陳 淵(綜述),鄭偉明(審校)

(溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科,浙江 溫州 325000)

越來越多的證據(jù)顯示,腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤微環(huán)境中的間質(zhì)細胞緊密相關(guān)，活化的間質(zhì)細胞通過分泌細胞因子和基質(zhì)蛋白酶等促使腫瘤的增殖、浸潤與轉(zhuǎn)移。腫瘤相關(guān)成纖維細胞是微環(huán)境中最重要的宿主細胞之一,其所分泌的成纖維細胞激活蛋白α(fibroblast activation protein alpha,FAP-α)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起重要作用?，F(xiàn)階段研究結(jié)果認為，F(xiàn)AP-α的功能有以下幾種：①降解細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)，協(xié)助腫瘤細胞的侵襲和參與腫瘤組織的重塑；②可激活另一種蛋白酶原而間接起到降解ECM的作用；③解離與ECM結(jié)合的生長因子，如轉(zhuǎn)化生長因子p、血小板衍生生長因子等，使腫瘤向惡性轉(zhuǎn)化；④參與腫瘤微血管生成過程[1]。該文就FAP-α的生物學(xué)結(jié)構(gòu)特征、酶活性和底物特異性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、與腫瘤的關(guān)系以及在靶向治療的應(yīng)用等方面的研究進展進行綜述。

1 FAP-α的生物學(xué)結(jié)構(gòu)

FAP-α是一種具有760個氨基酸的Ⅱ型穿膜糖蛋白。其通過18個氨基酸組成的疏水跨膜片段固定于細胞膜上，胞質(zhì)區(qū)是6個氨基酸組成的短肽鏈，其余部分位于細胞外區(qū)域，由736個氨基酸組成[1]。該胞外區(qū)域包括一個具有8片“槳葉”的β螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)域和一個包含催化三聯(lián)體的α/β(氨基酸序列500～761)水解酶區(qū)域，其催化三聯(lián)體是FAP-α催化區(qū)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，由絲氨酸(Ser624)、天冬氨酸(Asp702)和組氨酸(His734)構(gòu)成[2]。雖然FAP-α單體擁有催化結(jié)構(gòu)域，但只有形成完整的二聚體才能發(fā)揮催化功能。

FAP-α在脊椎動物的進化過程中高度保守，分子克隆分析發(fā)現(xiàn)其基因定位于2q23[3]。與人FAP-α同源的基因在多種物種中發(fā)現(xiàn)，以小鼠為例，鼠源FAP-α基因定位于第2號染色體，大小約60 kb，有26個大小為46～195 bp的外顯子；人FAP-α基因定位于2q23，約73 kb，同樣有26個外顯子。近來對FAP-α基因啟動子的研究發(fā)現(xiàn)，其基因存在于早期生長應(yīng)答因子1、同源盒基因HOXA4蛋白和E2F1轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，其中早期生長應(yīng)答因子1在促進FAP-α表達中最重要[4]。

2 FAP-α的酶活性及底物特異性

FAP-α是一個絲氨酸蛋白酶，其與二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidyl peptidase Ⅳ，DPPⅣ)具有48%的氨基酸序列同源性，同屬于S9b肽酶家族。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α與DPPⅣ具有類似的二肽基肽酶活性，此外還具有肽鏈內(nèi)切酶活性，包括裂解明膠、Ⅰ型膠原、α2抗血纖維蛋白酶等[3]。FAP-α裂解明膠和膠原的生物學(xué)意義目前仍不清楚，有研究認為，其可能與基質(zhì)金屬蛋白酶共同作用降解變性的膠原，產(chǎn)生生物活性片段有關(guān)[5]。

酶底物特異性研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α可分解Ⅰ型膠原和Ⅳ型膠原，但不能水解層粘連蛋白、纖維結(jié)合蛋白、纖維蛋白單體及酪蛋白[6]。內(nèi)切酶活性生理底物最早是由McKee等在研究溶解形式抗纖維蛋白溶酶裂解酶時發(fā)現(xiàn)的，稱為抗纖溶酶[7]，后來發(fā)現(xiàn)它是FAP-α的一種可溶形式。Gorrell鑒定出了FAP-α活性的天然底物，包括神經(jīng)肽Y、B型鈉尿肽、P物質(zhì)和多肽YY[8]。FAP-α裂解肽類激素提示其與組織微環(huán)境的重塑、修飾有關(guān)。

3 FAP-α的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

近來研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的快速生長與FAP-α表達有關(guān)，與其蛋白酶活性無關(guān)，而且表達FAP-α的細胞能更廣泛地侵襲Ⅰ型膠原的基質(zhì)[5]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α能夠激活細胞信號并認為FAP-α通過與其他蛋白形成復(fù)合物來介導(dǎo)細胞信號。其能與DPPⅣ形成復(fù)合物，參與黏附和侵襲。同樣，可與其他膜蛋白結(jié)合介導(dǎo)細胞信號，如β1整合素。在小鼠肺癌模型中，表達與不表達FAP-α均能產(chǎn)生腫瘤，但表達FAP-α的磷酸化水平降低，特別是降低黏著斑激酶磷酸化和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶磷酸化，同時又使p21表達下降；消除FAP-α可通過激活黏著斑激酶和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號上調(diào)p21的表達，而FAP-α抑制整合素介導(dǎo)的信號[9]。

4 FAP-α與腫瘤的關(guān)系

目前研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α與多種疾病有關(guān)，包括關(guān)節(jié)炎、創(chuàng)口愈合、慢性炎癥、關(guān)節(jié)炎、腫瘤等。

4.1FAP-α在腫瘤組織中的表達 FAP-α選擇性表達于90%以上惡性上皮性腫瘤(如乳腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、胰腺癌、皮膚黑色素瘤等)基質(zhì)中的腫瘤相關(guān)成纖維細胞中，定位于胞膜和胞質(zhì)[10]。其幾乎不表達于正常組織及良性上皮腫瘤間質(zhì)中靜息成纖維細胞，且罕見于腫瘤細胞。近來發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α可表達于膠質(zhì)母細胞瘤組織，特別是膠質(zhì)瘤細胞本身[11]。

4.2FAP-α與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 目前研究認為，F(xiàn)AP-α促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展主要通過以下幾種機制[12]：①釋放血管內(nèi)皮生長因子、白細胞介素8等血管生長相關(guān)因子，誘導(dǎo)腫瘤組織血管增生，從而有利于癌細胞的生長、侵襲；②通過細胞-細胞間接觸、釋放生長因子、分泌基質(zhì)成分等促進腫瘤生長；③為腫瘤細胞提供免疫隔離空間，協(xié)助其逃避機體防御系統(tǒng)；④表達細胞因子、蛋白酶及黏附分子等協(xié)助腫瘤轉(zhuǎn)移與侵襲。

4.2.1FAP-α與腫瘤血管發(fā)生 目前研究認為，F(xiàn)AP-α參與腫瘤微血管的生成。早期有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α表達于血管內(nèi)皮細胞[13]，這一結(jié)論后來被其他學(xué)者用基因表達分析方法所驗證[14]。Huang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠乳腺癌模型中微血管密度的增加與FAP-α的表達相關(guān)，F(xiàn)AP-α高表達組的血管密度是對照組的3倍。趙志娟等[16]得出了類似的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)乳腺癌間質(zhì)中FAP-α的表達與微血管密度間具有顯著相關(guān)性。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在鼠肺癌模型中，剔除FAP-α的表達能降低微血管密度,從而抑制腫瘤的生長[9]。FAP-α促進血管發(fā)生的機制尚不完全清楚，目前認為有兩種可能的機制：①通過裂解神經(jīng)肽Y[8]激活內(nèi)皮細胞的Y2受體,促進內(nèi)皮細胞的增殖；②FAP-α在 Ⅰ 型膠原的重塑和裝配中的作用。FAP-α陽性表達的成纖維細胞能分泌基質(zhì)，促進轉(zhuǎn)移[17]。

4.2.2FAP-α與腫瘤細胞的運動、黏附、侵襲 細胞表面表達FAP-α對細胞的運動、基質(zhì)降解、侵襲行為有重要的影響，F(xiàn)AP-α表達或缺乏表達都能改變ECM的組成和構(gòu)成[17]。在FAP-α表達剔除的肺癌動物模型中發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)中Ⅰ型膠原顯著增加，這種異常的膠原積累能損害細胞的生長、運動和腫瘤血管發(fā)生，而FAP-α表達陽性的細胞發(fā)揮蛋白酶活性增加了基質(zhì)降解[5]。

在星形細胞癌中，F(xiàn)AP-α的表達與WHO分級相關(guān)，隨著FAP-α表達的增加，在腫瘤組織中所有與DPPⅣ相似的酶活性也增加[18]，并與侵襲性有關(guān)[11]。武金波等[19]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP-α表達與胃癌組織的侵襲程度有關(guān)，而與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無關(guān)，提示FAP-α的表達與胃癌惡性表型有關(guān)，即隨著胃癌惡性程度的增強，F(xiàn)AP-α表達逐漸增高。從上述研究可知，F(xiàn)AP-α的活性促進腫瘤的生長并對腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移有一定的作用，F(xiàn)AP-α是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的一個重要調(diào)節(jié)因子。

4.2.3FAP-α與腫瘤免疫 腫瘤微環(huán)境內(nèi)諸多因素通過與免疫系統(tǒng)的交互作用導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境長期處于免疫抑制狀態(tài)。FAP-α表達陽性的細胞在免疫抑制中有重要作用，抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答，動物模型發(fā)現(xiàn)消除陽性細胞能激活系統(tǒng)的抗腫瘤免疫[20]。有研究小組構(gòu)建了一種靶向FAP-α的DNA口服疫苗，證實其能夠增加T細胞對腫瘤組織FAP-α的抗原遞呈,從而抑制小鼠結(jié)腸癌和乳腺癌生長，其生存期較對照組有顯著延長[21]。Wen等[22]在鼠結(jié)腸癌模型中發(fā)現(xiàn)，針對FAP-α的DNA疫苗能通過激活CD8+T細胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答，顯著抑制腫瘤生長、提高動物存活率。Burckhart等[23]發(fā)現(xiàn)，結(jié)合FAP-α后的融合疫苗能夠共激活CD8+CD4+效應(yīng)T細胞，使抗腫瘤效應(yīng)增加100倍。同時，F(xiàn)AP-α可被作為一種腫瘤相關(guān)抗原，Yi等[24]構(gòu)建了一種結(jié)合1-甲基色氨酸的FAP-α肽疫苗融合蛋白，在4T1乳腺癌模型中發(fā)現(xiàn)其可以抑制腫瘤生長，提高存活率，激活CD8+T細胞應(yīng)答。這些研究成果表明，針對FAP-α的免疫療法具有較廣的應(yīng)用前景。

5 FAP-α的臨床應(yīng)用潛力

近來，F(xiàn)AP-α逐漸成為一種極具前景的抗腫瘤基質(zhì)靶標分子而備受關(guān)注。目前國內(nèi)外多項研究機構(gòu)正在努力探究以FAP-α為靶標的腫瘤靶向治療的可行性策略，并已獲得一定成果。目前針對FAP-α的靶向治療主要有以下幾種策略。

5.1針對FAP-α蛋白酶活性的小分子抑制劑 FAP-α酶活性是一個重要的治療靶標，特異性地抑制其酶活性有助于削弱甚至消除腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移能力。Val-boro-Pro又稱Talabostat,是最早用于臨床試驗的FAP-α抑制劑。Adams 等[25]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用Val-boro-Pro抑制FAP-α的酶活性可以抑制多種鼠腫瘤模型的生長。Narra等[26]利用FAP-α的抑制劑Val-boro-Pro抑制其活性，在轉(zhuǎn)移性直腸癌進行了Ⅱ期臨床試驗具有重要的意義，但在外周血中其活性不能被完全抑制。新的特異性更高的抑制劑仍在研究中，以期能夠更有效的誘導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)。

5.2FAP-α疫苗 如前所述，構(gòu)建相關(guān)FAP-α疫苗能夠抑制腫瘤的生長，甚至能夠增加T細胞對腫瘤組織FAP-α的抗原遞呈。Loeffler等[21]構(gòu)建了一種口服的針對FAP靶點的DNA疫苗，在動物實驗中發(fā)現(xiàn)其能抑制小鼠結(jié)腸癌和乳腺癌生長，在機體中并未發(fā)現(xiàn)影響傷口愈合或發(fā)生免疫排斥等不良反應(yīng)。此外，Yi等[24]構(gòu)建的FAP疫苗不僅能激活免疫系統(tǒng)攻擊FAP-α陽性細胞，引發(fā)抗腫瘤效應(yīng)，還有助于逆轉(zhuǎn)腫瘤免疫耐受。新的特異性更高的疫苗仍在研究中。

5.3破壞FAP-α分子復(fù)合物的形成來阻斷FAP-α介導(dǎo)的信號通路 FAP-α可以與腫瘤細胞表面其他分子形成復(fù)合物，進而發(fā)揮其與腫瘤產(chǎn)生和發(fā)展相關(guān)的作用。Kelly[27]提出，可通過破壞FAP-α分子復(fù)合物阻斷后續(xù)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來實現(xiàn)對腫瘤的定點抑制。雖然目前從技術(shù)上來說直接破壞FAP-α分子復(fù)合物有很大難度，但隨著人們對FAP-α結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象的進一步了解，最終會確定FAP-α上與其他分子結(jié)合的靶點，再加以阻止。

5.4FAP-α酶激活式靶向前體藥物 酶激活式靶向前體藥物設(shè)計的應(yīng)用為實現(xiàn)腫瘤靶向治療提供了新思路[28]，至今已經(jīng)取得了顯著的結(jié)果。黃思超[29]設(shè)計了基于FAP-α的新型靶向前體藥物——甘脯酞阿霉素(N-earbobenzoxy-glyeyl-Proline-doxorubiein，Z-GP-Dox)，利用FAP-α陽性的4TI小鼠乳腺癌移植瘤模型考察了Z-GP-Dox的體內(nèi)抗腫瘤藥效及其心臟毒性，發(fā)現(xiàn)Z-GP-Dox對FAP-α陽性的腫瘤具有潛在的抗腫瘤活性，而且其毒性與Dox相比有顯著降低的趨勢，相關(guān)的研究仍在進行中。

6 結(jié)語和展望

近年來,FAP-α作為一種極具潛力的抗腫瘤靶標分子正日益受到關(guān)注，關(guān)于FAP-α的生物學(xué)特征、酶底物特異性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移等陸續(xù)被闡明。研究發(fā)現(xiàn)，陽性表達FAP的細胞對抗腫瘤免疫的抑制作用，有助于后來的抗腫瘤研究。但是腫瘤微環(huán)境各組分的相互作用復(fù)雜,且FAP-α在腫瘤病理發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚不清楚，因此為了實現(xiàn)靶向FAP-α的腫瘤治療,仍然需要開展大量工作。未來需要進一步明確FAP-α酶活性的具體功能及其對每種腫瘤的具體促進和抑制作用，F(xiàn)AP-α表達調(diào)控機制等，進一步了解這些問題將有助于開展針對FAP-α的靶向治療。

[1] Collins PJ，McMahon G，O′Brien P，etal.Purification，identification and characterisation of seprase from bovine serum[J].Int J Bioehem Cell Biol，2004，36(11)：2320-2333.

[2] Cheng JD，Dunbrack RL Jr，Valianou M，etal.Promotion of tumor growth by murine fibroblast activation protein，a serine protease，in an animal model[J].Cancer Res，2002，62(16)：4767-4772.

[4] Zhang J，Valianou M，Cheng JD.Identification and characterization of the promoter of fibroblast activation protein[J].Front Biosci(Elite Ed)，2010，2：1154-1163.

[5] Huang Y，Simms AE，Mazur A，etal.Fibroblast activation protein-αpromotes tumor growth and invasion of breast cancer cells through non-enzymatic functions[J].Clin Exp Metastasis，2011，28(6)：567-579.

[6] Aertgeerts K，Levin I，Shi L，etal.Structural and kinetic analysis of the substrate specificity of human fibroblast activation protein alpha[J].J Biol Chem，2005，280(20)：19441-19444.

[7] Lee KN，Jackson KW，Christiansen VJ，etal.Antiplasmin-cleaving enzyme is a soluble form of fibroblast activation protein[J].Blood，2006，107(4)：1397-1404.

[8] Keane FM，Nadvi NA，Yao TW，etal.Neuropeptide Y，B-type natriuretic peptide，substance P and peptide YY are novel substrates of fibroblast activation protein-α[J].FEBS J，2011，278(8)：1316-1332.

[9] Santos AM，Jung J，Aziz N，etal.Targeting fibroblast activation protein inhibits tumor stroma genesis and growth in mice[J].J Clin Invest，2009，119(12)：3613-3625.

[10] Acharya PS，Zukas A，Chandan V，etal.Fibroblast activation protein:a serine protease expressed at the remodeling interface in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Hum Pathol，2006，37(3)：352-360.

[11] Mentlein R，Hattermann K，Hemion C，etal.Expression and role of the cell surface protease seprase/fibroblast activation protein-α(FAP-α) in astroglial tumors[J].Biol Chem，2011，392(3)：199-207.

[12] Bhowmick NA，Moses HL.Tumor-stroma interactions[J].Curr Opin Genet Dev，2005，15(l)：97-101.

[13] Aimes RT，Zijlstra A，Hooper JD，etal.Endothelial cell serine proteases expressed during vascular morphogenesis and angiogenesis[J].Thromb Haemost，2003，89(3)：561-572.

[14] Ghilardi C，Chiorino G，Dossi R，etal.Identification of novel vascular markers through gene expression profiling of tumor-derived endothe-lium[J].BMC Genomics，2008，9：201.

[15] Huang Y，Wang S，Kelly T.Seprase promotes rapid tumor growth and increased microvessel density in a mouse model of human breast cancer[J].Cancer Res，2004，64(8)：2712-2716.

[16] 趙志娟，米小軼，劉樹立，等.FAP在乳腺癌間質(zhì)中的表達及其與微血管密度的關(guān)系[J].中國組織化學(xué)與細胞化學(xué)雜志，2007，16(5)：559-563.

[17] Lee HO，Mullins SR，F(xiàn)ranco-Barraza J，etal.FAP-overexpressing fibroblasts produce an extracellular matrix that enhances invasive velocity and directionality of pancreatic cancer cells[J].BMC Cancer，2011，11：245.

[18] Stremenova J，Krepela E，Mares V，etal.Expression and enzymatic activity of dipeptidyl peptidase-Ⅳ in human astrocytic tumours associated with tumour grade[J].Int Oncol，2007，31(4)：785-792.

[19] 武金波，靳占峰.成纖維細胞激活蛋白的表達與胃癌惡性生物學(xué)行為的關(guān)系[J].黑龍江醫(yī)學(xué)，2008，32(1)：21-23.

[20] Liao D，Luo Y，Markowitz D，etal.Cancer associated fibroblasts promote tumor growth and metastasis by modulating the tumor immune microenvironment in a 4T1 murine breast cancer model[J].PLoS One，2009，4(11)：e7965.

[21] Loeffler M，Krüger JA，Niethammer AG，etal.Targeting tumor-associated fibroblasts improves cancer chemotherapy by increasing intratumoral drug uptake[J].J Clin Invest，2006，116(7)：1955-1962.

[22] Wen Y，Wang CT，Ma TT，etal.Immunotherapy targeting fibroblast activation protein inhibits tumor growth and increases survival in a murine colon cancer model[J].Cancer Sci，2010，101(11)：2325-2332.

[23] Burckhart T，Thiel M，Nishikawa H，etal.Tumor-specific crosslinking of GITR as costimulation for immunotherapy[J].J Immunother，2010，33(9)：925-934.

[24] Yi YM，Zhang G，Zeng J，etal.A new tumor vaccine：FAPt-MT elicits effective antitumor response by targeting indolamine2，3-dioxygenase in antigen presenting cells[J].Cancer Biol Ther，2011，11(10)：866-873.

[25] Adams S，Miller GT，Jesson MI，etal.PT-100，a small molecule dipeptidyl peptidase inhibitor，has potent antitumor effects and augments antibody-mediated cytotoxicity via a novel immune mechanism[J].Cancer Res，2004，64(15)：5471-5480.

[26] Narra K，Mullins SR，Lee HO,etal.Phase Ⅱ trial of single agent Val-boroPro(Talabostat) inhibiting fibroblast activation protein in patients with metastatic colorectal cancer[J].Cancer Biol Ther，2007，6(11)：1691-1699.

[27] Kelly T.Fibroblast activation protein-alpha and dipeptidyl peptidase Ⅳ(CD26)：cell-surface proteases that activate cell signaling and are potential targets for cancer therapy[J].Drug Resist Updat，2005，8(1/2)：51-58.

[28] Han HK，Amidon GL.Targeted prodrug design to optimize drug delivery[J].AAPS Pharm Sci，2000，2(1)：E6.

[29] 黃思超.FAP-α酶激活式前體藥物Z-GP-Dox的抗腫瘤靶向性評價[D].廣州：暨南大學(xué)，2010.