В ходе нового исследования, проведенного на мышах и людях учеными из Калифорнийского университета в Лондоне, Института Уэллкама-Сэнгера и Кембриджского университета, были обнаружены «клетки происхождения» второго по распространенности вида рака легких и механизм, посредством которого он становится доминирующим в легких.

Исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что популяция базальных клеток, обнаруженная в трахее (дыхательном горле), вытесняет другие типы клеток и становится доминирующей, в конечном итоге проникая и занимая большие области легких.

Именно из этих клеток, которые экспрессируют ген Krt5, помогающий строить структуру клеток, в конечном итоге развивается плоскоклеточный рак легких (LUSC). Исследовательская группа утверждает, что результаты повышают перспективы более раннего обнаружения и, возможно, даже профилактики рака легких в будущем.

Рак легких остается основной причиной смерти от рака во всем мире, часто проявляясь на поздней, неизлечимой стадии. LUSC является вторым по распространенности подтипом рака легких и развивается, когда клетки накапливают непрерывные повреждения из-за воздействия токсинов, обычно из-за курения.

В результате клетки становятся все более дезорганизованными и в конечном итоге образуют области поврежденной ткани (предраковые поражения) в слизистой оболочке дыхательных путей. Но биологические изменения, которые происходят в клетках при переходе из нормального в предраковое состояние, неизвестны.

В этом исследовании мы намеревались понять изменения, которые происходят до развития плоскоклеточного рака легких, и из какого типа клеток возникает этот рак.

Мы обнаружили, что подмножество клеток, экспрессирующих ген Krt5, становится доминирующим и начинает вытеснять нормальные клетки. Это расширение становится драматичным, и в конечном итоге потомки всего нескольких клеток, которые возникли в трахее, вторгаются и покоряют нормальные клетки, в некоторых случаях заселяя целые доли легкого. Именно эти клетки в конечном итоге образуют опухоли.

«Понимая «клетки происхождения», в которых начинаются эти изменения, и как они развиваются, мы стремимся разработать стратегии, которые позволят предотвратить возникновение рака легких или, по крайней мере, обнаружить его гораздо раньше», — сказал соавтор исследования профессор Сэм Джейнс.

Чтобы исследовать происхождение LUSC, команда пометила базальные клетки, экспрессирующие Krt5, в трахее двух групп мышей, чтобы можно было отслеживать потомков этих клеток с течением времени.

Затем одну группу мышей подвергли воздействию канцерогена (вещества, вызывающего рак), чтобы проследить, как это повлияет на нормальное поведение клеток в дыхательных путях.

В этой группе некоторые из этих базальных клеток постепенно размножались, прежде чем распространиться в легкие, тогда как в контрольной группе базальные клетки и их потомки оставались на своем первоначальном месте в трахее.

«В нормальных условиях выстилка дыхательных путей состоит из базальных стволовых клеток, а также люминальных клеток, помогающих защищать легкие. Когда базальные клетки делятся, они дают начало новым базальным клеткам или люминальным клеткам. Люминальные клетки выполняют ключевые функции в дыхательных путях, при этом секреторные клетки вырабатывают защитные вещества, а реснитчатые клетки помогают перемещать вдыхаемые частицы», — объясняет соавтор исследования Сандра Гомес-Лопес. «Существует естественный баланс между различными популяциями и типами клеток, но когда эти популяции клеток подвергаются воздействию канцерогенов, таких как те, что содержатся в табачном дыме, этот баланс нарушается. Наши эксперименты показали, что популяции клеток, происходящие всего из нескольких поврежденных базальных клеток в трахее, постепенно становятся доминирующими, захватывая большие области легких».

Дополнительное секвенирование РНК отдельных клеток трахеи мышей (сравнение здоровых контрольных клеток с клетками, подвергшимися воздействию канцерогена) и людей (сравнение клеток некурящих и курящих людей) показало, что по мере того, как эти поврежденные базальные клетки колонизируют дыхательные пути, популяция переходных клеток, экспрессирующих другой ген, Krt13 , также становится более многочисленной, в то время как некоторые типы люминальных клеток становятся редкими.

Исследователи также провели секвенирование ДНК образцов трахеи и легких людей, которые курили. Как и в эксперименте с мышами, результаты показали, что клетки из отдельных предраковых поражений, иногда в обоих легких одного и того же человека, снова произошли от одной и той же поврежденной базальной клетки.

Исследователи намерены использовать эти знания для разработки тестов для обнаружения самых ранних шагов к раку легких, которые происходят, когда клетки кажутся нормальными, в надежде на облегчение более ранних вмешательств. Понимание того, как эти клетки становятся настолько доминирующими в легких, может также позволить разработать новые препараты, чтобы остановить это, повышая перспективы предотвращения этих видов рака в будущем.

«Рак легких является наиболее распространенной причиной смерти от рака в Великобритании, составляя одну пятую всех случаев смерти от рака. Болезнь часто диагностируется поздно, поэтому важно найти способы выявления рака легких на ранних стадиях, когда есть наилучшие шансы на его успешное лечение», — отмечает соавтор исследования Талисия Куалло. «Это исследование раскрывает ранние клеточные этапы, предшествующие развитию плоскоклеточного рака легких, распространенной формы рака легких, и определяет тип клеток, из которых развивается этот рак. Необходимы дополнительные исследования, но в будущем эта информация может помочь ученым разработать новые способы раннего выявления заболевания или даже предотвращения его возникновения».

«Понимание того, почему рак легких развивается именно там, где он развивается, может помочь исследователям и врачам найти новые способы прогнозирования или раннего выявления опухолей, помогая добиться наилучших возможных результатов», — резюмировал соавтор исследования профессор Питер Кэмпбелл. «Для меня одним из самых интересных аспектов нашего исследования стало открытие того, что плоскоклеточный рак легких развивается из клетки-предшественника, как только она находит определенную среду в легком, где есть место для роста и генетических изменений. Мы обнаружили, что когда возникают эти особые среды, они резко увеличивают риск рака легких. В будущем можно будет искать эти участки у тех, кто подвержен риску рака, и разрабатывать планы лечения для профилактики или лечения рака легких как можно раньше».