成纤维细胞活化蛋白的研究进展_刘维

专题综述 成纤维细胞活化蛋白的研究进展 刘维刘美燕吴沅皞( 天津中医药大学第一附属医院风湿科， 天津 300193) 中图分类号R392文献标志码A文章编号1000- 484X( 2015) 06- 0842- 04 本文受国家自然科学基金面上项目( No. 81273709) 、 教育部高等 学校博士学科点专项科研基金( No. 20131210110003) 和天津市高 等学校科技发展基金计划( No. 20120220) 资助。 天津中医药大学， 天津 300193。 作者简介: 刘维( 1962 年 ) 女， 医学博士， 教授， 主任医师， 博士 生导师， 风湿免疫科主任， 主要从事风湿免疫病学研究， E- mail: fengshiliuwei163 com。 近年来， 越来越多的文献报道成纤维细胞活化 蛋白( Fibroblast activation protein， FAP) 在肿瘤的发 生发展过程中发挥重要作用。FAP 是肿瘤相关成纤 维细胞( Tumor- associated fibroblast， TAF) 的特异性 标志物之一， 具有特殊的生物学特性， 基因组稳定， 丰富、 特异地表达于肿瘤间质， 在促进肿瘤细胞的生 长、 侵袭、 转移及免疫抑制中扮演重要角色。近来研 究发现， FAP 在类风湿关节炎( Rheumatoid arthritis， RA) 和骨关节炎( Osteoarthritis， OA) 中与正常人群 比较也有差异性高表达。FAP 有望成为判断肿瘤预 后的重要标志， 同时成为个体化治疗肿瘤、 类风湿关 节炎等疾病的新靶标。本文对 FAP 在肿瘤临床诊 断、 提高患者生存率、 判断疾病预后， 及其与类风湿 关节炎病理机制相关的研究进展做以综述。 1FAP 的研究概况 1. 1FAP 的主要生物学特性FAP 最初被认为是 细胞表面抗原 F19， 是一种可被诱导产生的细胞表 面糖蛋白， 由 761 个氨基酸组成， 二聚体分子量为 170 kD， 有两个 97 kD 的亚基， 它最早是由 Rettig 等 1 在 1986 年运用单克隆抗体( F19) 在体外培养 的活化成纤维细胞中发现的。1990 年， Aoyama 等 2 在人黑色素瘤细胞系( LOX) 中也发现了一种 明胶酶， 1994 年被命名为 “Seprase” 。之后的研究表 明 FAP 和 Seprase 是同一种细胞表面的丝氨酸蛋白 酶 3 。FAP 选择性表达于肿瘤间质活化的成纤维 细胞表面， 是一种膜丝氨酸肽酶， 具有二肽基肽酶 ( DPP) 及胶原酶两种活性， 能降解二肽及型胶原。 FAP 的蛋白水解酶活性可以增强肿瘤细胞对细胞外 基质的降解， 同时也能促进肿瘤的生长和侵袭。 FAP 与二肽基肽酶 IV( Dipeptidyl peptidase IV， DP- PIV/CD26) 具有相似的结构域及二肽基肽酶活性， 同属于丝氨酸蛋白酶家族。Kathleen 等 4 研究发 现， FAP 与属于二肽基肽酶家族的 DPPIV 具有 50% 的同源性， 均具有肽链外切酶活性， 但 FAP 具有独 特的肽链内切酶活性， 可以裂解明胶、 变性的 型胶 原和 2- 抗纤维蛋白， 而 DPPIV 不具有， 故可区别 二者。 1. 2FAP 的特异性表达研究发现， FAP 选择性地 表达于 90%以上的上皮恶性肿瘤的基质成纤维细 胞表面， 包括乳腺癌、 卵巢癌、 肺癌、 结直肠癌、 胃癌、 胰腺癌、 皮肤黑色素瘤等。良性及癌前病变的上皮 肿瘤， 如结直肠腺瘤、 乳腺叶状肿瘤和纤维腺瘤中 FAP 通常不表达。而 FAP 在正常人组织中一般无 表达， 仅存在于宫颈和子宫内膜， 在胚胎发育过程中 短暂表达。研究证实 FAP 在一些基质活化的疾病 中也有表达， 如创面愈合、 瘢痕组织、 骨关节炎、 类风 湿关节炎， 以及慢性炎症如肉芽组织、 肝纤维化、 肺 纤维化、 肝硬化等5- 7 。FAP 也表达于骨与软组织 肉瘤中， 其表达水平高低不取决于肿瘤的恶性程度， 而是与肿瘤细胞的组织来源有关8 。Tchou 等 9 研 究发现， 人乳腺癌巨噬细胞表达 FAP， FAP 充分表达 于所有乳腺癌亚型的间质， 而与临床病理因素没有 显著相关性， 并认为针对基质间充质细胞和免疫细 胞如巨噬细胞， 现在的和未来的 FAP 定向治疗可能 具有双重治疗效益。 1. 3FAP 非酶活性FAP 在发挥蛋白酶功能的同 时， 也能够独立于其 DPPIV 蛋白酶功能而直接参与 细胞间信号转导。Huang 等 10 的研究表明， FAP 通 过非酶功能促进乳腺癌细胞生长和侵袭， 其导致肿 瘤发生和迅速生长与其酶活性无关， 因为无蛋白水 解活性的 FAP 的突变体同样会加速肿瘤细胞的生 长。研究显示野生型 FAP 和突变型( S624A) 对细 胞外基质( Extracellular matrix， ECM) 、 型胶原均具 有较强的降解力和侵袭力， FAP 虽参与了 ECM 的降 248中国免疫学杂志 2015 年第 31 卷 doi: 10 3969/j issn 1000-484X 2015 06 029 解， 且可不依赖于其蛋白酶活性。FAP 可能是通过 激活细胞信号介导某些细胞间信号转导， 改变细胞 的侵袭行为和基质金属蛋白酶 9( MMP9) 等细胞因 子的表达水平， 从而促进肿瘤细胞的生长和侵袭。 2FAP 与肿瘤 2. 1FAP 促肿瘤发生发展大量研究表明， FAP 促 进肿瘤细胞的发生发展。Wang 等 11 研究发现， 胃 癌组织 TAF 中高 FAP 的表达与 Lauren 分型、 分化 程度、 肿瘤浸润深度和肿瘤淋巴结转移( TNM) 分期 显著相关， 但与胃癌患者的年龄和性别无关; Chen 等 12 报道， FAP 促进卵巢癌细胞的侵袭、 增殖和 HO- 8910PM 转移; 有实验表明 FAP 高表达的成纤维 细胞产生的细胞外基质可提高胰腺癌细胞浸润性速 度和方向性 13 ; 近来有研究发现雌激素通过成纤维 细胞的活化促进子宫肌瘤细胞增殖， 而 FAP 在雌激 素介导的成纤维细胞活化中起着重要的作用， 即在 细胞增殖起关键作用， 这可能成为今后在临床中子 宫肌瘤治疗的未来靶点 14 。Ding 等15 的研究显 示， 骨肉瘤( Osteosarcoma， OS) 细胞系表达 FAP， FAP 的敲除显著降低体外 OS 细胞的生长、 黏附、 迁移和 侵袭。FAP 影响 OS 细胞， 并且可能在 OS 的进展和 转移中发挥重要作用， 进一步的研究有可能阐明 FAP 对 OS 的诊断和治疗潜力。 2. 2FAP 与肿瘤的靶向治疗 2. 2. 1FAP 酶活性抑制剂FAP 具有二肽基肽酶 和胶原酶活性， 可裂解基质中包括明胶和变性的 型胶原在内的诸多二肽基肽酶活性的底物， 参与 ECM 降解， 促进肿瘤细胞从原发部位脱离、 侵袭和 转移， 故选择性抑制 FAP 的酶活性将有助于减弱肿 瘤细胞的侵袭和转移能力。Val- boroPro 又名 Tala- bostat， 是对 FAP 特异性二肽底物 Val- Pro 进行硼酸 化反应后得到的酶活性抑制剂， 是第一个进入临床 试验的酶活性抑制剂， 虽然临床疗效较微弱， 但实验 表明外周血 FAP 酶活性明显被抑制， 期临床试验 表明， 仅 21%结直肠癌患者的病情得到缓解， 提示 Val- boroPro 可用于结直肠癌的治疗， 但疗效有待 提高 16， 17 。 2. 2. 2FAP 疫苗研究发现， 接种 FAP 的 DNA 疫 苗可通过 CD8 + T 细胞介导的杀伤作用显著抑制小 鼠原发性肿瘤的生长， 防止肿瘤肺转移以及延长小 鼠的寿命， 且无显著病理 18 。Liao 等19 的研究表 明， 在转移性乳腺癌 4T1 小鼠模型中， 接种 FAP 的 DNA 疫苗能抑制乳腺癌的自发转移， 并显著增强阿 霉素化疗的抗肿瘤转移作用， 引起免疫微环境 ( TME) 的改变， 由 Th2 细胞向 Th1 分化。这种转变 的特征是增加 TME 中 IL- 2 和 IL- 7 蛋白质的表达， 抑制肿瘤相关巨噬细胞、 粒细胞源性抑制细胞、 调节 性 T 细胞的募集， 并降低肿瘤血管和淋巴管的生 成。Kraman 等 20 发现， FAP 阳性基质细胞的消融 可明显增强治疗性疫苗的免疫治疗作用， 但并没有 改变 CD4 + T 细胞或 CD8 + T 细胞或 CD4 + Foxp3 + 调 节性 T 细胞的比例， 这表明肿瘤细胞死亡并不涉及 效应 T 细胞的快速增加或抑制性 T 细胞的减少。 2. 2. 3FAP 特异性 T 细胞Kakarla 等21 的研究 显示， FAP 特异性 T 细胞识别并杀死人类和小鼠 FAP 阳性的 TAF， FAP 特异性嵌合体抗原受体 ( CAR) 重定向 T 细胞 FAP 阳性的成纤维细胞。这 些 T 细胞破坏 FAP 阳性基质而且在体内具有抗肿 瘤活性， 当与肿瘤特异性 T 细胞共同施用， 可提高 体内 FAP 特异性 T 细胞的抗肿瘤活性。该研究为 FAP 特异性 T 细胞的治疗潜力提供了临床前证据， 提示单独使用 FAP 特异性 T 细胞或将其作为佐剂 治疗的疗法有可能成为改善目前癌症免疫治疗的潜 在方法。Schuberth 等 22 的研究证明， FAP 的表达 存在于恶性胸膜间皮瘤( MPM) 的所有亚型， 其重新 定向 CD8 + T 细胞在体外和体内显示出抗原特异性 功能， 表现出较强的治疗潜力， 能防止 FAP 阳性的 肿瘤的生长， 提高模型小鼠的存活率。FAP 重新定 向 T 细胞成为 FAP 阳性的 MPM 的有效治疗方法。 2. 3FAP 判断肿瘤预后Saigusa23 研究认为， FAP 的表达可以用来预测手术前进行放化疗( Che- moradiotherapy， CRT) 直肠癌患者的不良预后， FAP 和基质细胞衍生因子- 1( Stromal cell- derived factor- 1， SDF- 1) 表达于 TAF， 二者的表达参与肿瘤的再生 长和复发， 故在 TAF 中对 FAP 和 SDF- 1 的控制可以 有效地防止手术前进行 CRT 直肠癌患者的远处复 发。另有研究发现， FAP 在肿瘤间质中高度表达， 其 在非小细胞肺癌患者的表达与此病较差的总生存期 有关， 是此病预后差的预测因子 24 。FAP 的高度表 达可能与炎症以及抑制淋巴细胞依赖性的免疫应答 相关， 从而导致了肿瘤的进展， 针对 FAP 的治疗可 能是一种治疗非小细胞肺癌的新策略。Yuan 等 25 的研究第一次指出， FAP 在骨肉瘤发生发展中发挥 重要作用， 其表达可作为临床分期、 组织学分级和转 移诊断的候选生物标志物， 是骨肉瘤患者总生存率 ( Overall survival， OS) 和无病生存率 ( Disease- free survival， DFS) 独立的预后标志物， 可被视为针对这 种癌症的一种新颖的治疗靶点。Kaplan. Meier 对骨 肉瘤患者的生存分析显示， FAP 高表达者均比低表 348刘维等成纤维细胞活化蛋白的研究进展第 6 期 达者的 OS 和 DFS 显著缩短， 据此可提高筛选骨肉 瘤患者的高风险死亡率或复发的能力。Miao 等 26 研究发现， 腹膜 FAP 的表达水平与胃癌腹膜扩散 ( GCPD) 程度呈正相关， 生存分析显示 FAP 的表达 是原发性胃癌不良预后独立的预后因素， 肿瘤相关 的人腹膜间皮细胞( TA- HPMC) 中 FAP 的表达可能 是一个重要的细胞组分和 GCPD 的主要因素。 3FAP 与类风湿关节炎 近年来， FAP 在 RA 疾病发展过程中的作用开 始受到关注， 其在 RA 中的作用机制存在不同方向 的研究结果， 特别是在关节软骨的保护、 调节信号转 导以及炎症反应、 对成纤维细胞样滑膜细胞的破坏 作用和滑膜细胞的免疫逃逸中均发挥重要作用。 Ospelt 等 27 在体内及体外实验中证实， FAP 和 DPPIV 的丝氨酸蛋白酶活性在保护关节软骨不受类 风湿关节炎滑膜成纤维细胞( Rheumatoid arthritis synovial fibroblasts， RASFs) 的侵蚀方面具有核心作 用。体外细胞实验中， 通过对 FAP 和 DPPIV 的抑制 则会增加基质细胞衍生因子- 1( Stromal cell- derived factor 1， SDF- 1/CXCL12) 信号通路中下游效应物 SDF- 1 和基质金属蛋白酶 MMP- 1 和 MMP- 3 的水平; 且在 SCID 鼠联合嵌入模型中， 对其抑制作用则会 增加异种移植的 RASFs 对人类软骨的侵蚀程度， 显 示了通过抑制 FAP 和 DPPIV 的表达可导致 RASFs 对软骨侵袭的增加。 研究发现， 作为丝氨酸蛋白酶， FAP 和 DPPIV 在细胞信号转导和炎症反应中可起到调节作 用 28， 29 ， 这在加重炎症反应过程中至关重要。并且 研究结果强调相对 DPPIV 而言， FAP 的表达不仅更 为稳定， 而且更强， 在其中发挥更为实质性 的 作用 27 。 Jakobs 等 30 研究发现 FAP 作为二肽基肽酶基 因家族中的成员， 具有多效性。就作用机制来说， 多 效性表现为酶的催化性和蛋白质之间的非催化性， 因此可将 FAP 作为成纤维细胞活化和细胞毒效应 表达的特定标记， 在未来的治疗中发挥更大的价值。 Bauer 等 31 通过比较 RA 和 OA 滑膜的表达模式， 研 究成纤维细胞样滑膜细胞( Fibroblast- like synovio- cytes， FLSs) 表达的 FAP， 证实了 RA 和 OA 患者的 FAP 是由滑膜成纤维细胞所表达， FAP 在 RA 滑膜 组织中的基因表达比在 OA 中更明显。来源于难治 性 RA 的滑膜组织重度炎症区的 FLSs 高度表达 FAP。此外， FAP 的表达与相关因子， 如: 基质金属 蛋白酶( MMP- 1 和 MMP- 13) 和 CD44 剪接变异体 V3 和 V7/8， 协同定位， 这些因子共同在 ECM 降解中起 重要作用， 它不仅是正常组织修复和重塑的基础物 质， 而且参与浸润性生长的病理过程。FAP 主要在 促进组织重建的间充质干细胞表面表达， 其特定的 表达模式符合其作为 FLSs 抑制破坏的潜在治疗 靶点。 同时， Jakobs 等 32 研究认为 FAP 参与滑膜细胞 的免疫逃逸， MMP 和 FAP 介导类风湿性关节炎非 炎症相关的软骨和骨的破坏。与正常滑膜进行比 较， FAP 在 RA 中的表达增加。RA 和半恶性肿瘤基 质中的 FAP 介导了与类风湿关节炎相关的慢性滑 膜炎中瘤样组织的破坏， 抑制基质降解使其很难形 成血管翳和肿瘤侵袭， 故 FAP 可作为 RA 特定效应 表达标记物应用于临床治疗。 4小结 FAP 具有特殊的生物学特性， 基因组较稳定， 不 易耐药， 在肿瘤间质特异、 丰富地表达， 在肿瘤的发 生、 发展及免疫抑制中发挥着重要作用。近来， FAP 在 RA 滑膜组织中的高表达受到了研究者越来越多 的关注， 其在 RA 疾病发展过程中发挥重要作用。 FAP 对提高肿瘤的病理诊断精确性、 预防疾病的复 发、 更准确的判断疾病的预后、 提高患者的生存率具 有重要价值， 并且与类风湿关节炎病理机制密切相 关， 使其有望成为肿瘤和 RA 疾病未来潜在的免疫 治疗新靶点， 在免疫诊治中拥有巨大潜力。但目前 国内外对 FAP 研究还不够深入透彻， 其病理生理学 意义及其作用机制尚不完全清楚， 有待将来更进一 步的研究与探索。 参考文献: 1Rettig WJ， Chesa PG， Beresford HR， et al Differential expression of cell surface antigens and glial fibrillary acidic protein in human as- trocytoma subsets J Cancer Res，1986，46 ( 12Pt 1 ) : 6406- 6412. 2Aoyama A， Chen WT. A 170- kDa membrane- bound protease is as- sociated with the expression of invasiveness by human malignant melanoma cellsJ Proc Natl Acad Sci USA， 1990， 87 ( 21) : 8296- 8300. 3Pineim- Sanchez ml， Goldstein LA， Dodt J， et al Identification of the 170- kDa melanoma membrane- bound gelatinase( seprase)as a serine integral membrane proteaseJ J Biol Chem， 1997， 272 ( 12) : 7595- 7601. 4Kathleen A， Irena L， Lihong S， et al Structural and kinetic analysis of the substrate specificity of human fibroblast activation protein a J J Biol Chem， 2005， 280( 20) : 19441- 1944 . 5Acharya PS， Zukas A， Chandan V， et al Fibroblast activation pro- 448中国免疫学杂志 2015 年第 31 卷 tein: a serine protease expressed at the remodeling interface in idio- pathic pulmonary fibrosisJ Human Pathol， 2006， 37 ( 3 ) : 352- 360. 6Dienus K， Bayat A， Gilmore BF， et al Increased expression of fi- broblast activation protein- alpha in keloid fibroblasts: implications for development of a novel treatment optionJ Arch Dermatol Res， 2010， 302( 10) : 725- 731. 7Liu R， Li H， Liu L， et al Fibroblast activation protein: A potential therapeutic target in cancerJ Cancer Biol Ther， 2012， 13( 3) : 123- 129. 8Dohi 0， Ohtani H， Hatori M， et al Histogenesis- specific expression of fibroblast activation protein and dipeptidylpeptidase- in hu- man bone and soft tissue tumoursJ Histopathology， 2009， 55 ( 4) : 432- 440. 9Tchou J， Zhang PJ， Bi Y， et al Fibroblast activation protein expres- sion by stromal cells and tumor- associated macrophages in human breast cancerJ Hum Pathol， 2013， 44( 11) : 2549- 2557. 10Huang Y， Simms AE， Mazur A， et al Fibroblast activation protein- a promotes tumor growth and invasion of breast cancer cells through non- enzymatic functionsJ Clin Exp Metastasis， 2011， 28( 6) : 567- 579. 11Wang RF， Zhang LH， Shan LH， et al Effects of the fibroblast acti- vation protein on the invasion and migration of gastric cancer J Exp Mol Pathol， 2013， pii: S0014- 4800( 13) 00125- 1. 12Chen H，Yang WW， Wen QT， et al TGFbeta induces fibroblast activation protein expression; fibroblast activation protein expres- sion increases the proliferation， adhesion， and migration of HO- 8910PMcorrected J Exp Mol Pathol 2009， 87: 189- 194. 13Lee HO， Mullins SR， Franco- Barraza J， et al FAP- overexpressing fibroblasts produce an extracellular matrix that enhances invasive velocity and directionality of pancreatic cancer cellsJ BMC Cancer， 2011， 11: 245. 14Luo N， Guan Q， Zheng L， et al Estrogen- mediated activation of fi- broblasts and its effects on the fibroid cell proliferation J Transl Res， 2013， pii: S1931- 5244( 13) 00425- 8. 15Ding L， Ye L， Xu J， et al Impact of fibroblast activation protein on osteosarcoma cell lines in vitroJ Oncol Lett， 2014， 7( 3) : 699- 704. 16Narra K， Mullins SR， Lee HO， et al Phase II trial of single agent val- boroPro( Talabostat)inhibiting fibroblast activation protein in patients with metastatic colorectal cancerJ Cancer Biol Ther， 2007， 6( 11) : 1691- 1699. 17方瑞， 杜军， 陈宏远， 等 . 成纤维细胞激活蛋白 a 与肿瘤 的靶向治疗 J 中国生物工程杂志， 2008， 28( 3) : 100- 105. 18Wen Y， Wang CT， Ma TT， et al Immunotherapy targeting fibro- blast activation protein inhibits tumor growth and increases surviv- al in a murine colon cancer modelJ Cancer Sci， 2010， 101 ( 11) : 2325- 2332. 19Liao D， Luo Y， Markowitz D， et al Cancer associated fibroblasts promote tumor growth and metastasis by modulating the tumor im- mune microenvimnment in a 4T1 mttrine breast cancer model J PI DS One， 2009， 4( 11) : e7965. 20Kraman M， Bambmugh PJ， Arnold JN， et al Suppression of antitu- mor immunity by stremal cells expressing fibroblast activation pro- tein- alpha J Science， 2010， 330( 6005) : 827- 830. 21Kakarla S， Chow KKh， Mata M， et al Antitumor effects of chimer- ic receptor engineered human T cells directed to tumor stroma J Mol Ther， 2013， 21( 8) : 1611- 1620. 22Schuberth PC， Hagedorn C， Jensen SM， et al Treatment of malig- nant pleural mesothelioma by fibroblast activation protein- specific re- directed T cellsJ J Transl Med， 2013， 11: 187. 23Saigusa S， Toiyama Y， Tanaka K， et al Cancer- associated fibro- blasts correlate with poor prognosis in rectal cancer after chemora- diotherapyJ Int J Oncol， 2011， 38( 3) : 655- 663. 24Liao Y， Ni Y， He R， et al Clinical implications of fibroblast acti- vation protein- a in non- small cell lung cancer after curative resec- tion: a new predictor for prognosisJ J Cancer Res Clin Oncol， 2013， 139( 9) : 1523- 1528. 25Yuan D， Liu B， Liu K， et al Overexpression of fibroblast activa- tion protein and Its clinical implications in patients with osteosar- coma J J Surg Oncol， 2013， 108( 3) : 157- 162. 26Miao ZF， Zhao TT， Wang ZN， et al Tumor- associated mesothelial cells are negative prognostic factors in gastric cancer and promote peritoneal dissemination of adherent gastric cancer cells by chem- otaxis J Tumou