肺腺癌 ( LuAD ） ，是近年來每年死亡數(shù)最多的癌癥之一。據(jù)統(tǒng)計，在美國，每天都有超過 350 人死于肺癌[1]。大量研究表明，肺癌的發(fā)生與吸煙、環(huán)境污染、電離輻射相關(guān)，但具體的病因仍不明確。
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肺泡是由單層上皮細胞構(gòu)成的半球狀囊泡。肺泡上皮由兩種高度特化的細胞組成，分別是?肺泡 1 型( alveolar type, AT1 ) 細胞和肺泡 2 型 ( AT2 ) 細胞?[2]。其中，AT1 為肺泡表面主要的細胞類型，負責(zé)氣體交換的功能，細胞形態(tài)呈?鱗狀，薄而扁平。AT2 是一種“雙功能”干細胞，形態(tài)呈?較小的立方形，負責(zé)產(chǎn)生肺表面活性物質(zhì)，并且可以作為兼性祖細胞，在成人肺損傷后自我更新和再生 AT1 細胞。
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肺腺癌常出現(xiàn)在肺的遠端氣體交換區(qū)域 ，其特征是?具有 AT2 細胞學(xué)特征與分子特征的腫瘤細胞。已有多項研究指出，AT2 細胞是 LuAd 的關(guān)鍵起源細胞，AT2 的干細胞活性由表皮生長因子受體配體 ( EGFR ) 和體內(nèi)致癌性 KRAS(G12D) 選擇性誘導(dǎo)，在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo) KRAS(G12D) 后會產(chǎn)生腺瘤腫瘤結(jié)節(jié)[3]。
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但在人類 LuAd 譜中還有一種非常良性的亞型，被稱為?鱗狀腺癌 ( human lepidic LuAd )?，以腫瘤細胞沿著完整的肺泡間隔非破壞性擴散為特征，其腫瘤細胞在細胞和分子學(xué)上類似于 AT2 細胞，但目前并沒有任何 LuAd 小鼠模型能夠重現(xiàn)以鱗狀方式緩慢擴張的肺泡腫瘤，這種良性表型細胞的起源和分子機制仍不明確。
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2023?年 7 月 19 日，來自斯坦福大學(xué)的研究團隊在?Nature?發(fā)文?KRAS(G12D) drives lepidic adenocarcinoma through stem-cell reprogramming?，揭示了 KRAS(G12D) 通過將分化的 AT1 細胞重新編程回 AT2 干細胞，從而生成惰性腫瘤的過程。
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鑒于鱗狀腺癌與其他 LuAd 亞型重疊的突變譜以及其獨特的生物學(xué)特性，作者認為鱗狀腺癌的起源應(yīng)該并非 AT2 細胞。而 AT1 細胞作為唯一的另一種肺泡上皮細胞類型，引起了作者的注意。但通常而言， AT1 ?細胞被認為是終末分化的，并且在整個生命過程中由 AT2 干細胞再生而來。因此，可能存在一種促進 AT1 ?細胞去分化重編程的機制，比如 LuAd 中常見的致癌基因突變 —— KRAS (G12D)。
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研究通過基因改造，靶向誘導(dǎo)小鼠 AT1 細胞中 KRAS(G12D) 的表達。6 個月后觀察到不同程度的?介于鱗狀和立方體形態(tài)之間?的細胞。單細胞 RNA 測序 ( scRNA-seq ) 結(jié)果也顯示，?相當一部分 AT1 細胞在 KRAS(G12D) 的誘導(dǎo)下會逐漸喪失 AT1 細胞的分子表型，被重編程為 AT2 細胞 ( iAT2 )?。并且重編程的 iAT2 細胞在轉(zhuǎn)錄組學(xué)上與正常的 AT2 細胞非常相似，大部分還具有增殖所必須的 WNT 活性。但同時也存在一些并不會被 KRAS(G12D) 誘導(dǎo)影響的 AT1 細胞。
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▲?KRAS(G12D) 將 AT1 細胞異步重編程為 AT2 干細胞
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相較具有干細胞活性的 AT2 而言，?AT1 細胞中 KRAS(G12D) 的表達具有較弱的致癌性，6 個月的誘導(dǎo)表達也僅產(chǎn)生貼壁的腺瘤或是結(jié)節(jié)，這可能也解釋了為何 AT1 細胞來源的這種鱗狀腺癌為何具有更良性的表型。
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在 AT1 和 AT2 兩種來源的腫瘤細胞中，下游絲裂原激活蛋白激酶 (MAPK) 通路的 JNK 通路無顯著差異，均具有較高的活性，但 AT1 驅(qū)動的癌細胞中 ERK 通路的磷酸化程度顯著更低。提示了我們?JNK 通路在 KRAS 激活 AT1 細胞中的重要作用。
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進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，在 KRAS(G12D) 和 WT KRAS 小鼠 AT1 表型 (NKX2-1+?LAMP3-?) 細胞中， pJUN 染色也沒有差異。這說明了?KRAS(G12D) 下游 MAPK 激活的失敗可能是部分 AT1 細胞未能重編程為 AT2 細胞的原因所在。
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▲?AT1?和 AT2 衍生的腺瘤在組織學(xué)、分子和行為上是不同的
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與此同時，AT1 和 AT2 兩種來源的腫瘤細胞對于?WNT 激活?也顯示出截然不同的反應(yīng)。在 AT1 細胞中 WNT 的激活對 ERK 活性并無影響，并且會降低 JNK 活性，使得與腺瘤生長相關(guān)的 MAPK 總活性較低，起到?抗腫瘤生長的作用。在 AT2 細胞中 WNT 的激活會顯著增加 ERK 活性，降低 JNK 活性，驅(qū)動腺瘤的增殖生長。
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這表明，?ERK 通路的激活可能是 AT1 腺瘤進展的關(guān)鍵驅(qū)動因素。在給予 KRAS(G12D) 誘導(dǎo) AT1 細胞1 周的小鼠含有?PLX4720?（ERK 信號傳導(dǎo)激動劑）、PD0325901?（MEK1/2 抑制劑（ERK 直接上游））或不含添加劑的飼料 11 周后，染色結(jié)果證實腺瘤數(shù)量和大小與 ERK 活性水平密切相關(guān)。ERK 通路激活不僅促進了 AT1 細胞的腺瘤轉(zhuǎn)化，還驅(qū)動了腫瘤的生長和組織學(xué)進展。
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▲?ERK 驅(qū)動 AT1 衍生的腺瘤生長以及分子和組織學(xué)進展
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最后，作者也在人類鱗狀細胞癌 ( LuAds ) 細胞中觀察到了與小鼠 AT1 來源腺瘤相同的組織學(xué)和分子特征。而人類非鱗狀細胞具有與小鼠 AT2 細胞相似的基因表達特征。進一步的標記物檢測也支持了人類鱗狀細胞來源于 AT1 細胞的觀點。
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總結(jié)
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綜上，本研究鑒定出了一種新的肺腺癌起源細胞，AT1 細胞。在小鼠肺中， AT1 細胞會被 KRAS(G12D) 驅(qū)動重編程為 AT2 細胞，并且激活 MAPK 信號通路，生成惰性腫瘤。提示我們針對 KRAS(G12D) 靶點以及 MAPK 信號通路的藥物開發(fā)可能是肺腺癌治療非常有前景的新方向。
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MAPK?是信號從細胞表面?zhèn)鲗?dǎo)到細胞核內(nèi)部的重要傳遞者。絲裂原活化蛋白激酶 （MAPK） 是一組能被不同的細胞外刺激活化的蛋白激酶，如?細胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細胞應(yīng)激及細胞黏附?等。MAPK 鏈是真核生物信號傳遞網(wǎng)絡(luò)中的重要途徑之一，在基因表達調(diào)控和細胞質(zhì)功能活動中發(fā)揮關(guān)鍵作用。共同調(diào)節(jié)著?細胞的生長、分化、對環(huán)境的應(yīng)激適應(yīng)、炎癥反應(yīng)?等多種重要的細胞生理和病理過程。
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