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癌相关成纤维细胞（CAFs）在肿瘤的发生发展和放疗抵抗中发挥重要作用，但放射线本身对CAFs的影响目前尚不甚清晰。为探索电离辐射对CAFs的激活作用，并研究放射激活后的CAFs对癌细胞恶性生物学行为的促进作用及其潜在机制，该研究对从临床手术中获取的人肺癌相关成纤维原代培养细胞进行X线照射，使用经过辐照后的CAFs的上清液处理常规培养的肺癌细胞株，通过一系列的实验方法证明X线照射的CAFs与肺癌细胞株的共培养体系中，CAF表现出对肺癌细胞株的放射保护和迁移诱导作用，该作用在放射激活后的CAFs中表现更明显。使用外泌体抑制剂后，上述放疗保护作用被减弱。体内研究也提示放射激活后的CAFs具有更强的体内成瘤能力。转录组学研究提示放射激活的CAFs中多个促癌信号通路的基因有明显富集。本研究证实了CAFs可经电离辐射而发生激活。放射激活的CAFs可帮助癌细胞加速增殖、迁移、放疗耐受和体内成瘤。提示抑制CAFs激活可能是提高临床放疗疗效的重要手段。

1.射线照射对CAFs增殖的激活作用和可能机制

为了研究射线照射增强癌症相关成纤维细胞的肿瘤促进行为，研究者将常规培养后的人肺腺癌细胞株A549分为照射组和未照射组，然后将每组分为三个亚组，分别加入普通DMEM上清液（空白对照）、未照射的CAFs上清液（CAF₀-CM）和经过8Gy X射线照射的CAFs上清液（CAF₈-CM）。用 GW4869 (10 μmol/L) 对原代培养的 CAFs 进行辐照或不辐照处理48h，加入上述两组中。观察到射线照射不会引起细胞形态变化。

对未经照射原代培养的CAFs（0Gy）和8Gy X射线照射后的CAFs（CAF₈）进行转录组测序。转录组的差异表达分析显示大量致癌基因上调（倍数变化>2，FDR<0.05）（图1A）。与细胞增殖相关的基因如MITF、ABL2和XIAP，以及原癌基因如 PDGFB和ERG在CAF₈中高度表达。Gene Ontology（GO）富集进一步表明，差异表达的原癌基因主要富集的GO条目有细胞增殖、细胞增殖调控、生物过程正调控、细胞过程正调控（图1C ）。KEGG代谢通路分析显示，差异表达的原癌基因富集于癌症通路（Pahtways in cancer）以及Ras、PI3K-Akt、MAPK和TGF-β等信号通路（图1D）。这一数据证实了8Gy的照射剂量可以促进促进肿瘤。

图1  CAFs在0Gy和8Gy辐照下的鉴定和功能表征

2.CAFs促进射线照射后肺癌细胞的恶化

临床实践表明，在接受低剂量放射治疗的患者中存在肿瘤复发，并且肿瘤微环境在此过程中具有重要作用。激活的 CAF 参与了这一过程。转录组测序数据的富集分析表明，DEGs与转录因子、膜封闭腔以及全癌相关通路和耐药性有关（图1）。基于涉及 CAFs 激活及其对癌细胞影响的复杂机制，研究者提出来自 CAFs 的外泌体可能参与旁分泌机制的调节。CAFs外泌体含有多种成分，例如蛋白质、DNA 和 RNA，它们可以激活许多信号通路并促进细胞间通讯 。GW4869 是一种外泌体抑制剂，可在体外减少约 70% 的 CAFs 外泌体分泌。外泌体抑制实验结果表明，外泌体是加速射线照射后CAFs诱导的A549细胞增殖和迁移的重要介质。与 G+DMEM亚组(GW4869 处理后的对照组)相比，G +CAF₀-CM 亚组（GW4869处理的CAF₀上清液组）和 G+CAF₈ -CM 亚组（GW4869处理的CAF₈上清液组）中未照射的 A549 细胞的凋亡率没有差异（P > 0.05）（图 2A、B）。在射线照射的A549细胞中，G+CAF₈-CM亚组 ( P< 0.01) 与对照组相比， G+CAF₀-CM亚组的凋亡率较低（ P< 0.001) 。

图2 泌体抑制剂 GW4869 (G) 抑制射线照射CAFs 诱导的 A549 细胞的增殖和迁移

3.射线照射的CAF 促进 A549 异种移植物的恶化

图3 CAFs促进A549细胞肿瘤模型射线照射后的肿瘤体积和重量

本研究证实了一定剂量的射线照射可以激活CAFs，并且激活的CAFs表现出更强的“促进肿瘤”生物学行为。研究结果还表明，抑制 CAFs的激活将对提高临床放射治疗疗效产生显著影响。随着复杂机制的不断阐明，以及对CAFs抑制剂或CAFs活化阻断剂的不断研究，CAFs抑制治疗可能成为未来肿瘤精准放疗的必要补充。