFs）：高表达IL-6等炎性细胞因子，通过JAK–STAT–NF-κB通路激活，主要调节免疫细胞的活性、招募和极化。 3. 抗原呈递CAF（apCAFs）：表达主要组织相容性复合体II类分子（MHC-II），可能参与免疫微环境的重编程，功能具有促瘤或抑瘤的双重性。 4. 其他新兴亚群：包括脂质富集CAF（lipid-laden CAFs）、糖酵解CAF（glyCAFs, mecAFs）和血管性CAF（vCAFs）等，这些亚群与特定的代谢状态或血管生成等功能相关。
CAF的传统观点认为其是促肿瘤的，例如促进血管生成、癌症细胞存活、通过ECM重塑诱导免疫排斥和免疫治疗抵抗。然而，越来越多的证据表明CAF的功能具有情境依赖性。例如，系统性剔除αSMA+ CAF或特异性敲除其胶原蛋白I（Col1）反而加速了胰腺导管腺癌（PDAC）小鼠模型的肿瘤进展，表明某些CAF亚群或特定ECM成分可能具有限制肿瘤的作用。这种复杂性强调，不能简单地以“促瘤”或“抑瘤”来定义CAF，而应依据其具体的活性、标记物和细胞来源来精确描述其功能。CAF的异质性和可塑性是其成为治疗靶点时面临的主要挑战。
论点二：CAF驱动的ECM重塑在结构和成分上发生深刻改变，这些改变直接促进肿瘤进展并塑造免疫抑制性微环境。 在癌症中，ECM经历病理性重塑，其特征包括： 1. 胶原蛋白的沉积与交联：胶原蛋白（尤其是Col1, Col3, Col5）是ECM的主要成分，由CAF大量产生。胶原蛋白可通过激活盘状结构域受体（DDRs）、整合素（Integrins）等信号通路影响癌细胞行为。例如，癌细胞DDR1的激活会促进胶原纤维排列，从而阻碍CD8+ T细胞浸润，导致免疫排斥。 2. 交联酶活性上调：LOX、LOXL2等酶介导胶原交联，增加基质硬度（Stiffness）。高硬度不仅直接促进癌细胞增殖、侵袭和上皮-间质转化（EMT），还与不良预后相关。例如，在乳腺癌、胃癌肝转移灶中，LOX的高表达与患者生存期缩短相关。 3. 基质降解酶的作用：MMPs（如MMP1, MMP8, MMP9, MMP11）由CAF和癌细胞等分泌，降解ECM成分。这种降解并非单纯的破坏，而是促进癌细胞局部侵袭和远处转移的关键步骤。例如，MMP8的高表达与肝细胞癌的侵袭性相关。 4. 生物力学性质改变：ECM的硬度、粘弹性（Viscoelasticity）和纤维排列方向（Alignment）发生整体变化。这些物理属性的改变不仅影响癌细胞（例如，在刚性基质中保持休眠但具备增殖潜能），更深刻地影响间质细胞本身和免疫细胞。例如，胰腺星状细胞在刚性基质中会通过整合素-αv介导的自噬激活，获得促瘤表型。
这些ECM的结构和成分改变，共同构建了一个不利于抗肿瘤免疫的物理屏障和生化环境。
论点三：重塑的ECM通过多种机制调控先天性免疫细胞，尤其是巨噬细胞，使其向促瘤表型极化。 ECM作为一个屏障和信号库，能够影响包括巨噬细胞在内的先天性免疫细胞的招募、定位和功能： 1. 影响巨噬细胞表型：研究发现，卵巢癌患者中特定的ECM基因特征（包含FN1, VCAN等）与免疫抑制性M0巨噬细胞亚型相关。来自患者大网膜成纤维细胞（omental fibroblasts）的去细胞化基质，能够引导巨噬细胞或单核细胞向免疫抑制性（CD163loCD209hi）表型分化，而低级别组织基质则促进抗肿瘤的M1样表型。 2. 与CAF形成正反馈环：肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）本身也贡献于ECM重塑。例如，在乳腺癌模型中，巨噬细胞分泌的颗粒蛋白（Granulin）能诱导肝星状细胞表达骨膜蛋白（Postn），激活其向肌成纤维样表型转化，促进转移灶的基质硬化。反之，巨噬细胞的剔除可以导致ECM软化、转移负担减轻。这揭示了巨噬细胞与CAF之间存在相互促进、共同维持促瘤微环境的交叉对话。 3. 其他基质蛋白的作用：SPARC（富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白）的过表达不仅与乳腺癌EMT相关，还能招募髓源性抑制细胞（MDSCs），从而抑制T细胞增殖。透明质酸和蛋白多糖连接蛋白1（HAPLN1）的缺失会导致胶原收缩和纤维排列增加，进而阻碍T细胞运动，但促进多形核MDSC（PMN-MDSC）的浸润。
这些证据表明，ECM不仅是免疫细胞的物理障碍，更是主动调节其功能的信号平台，倾向于将先天性免疫反应导向促瘤、抑炎的方向。
论点四：ECM对T细胞的调控是CAF影响抗肿瘤免疫的核心环节，主要体现于阻碍浸润和诱导功能耗竭。 这是本综述的核心焦点。CAF通过ECM重塑从多个层面深刻影响T细胞： 1. 物理阻碍浸润（免疫排斥）： * 致密纤维屏障：在卵巢癌、肺癌等多种癌种中，肿瘤细胞巢（islets）周围存在由胶原、纤连蛋白（FN1）、腱生蛋白C（Tenascin-C, TNC）等构成的致密、环状ECM结构。CD8+ T细胞大量滞留在周围的间质中，难以突破此屏障进入肿瘤细胞巢发挥杀伤作用。 * 纤维排列引导与滞留：在PDAC中，T细胞倾向于沿着胶原纤维排列。TNC纤维能够通过结合并上调CXCL12，将CD8+ T细胞“滞留”在基质“轨道”（tracks）中，阻止其进一步浸润。同样，在口腔鳞癌中，TNC纤维可通过CCL21-CCR7轴阻碍树突状细胞（DCs）向肿瘤巢迁移。 * 基质硬度与交联：LOX介导的胶原交联导致的基质高硬度，直接限制了T细胞的运动能力。抑制LOX活性可以降低硬度，增强T细胞迁移。癌细胞DDR1信号促进的胶原排列也与CD8+ T细胞被限制在肿瘤边缘区域相关。
论点五：靶向ECM或CAF-ECM轴为改善癌症治疗，特别是免疫治疗，提供了新的策略和思路。 鉴于ECM在免疫抑制中的核心作用，针对其进行干预成为有潜力的治疗方向： 1. 靶向ECM成分或其信号通路： * 干扰胶原抑制信号：使用LAIR2-Fc融合蛋白竞争性阻断胶原与T细胞表面LAIR1的结合，在临床前模型中能够增强CD4+和CD8+ T细胞浸润，降低肿瘤负担，并与抗PD1疗法产生协同效应。 * 靶向特定基质蛋白：使用抗体靶向TNC的纤维蛋白原样球域（FBG），或利用胎盘生长因子-2（PIGF2）衍生的ECM高亲和力肽将免疫检查点抑制剂（如抗PD-L1/抗CTLA4）递送至肿瘤深处，均能改善免疫治疗疗效，增加T细胞浸润。 * 降解异常基质：在PDAC模型中，靶向透明质酸的PEGPH20与抗PD1和FAK抑制剂的联合治疗，能改善生存，并伴随CD8+ T细胞浸润增加和MDSCs减少。
靶向ECM修饰酶：
靶向CAF的复杂性：直接靶向CAF（如通过FAP抑制剂）的临床试验效果不一，部分因副作用或疗效不足而终止。原因正在于CAF的异质性和功能双重性——剔除某些亚群可能反而加速肿瘤进展。因此，未来的方向在于更精细地解析CAF亚群，开发能够选择性消除“有害”CAF（如介导免疫排斥的myCAFs或iCAFs）而保留“有益”CAF的策略。
论点六：ECM相关基因特征与患者预后和免疫治疗反应存在显著相关性，具有作为生物标志物的潜力。 综述通过多个表格系统总结了在不同癌种中，特定的ECM基因表达签名（ECM signature）与患者不良预后、免疫细胞浸润模式以及治疗反应的关联。例如： * 在乳腺癌、PDAC、肾癌等多种癌症中，高表达包含胶原、LOX、POSTN、TNC等基因的ECM签名，与患者总生存期缩短相关。 * 在黑色素瘤患者中，基线血清中与胶原形成和降解相关的蛋白（如III型前胶原、MMP降解的IV型胶原）水平升高，与疾病进展和抗CTLA4治疗（伊匹木单抗）无反应相关。 这些关联性研究将基础机制与临床结局联系起来，表明评估肿瘤的ECM状态不仅有助于预后判断，还可能预测患者对免疫治疗的反应，为个性化治疗提供依据。
本文的意义与价值
本综述的价值在于它提供了一个高度整合的视角，将肿瘤生物学中的三个关键要素——CAF、ECM和抗肿瘤免疫——紧密地联系起来。它超越了将ECM视为单纯物理支架的传统观点，系统论证了ECM是一个动态、具有生物活性的信号网络，而CAF是其主要的“建筑师和工程师”。文章清晰地阐明了“CAF重塑ECM → ECM改变物理结构和生化环境 → 物理阻碍T细胞浸润 + 生化诱导T细胞耗竭/先天性免疫细胞失调 → 免疫抑制性TME形成 → 肿瘤进展和治疗抵抗”这一核心逻辑链条。
在应用价值上，该综述为克服实体瘤免疫治疗瓶颈指明了新的方向。它强有力地论证了，仅靶向肿瘤细胞或T细胞本身的免疫检查点可能不足以克服由间质和ECM建立的强大屏障。联合靶向CAF或特定的ECM成分（如LOX、TNC、胶原信号），有望使“冷肿瘤”变“热”，提高免疫细胞到达并有效攻击肿瘤的机会。同时，文章也客观指出了当前面临的挑战，特别是CAF的异质性和ECM靶向的特异性问题，为未来研究提供了清晰的路线图：需要结合单细胞技术、空间转录组学、新型成像技术和类器官模型等先进手段，更精细地解析不同癌种、不同阶段TME中CAF-ECM-免疫细胞互作的异质性，从而开发出更精准、有效的组合治疗策略。