放化療作為腫瘤患者標準治療方案，一直沿用至今。可是，患者產生的耐藥極大地限制了治療的有效性。越來越多的研究發現， 耐藥的發生不僅僅和腫瘤細胞本身的耐藥機制有關，而且跟腫瘤微環境的變化也有著千絲萬縷的聯繫。
有研究發現，中性粒細胞浸潤為腫瘤細胞的種植提供了轉移微環境，增加胰腺癌肝轉移風險[1]；腫瘤細胞表達的促癌蛋白TRIB3能夠抑制CD8+T細胞浸潤等等[2]。腫瘤微環境中的另一個「佼佼者」是成纖維細胞，它的功能多種多樣，包括促進腫瘤發展[3]，介導CAR-T治療的耐受[4]等。
不過，目前 還不知道成纖維細胞是否參與了腫瘤對放化療的耐受。
近日， 德國癌症研究中心的Florian R. Greten教授團隊在 Cancer Cell 雜誌發表了一個重磅的研究[5]，闡述了 炎症性腫瘤相關成纖維細胞（iCAF）與放化療耐受、癌症復發和患者生存期縮短有關。
具體來說， 放療後腫瘤細胞釋放的大量IL-1a不僅可以將腫瘤相關成纖維細胞（CAF）極化成為iCAF，還可以引起氧化DNA損傷介導的細胞衰老。這些作用最終導致了患者對於放化療的耐受抵抗，造成疾病的進展。
也正是根據這一發現，他們提出 放化療聯合IL-1受體阻斷劑的治療方案。
論文首頁截圖
接下來我們就一起來看看這個研究是如何開展的。
首先，Greten團隊發現正常的直腸癌統一分子亞型分類（CMS）方法並不能夠成功預測無病生存時間（DFS）。
為了探索可能具有預測潛力的分子或者信號通路，他們用質譜對61個患者樣本中腫瘤細胞的蛋白質組進行了檢測。可是，對結果進行主成分分析（PCA）並不能夠區分預後好和預後差的患者，這也表明 決定直腸癌患者預後的可能不是腫瘤細胞本身。
為了找到決定直腸癌患者預後的關鍵因素，Greten團隊開展了多色螢光免疫組化實驗。結果發現，當比較預後好和預後差患者樣本的各類細胞群時，只有間充質細胞在兩組之間存在差異。進一步的基因富集分析（GSEA）也發現， 預後差患者的腫瘤樣本中存在iCAF相關基因高度富集。
多色螢光試驗顯示預後有差異的兩組患者腫瘤組織中間充質細胞比例存在不同
為了進一步驗證iCAF在其中的功能以及潛在的機制，Greten團隊建立了原位類器官腫瘤小鼠模型。
在原有的APTK （Apc、Trp53、Tgfbr2、K-ras G12D 等基因的突變） 腫瘤類器官模型上，他們增加了肉豆蔻醯化AKT，得到了APTKA腫瘤類器官模型。前期研究已經證明APTKA腫瘤模型具有間質相關基因的富集，更強的侵襲性以及更容易自發肝轉移的特點[6]。
Greten團隊發現， 接受放射治療後的APTKA腫瘤出現了更多的肝轉移，且伴隨著DCN+成纖維細胞、F4/80+巨噬細胞以及Ly6G+中性粒細胞增多，以及CD8+T細胞減少。
在APTKA原位類器官小鼠模型中，放療引起更大程度的肝轉移， 且伴隨DCN+成纖維細胞增多
奇怪的是，如果在體外分別對APTK和APTKA腫瘤類器官進行放射處理後再移植於小鼠皮下，則兩種類型的腫瘤生長都受到了抑制，提示 APTKA類器官對放射治療的耐受很大程度是由基質細胞介導的。
為了進一步驗證APTK和APTKA類器官模型是否可以通過旁分泌來影響成纖維細胞，Greten團隊用培養APTK和APTKA的上清液分別處理小腸原代成纖維細胞，24h後對成纖維細胞進行RNA測序，並結合APTKA小鼠腫瘤中CAFs的單細胞測序結果，發現 APTKA腫瘤中IL-1依賴的細胞簇最為重要。
之後，Greten團隊對通路分析進一步發現，相較於APTK來源的上清液， APTKA上清液處理能夠明顯激活NF-κB和p38信號通路，並且，用IKKβ和p38的抑制劑均可以抑制促炎相關基因的表達。
IKKβ和p38的抑制劑均可以抑制APTKA上清激活的促炎因子的表達
那這種變化與APTKA上清液中的哪種細胞因子有關呢？
為了找到這個關鍵細胞因子，Greten團隊又分別對APTK和APTKA類器官進行RNA 測序，分析顯示一些細胞因子在兩種類器官之間的表達存在較大的差異。
之後他們利用這些細胞因子對應的中和性抗體去中和這些細胞因子，並檢測了APTKA上清液處理成纖維細胞後的促炎相關基因的表達情況。結果發現，只有在中和了IL-1a的情況下，ATPKA上清液激活成纖維細胞表達的促炎相關基因才會受到抑制。進一步說明了iCAF的分化是通過IL-1a來介導的。
至此，Greten團隊發現了IL-1a是腫瘤細胞與成纖維細胞傳遞信息的重要信號。那是不是意味著阻斷這個通路能夠降低對治療的耐受呢？
為了驗證這一想法，他們用IL-1受體的阻斷劑anakinra處理小鼠，十天後再進行放射治療， 發現anakinra能夠明顯降低腫瘤負荷和侵襲能力。
小鼠體內實驗也證明anakinra能夠抑制腫瘤的侵襲性
之後，Greten團隊進一步分析了CAFs是如何介導放射治療的耐藥發生的。他們發現，在 放射處理後，APTKA上清誘導極化的成纖維細胞產生了p53依賴的衰老現象，並伴隨著細胞周期蛋白表達的變化。
那麼上述在小鼠模型中觀察到現象，是否能夠用來預測直腸癌患者對治療的反應情況呢？
Greten團隊收集患者治療前的血清樣本，發現IL-1a濃度低於可檢測範圍，且IL-1β以及大部分的細胞因子均不能夠預測患者的預後情況。但有意思的是，血清中IL-1ra的濃度在預後差的患者中顯著下降。因為IL-1ra是IL-1信號通路的拮抗分子，所以，該現象也表明 預後差的患者中存在IL-1信號的激活。
預後差患者的血清IL-1ra濃度低於預後好的患者
這個研究表明了IL-1ra與導致患者預後差的成纖維細胞有著直接的聯繫，並進一步為CAFs在治療敏感性中的重要意義提供了證據，也為未來在腫瘤患者的化療方案上提供了重要的理論基礎。
iCAF引起直腸癌患者放化療耐受的示意圖
參考文獻：
2.Shang, S. et al. TRIB3 reduces CD8+ T cell infiltration and induces immune evasion by repressing the STAT1-CXCL10 axis in colorectal cancer. Science translational medicine 14, eabf0992 (2022).
5.Nicolas, A. M. et al. Inflammatory fibroblasts mediate resistance to neoadjuvant therapy in rectal cancer. Cancer Cell 40, 168-184.e13 (2022).
6.Varga, J., Nicolas, A., Petrocelli, V., … M. P.-J. of E. & 2020, undefined. AKT-dependent NOTCH3 activation drives tumor progression in a model of mesenchymal colorectal cancer. rupress.org.