JOURNAL OF PATHOLOGY：肿瘤和循环中的胶原蛋白分析揭示了癌症相关成纤维细胞亚型的新标志物

肿瘤微环境（TME）在癌症发展和治疗反应中起着关键作用。TME由癌细胞、各种免疫细胞和包括成纤维细胞在内的基质细胞组成。癌症相关成纤维细胞（CAFs）是激活成纤维细胞，产生和改变细胞外基质（ECM），并影响癌症进展和治疗反应。因此，过多的ECM和CAF是新疗法的重点。然而，事实证明，ECM或CAF的不分青红皂白的枯竭不能提供临床益处；相反，ECM和CAF活动正常化似乎很有希望。

为了成功地使CAF及其产生的ECM正常化，需要更好地了解CAF的异质性和伴随的ECM组成。CAF亚型的不断扩大的列表正在出现，值得注意的例子是肌成纤维细胞CAFs（myCAFs）、炎症性CAFs（iCAFs）和抗原呈递CAFs（apCAFs）。此外，在肝脏和胰腺中，所谓的星状细胞被认为被激活以产生促进肿瘤的ECM，并采用肌成纤维细胞表型。单细胞RNA测序（RNA-seq）技术的最新进展允许在单细胞水平探索这种CAF异质性，但目前仍然缺乏对CAFs，特别是它们产生的特定ECM的理解。解决这种知识差距很重要，因为它可能导致新的生物标志物和疗法。

ECM是组织的非细胞部分，大致可以分为两个隔间：基底膜，将细胞的上皮或内皮层与基质分离，以及间质基质，提供结构支持并保持组织结构。ECM包括各种具有不同功能的大分子，包括胶原蛋白、弹性蛋白、层氨酸和各种蛋白聚糖。在所有ECM成分中，胶原蛋白是最丰富的。CAFs的癌症促进活性被认为源于它们过度产生胶原蛋白。然而，关于I型胶原蛋白作用的研究已被证明是矛盾的，因为I型胶原蛋白同时表现出促进癌症的活动和抑制癌症的活动。

在这种情况下，I型胶原蛋白的处理似乎也很重要：如果降解和内化或由癌细胞作为同质物分泌，I型胶原蛋白会促进癌症。从历史上看，大多数关于胶原蛋白在癌症中的作用的研究都集中在I型胶原蛋白上。虽然I型胶原蛋白的作用很重要，但胶原蛋白家族的蛋白质超越了众所周知的丰富胶原蛋白。这种狭隘的重点可以部分解释为缺乏良好的分析工具来测量其他胶原蛋白。

胶原蛋白家族有28个蛋白质成员，可以分为亚科，包括纤维、纤维相关、膜相关、基底膜、网络胶原蛋白等。胶原蛋白ECM在癌症中通过放松调节的表达模式进行广泛重塑，导致胶原蛋白形成异常、改变周转和胶原蛋白降解，以及广泛的翻译后修饰。这种放松管制可能会影响癌症进展和治疗反应，部分原因是胶原蛋白ECM是肿瘤细胞因子的储存库，如转化生长因子β（TGFβ），该因子是ECM重塑的结果。

这个过程的一个副产品是将可检测到的胶原蛋白片段释放到循环中。这些高度特异性的片段可以被评估为癌症生物标志物，预示着总生存（OS）和预测治疗反应。尽管有这些观察结果，但大多数胶原蛋白家族成员仍然未被探索为癌症和CAF的标记物。因此，通过更全面地了解癌症中的胶原蛋白家族，可能会发现针对胶原蛋白和成纤维细胞亚型的新生物标志物和治疗新目标。

2023年9月20日发表在JOURNAL OF PATHOLOGY的文章，研究人员试图在多个层面上剖析胶原蛋白家族，目的是识别癌症生物标志物。由于胰腺癌已知是最富含胶原蛋白的癌症，通过分析公开的胰腺导管腺癌（PDAC）患者单细胞RNA-seq数据集中的胶原蛋白基因表达开始调查。

在这里，本文确定了CAF的亚型及其胶原蛋白分布，在公共非小细胞肺癌（NSCLC）数据集中证实了这一点。为了调查这些CAF相关胶原蛋白是否与PDAC和其他癌症的患者预后有关，研究人员剖析了癌症基因组图集（TCGA）项目肿瘤样本中的胶原蛋白基因表达，并评估了与生存结果的相关性。使用国家癌症研究所临床蛋白质肿瘤分析联盟（CPTAC）项目的数据，研究人员还确认胶原蛋白基因表达通常与PDAC肿瘤中的蛋白质水平相关。

最后，研究人员通过ELISA测量包括PDAC在内的各种固体肿瘤类型的患者的血清样本中的一组胶原蛋白肽，调查了特定胶原蛋白和胶原蛋白片段是否也作为癌症的功能释放到循环中。这些分析共同针对15个胶原蛋白生物标志物，每个标志物对应于胶原蛋白亚型的处理事件。总体而言，本文发现胶原蛋白在细胞、肿瘤和全身（血清）水平上被放松了。此外，特异性胶原蛋白亚型与CAF亚型有关，并且是一系列实体肿瘤的生存预后。最后，这些胶原蛋白的片段被释放到循环中，在那里可以对其进行量化，显示出作为反映CAF活性的癌症生物标志物的潜力。

剖析PADC肿瘤细胞中的胶原蛋白，揭示了CAF亚型特有的胶原蛋白

在这项研究中，研究人员试图剖析胶原蛋白在多个水平的表达，目的是识别癌症生物标志物。本研究研究了胰腺导管腺癌公开的单细胞RNA测序（RNA-seq）数据集中各种细胞类型和CAF亚型的胶原蛋白表达模式。接下来，研究人员调查了癌症基因组图集（TCGA）数据库中不同癌症类型的肿瘤样本中的胶原蛋白表达概况，并评估了胶原蛋白表达的特定模式是否与预后相关。最后，研究人员使用一组免疫分析来测量癌症患者血清中的胶原蛋白片段，对循环胶原蛋白肽进行了剖析。

本文结果发现胰腺星状细胞和成纤维细胞是胰腺胶原蛋白的主要生产者。COL1A1、COL3A1、COL5A1、COL6A1在所有CAF亚型中表达，而COL8A1、COL10A1、COL11A1、COL12A1特异于肌成纤维细胞CAF（myCAF），COL14A1特异于炎症CAF（iCAF）。在TCGA数据库中，myCAF胶原蛋白COL10A1和COL11A1在实体肿瘤类型中升高，并发现高表达和较差生存率之间存在多种关联。最后，与健康对照组相比，癌症患者血清中的循环胶原蛋白生物标志物升高，COL11A1（myCAF）具有测量标记的最佳诊断准确性。

综上所述，CAFs表达了与PDAC中与iCAFs和myCAFs相关的特定胶原蛋白亚型的非典型胶原蛋白分布。这些胶原蛋白在不同实体肿瘤的细胞、肿瘤和全身水平上放松了调节，并与生存有关。这些发现可能导致新的发现，如新的生物标志物和治疗靶点。

原文出处

Thorlacius-Ussing, J., Jensen, C., Nissen, N.I., Cox, T.R., Kalluri, R., Karsdal, M. and Willumsen, N. (2023), The collagen landscape in cancer: profiling collagens in tumors and in circulation reveals novel markers of cancer-associated fibroblast subtypes. J. Pathol.. https://doi.org/10.1002/path.6207