Фибробласт , ассоциированный с раком (CAF) (также известный как фибробласт , ассоциированный с опухолью ; канцерогенно-ассоциированный фибробласт; активированный фибробласт) — это тип клеток в микроокружении опухоли , который способствует развитию опухолеобразующих свойств, инициируя ремоделирование внеклеточного матрикса или секретируя цитокины. CAF — это сложный и распространенный тип клеток в микроокружении опухоли; [1] их количество не может уменьшиться, поскольку они не способны подвергаться апоптозу . [2]
Было обнаружено, что CAF в изобилии присутствуют в строме опухоли. [3] [4] Миофибробласты и фибробласты составляют CAF. [5]
Известно, что функции этих CAF стимулируют ангиогенез , поддерживая образование опухолей и, таким образом, пролиферацию раковых клеток и метастаз . [6] [7] Раковые клетки обычно также устойчивы к лекарственным препаратам, чему способствуют CAF. [4] Таким образом, это взаимодействие изучается для потенциальной противораковой терапии. [8]
Нормальные фибробласты участвуют в производстве компонентов внеклеточного матрикса, таких как коллагены , волокна, гликозаминогликаны и гликопротеины , и поэтому играют жизненно важную роль в восстановлении тканей при заживлении ран. [9]
Однако CAFs происходят либо из нормальных фибробластов, перицитов , гладкомышечных клеток, фиброцитов или мезенхимальных стволовых клеток [10]. Затем эти CAFs продолжают поддерживать рост опухоли, секретируя факторы роста, такие как фактор роста эндотелия сосудов ( VEGF ), фактор роста тромбоцитов ( PDGF ) и фактор роста фибробластов ( FGF ), а также другие хемокины для стимуляции ангиогенеза и, следовательно, роста опухоли. [11]
CAF вырабатывают ряд белков, специфичных для происхождения клеток. [12] Однако, поскольку не существует специфического белка для CAF, комбинация этих белков затем используется в качестве маркеров для идентификации CAF [4]. Высокие уровни маркера будут означать низкий прогноз из-за стадии рака.
Маркеры CAFs заметно похожи на маркеры окружающих опухолеассоциированных клеток, но в то же время демонстрируют огромную гетерогенность поведения, внешнего вида и генотипа. [19]
В 2017 году шведские исследователи попытались классифицировать молекулярно различные фибробласты по группам в зависимости от их дифференциальной экспрессии маркеров. Они обнаружили перекрывающиеся паттерны экспрессии, которые подтверждали идею о существовании переходных состояний, и даже идентифицировали плюрипотентность в активированных фибробластах некоторых пациентов (что предполагает наличие клеток-предшественников).
Плеотропные функции (например, стимулирование и подавление опухолей) требуют пластичности клеток. [20]
Хотя существуют положительные маркеры CAF, существуют также отрицательные маркеры, а именно: цитокератин и CD3, поскольку CAFS не имеют эпителиальных и эндотелиальных характеристик. [21]
Происхождение CAF различается в зависимости от гистотипа опухоли и того, где опухоль возникла изначально, но в целом их можно разделить на 4 категории. Происхождение каждого типа CAF играет роль в определении функции этой конкретной клетки. [1] [23]
Эти CAF возникают из фибробластов в непосредственной близости от опухоли, которые были привлечены фактором роста, полученным из рака. Этот процесс похож на активное воспаление, и основное различие между этими двумя процессами заключается в том, что при раке фибробласты не могут быть дезактивированы, что привело к тому, что опухоли стали называть «ранами, которые не заживают». [24] Считается, что большинство CAF возникают из дифференцированных резидентных фибробластных клеток. [25]
Нормальные фибробласты получают гормональный сигнал от близлежащих раковых клеток, что указывает на то, что они должны активироваться, и, таким образом, классифицируются как CAF. [2] Неясно, почему нормальные фибробласты переходят в CAF, но было обнаружено, что при добавлении трансформирующего фактора роста-β к фибробластам в культуре они начинают проявлять черты CAF. [26] Известно, что TGF-β контролирует активацию фибробластов при воспалении.
CAF также могут быть рекрутированы из удаленного источника, такого как костный мозг. Например, фибробласты, рекрутированные из костного мозга, были обнаружены при раке груди. [27]
CAF также могут быть получены в результате дифференциации других типов клеток, таких как мезенхимальные стволовые клетки, что было доказано в мышиных моделях с такими видами рака, как глиома, рак молочной железы, поджелудочной железы и желудка. [27] Другим предполагаемым источником является дифференциация эндотелиальных или эпителиальных клеток посредством трансдифференциации или эпителиально-мезенхимального перехода, соответственно. [28] [29]
Менее распространенное происхождение CAFs происходит путем дифференциации других клеток, прилегающих к опухоли, таких как эпителиальные или эндотелиальные клетки, адипоциты, перициты и гладкомышечные клетки. [27] Адипоциты, особенно белые адипоциты, трансдифференцируются в CAFs при активации TGF-β1. Через TGF-β1 могут трансформироваться также перитонеальные мезотелиальные клетки. [30]
Было высказано предположение, что CAF лучше концептуализировать как «состояние клеток» [8]. Исследования показали, что трансдифференциация CAF может быть вызвана эпигенетическими факторами. [31]
В целом, наличие и плотность фибробластов, ассоциированных с раком (CAF), указывают на плохой прогноз для пациента, и, таким образом, являются проопухолевыми. Однако их можно использовать в качестве маркеров для диагностики и терапии, таким образом диагностируя на более ранней стадии.
Было обнаружено, что наличие подопланина в CAFs играет фундаментальную роль в ухудшении прогноза у пациентов с аденокарциномой легких; однако это может быть полезным маркером для диагностики на ранней стадии. [32]
В аденокарциномах пищевода CAF высвобождают белок ECM (внеклеточный матрикс) периостин и способствуют росту опухолевых клеток посредством паракринной сигнализации. Однако блокирование специфических рецепторов интегрина и путей может остановить инвазию опухолевых клеток. [33] Чем больше плотность CAF, обнаруженных при раке полости рта, тем хуже прогноз, поскольку это значительно снижает 5-летнюю выживаемость. Женский пол в этом исследовании также оказался более значительным фактором риска, при этом мужчины были более защищены от последствий. [34]
Фибробласты, ассоциированные с раком, негативно влияют на исход онкологических заболеваний. Эти клетки создают стромальную нишу для раковых клеток и особенно раковых стволовых клеток, где они используют как паракринный, так и прямой клеточный контакт для поддержания стволовости раковых стволовых клеток. В свою очередь, это позволяет этим раковым стволовым клеткам избегать химиотерапии и радиотерапии, в то время как фибробласты, ассоциированные с раком, также создают среду, которая позволяет раковым клеткам избегать действия противоопухолевого иммунитета. [35] В свою очередь, это способствует раковому процессу через рост опухоли, а также способствует ангиогенезу, метастазированию и уклонению от иммунного ответа. CAF экспрессируют различные цитокины и факторы, которые активируют и способствуют путям, благоприятствующим опухолеобразованию. [36] Они могут нарушать нормальные функции клеток, такие как регуляция клеточного цикла и гибель клеток, или сигнализировать определенным типам клеток о мобилизации и активации их проопухолевых действий. [37] Кроме того, было обнаружено, что воздействие CAF на неопластические клетки уникально для типа опухолевых клеток. Выделение цитокинов из CAF было связано с карциномами молочной железы через метаболизм и выработку ферментов синтеза андрогенов. [38] Кроме того, по теме прогрессирования рака молочной железы, CAF индуцируют высвобождение факторов роста, таких как FGF и HGF, которые, в свою очередь, вызывают гиперпролиферацию эпителиальных клеток молочной железы. EMT [ необходимо разъяснение ] и реорганизация ECM являются дополнительными механизмами, с помощью которых CAF вызывают рак. [39] FSP1, который секретируется CAF, способствует опухолям другим способом - изменяя микроокружение опухоли (TME). [40] Некоторые CAF также перерабатывают побочные продукты анаэробного метаболизма, прибегая к другим метаболическим путям для поддержания роста раковых клеток. [41] [42]
CAF могут продуцировать цитокин TGF-β, который оказывает ингибирующее действие на Т-клетки, макрофаги и нейтрофилы, поэтому они не способны стимулировать иммунный ответ против опухоли. [17]
Иммунная система сильно подвержена влиянию CAF. CAF способствуют привлечению моноцитов и вызывают их дифференциацию в протуморогенный макрофагальный подвид M2. При раке молочной железы секреция моноцитарного хемотаксического белка-1 , стромального фактора 1 и хитиназы 3-подобного 1 является сигналом для миграции моноцитов и дифференциации в подвид M2. Похожий эффект наблюдался при карциноме предстательной железы. [30] При раке поджелудочной железы другие цитокины играют центральную роль в дифференциации моноцитов в подвид M2, такие как M-CSF1, IL-6 и CCL2 . Другие цитокины, такие как IL-8 , IL-10 , TGF-β, также участвуют. [30] Такие макрофаги M2 затем дополнительно активируют прогрессирование CAF. [43]
CAFs оказывают ингибирующее действие на NK-клетки, высвобождая простагландин E2 (PGE2). При гепатоцеллюлярной карциноме, помимо PGE2, индоламин 2,3-диоксигеназа (IDO) подавляет NK-клетки. [30]
В ограничении противоопухолевого иммунитета решающее значение имеют регуляторные Т-клетки (Treg; Foxp3+). CAF стимулируют миграцию, индукцию и поддержание клеток Treg, которые зависят от хемокинов CCL5 и CXCL12. [30]
Решающее значение для противоопухолевого иммунитета имеют цитотоксические CD8+ T-клетки. [30] CAF уменьшают их инфильтрацию в опухоль, высвобождая хемокин CXCL12 и цитокины IL-6 и TGF-β. Однако за ограничение движения T-клеток в опухолях также отвечает гипоксия, которая приводит к снижению экспрессии молекул адгезии на эндотелиальных клетках. [30] Другим механизмом, посредством которого T-клетки подавляются CAF, является высокая экспрессия молекул контрольных точек, таких как PD-L1, PD-L2, B7-H3/H4, галактины и фермент IDO. [30] CAF при раке поджелудочной железы повышают регуляцию PD-1, CTLA-4 или TIM-3 как на поверхности CD4+, так и на поверхности CD8+ T-клеток. [30]
Ангиогенез является важным аспектом развития опухоли. Для того чтобы опухоль росла и значительно увеличивалась в размерах, она должна иметь достаточное кровоснабжение. Если опухоль не может развить необходимое ей кровоснабжение, клетки внутри опухоли начнут умирать, и дальнейший рост будет остановлен. Ангиогенные факторы, такие как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), фактор роста стромальных клеток 1 (SDF-1), фактор роста фибробластов (FGF) и фактор роста тромбоцитов (PDGF), экспрессируются CAF для стимуляции роста новых кровеносных сосудов. [4] Некоторые из этих факторов также могут привлекать клетки, которые жизненно важны для ангиогенного процесса, например, SDF-1 привлекает эндотелиальные клетки, полученные из костного мозга. [44]
Было обнаружено, что CAF способствуют метастазированию опухолей различными способами. Во-первых, они могут изменять экспрессию генов и, как было обнаружено, повышают регуляцию определенных генов, участвующих в протуморогенных путях, включая фактор теплового шока 1 (HSF1). [44] Они также могут вмешиваться в функцию генов-супрессоров опухолей, таких как опухолевый белок p53, что приводит к более высоким показателям пролиферации клеток из-за потери контроля над клеточным циклом. [44] Кроме того, CAF обладают способностью расщеплять белки во внеклеточном матриксе и базальных мембранах, что приводит к нарушению нормальной структуры, позволяя клеткам перемещаться из своей первичной области. Группа белков, известных как матричные металлопротеиназы, играет ключевую роль в этом процессе. [4] CAF также направляют движение неопластических клеток, используя Rho-зависимый сигнальный путь для создания дорожек для этих клеток в матриксе. [37]
В некоторых случаях характеристики CAF обеспечивают терапевтическую резистентность. Устойчивость к растворимым факторам возникает, когда CAF либо напрямую секретируют сигналы (цитокины или факторы роста), либо влияют на клетки вокруг себя, чтобы они выдавали аналогичные сигналы, которые снижают эффективность терапевтических препаратов. Например, это может быть сделано либо путем увеличения секреции антиапоптотических факторов, либо путем изменения клеточной среды (например, pH) для противодействия действию препарата. [4] Другая форма — это опосредованная клеточной адгезией резистентность к препаратам. [37] Это включает в себя плотное прикрепление неопластических клеток к внеклеточному матриксу или стромальным клеткам. Например, секреция TGF-бета позволяет раковым клеткам более успешно связываться с внеклеточным матриксом, таким образом избегая действия некоторых противораковых препаратов.