研究人员在小鼠和人类中进行的一项新研究发现了第二大常见肺癌的“起源细胞”及其在肺部占据主导地位的方式。该研究由伦敦大学学院、维康桑格研究所和剑桥大学的研究人员共同完成。
发表在《科学》杂志上的这项研究发现，气管（风管）中的一群基底细胞能够超越其他细胞类型并成为主导，最终侵入并占领大片肺组织。
这些表达Krt5基因的细胞最终会发展成肺鳞状细胞癌（LUSC）。Krt5基因有助于构建细胞结构。研究团队表示，这一发现为未来的早期检测甚至预防肺癌带来了希望。
肺癌仍然是全球癌症相关死亡的主要原因，通常在晚期且无法治愈的情况下被诊断出来。LUSC是第二常见的肺癌亚型，当细胞因暴露于毒素（通常是吸烟）而积累持续损伤时，就会发展成这种癌症。
因此，这些细胞变得越来越无序，并最终在气道内壁形成受损组织区域（癌前病变）。然而，在从正常状态转变为癌前状态过程中发生的生物学变化尚不清楚。
在这项研究中，我们旨在了解肺鳞状细胞癌发生前的变化以及这种癌症起源于哪种细胞。我们发现，表达Krt5基因的一组细胞变得占主导地位，并开始挤出正常细胞。这种扩展变得非常显著，最终只有几个起源于气管的细胞后代侵入并征服正常细胞，在某些情况下甚至占据了整个肺叶。正是这些细胞最终形成了肿瘤。
通过了解这些变化开始的“起源细胞”及其发展方式，我们的目标是设计策略以防止肺癌的发生，或至少在更早阶段检测到它。
为了研究LUSC的起源，研究小组标记了气管中表达Krt5基因的基底细胞，以便追踪这些细胞后代随时间的变化。一组小鼠随后暴露于致癌物质，以观察这如何影响气道中细胞的正常行为。
在暴露于致癌物质的这组小鼠中，一些基底细胞逐渐增殖并扩散到肺部，而在对照组中，基底细胞及其后代仍然停留在气管中的原始位置。
在正常情况下，气道内衬由基底干细胞和帮助保护肺部的腔内细胞组成。当基底细胞分裂时，它们会产生新的基底细胞或腔内细胞。腔内细胞在气道中执行关键功能，分泌细胞产生保护性物质，纤毛细胞则帮助移动吸入的颗粒物。
不同细胞群体和类型之间存在自然平衡，但当这些细胞群体暴露于烟草烟雾等致癌物质时，这种平衡会被打破。我们的实验表明，仅由少数受损基底细胞在气管中产生的细胞群体逐渐占据主导地位，接管了大片肺组织。
对小鼠（比较健康对照细胞与暴露于致癌物质的细胞）和人类（比较非吸烟者与现吸烟者的细胞）的气管细胞进行额外的单细胞RNA测序显示，随着这些受损基底细胞在气道中的定植，表达不同基因Krt13的一组过渡细胞也变得更加丰富，而一些腔内细胞类型变得稀少。
研究人员还对吸烟人群的气管和肺样本进行了DNA测序。与小鼠实验一样，结果显示，来自单独癌前病变的细胞，有时在同一人的双肺中，都是从同一受损基底细胞衍生出来的。
研究人员希望利用这些知识开发测试来检测肺癌最早期的步骤，即当细胞看起来正常时，希望能促进更早的干预。了解这些细胞如何在肺部变得如此占主导地位，也可能使开发新的药物来阻止这种情况发生，从而在未来预防这些癌症。
英国癌症研究中心早期检测和诊断项目负责人塔莉莎·夸洛博士说：“肺癌是英国最常见的癌症死亡原因，占所有癌症死亡人数的五分之一。这种疾病通常在晚期才被发现，因此找到更早检测肺癌的方法非常重要。”
“这项研究揭示了肺鳞状细胞癌（一种常见形式的肺癌）发展的早期细胞步骤，并确定了这种癌症起源于哪种细胞。未来需要更多的研究，但这些信息可以帮助科学家开发新的方法来更早地检测这种疾病，甚至防止其发生。”
剑桥大学的研究作者彼得·坎贝尔教授说：“了解肺癌为什么会在特定部位发展，可以帮助研究人员和临床医生找到新的方法来预测或早期检测肿瘤，从而提供最佳的治疗结果。”
“对我来说，我们研究中最有趣的一个方面是发现鳞状细胞肺癌是从一个前体细胞发展而来的，一旦这个细胞在肺部找到了特定的环境，有足够的空间生长和遗传变化。我们发现，当这些特定环境出现时，它们会大大增加患肺癌的风险。未来，有可能在高风险人群中寻找这些区域，并制定治疗计划以尽可能早地预防或治疗肺癌。”
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