肿瘤微环境成纤维细胞-免疫细胞互作

肿瘤微环境成纤维细胞-免疫细胞互作演讲人肿瘤微环境成纤维细胞-免疫细胞互作01成纤维细胞的“双重身份”：从静息基质到促瘤“帮凶”02肿瘤微环境：肿瘤与宿主相互作用的“生态位”03肿瘤相关免疫细胞的“角色图谱”：从“卫士”到“叛徒”04目录01肿瘤微环境成纤维细胞-免疫细胞互作02肿瘤微环境：肿瘤与宿主相互作用的“生态位”肿瘤微环境：肿瘤与宿主相互作用的“生态位”肿瘤微环境（TumorMicroenvironment,TME）并非仅仅是肿瘤细胞的“生长土壤”，而是一个由肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞、血管网络及细胞外基质（ECM）构成的复杂生态系统。在这一生态系统中，细胞间的动态互作决定着肿瘤的起始、进展、转移及治疗响应。作为TME的核心基质细胞，癌相关成纤维细胞（Cancer-AssociatedFibroblasts,CAFs）与免疫细胞的对话尤为关键——它们通过分泌因子、直接接触、ECM重塑等多重机制，共同塑造免疫抑制或免疫激活的微环境，进而影响肿瘤的免疫编辑进程。作为一名长期从事肿瘤微环境研究的科研工作者，我在单细胞测序技术的应用中曾深刻体会到：同一肿瘤组织中，CAFs的异质性及其与不同免疫亚群的互作模式，可能直接解释为何部分患者对免疫治疗敏感而另一部分患者耐药。这种互作网络的复杂性，既是肿瘤免疫逃逸的“温床”，也是开发新型治疗策略的“突破口”。03成纤维细胞的“双重身份”：从静息基质到促瘤“帮凶”1正常成纤维细胞的生理功能在正常组织中，成纤维细胞（Fibroblasts,FBs）是基质的核心组分，主要负责ECM的合成与降解、组织修复及稳态维持。它们通过分泌胶原蛋白、纤连蛋白等结构性ECM成分，为组织提供物理支撑；同时，通过分泌生长因子（如HGF、EGF）和细胞因子（如IL-6），参与上皮细胞、内皮细胞的增殖与分化调控。在伤口愈合等生理过程中，成纤维细胞被激活为肌成纤维细胞（Myofibroblasts），通过收缩伤口和分泌ECM促进组织修复——这一“激活-修复-静息”的动态平衡是组织稳态的关键。2CAFs的起源与活化机制在肿瘤微环境中，成纤维细胞被“异常激活”为CAFs，其来源具有异质性：包括组织驻留成纤维细胞的活化、间充质干细胞（MSCs）的分化、上皮/内皮细胞通过上皮-间质转化（EMT）或内皮-间质转化（EndMT）转分化，甚至肿瘤细胞通过“成纤维细胞重编程”诱导正常FBs转化。肿瘤细胞通过分泌TGF-β、PDGF、FGF等因子，激活成纤维细胞中的SMAD、JAK/STAT、PI3K/AKT等信号通路，使其获得持续活化状态——这一过程类似于“永不愈合的伤口”，CAFs持续处于修复与激活状态，失去对正常组织的调控能力。3CAFs的亚型异质性及其功能多样性随着单细胞测序技术的发展，CAFs的异质性被逐步揭示。根据标志物表达、转录特征及功能，CAFs可分为多个亚型，主要包括：-myCAFs（肌成纤维细胞样CAFs）：高表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、结蛋白（Desmin），具有收缩能力，主要参与ECM重塑和基质stiffness增加，通过力学信号促进肿瘤细胞侵袭。-apCAFs（活化诱导型CAFs）：高表达生长因子（如FGF、HGF）和趋化因子（如CXCL12），通过旁分泌激活肿瘤细胞增殖与干细胞特性，同时募集免疫抑制细胞。-iCAFs（炎症相关CAFs）：高分泌IL-6、IL-8等促炎因子，通过STAT3信号诱导肿瘤细胞上皮-间质转化（EMT），并促进髓系来源抑制细胞（MDSCs）的扩增。3CAFs的亚型异质性及其功能多样性-antCAFs（抗原呈递相关CAFs）：低表达免疫抑制分子，高表达MHC-II、CD74等抗原呈递相关分子，可能参与T细胞激活，但在肿瘤微环境中通常被免疫抑制信号“压制”。这种亚型异质性决定了CAFs与免疫细胞互作的复杂性——不同亚型CAFs可能通过不同机制招募、活化或抑制不同免疫亚群，共同塑造免疫微环境的“免疫景观”。04肿瘤相关免疫细胞的“角色图谱”：从“卫士”到“叛徒”肿瘤相关免疫细胞的“角色图谱”：从“卫士”到“叛徒”肿瘤微环境中的免疫细胞是一把“双刃剑”：既可通过识别并清除肿瘤细胞发挥免疫监视作用，也可在肿瘤诱导下发生功能紊乱，促进免疫逃逸。了解主要免疫细胞的表型与功能，是解析CAFs-免疫细胞互作的基础。1适应性免疫细胞：T细胞与B细胞的动态平衡-细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）：是抗免疫应答的核心效应细胞，通过T细胞受体（TCR）识别肿瘤抗原MHC-I复合物，释放穿孔素、颗粒酶直接杀伤肿瘤细胞。在TME中，CTLs常因PD-1/PD-L1、CTLA-4等抑制性信号通路的激活而发生“耗竭”（Exhaustion），表现为效应分子（IFN-γ、TNF-α）分泌减少、增殖能力下降。-调节性T细胞（Tregs）：高表达CD25、Foxp3，通过分泌IL-10、TGF-β及消耗IL-2等机制抑制CTLs和NK细胞活性，维持免疫耐受。在肿瘤微环境中，CAFs可通过分泌CCL28、CCL22等趋化因子招募Tregs，并通过TGF-β诱导naiveT细胞向Tregs分化，形成“免疫抑制闭环”。1适应性免疫细胞：T细胞与B细胞的动态平衡-B细胞：传统观点认为B细胞主要通过分泌抗体发挥抗肿瘤作用，但近年研究发现，肿瘤相关B细胞（Tumor-AssociatedBCells,TABs）可分化为调节性B细胞（Bregs），分泌IL-10、TGF-β抑制免疫应答；部分B细胞还可作为抗原呈递细胞（APCs），通过MHC-II分子呈递肿瘤抗原，但往往因共刺激分子（如CD80/CD86）表达不足，诱导T细胞耐受。2先天免疫细胞：巨噬细胞与NK细胞的“极化”抉择-肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）：由单核细胞在肿瘤趋化因子（如CCL2、CSF-1）招募至TME后极化而来，根据表型可分为经典活化型（M1型，高分泌iNOS、IL-12，抗肿瘤）和替代活化型（M2型，高分泌IL-10、TGF-β，促肿瘤）。CAFs可通过分泌IL-6、PGE2等因子诱导巨噬细胞向M2型极化，同时M2型巨噬细胞分泌的EGF、TGF-β又可进一步激活CAFs，形成“CAFs-M2型巨噬细胞”促瘤轴。-自然杀伤细胞（NK细胞）：是先天免疫的核心效应细胞，通过识别MHC-I类分子“缺失自我”及应激配体（如MICA/B）杀伤肿瘤细胞。在TME中，CAFs可通过分泌TGF-β、PGE2及表达PD-L1等分子抑制NK细胞的细胞毒活性，同时NK细胞分泌的IFN-γ也可通过STAT1信号诱导CAFs表达免疫抑制分子（如IDO），形成“双向抑制”网络。2先天免疫细胞：巨噬细胞与NK细胞的“极化”抉择-髓系来源抑制细胞（MDSCs）：由未成熟的髓系细胞在肿瘤炎症环境中扩增而来，通过分泌精氨酸酶-1（Arg1）、iNOS及活性氧（ROS）抑制T细胞、NK细胞活性，并诱导Tregs扩增。CAFs是MDSCs的重要来源之一，可通过GM-CSF、IL-6等因子促进MDSCs的分化与募集，形成“免疫抑制性巢”。4.CAFs-免疫细胞互作的多维度机制：从“分子对话”到“生态调控”CAFs与免疫细胞的互作并非简单的“一对一”作用，而是通过可溶性因子、细胞直接接触、ECM重塑及代谢重编程等多维度机制，形成复杂的调控网络。这种互作的动态平衡决定了TME的免疫状态，进而影响肿瘤进程。1可溶性因子介导的“远距离通讯”可溶性因子是CAFs与免疫细胞互作最直接的媒介，通过旁分泌或自分泌方式调控免疫细胞的功能：-免疫抑制性细胞因子：CAFs高分泌TGF-β、IL-10、IL-35等细胞因子，抑制CTLs和NK细胞的细胞毒活性，诱导Tregs、MDSCs扩增。例如，胰腺癌中CAFs来源的TGF-β可通过SMAD信号诱导CD8+T细胞表达Foxp3，向Tregs转化；肝癌中CAFs分泌的IL-10可抑制树突状细胞（DCs）的成熟，阻碍抗原呈递。-趋化因子介导的细胞招募：CAFs通过分泌CCL2、CCL5、CXCL12、CXCL8等趋化因子，招募特定免疫亚群至TME。例如，CXCL12/CXCR4轴可招募Tregs、MDSCs至肿瘤部位，同时促进CAFs与肿瘤细胞的黏附；CCL2/CCR2轴介导单核细胞向TME浸润，分化为M2型巨噬细胞，形成“免疫抑制性微环境”。1可溶性因子介导的“远距离通讯”-生长因子与细胞因子的交叉调控：CAFs分泌的EGF、FGF、HGF等生长因子不仅促进肿瘤细胞增殖，还可通过激活STAT3、MAPK等信号通路，诱导免疫细胞表达免疫检查点分子（如PD-L1、TIM-3），加剧免疫抑制。例如，乳腺癌中CAFs来源的HGF可通过MET信号诱导巨噬细胞表达PD-L1，抑制CD8+T细胞活性。2细胞直接接触：“免疫突触”的异常重塑除了可溶性因子，CAFs与免疫细胞通过表面分子的直接接触，形成类似“免疫突触”的结构，发挥近距离调控作用：-免疫检查点分子的表达：CAFs可表达PD-L1、B7-H3、B7-H4等免疫检查点分子，通过与T细胞表面的PD-1、CTLA-4等受体结合，抑制T细胞活化与增殖。例如，胰腺癌中CAFs的PD-L1表达与CD8+T细胞耗竭显著正相关，是免疫治疗耐药的重要机制。-黏附分子的介导：CAFs高表达ICAM-1、VCAM-1等黏附分子，可与T细胞表面的LFA-1、VLA-4结合，形成“免疫synapse”。然而，这种接触往往伴随抑制性信号的传递，如ICAM-1/LFA-1相互作用可诱导T细胞表达TGF-β，促进Tregs分化。2细胞直接接触：“免疫突触”的异常重塑-间隙连接的形成：CAFs与免疫细胞通过连接蛋白（如Connexin43）形成间隙连接，允许小分子物质（如Ca²⁺、cAMP、代谢产物）直接传递，调控免疫细胞功能。例如，黑色素瘤中CAFs通过间隙连接传递cAMP，抑制T细胞的IFN-γ分泌。3ECM重塑：物理屏障与信号调控的双重作用CAFs是ECM的主要合成与降解细胞，通过分泌胶原蛋白、纤连蛋白、透明质酸等ECM成分，以及基质金属蛋白酶（MMPs）、组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）等降解酶，重塑TME的物理结构与生化信号，进而影响免疫细胞浸润与功能：-物理屏障的形成：CAFs过度分泌ECM导致基质stiffness增加，形成“致密基质屏障”，阻碍免疫细胞（如CTLs、NK细胞）向肿瘤实质浸润。例如，胰腺癌中“促纤维化”CAFs（myCAFs）大量分泌胶原，形成“间质高压”，导致CD8+T细胞局限于基质边缘，无法接触肿瘤细胞。-生化信号的调控：ECM成分可作为细胞因子的“储存库”，通过结合与释放调控免疫细胞活性。例如，透明质酸（HA）可结合巨噬细胞表面的CD44受体，诱导M2型极化；胶原蛋白片段（如肽序列GFOGER）可通过整合素信号激活T细胞，但在TME中往往伴随抑制性信号的协同作用，导致T细胞功能紊乱。0103023ECM重塑：物理屏障与信号调控的双重作用-基质刚度对免疫细胞的影响：CAFs通过激活成纤维细胞中的YAP/TAZ信号，促进ECM沉积，增加基质刚度。高刚度可通过力学敏感离子通道（如Piezo1）激活免疫细胞中的FAK/SRC信号，诱导T细胞耗竭和巨噬细胞M2型极化，形成“力学-免疫抑制”正反馈环路。4代谢重编程：免疫细胞的“营养剥夺”与“代谢诱导”CAFs与免疫细胞在TME中存在剧烈的代谢竞争，CAFs通过代谢重编程剥夺免疫细胞的营养物质，同时积累代谢产物抑制免疫细胞功能：-糖酵解竞争：CAFs通过Warburg效应增强糖酵解，消耗大量葡萄糖，导致TME中葡萄糖浓度降低，抑制CTLs和NK细胞的糖酵解依赖性活化。例如，卵巢癌中CAFs高表达GLUT1，竞争性摄取葡萄糖，导致CD8+T细胞糖酵解受阻，IFN-γ分泌减少。-乳酸积累与酸化：CAFs通过分泌乳酸，导致TME酸化（pH6.0-6.8），抑制T细胞的增殖与细胞毒活性，同时诱导巨噬细胞向M2型极化。此外，乳酸可通过乳酸化修饰组蛋白（如H3K18la），改变免疫细胞基因表达，如抑制CD8+T细胞中IFN-γ的转录。4代谢重编程：免疫细胞的“营养剥夺”与“代谢诱导”-氨基酸代谢紊乱：CAFs高表达精氨酸酶-1（Arg1），分解精氨酸，导致T细胞因缺乏精氨酸而增殖受阻；同时，CAFs通过IDO（吲胺-2,3-双加氧酶）催化色氨酸代谢为犬尿氨酸，激活T细胞中芳香烃受体（AhR），诱导Tregs分化。5.CAFs-免疫细胞互作对肿瘤进程的影响：从“免疫逃逸”到“治疗抵抗”CAFs与免疫细胞的互作贯穿肿瘤发生、发展、转移及治疗的全过程，其效应具有双重性——在特定条件下可抑制肿瘤，但在大多数情况下促进肿瘤进展和治疗抵抗。1促进肿瘤免疫逃逸CAFs通过多种机制帮助肿瘤细胞逃避免疫监视：-抑制效应T细胞功能：如前所述，CAFs通过分泌TGF-β、IL-10，表达PD-L1，以及代谢竞争等途径，抑制CTLs和NK细胞的细胞毒活性，诱导其耗竭或凋亡。-扩增免疫抑制细胞：CAFs通过趋化因子（如CCL22、CCL28）招募Tregs，通过GM-CSF、IL-6诱导MDSCs分化，形成以Tregs、MDSCs、M2型巨噬细胞为主的“免疫抑制性巢”，抑制抗免疫应答。-阻碍抗原呈递：CAFs通过分泌PGE2、IL-10抑制DCs的成熟，降低MHC-II和共刺激分子（CD80/CD86）的表达，阻碍肿瘤抗原的呈递，导致T细胞无法有效识别肿瘤细胞。2促进肿瘤转移CAFs-免疫细胞互作在肿瘤转移的多个环节中发挥关键作用：-原发灶微环境“预转移”：CAFs通过分泌MMPs（如MMP2、MMP9）降解ECM，为肿瘤细胞侵袭创造条件；同时，通过CXCL12/CXCR4轴招募Tregs和MDSCs，抑制原发灶中的免疫监视，促进肿瘤细胞脱离原位。-转移灶微环境“土壤改造”：循环肿瘤细胞（CTCs）在远端器官（如肺、肝、骨）定植前，CAFs可被肿瘤细胞“教育”，分泌趋化因子（如SDF-1、TGF-β）和生长因子（如VEGF），招募免疫抑制细胞（如TAMs、MDSCs），形成“转移前微环境”（Pre-metastaticNiche），为CTCs定植提供免疫抑制性土壤。2促进肿瘤转移-免疫细胞介导的转移“护航”：部分CAFs可诱导巨噬细胞形成“转移相关巨噬细胞”（TAMs），通过分泌EGF、TGF-β等因子，为转移中的肿瘤细胞提供“护航”，保护其免受NK细胞和CTLs的杀伤。3介导治疗抵抗CAFs-免疫细胞互作是肿瘤治疗耐药的重要机制，尤其在免疫治疗、化疗和靶向治疗中表现突出：-免疫治疗耐药：CAFs通过PD-L1/PD-1、TGF-β/SMAD等信号通路，抑制CD8+T细胞活性，导致PD-1/PD-L1抑制剂疗效不佳。例如，在黑色素瘤中，高密度CAFs与PD-1抑制剂耐药显著相关，靶向CAFs可逆转耐药。-化疗耐药：CAFs通过分泌ECM形成物理屏障，阻碍化疗药物（如吉西他滨、紫杉醇）渗透；同时，通过分泌IL-6、IL-8激活肿瘤细胞中的STAT3和NF-κB信号，增强其DNA修复能力和抗凋亡能力。此外，CAFs诱导的MDSCs可抑制化疗药物诱导的免疫原性细胞死亡（ICD），减少肿瘤抗原释放，削弱化疗的免疫激活效应。3介导治疗抵抗-靶向治疗耐药：在EGFR突变肺癌中，CAFs通过分泌HGF激活肿瘤细胞中的MET旁路信号，导致EGFR-TKI耐药；在HER2阳性乳腺癌中，CAFs通过分泌TGF-β诱导肿瘤细胞EMT，降低其对曲妥珠单抗的敏感性。6.CAFs-免疫细胞互作的调控网络：动态平衡与靶向干预CAFs与免疫细胞的互作并非静态不变，而是受多种信号通路和微环境因素的动态调控。解析这一调控网络，对于开发靶向CAFs-免疫细胞互作的治疗策略至关重要。1核心信号通路的交叉调控-TGF-β/SMAD信号通路：是CAFs活化与免疫抑制的核心通路。肿瘤细胞和CAFs分泌的TGF-β可同时激活CAFs中的SMAD2/3信号（促进ECM分泌和肌成纤维细胞分化）和免疫细胞中的SMAD7信号（抑制T细胞活化），形成“双向调控”网络。-JAK/STAT信号通路：CAFs分泌的IL-6、IL-11等细胞因子可通过JAK/STAT3信号诱导Tregs分化，同时STAT3可激活CAFs中PD-L1的表达，形成“CAFs-STAT3-Tregs”正反馈环路。-NF-κB信号通路：CAFs通过分泌TNF-α、IL-1β等因子激活免疫细胞中的NF-κB信号，诱导其表达促炎因子和免疫抑制分子；同时，NF-κB可进一步促进CAFs分泌IL-6、CXCL12，形成“炎症-纤维化”恶性循环。1232CAFs亚型的可塑性及其对免疫微环境的影响1CAFs并非固定于某一亚型，而是具有高度可塑性（Plasticity），可响应微环境信号（如缺氧、炎症、治疗）在不同亚型间转化。例如：2-在缺氧条件下，CAFs通过HIF-1α信号向“促血管生成型”转化，分泌VEGF、FGF促进血管生成，同时招募TAMs和MDSCs，形成“免疫抑制-血管生成”耦合网络；3-在免疫治疗压力下，CAFs可向“免疫激活型”（antCAFs）转化，高表达MHC-II和共刺激分子，但往往被肿瘤细胞分泌的TGF-β“压制”，无法有效激活T细胞。4这种可塑性为靶向治疗提供了新思路——通过诱导CAFs向“抗瘤表型”转化，而非单纯清除CAFs，可能更有效地重塑免疫微环境。3靶向CAFs-免疫细胞互作的治疗策略基于对CAFs-免疫细胞互作机制的深入理解，多种靶向策略正在临床前和临床试验中探索：-靶向CAFs活化与分化：通过FAP抑制剂（如sibrotuzumab）、TGF-β抑制剂（如galunisertib）阻断CAFs活化，或通过维生素D受体（VDR）激动剂诱导CAFs向“正常成纤维细胞”表型逆转，减少免疫抑制因子的分泌。-阻断CAFs-免疫细胞互作的关键分子：如CXCL12/CXCR4抑制剂（如plerixafor）、CCL2/CCR2抑制剂（如b