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为探究癌症进展和异质性，研究人员开展了以原发性人支气管上皮细胞（hBECs）构建肺鳞状细胞癌（LUSC）体外模型的研究。结果表明 SOX2 等通路协同驱动 LUSC 进展，该模型有助于解析基因型 - 表型因果关系，为 LUSC 研究提供新视角。
肺癌严重威胁人类健康，其中非小细胞肺癌（NSCLC）占比 85%，肺鳞状细胞癌（LUSC）又是 NSCLC 的重要亚型。LUSC 患者多为吸烟者，生存状况较差，且现有靶向治疗效果不佳。其具有复杂的异质性，基因层面特征虽有发现，但致癌通路失调情况仍不明确。目前在研究 LUSC 时，体内建模存在诸多困难，如耗时久、成本高；现有体外模型也各有不足，所以迫切需要更有效的模型来深入研究 LUSC 的发病机制、探索潜在治疗靶点。
英国癌症研究 UK 曼彻斯特研究所的研究人员开展了相关研究，他们利用来自三个健康供体的原发性人支气管上皮细胞（hBECs）构建了 LUSC 的体外模型。研究发现 SOX2 过表达启动早期 LUSC 的癌前阶段，且与氧化应激反应（OSR）和 PI3K/Akt 通路协同驱动更具侵袭性的表型。此外，还确定了这些通路失调与基因表达变化的关系，该模型为解析 LUSC 的基因型 - 表型因果关系提供了有力工具，有助于推动 LUSC 的基础研究和临床治疗发展，论文发表在《Nature Communications》。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过 CRISPR - Cas9 基因编辑技术对 hBECs 进行基因改造，构建不同基因突变组合的细胞模型；其次，运用 RNA 测序（RNA - seq）技术分析不同突变细胞的基因表达变化；另外，利用患者样本队列，进行组织学和免疫组化分析，以验证模型的可靠性。
研究结果如下：
- hBEC 基因工程策略建模 LUSC：设计组合策略，对 TP53、CDKN2A、KEAP1、PTEN 和 SOX2 等基因进行编辑。通过电穿孔、筛选和慢病毒转导等操作，成功获得具有多种基因修饰的 hBECs 突变体，且 CRISPR 编辑效率高，能有效激活或抑制相关通路。
- SOX2 与其他通路的协同作用：研究发现，在 2D 培养中，SOX2 抑制细胞增殖，但在与 OSR 和 PI3K/Akt 通路协同作用下，能增强细胞的锚定非依赖性生长和侵袭性。例如，TC + PKS 突变体在软琼脂实验中形成的集落最多，侵袭实验中也表现出最强的侵袭能力。
- 通路失调对支气管上皮稳态的影响：利用器官型气液界面（ALI）培养研究发现，不同突变体在支气管上皮结构和细胞分化方面表现出不同特征。如 SOX2 过表达突变体促进鳞状分化，TC + PKS 突变体出现角质化和组织学紊乱，且 p63 阳性细胞扩张最明显，反映了疾病的高级阶段。
- 综合基因表达分析：通过 RNA - seq 和相关分析方法，发现 SOX2 相关的基因表达变化涉及上皮发育、角质形成细胞生物学等过程，同时影响免疫相关基因表达；KEAP1 失活导致氧化还原代谢、氨基酸转运等基因集富集，同时抑制免疫相关基因集；PI3K/Akt 激活的转录反应相对有限。此外，还确定了这些通路激活的可能进化序列为 SD - OSR - PI3K/Akt。
- 药物反应研究：用顺铂处理野生型和 TC + PKS 的 ALI 培养物，发现乳酸脱氢酶（LDH）活性和 caspase 3/7 活性可作为评估细胞毒性的良好指标，而基于刃天青的细胞活力检测方法在该模型中不太适用。
研究结论和讨论部分指出，该研究构建的基因工程 hBECs 模型是研究 LUSC 的有效系统，其模拟了经典 LUSC 亚型的关键特征。研究揭示了 SD、PI3K/Akt 和 OSR 通路在 LUSC 恶性转化中的协同作用，为理解 LUSC 发病机制提供了新见解。同时，研究结果也为 LUSC 的治疗提供了潜在方向，如针对具有 3q 扩增和 OSR 靶向改变的肿瘤，可探索靶向 Nrf - 2 通路的治疗策略。此外，该模型还可用于研究 LUSC 的风险因素、开发新的生物标志物等，具有重要的基础研究和临床应用价值 。
