Введение
Опухоли гетерогенны, что является одним из характерных признаков злокачественности. Прогрессирование опухоли зависит от динамического взаимодействия между раковыми клетками и другими клетками стромальной микросреды. Одним из ключевых игроков в опухолевой микросреде являются канцер-ассоциированные фибробласты (CAF). CAF промотируют опухолевое прогрессирование, перестройку внеклеточного матрикса (ECM), воспаление, химиорезистентность и иммуносупрессию (Ohlund et al., 2014; Kalluri, 2016; Czekay et al., 2022). Точное происхождение различных подтипов CAF в канцере до конца не изучено. Опухоль-секретируемые факторы играют критическую роль в контроле дифференцирования CAF-прекурсоров в CAF (Houthuijzen and Jonkers, 2018). Вследствие гетерогенности CAF их таргетинг остается серьезной проблемой.
Происхождение CAF
Несмотря на огромное значение для понимания опухолевой микросреды (TME), отсутствие точности идентификационных маркеров создает колоссальное препятствие на пути к пониманию источника CAF. Это становится еще более необъяснимым, когда не обнаруживается заметной разницы между поверхностными маркерами фибробластов нормальной ткани и CAF. Несколько исследователей сосредоточились на отслеживании фибробластных свойств в TME на различных фазах, таких как индукция туморогенных мутаций и развитие рака in situ и инвазивного рака. Результаты этих исследований на тканях человека показали, что так называемая фибробластная строма подвергалась постепенному изменению, и предварительное увеличение ее количества, в конечном итоге, готовило почву для индукции злокачественных новообразований.
CAF продолжают окружать соответствующие раковые поражения по мере их постепенной трансформации на ранних и предраковых стадиях. Описанные фибробласты могут играть опухоль-супрессорную роль на ранних стадиях (Rhim et al., 2014). Увеличение количества стромальных фибробластов в процессе прогрессирования туморогенеза, дают нам новую концепцию стромогенеза. Это, в свою очередь, наталкивает на предположение, что фибробласты имеют мезенхимальное происхождение и активируются и превращаются в CAF в ходе стромогенеза. Новая линия фибробластов играет протуморогенную роль, противоположную первоначальной опухоль-супрессорной роли (Sahai et al., 2020a). Помимо дифференцирования CAF из нормальных фибробластов (NF) на основе неадекватно эксклюзивных маркеров клеточной поверхности, было продемонстрировано, что изменение формы и размера NF происходит при обработке кондиционированной средой для культивирования клеток из клеточных линий рака молочной железы человека, и это ассоциировано с превращением в веретенообразные CAF (Kumar et al., 2014). Однако вся концепция клеточных изменений, происходящих в стромальных фибробластах, не может быть рассмотрена в продольном направлении в биопсийных образцах человека. Поэтому усилия были сосредоточены на моделях животных с правильно отмеченными клетками, которые могут отслеживать развитие болезни. Это достигалось использованием ткань-специфичной экспрессии «cre-recombinase» у компетентных лабораторных животных с необратимо активированным репортерным геном в cre-позитивных клетках. Это могло бы быть проще при наличии соответствующих маркеров фибробластов (Ping et al., 2021). Метод «cre-recombinase» помог бы раскрыть потенциальное происхождение CAF из перицитов, адипоцитов, мезенхимальных стволовых клеток (MSC) и эндотелиальных клеток. Yeon et al. (2018) нашли данные в пользу конверсиии эндотелиальных клеток в CAF. Меланома-дериватные экзосомы могут индуцировать дедифференцирование эндотелиальных клеток в MSC (эндотелиально-мезенхимальный транзит; EndMT), которые затем превращаются в CAF. Karnoub et al. (2007) выявили подобную парадигму, объясняющую трансформацию костный мозг-дериватные MSC в CAF. Интересное исследование Nair et al. (2017) продемонстрировали влияние кондиционированных сред из клеток рака молочной железы человека T47D и BT549 на конверсию индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток сначала в раковые стволовые клетки (CSC), а затем в CAF. Также был описан транзит из адипоцитов (Karnoub et al., 2007; Nieman et al., 2011; Bochet et al., 2013). В других обстоятельствах считается, что CAF предотвращают дифференцирование адипоцитов. С другой стороны, адипоциты обеспечивают метаболическую поддержку независимо от трансформации их в CAF (Karnoub et al., 2007; Sahai et al., 2020a; Ping et al., 2021). Сигнальная система тромбоцит-дериватного фактора роста-BB (PDGF-BB)/рецептора тромбоцит-дериватного фактора роста β (PDGFRβ) контролирует дифференцирование перицитов в фибробласты(Hosaka et al., 2016). Кроме того, эпителиально-мезенхимальный транзит (EMT) также питает каскад трансформации MSC в CAF, подразумевая, что CAF имеет эпителиальное происхождение (Fiori et al., 2019; Mao et al., 2021; Ping et al., 2021). Генерация цитокинов полученными CAF объясняет EMT опухолевых клеток и способствует распространению и инвазии рака (Fiori et al., 2019; Ping et al., 2021).
Как канонические, так и неканонические пути трансформирующего фактора роста-β (TGFβ) участвуют в стимулировании генерации CAF (Wu et al., 2021). Распространение и дифференцирование NF коррелируют с трансмиссией TGF и эндоцитозом NF (Wu et al., 2021). TGFβ и NF-κB (nuclear factor-κB) сигнальные пути регулируют конверсию стромальных фибробластов в CAF в ответ на широкий спектр стимулов, включая остеопонтин (OPN), интерлейкин-1 (IL-1) и другие, входящие в состав секретома иммунологических или раковых клеток (Fiori et al., 2019). Кроме того, изменение энергетического метаболизма может быть витальным для конверсии NF в CAF.
В TME раковая клетка-секретируемая лизофосфатидная кислота (LPA), TGFβ1 или тромбоцит-дериватный фактор роста (PDGF) потенциально инициируют HIF-1α путь, вызывая аэробный гликолиз в фибробластах (Wu et al., 2021). Трансформация NF в CAF также ассоциирована с альтерациями некоторых компонентов (Calvo et al., 2013; Sahai et al., 2020a; Shen et al., 2020). Например, YAP1 (Yes-associated protein 1), транскрипционный коактиватор в NF, изменяет транскрипцию протоонкогена c-Src (src) путем ассоциации с TEAD1 (TEA domain transcription factor-1) для создания протеинового соединения, который активирует цитоскелетные протеины и приводит к развитию CAF (Calvo et al., 2013; Sahai et al., 2020a).
Физиологический и воспалительный стресс также может влиять на конверсию NF в CAF (Sahai et al., 2020a). IL-1 и IL-6, мощные воспалительные цитокины, могут преимущественно инициировать активацию CAF благодаря транскрипционным факторам NF-κB и STAT (signal transducers and activators of transcription) (Erez et al., 2010; Sanz-Moreno et al., 2011a). Кроме того, взаимодействие и положительная обратная связь, включающая JAK (Janus kinase)-STAT сигналинг, сократительный цитоскелет и ацетилирование гистонов, способствуют активации CAF (Albrengues et al., 2014; Albrengues et al., 2015). HSF-1 (heat shock factor-1) синтезируется в ответ на физиологический стресс, и считается, что он повышает стромогенез и злокачественность благодаря транскрипционной модификации CAF (Scherz-Shouval et al., 2014; Sahai et al., 2020a). Другие геномные стрессоры, такие как разрыв двухцепочечной ДНК, могут инициировать IL-6-опосредованная ответ, а также продукцию лиганда TGFβ семейства активина А, результируя к экспансии CAF или, в некоторых случаях, стареющих фибробластов, удаление которых может имеют тяжелые последствия в виде рецидива заболевания (Scherz-Shouval et al., 2014; Ferrari et al., 2019; Sahai et al., 2020a).
Гетерогенность и пластичность CAF
Природа CAF и TME остается очень волатильной и разнообразной в зависимости от различных сигнальных путей и органа их расположения. Например, FGF и TGFβ инициируют различные регуляторные сети через разные эффекторные гены, способствуя канцерогенезу или регулируя иммунный надзор (Bordignon et al., 2019; Ping et al., 2021). Индукция TGFβ запускает каскад событий, которые стимулируют инвазию опухолевых клеток за пределы базальной мембраны и EMT (Tsubakihara and Moustakas, 2018). По мере прогрессирования рака изменение сигнальных путей, участвующих в переходе CAF из опухоль-супрессорного статуса состояния в опухоль-промотирующий активированный статус показывает транскриптомную значимость пластичности CAF фенотипа (Ping et al., 2021).
Огромное число активностей, приписываемых CAF в бесчисленных экспериментальных моделях, поднимает вопрос о том, выполняет ли специфический тип CAF все эти функции одновременно, или же CAF узкоспециализируется или переключается между различными функциональными статусами. Многочисленные данные подтверждают специализацию CAF, которая может быть сходной со специализацией NF. Термины «миофибробластный CAF или myCAF» и «воспалительный CAF или iCAF» часто используются для обозначения различных CAF с префиксами, подразумевающими фенотип миофибробластов и регуляцию воспалительного ответа, соответственно (Öhlund et al., 2017; Biffi et al. , 2019). CAF, ближайшие к раковым клеткам в раке поджелудочной железы, демонстрируют myCAF-подобный фенотип, который характеризуется сильной экспрессией TGFβ-драйверной αSMA и сократительной природой (Öhlund et al., 2017; Sahai et al., 2020a). iCAF маркируются как имеющие повышенные паттерны экспрессии IL-6. TGFβ-опосредованная регуляция рецептора IL-1, который отвечает за инициацию NF-kB сигналинга и последующую продукцию IL-6, может быть использована для объяснения наблюдаемой эксклюзивности двух фенотипов (Biffi et al., 2019; Sahai et al. и др., 2020a; Пинг и др., 2021).
Bartoschek et al. (2018) категоризировали CAF молочной железы в четыре субпопуляции согласно развитию сосудов (vCAF), ECM-обогащенному сигналингу (mCAF), экспрессии циклических или пролиферативных фаз (cCAF) и различной экспрессии генов дифференцирования (dCAF), благодаря одноклеточному РНК-сиквенсингу. Другой перспективой является ассортимент CAF популяций, основанный на их происхождении и расположении в пределах TME. vCAF включают функции ангиогенной и сосудистой регуляции, и они преимущественно локализуются вблизи предполагаемой сосудистой сети.
Источник mCAF имеет аналогичную экспрессию маркеров с резидентными фибробластами в локальных тканях молочной железы. cCAF разделяют одинаковый кластер с vCAF, и отличаются только своей пролиферирующей природой. dCAFs имеют общие паттерны экспрессии с различными стволовыми клетками, подходящие для их предполагаемой роли в клеточном дифференцировании и морфогенезе тканей (Bartoschek et al., 2018). Продемонстрированная гетерогенность пространственного распределения в этих субпопуляциях проясняет важность функции CAF в отношении их происхождения и функции в индукции опухоль-промотирующей среды.
Аналогично Friedman et al. (2020) идентифицировали две основные субпопуляции CAF в раке молочной железы: pCAF и sCAF, которые отличаются экспрессией подопланина (Pdpn) и S100A4 (также называемого фибробластоспецифическим протеином; FSP1) соответственно. Состав и функции этих CAF меняются по мере прогрессирования рака, а соотношение различных популяций дает представление об ответе пациентов (Friedman et al., 2020; Asif et al., 2021). Классифицированные субпопуляции CAF обладают отчетливой фенотипической гетерогенностью, которая отличает их друг от друга. pCAF были разделены на шесть подгрупп на основе различных транскрипционных различий, включающих как раннюю, так и позднюю иммунную регуляцию, иммунорегуляторные сигнатуры, модуляцию ECM и воспаление (Friedman et al., 2020).
Со временем транскрипционные сигнатуры CAF рака молочной железы переходят от иммунорегуляторных функций к заживлению ран и презентации антигена, что видно по уменьшению доли pCAF в течение 4-недельного периода после инъекции опухоли (Friedman et al., 2020). Динамическая природа CAF и их способность трансдифференцироваться благодаря перепрограммированию дополнительно продемонстрированы с помощью анализа клонов, показывающего происхождение pCAF от NF и sCAF из костный мозг-дериватных MSC (Friedman et al., 2020).
Продолжение следует
