肿瘤相关脂肪细胞及其分泌因子：抗肿瘤药物潜在靶点
DEBMALYA Roy，高颖生，孙立，袁胜涛*
（中国药科大学新药筛选中心，江苏 南京 211198）
[ 摘要] 研究表明，肿瘤的发生发展与肿瘤微环境中的脂肪组织有着密切关系。肿瘤相关脂肪细胞及其分泌的脂质、脂肪因子、炎性因子、激素等，是肿瘤微环境中脂肪组织的主要成分，通过影响肿瘤细胞的能量代谢或者直接干涉肿瘤细胞信号通路，在肿瘤的发生、增殖、侵袭、转移等方面扮演重要角色。综述肿瘤相关脂肪细胞及其分泌的脂质、脂肪因子、炎性因子等对肿瘤细胞的影响以及靶向肿瘤相关脂肪细胞分泌因子的肿瘤治疗策略，为临床肿瘤靶向药物开发提供参考。
[ 关键词] 肿瘤相关脂肪细胞；脂质；脂肪因子；炎性因子；能量代谢；信号通路；抗肿瘤药物靶点
肿瘤微环境是一个动态、复杂的网络，包括肿瘤局部浸润的免疫细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞、脂肪细胞等，还包括了来自微环境和机体其他部分的细胞因子、细胞外基质和血管成分等。肿瘤微环境在肿瘤发展过程中发挥着重要作用，不仅为肿瘤细胞提供了有利于其恶化和迁移的酸性、缺氧和炎性环境，其中各种间质细胞还能通过丰富的分泌功能与肿瘤细胞之间建立起复杂的关系网。在这些间质细胞中，脂肪细胞逐渐成为肿瘤研究者们热切关注的对象。越来越多的研究表明，肿瘤的发生发展与肿瘤微环境中的脂肪组织有着密切的关系，肿瘤周围的脂肪组织可能促进肿瘤发展。本文综述肿瘤相关脂肪细胞及其分泌的脂质、脂肪因子、炎性因子等对肿瘤细胞的影响以及靶向肿瘤相关脂肪细胞分泌因子的肿瘤治疗策略，为临床肿瘤靶向药物开发提供参考。
1 肿瘤相关脂肪细胞
肿瘤微环境中的脂肪组织有着独特的生理特性，相较于普通脂肪组织，这些脂肪组织长期处于缺氧、酸性以及炎性浸润环境之中，且肿瘤周围的脂肪组织还是肿瘤细胞胞外基质的主要成分，对肿瘤的侵袭和转移有着重要影响。此外，这些脂肪组织中的脂肪细胞往往会出现表型的改变：1）脂解作用增强，细胞萎缩；2）逐渐去分化，向成纤维细胞的方向转变，分泌功能增强；
3）与肿瘤细胞的信号交流旺盛，在能量代谢方面有着密切联系。因此，“肿瘤相关脂肪细胞”的概念被提出，用以描述肿瘤周围特别的脂肪细胞。
肿瘤相关脂肪细胞通常存在于肿瘤侵袭边缘，也就是肿瘤与周围脂肪组织交错的部位。实验发现，脂肪细胞与ZR75.1肿瘤细胞共培养之后，其细胞内脂滴明显减少，一些终末分化标志物如激素敏感性脂解酶和抵抗素的表达减少；与此同时，脂肪细胞分泌基质金属蛋白酶(MMP) 和白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎性因子的能力增强。这表明，肿瘤相关脂肪细胞在肿瘤微环境中发生了去分化和明显的脂解作用。
肿瘤相关脂肪细胞的形成受到肿瘤微环境中一些因子的调控。Andarawewa等研究发现，在肿瘤细胞影响下，肿瘤相关脂肪细胞能分泌Strmelysin-3/MMP-11，促进脂肪细胞的脂解；而且，Strmelysin-3敲除的小鼠胚胎成纤维母细胞经外源性重组Strmelysin-3（3 mg ·L-1）处理后，能逆转其向脂肪细胞分化。在对肿瘤微环境中含有丰富的炎性因子，其中多种炎性因子能够促进脂肪细胞的脂解。有研究发现，TNF-α 能够通过抑制细胞外信号调节激酶 （ERK1/2）的磷酸化和周脂素，诱发脂肪细胞的脂解作用；脂肪组织普遍分泌的转化生长因子-β（TGF-β）能够抑制CCAAT 增强子结合蛋白C/EBPβ和C/EBPδ通过与Smad3 相结合而发挥的功能，从而抑制脂肪细胞分化过程。
2 肿瘤相关脂肪细胞产生的脂质对肿瘤细胞的影响
肿瘤相关脂肪细胞的形成会经历活跃的脂解过程，从而释放大量脂质，为周围肿瘤细胞的β-氧化以及生物大分子合成提供材料。需要注意的是，目前尚无研究证明肿瘤相关脂肪细胞分泌的脂质、通过血管微循环送达肿瘤部位的脂质以及肿瘤细胞自身合成的脂质，在肿瘤细胞代谢过程中，有种类和功能上的区别。不过，乳腺癌和卵巢癌这类肿瘤细胞处于富含脂肪细胞的微环境中，自然会受益于周围脂肪细胞分泌提供的脂质。事实上，也已有很多研究发现，在富含脂肪细胞的肿瘤中，肿瘤细胞脂代谢和周围脂肪细胞的脂解作用同时增强。提示，肿瘤细胞可从肿瘤相关脂肪细胞分泌的脂质中获益。
迅速增殖、生命活动旺盛的肿瘤细胞需要大量的能量，为了适应这种能量代谢的变化，一些肿瘤细胞的脂代谢能力增强。肿瘤细胞能够积极吸收外来脂肪酸或者自身合成脂质，储备能量以及为β-氧化供能。以前列腺癌为例，前列腺癌细胞的糖摄取水平低，而脂质摄取水平较高，其脂质代谢相关酶的活性水平也较高。
除了能量代谢方面以外，肿瘤细胞还需要大量的生物大分子，为其增殖提供物质基础，例如需要大量脂质——磷脂、花生四烯酸、亚油酸等，为细胞膜的生成和重构提供基本材料。另外，肿瘤细胞内合成的磷脂大多是饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，这赋予肿瘤细胞不易于过氧化的特性，并造成细胞流动性和通透性的改变，从而促进肿瘤细胞耐药性的产生。而且，肿瘤细胞还需要利用脂质合成一些信号分子，参与信号转导，例如第二信使脂蛋白（LPA）。肿瘤相关脂肪细胞形成时的脂解过程，能够满足肿瘤细胞的这些需求。
3 肿瘤相关脂肪细胞分泌的脂肪因子对肿瘤细胞的影响
现在的研究认为，肿瘤相关脂肪细胞与肿瘤细胞之间的相互作用主要是通过其分泌功能来实现。肿瘤相关脂肪细胞在肿瘤细胞及其他微环境因素影响下，可分泌大量因子，其中包括了各种脂肪因子，最典型的即为瘦素、内脂素、脂联素等。
3.1 瘦素
在肿瘤微环境中，瘦素在肿瘤细胞与脂肪细胞相互作用中发挥桥梁作用。
瘦素能影响肿瘤细胞生长和增殖。近年来有研究发现，人类脂肪干细胞能分泌瘦素，促进肿瘤细胞MCF7 的增殖和生存；瘦素能激活ERK 通路，促进肺癌细胞增殖。此外，已有很多研究报道称，瘦素对雌激素受体（ERα）阳性（如MCF-7 细胞）和ERα阴性 ( 如MDA-MB-231 细胞) 的肿瘤细胞均有促进增殖作用。但值得注意的是，有研究发现，对于ERα 阴性的SKBR3 肿瘤细胞，瘦素在生理浓度（<100 μg ? L-1）下可促进其增殖，而在高浓度（>800 μg ? L-1）下则抑制其增殖。这说明，瘦素对肿瘤细胞增殖的影响机制是复杂的，而且与其浓度和细胞种类有关。
瘦素能干涉细胞周期。研究发现，瘦素能造成MCF-7 细胞群里G2/M 和S 期细胞增多，并能上调细胞中cyclin D1 和p21WAF1/CIP1 水平及C-Myc水平；瘦素能上调的周期相关蛋白大多数是cyclin蛋白，如在细胞周期G1 期内产生的CDK-cyclin 复合物CDKN1、具有抗凋亡特性并促进细胞周期发展的p21 和与肿瘤细胞恶性程度有关的p16，但瘦素会下调肿瘤抑制物p27 的表达。
瘦素在肿瘤中一般表现为抗凋亡作用。有研究称， 瘦素能够通过PI3K/Akt/mToR 通路减少大肠癌HCT116 细胞的凋亡，且能在乳腺癌细胞中激活信号转导及转录激活因子（STAT）的磷酸化，而STAT 抑制剂能削弱瘦素促肿瘤细胞MCF-7 增殖的效应；此外，瘦素还可通过调节丝裂原活化蛋白激酶（MARK）、PI3K 和Akt 通路，发挥促肿瘤细胞增殖和抗凋亡作用。
瘦素的存在有利于肿瘤内炎性环境的形成。瘦素能对肿瘤微环境中多种免疫细胞产生刺激作用，如刺激巨噬细胞的活化和炎性因子合成。而且，瘦素对炎症因子的上调作用，往往是通过Janus 激酶（JAK）/STAT、mTOR 等通路进行，从而发挥促炎作用。
3.2 内脂素
内脂素通常由内脏脂肪组织分泌，在多种代谢异常中发挥作用，且在多种肿瘤细胞中都被看作是生物标志物，并表现出促增殖、促血管生成、促炎和抗凋亡作用。一项临床研究发现，67 例直肠癌患者血液中内脂素水平均高于对照组健康者。且越来越多的研究均发现，内脂素在直肠癌组织中高表达。最新研究表明，内脂素在直肠癌细胞中的高表达与肿瘤恶性程度呈正相关，同时也与肿瘤组织的缺氧缺血程度以及低氧诱导因子-α（HIF-α）密切相关。
内脂素能够诱导炎性细胞因子的产生。研究发现，内脂素可以通过激活TNF 转录后调节因子Sirt，上调TNF 的表达。值得注意的是，内脂素对Sirt 这种能量代谢相关酶的调节，提示其或许还与细胞内能量代谢途径直接相关。
有研究发现，内脂素参与肿瘤生存。内脂素可在β1整合素介导下，参与ERK 和p38/MAPK 通路，诱导核因子-κB（NF-κB）和转录激活因子AP-1 的表达增加，从而导致基质细胞衍生因子-1（SDF-1）的表达上调，促进直肠癌的生存。而且，还有研究显示，在人黑色素瘤中，内脂素能通过抗氧化作用，增强肿瘤细胞生存能力；并能提高超氧化物歧化酶(SOD) 和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px) 的活性，减少肿瘤细胞的氧化损伤。
内脂素能够在烟酰胺嘌呤二核苷酸(NAD+，辅酶Ⅰ ) 的生成中发挥重要的酶活性，而NAD+ 参与肿瘤细胞生长和生存、DNA 损伤修复以及血管生成等过程。值得注意的是，NAD+ 水平的上升受到STAT 通路调控，但是STAT 的激活又受IL-6 的影响，内脂素则能促进IL-6 等炎性因子的释放，因而内脂素不仅能够促进NAD+ 生成，还能促进细胞生存和血管生成。
还有研究表明，内脂素可通过激活NF-κB/Snail-1/EMT（上皮-间充质转化）通路，促进骨肉瘤的转移。内脂素能时间依赖性和浓度依赖性地下调E-钙黏蛋白且上调N-钙黏蛋白和转录因子Snail-1，而Snail-1 抑制剂能削弱内脂素在调节EMT标志物分子方面的效应。
3.3 脂联素
肿瘤相关脂肪细胞与肿瘤细胞之间的信号交流(cross-talking) 是一个复杂的网络。有时肿瘤相关脂肪细胞不仅分泌促瘤因子，还能分泌脂联素这类抑瘤因子。脂联素是一种脂肪细胞特异性分泌的脂肪因子。研究表明，脂联素在血浆中的水平与IL-6 和C 反应蛋白水平呈负相关。提示，脂联素是一种抗炎因子。
脂联素蛋白有多种亚型， 最广泛存在的是AdipoQ。有研究表明，AdipoQ 在血液循环中呈非活性状态，当其遭遇某种生化反应，例如经粒细胞弹性蛋白酶剪切成为球形异构体gAd，gAd 则主要结合AdipoQ受体1（AdipoR1）而发挥活性。
脂联素能够抑制肿瘤微环境中巨噬细胞的炎性活动。有研究报道称，脂联素能抑制巨噬细胞内TNF-α、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1) 等相关基因的表达，从而抑制巨噬细胞从抗炎的M2 型向促炎的M1 型分化。不仅如此，脂联素还能增强巨噬细胞清除早期凋亡小体的能力，而巨噬细胞的这种能力正是其消除炎症的关键。
脂联素能够促进肿瘤细胞自噬。研究显示，脂联素能作用于乳腺癌细胞，激活其自噬，而这可能的机制是，gAd 作用于AdipoR1，激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路，AMPK 则能直接激活Ulk1，Ulk1 是自噬反应的关键分子，能刺激乳腺癌细胞内自噬小体；AMPK 也能间接地通过激活mTOR 通路而激活Ulk1。
虽然大量的临床观察验证了脂联素的抗肿瘤作用，但是也有研究发现，脂联素对ERα 阳性的人乳腺癌细胞MCF7 具有促增殖作用，而对ERα 阴性的人乳腺癌MDA-MB-231细胞则具有抑制增殖作用。这说明，脂联素的作用途径复杂，其效应与肿瘤种类相关。
4 肿瘤相关脂肪细胞分泌的炎性因子对肿瘤细胞的影响
肿瘤相关脂肪细胞可分泌IL-1、IL-6、TNF-α 等多种炎性因子，这些“阴燃”的炎性因子积极参与肿瘤的发生发展、免疫抵抗和耐药性形成等过程。
4.1 IL-6
IL-6 是一种重要的炎性因子，不仅为炎性细胞所分泌，还能由肿瘤细胞和多种肿瘤间质细胞如脂肪细胞分泌产生，而关于其对肿瘤细胞的影响，已有大量的研究报道。笔者所在课题组即发现，在肿瘤相关脂肪细胞的条件培养基中，IL-6 的水平较之正常脂肪细胞条件培养基中明显上升。这说明，IL-6 在肿瘤相关脂肪细胞对肿瘤细胞的影响中发挥作用。
IL-6 能促进肿瘤细胞增殖，并抑制其凋亡。有研究发现，IL-6 能促进多种人胃癌细胞如MKN-7 细胞的生长，但IL-6 抗体或外源加入的IL-6 对MKN-1 细胞的生长则无明显影响，这或许是因为肿瘤细胞中的IL-6 是通过自分泌而发挥作用；IL-6 可能是通过下调Caspase-3和Caspase-9来对抗细胞凋亡。
IL-6 能促进肿瘤细胞的迁移。实验研究显示，经IL-6 处理的人前列腺癌LNCaP 细胞具有更强的迁移能力，其中一个可能的机制是IL-6 能通过PI3K-Akt通路上调MMP 表达，另一个可能的机制是下调乳腺丝抑蛋白，从而增强肿瘤细胞的黏附和运动能力。在肿瘤细胞的转移中，上皮-间充质转化是关键的一步。临床研究发现，在多种妇科肿瘤中，例如卵巢癌SKOV-3细胞及子宫内膜癌细胞系中，经IL-6 处理后，细胞的上皮表型标志物水平降低，而间充质表型标志物的表达增加，且MMP-2 和MMP-9 的表达也明显上调。这部分揭示了IL-6 促进肿瘤转移的机制。而且，在人前列腺癌PC3 细胞的骨转移过程中，肿瘤细胞周围的成骨细胞能分泌IL-6，促进PC3 细胞增殖、转移，而 PC3 细胞的条件培养基能促进成骨细胞样细胞增殖以及破骨细胞生成，这种恶性循环加速了肿瘤的骨转移。
4.2 TNF-α
TNF-α 有2 个受体：TNFα-R1和TNFα-R2，其中，TNFα-R1带有死亡区域，能介导诸如凋亡等生理功能，而TNFα-R2主要存在于造血细胞表面，无死亡区域。TNF-α 主要通过TNFα-R1而发挥作用，不过也有例外，在胰腺癌组织中，TNF-α 能激活癌细胞表面TNFα-R2受体，从而上调表皮生长因子（EGF）受体，激活TNF-α 通路，最终促进癌细胞增殖。还有研究发现，在体外，TNF-α 能提高胰腺癌细胞的侵袭能力，而在体内，TNF-α 能促进肿瘤细胞的生长和转移，TNF-α 抑制剂则能明显抑制肿瘤的生长和转移。
TNF-α 能通过诱导ROS 和活性氮（RNS）的产生，增加DNA 损伤，提高肿瘤发生的风险。有研究发现，将正常卵巢表皮细胞用TNF-α 长期处理，最终表皮细胞产生了一系列表型变化，例如表皮细胞极性消失、细胞侵袭/ 肿瘤标志物表达上调等，形成了癌变早期的表型特征。
TNF-α 参与肿瘤转移。动物模型实验显示，外源性给予TNF-α，能增加肿瘤细胞的肺转移数量，而TNF-α中和抗体则能够减少这种肺转移现象。而在斑马鱼模型中，TNF-α 的刺激能促使肿瘤相关巨噬细胞向促瘤的M2 表型转化。
5 靶向肿瘤相关脂肪细胞分泌因子的肿瘤治疗策略
发现新的肿瘤治疗靶标，始终是肿瘤学研究的重点。鉴于在肿瘤微环境中肿瘤相关脂肪细胞分泌的炎性因子和脂肪因子在肿瘤发展过程中发挥的重要作用，一些脂肪因子和炎性因子已经成为抗肿瘤药物研发的热门靶点。
TNF-α 在肿瘤发展中的重要性催生了一批肿瘤靶向药物。如，Lee 等合成的2H-NC 能够阻滞外源性TNF-α 对NF-κB 的激活过程，从而抑制MDA-MB-231细胞合成MMP-9，继而抑制肿瘤细胞的侵袭。还有研究发现，紫色杆菌素能够在人乳腺癌MCF-7 细胞中抑制趋化因子CXCL12/CXCR4轴，从而抑制TNF-α 对MMP-2 的激活。
靶向瘦素的拮抗剂能够通过抑制瘦素受体来抑制相关细胞信号通路，从而发挥抗肿瘤作用。ReneGonzalez等研究发现，聚乙二醇化瘦素肽受体拮抗剂2（PEG-LprA2）能够抑制乳腺癌细胞，尤其是抑制ER 阳性乳腺癌细胞的生长，其主要机制是抑制癌细胞的促增殖因子( 如cyclinD1) 和促血管生成因子。此外，针对JAK 的抗体、人表皮生长因子受体2（HER2）磷酸化抑制剂之类的药物均能有效阻滞或部分阻滞瘦素下游通路，从而抑制瘦素效应。
二甲双胍，一种原本用于治疗2 型糖尿病的药物，近年来被发现在体内能下调IL-6 及其受体的表达，从而产生抗炎作用。此外，二甲双胍还能抑制乳腺癌细胞中mTOR 通路，从而影响HER2 蛋白的表达，最终抑制乳腺癌细胞生长。
抗炎药物，如针对环氧化酶-2（COX-2）、IL-6 和TNF-α 等炎性物质的药物，也都具有抗肿瘤活性。体内外实验表明，阿司匹林在乳腺癌细胞中可发挥促进凋亡因子表达和抑制抗凋亡蛋白的作用。
有趣的是，脂质本身也能抑制肿瘤发展。大量的研究发现，ω3 不饱和脂肪酸如二十二碳六烯酸（DHA）等，主要是通过对抗炎症，促进肿瘤细胞凋亡，并抑制其增殖，发挥抗肿瘤作用。
6 讨论
肿瘤微环境中脂肪组织对肿瘤发生发展的重要性日渐为人们所认知。从最初认识到肥胖可增加癌症发生风险，到发现局部肿瘤微环境中肿瘤相关脂肪细胞对肿瘤的影响，这个研究领域已取得丰硕成果。研究者们已经认识到肿瘤相关脂肪组织与肿瘤细胞之间存在紧密、动态的相互作用，这种相互作用使得肿瘤相关脂肪细胞在肿瘤能量代谢的改变、炎性微环境的形成以及细胞增殖、抗凋亡和转移等方面发挥重要作用。但是，这种认识尚不完全。脂肪细胞与肿瘤细胞之间的信号交流，复杂多变，在不同类型的肿瘤中和不同的肿瘤发展阶段内均有所不同。相信，随着对肿瘤相关脂肪细胞及其分泌因子的深入研究，必将发现更多极具价值的抗肿瘤药物靶标，为临床上提供更多的肿瘤治疗策略，造福人类健康。
●感谢您阅读《药学进展》微信平台原创好文，也欢迎各位读者转载、引用。本文选自《药学进展》2017年第4期。
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