火爆全网的癌症相关成纤维细胞(CAF)最全面总结

今天给大家分享的是备受关注的癌症相关成纤维细胞(CAF)。且22年已经有相关文章出现(见下图)，影响因子还不低：杂志Hepatology(IF:17+)。文章讲述了基于实验发现CAF可以通过分泌IL6和IL33调控MDSCs（骨髓源性抑制细胞）来达到最佳微环境以提高肿瘤干性。不得不说有实验支撑加上CAF热点发文速度真是快。我们总结了CAF相关的背景、全网生信分析思路、如何做实验，三个层面全方位详细给大家介绍CAF。感兴趣的小伙伴不要错过了。

癌症相关成纤维细胞-背景篇

肿瘤组织中大量的肿瘤相关成纤维细胞（cancer associated fibroblasts, CAFs）为肿瘤的发展构建了良好的环境（占基质细胞50%以上）。CAFs在癌症中扮演重要作用：CAFs不仅可通过分泌多种细胞因子或代谢产物抑制免疫细胞的功能，促进肿瘤发展、侵袭、转移；CAFs 还具有塑造肿瘤外基质、形成药物或治疗性免疫细胞渗透屏障的阻止药物与免疫细胞向肿瘤组织的深层渗透，从而降低肿瘤治疗效果。因此，通过调控 CAFs 或克服其屏障作用抑制肿瘤是肿瘤治疗的新手段。

（Ref:doi.org/10.1186/s12943-021-01463-y; IF:27）

CAFs的来源、异质性、免疫抑制作用

1、来源：主要是由组织中固有成纤维细胞或星状细胞在生长因子，e.g.转化生长因子-β(TGF-β)刺激作用下转变为 CAFs；此外，肿瘤组织中的上皮细胞、内皮细胞、骨髓间充质干细胞（MSC）等细胞也可分化为CAFs（Ref:PMID: 30470818; IF:84）。

2、肿瘤组织中CAFs异质性：不同亚型CAFs表面标志物表达情况不同，如成纤维细胞活化蛋白（FAP）、α-平滑肌动蛋白（α-SMA）、成纤维细胞特异性蛋白1（FSP1）、血小板衍生生长因子受体（PDGFR）等。FAP被认为是 CAFs 特异性表达蛋白，因此FAP被广泛用作靶向CAFs的靶标用于肿瘤治疗或影像学诊断。α-SMA是活化成纤维细胞的标志，通常作为靶向CAFs治疗效果的一个主要评价指标。

（Ref:PMID:30470818; Nat Rev Drug Discov;IF:84）

3、CAFs免疫抑制机制： 

CAFs 通过分泌各种细胞因子与其他基质细胞、肿瘤细胞进行信息交流，抑制免疫细胞功能，促进肿瘤发展。CAFs可分泌一系列细胞因子: 如血管内皮生长因子（VEGF）可调控肿瘤血管网；TGF-β抑制DC成熟、促进Treg分化；白细胞介素6（IL-6）可促进MDSC分化，抑制细胞毒性T细胞；CXCL12使肿瘤细胞抗凋亡蛋白Bcl-2和Survivin上调从而产生耐药性等；

CAFs可调控胞外基质，对药物与免疫细胞的浸润产生屏障作用。CAFs 通过分泌大量胶原、纤连蛋白等促进肿瘤外基质固化，抑制由肿瘤组织分泌趋化因子招募的免疫细胞、抗肿瘤药物的渗透；

CAFs进行糖酵解排出大量乳酸与氢离子，形成酸性微环境，抑制免疫细胞活性。此外，CAFs能诱导上皮细胞发生上皮-间质转化；CAFs 产生的大量细胞外基质还能增加微环境刚性和间质压力，促进肿瘤的侵袭与迁移；CAFs 产生的乳酸和丙酮酸等代谢产物还能作为肿瘤细胞营养物质，支持肿瘤代谢。

（Ref:PMID:34635121; Mol Cancer;IF:27）

肿瘤CAF靶向策略

通过上述介绍我们已经知道CAFs 对肿瘤发展有着重要的促进作用。因此，靶向调控 CAFs的肿瘤治疗策略有望抑制肿瘤进展。但传统药物递送策略仍存在药物分布特异性不足、易产生系统毒性等问题从而限制这一肿瘤治疗新策略的发展。纳米载体因其具备靶向递送能力、药物可控释放和生物相容性好等特点，应用于靶向调控CAFs治疗策略可增强药物在靶部位的蓄积，提高耐受剂量并增强疗效。目前靶向调控CAFs的肿瘤治疗策略主要包括杀伤CAFs、干扰 CAFs 功能和干扰 CAFs 活化。

（Ref:PMID: 30470818; Nat Rev Drug Discov; IF:84）

参考文献：

1、Turning foes to friends: targeting cancer-associated fibroblasts 

2、Crosstalk between cancer-associated fbroblasts and immune cells in the tumor microenvironment: new fndings and future perspectives

3、Cancer associated-fbroblast-derived exosomes in cancer progression 

4、Laminin γ2-mediating T cell exclusion attenuates response to anti-PD-1 therapy

5、Three subtypes of lung cancer fibroblasts define distinct therapeutic paradigms

癌症相关成纤维细胞-生信文章篇

到这，相信大家对CAF的背景和研究进展及潜力有了一定的了解。不过综述归综述，离直接上手的分析或者引入自己的课题还是有一定的距离的。今天小编结合27分的纯生信文章，为大家介绍CAF研究应该如何入手；除此之外，小编还吐血整理了目前所有的纯生信为切入点的研究思路，感兴趣扫码关注。

Molecular cancer纯生信CAF

Cancer-associated fibroblast-derived gene signatures determine prognosis in colon cancer patients

越来越多的证据表明，基质特异性特征能够用于结肠癌的风险评估。结肠癌间充质亚型相关基因主要由CAF和其他基质细胞表达，而非肿瘤细胞表达。因此，作者在结肠癌患者中定义了CAF衍生的基因signature，并探索其预后价值。

数据来自于先前的研究，包括CAF和配对NF的芯片数据，以及CAF和配对NF的外泌体非编码RNA数据。GEO数据库7套整合的结直肠癌数据。

结果

首先分别定义CAF相关signature以及CAF衍生的外泌体signature，分别探索两个signature预后价值。此外，为了评估两者的overlap，组合top50特征基因进行生存分析。

在晚期肿瘤和CMS4肿瘤中，CAF相关signature预后效能明显提升

临床决策通常是基于组织学和临床参数，然而这些参数并不能准确预测组织学上相同的肿瘤。结肠癌的复发风险是正确制定治疗指南的关键因素，这凸显了研究预后和预测性标志物的重要性。该研究强调了对CAF生物标志物的持续研究，以促进预后和化疗反应的异质性，并通过根据结肠癌的特定生物学特征量身定制治疗来提高患者的生存期。

CAF纯生信思路汇总

当然，除了molecular cancer的这篇文章，研究CAF还有很多很多的切入点。小编为大家汇总了目前所有的生信角度研究CAF的思路。

1.共表达思想

其核心思想是基于共表达网络筛选CAF模块，后续可以利用关键基因构建模型，当然也可以仅仅对关键基因进行功能研究和验证

2.scRNA-seq联合bulk RNA-seq

这种方式的核心思想利用scRNA-seq提取CAF关键基因，回到bulk RNA-seq进行后续刻画

3.CAF相关cytokine

此思路没有聚焦CAF本身，而是关注CAF衍生的细胞因子

4.CAF比例估算与分组

这种思路的核心在于使用一种或者多种计算方法评估患者CAF比例，期望区分不同的CAF亚型

5.gene set based signature

这种思路相信大家非常熟悉，基于CAF的基因集，使用非常传统的方式构建signature

6.meta-analysis

META分析不用多说，又快又好用

CAF生信思路总结

Molecular cancer的这篇属于LETTER，可能会有人觉得含金量不太够。但是，这篇LETTER至少为我们强调了CAF研究的前景。如果对CAF感兴趣，小编后边整理的六种思路，非常适合用来先练练手，5分左右还是非常容易的。最后，除了本文介绍的CAF相关研究，CAF衍生外泌体、ceRNA、单基因纯实验分析CAF等等，都是研究CAF可以选择的点。CAF纯生信10+的original article已经在路上了，欢迎大家关注后续的分享。

癌症相关成纤维细胞-实验篇

为什么CAF很重要？

癌症的行为由癌细胞的内在特性（如突变）和外在变量（如在肿瘤微环境（TME）中发现的各种其他细胞）决定。肿瘤相关成纤维细胞（CAF）是TME的核心成分。它们与癌细胞广泛相互作用，并能够影响TME的其他成分，如细胞外基质（ECM）和免疫浸润。组织病理学分析表明，CAF的丰度与不同人类癌症的预后有关。CAF还调节治疗效果，并自行构成治疗目标。

CAF的多功能性和可塑性产生了各种各样的功能。CAFs的作用主要是促肿瘤；然而，在某些情况下，它们可能具有肿瘤抑制作用。CAF可以通过合成和降解成分来改变ECM，并通过交联酶、蛋白酶和施加作用力来重塑ECM的结构。这可能导致胶原蛋白的轨迹，这些轨迹可以作为癌细胞迁移的“高速公路”，但如果基质组织平行于肿瘤边界，也可能作为限制肿瘤扩散和免疫细胞进入的致密屏障。ECM改变的另一个后果是，CAF通过产生高压缩力和间质压力（压缩血管）来阻止治疗的进行，从而阻碍癌症治疗的效果。CAF还通过分泌可溶性介质诱导对治疗的抵抗。肝细胞生长因子和许多其他由CAF产生的生长因子可以直接促进癌细胞的增殖和存活。这可以与增加血管生成的促进作用协同作用。另外，代谢物（包括氨基酸）的交换可进一步促进肿瘤生长。最后，利用细胞因子产生和表面分子，CAF调节免疫浸润的各个方面，包括巨噬细胞募集和极化以及T细胞功能，产生一种主要的免疫抑制作用，从而帮助肿瘤逃避免疫监视。

所有的CAF都相同吗？

答案当然是否定的。虽然α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、成纤维细胞活化蛋白（FAP）、PDGF受体a/b（PDGFR a/b）和成纤维细胞特异性蛋白1（FSP1）通常用于识别CAF，但没有全面的CAF标记物。事实上，CAF并不是一种同时执行所有功能的单一同质细胞类型，而是具有独特作用的亚群体。这可以解释肿瘤促进和肿瘤抑制功能之间的明显矛盾。尽管上面列出的标记物以及CD10和GPR77已被用于描述这些亚群，但尚不清楚标记物是否在不同的肿瘤和/或物种中保守。因此，目前将CAF分类为功能亚型更为有用。大体上，CAF目前被归类为分泌和免疫调节或收缩和基质产生。标记物FAP和α-SMA有时分别与免疫调节型和收缩型CAF亚型有关，但这种联系并不是绝对的，也有研究观察到双阳性CAF。因此，这些状态并不总是相互排斥的，也不一定是不可逆转的固定状态。这就提出了一个问题：是什么决定了CAF的不同类型？目前的研究显示存在两种截然不同的可能性。一方面，亚型可能由CAF（局部成纤维细胞与招募的间充质干细胞）的来源细胞决定，或者，来自TME的线索可能决定CAF的亚型。

那么，针对CAF如何从实验方面进行研究呢？不知大家对之前科普过的做好湿实验必备技能的文章是否还有印象，诺，现在实战来了。接下来看几篇CAF相关的文章中，用了哪些实验方法。

第一篇

来自CAF的细胞外囊泡（EV）是由不同的有效载荷组成的。这篇文章研究了CAF-EV诱导的胃癌特征变化的分子机制。结果表明，CAF-EV的耐药性是由Annexin A6赋予的，并为通过抑制FAK-YAP信号与常规化疗药物相结合来克服胃癌耐药性提供了一个潜在的途径。

CAF促进ECM中胃癌细胞的管状网络形成和耐药性；CAF-EVs中的Annexin A6被胃癌细胞吸收，并稳定胃癌细胞表面的β1整合素。

免疫组化、细胞培养、Weston Blot、免疫荧光染色，这些字眼是不是都很眼熟？

第二篇

CAF占据了胰腺腺癌的大部分肿瘤体积。目前消除这些肿瘤的目标主要集中在针对快速生长的癌症上皮细胞的增殖方面。在这篇文章中，作者表明暴露于化学疗法的CAF在调节癌细胞的存活和增殖方面发挥着积极作用，并且CAF外泌体在化疗耐药性中的重要作用。

细胞培养、给药处理、免疫荧光染色、计算存活率，多么直接！

第三篇

该研究表明，Grem1是乳腺癌细胞和CAFs之间相互作用的一个关键因素，它促进了癌细胞的侵袭。靶向Grem1可能有利于治疗Grem1高表达的乳腺癌患者。

这里作者使用广泛用于评估成纤维细胞介导的基质重塑能力的3D模型证明随着GREM1基因敲除，19TT-CAF收缩胶原凝胶的能力显著降低。

第四篇

尽管原发性肿瘤中的成纤维细胞异质性得到了认可，但其在转移中的特征及其影响仍是未知的。在此，Pelon等人结合乳腺癌样本的流式细胞仪、免疫组织化学和RNA-seq，在转移性淋巴结（LN）中确定了四个癌症相关成纤维细胞（CAF）亚群。两个肌成纤维细胞亚群，CAF-S1和CAF-S4，在LN中聚集，并与癌细胞的入侵相关。通过对原代培养物进行功能检测，证明这些亚群通过不同的功能促进转移。

单纯质朴的免疫组化就是这么受欢迎~

作者除了利用免疫荧光方法之外，通过倒置Transwell测定法在不含(DMSO)或含DAPT的CAF-S4（蓝色）嵌入的胶原基质中体现对MDA-MB-231（绿色）侵入的代表性3D视图(f)。

第五篇

结果显示舒尼替尼增加血管壁的厚度。这里用到了经典的Masson染色，它是用来显示组织中纤维以及炎性因子的染色方法之一，胶原纤维呈蓝色，肌纤维呈红色。

实验篇总结：

总的来说，实验验证手法其实不需要多么华丽，毕竟“条条大路通罗马”，把握核心目的才是最重要的。

今日CAF分享大汇总

我们从CAF相关的背景、全网生信分析思路、如何做实验阐述了CAF。发现TME中CAF的存在与大多数癌症类型的不良预后相关。这一事实，连同它的许多促肿瘤功能，使CAF成为癌症治疗的潜在有用靶点。然而，当试图探究有效的治疗方法时，我们却面临CAF具有可塑性和互换性的挑战。因此，关注特定的亚群可能是最佳选择，要么试图消除它们，要么操纵它们的可塑性，将这些CAF转化为肿瘤抑制亚型。或者，可针对CAF下游的信号传导，使其恢复到正常或静态表型。

CAF亚型、耐药机制、抑制免疫机制等层面都是研究CAF非常好的切入点，大家不不妨试一试。今天的分享结束了，感谢大家看到最后。

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