作者：Gerd P. Pfeifer
吸烟人群正常肺细胞中骤变的发作频率很高，且这些骤变与肺癌细胞相似。令人意外的是，戒烟人群肺部大部分健康细胞的DNA几乎是正常的。
依据世界卫生安排的数据，全世界约有11亿吸烟者，每年估量有180万人死于肺癌。吸烟引起的肺癌或许需求数十年的时刻才会呈现，吸烟人群罹患肺癌的危险是不吸烟人群的30倍[1]。
烟草中的致癌成分会形成DNA损害，经过已知机制引起骤变，终究导致肺癌。但关于吸烟开始会对健康肺细胞形成何种影响，人们仍知之甚少。
吉田等人[2]在《天然》杂志上宣布了一项研讨，对从16名个别体内获得的632个健康肺细胞进行了全基因组测序，并对其骤变状况做了剖析总结，归入个别包含儿童、成人、不吸烟者、现吸烟者以及戒烟者。研讨人员剖析了骤变的发作频率和性质、年纪与吸烟状况对骤变具有怎样的影响以及这些骤变与鳞状细胞肺癌的相关性。
关于吸烟开始会对健康肺细胞形成何种影响，人们仍知之甚少 | 图虫构思
研讨人员从肺安排中别离出细胞（图1），然后进一步别离出一种名为“基底细胞”的上皮细胞（这种细胞具有自我更新的才能）。他们将单个细胞培育成细胞集落，然后能够确认原始细胞的DNA序列。该研讨的限制之一是，虽然研讨人员获得了数百个单细胞的基因组序列，但每个吸烟状况组别中的个别数量相对较少。研讨作者陈述称，单核苷酸（点）骤变的数量跟着年纪的添加而添加——均匀每添加1岁，每个细胞中就会多出22个点骤变。
图1：正常人肺细胞中的基因骤变状况。吉田等人2 剖析了非吸烟者、现吸烟者和戒烟者健康肺安排中的DNA骤变状况。a，运用活检获得的肺安排，研讨人员确认了单个细胞的全基因组序列。b，不吸烟者的细胞基本上没有骤变。比较之下，现吸烟者肺细胞大部分都带着很多的骤变（灰色；色彩越深标明骤变越多），且这些骤变都具有典型特征。与不吸烟者比较，吸烟者中同一个别不同细胞间的骤变差异更大。令人惊奇的是，研讨人员发现6名戒烟者中有5名肺安排中较多细胞（20-50％）仅带着很少数的骤变，且几乎没有与吸烟相关的骤变特征。这些细胞怎么发作仍是一个谜——吉田等人估测它们是来自于一个迄今不知道的干细胞集体。
可是，即便是现已戒烟的人，比较非吸烟者，其单个细胞均匀也添加了2330个骤变，现吸烟者中这个数字是5300，这证明吸烟的确会导致骤变的发作。此外，吸烟者的基因组还发作了广泛的其他类型的骤变，例如刺进或缺失骤变。吸烟者中同一个个别不同细胞中的骤变数或许相差十倍，非吸烟者中这种细胞间差异则小得多。细胞露出于致癌物质时所在的细胞周期阶段，或许会影响DNA仿制前DNA损害的修正状况，这或许能解说吸烟患者细胞间骤变数量差异为何如此显着。
吉田及其搭档运用从前开发的算法，对单个细胞中发作的骤变进行了剖析，首要重视或许发作的一切类型的序列改动（例如，DNA碱基中的腺嘌呤骤变为胞嘧啶、鸟嘌呤或胸腺嘧啶），一起还对骤变碱基对前后相邻的碱基进行了记载。这种剖析办法能够发现骤变的特定形式，即骤变特征，咱们常常用其对肿瘤细胞基因组进行表征[3]。
作者陈述称某些骤变特征的数量跟着年纪的添加而添加，好像不受吸烟的影响。比方5-甲基胞嘧啶（一种润饰后胞嘧啶）中的氨基丢掉然后变为胸腺嘧啶，这是一个天然进程。在一切标本中，最常见的骤变特征富含胞嘧啶-胸腺嘧啶和胸腺嘧啶-胞嘧啶。该特征的数量跟着年纪的添加而添加，且在有吸烟史的人中更常见。这些骤变背面的发作机制，咱们仍不得而知。最常见的与吸烟有关的骤变特征包含鸟嘌呤-胸腺嘧啶骤变，大部分吸烟相关肺癌中也富含此类骤变特征[4-7]。
这些骤变背面的发作机制，咱们依然不得而知 | 图虫构思
在一切肿瘤中，肺癌能够说是骤变频率最高的肿瘤之一了[8]。可是，现在咱们公认只需存在少数促肿瘤（驱动）骤变，单个细胞就能够发作恶性增殖。考虑到吸烟者健康上皮细胞中骤变负荷很高，且存在特定与吸烟相关的骤变特征，吉田及其搭档进一步探求了这些骤变是否影响了与肿瘤成长相关的要害基因。
他们的确发现细胞在要害基因中发作了骤变，例如TP53和NOTCH1基因，这些是鳞状细胞癌的驱动骤变。与非吸烟者比较，这些驱动骤变在吸烟者的肺细胞中更为常见。部分细胞乃至带着多达三个驱动骤变。可是，咱们不知道人类肺癌发作终究需求几个骤变（以及详细骤变的组合）。他们在同一个别的多个细胞中发现了特异的TP53骤变，标明这些骤变发作得较早，或许带着该骤变的细胞发作增殖，又或两者皆有——就像阳光照射下健康人的皮肤细胞相同[9]。
与不吸烟者比较，戒烟者罹患肺癌的危险更高，因为其细胞骤变负荷较大且大多数肺细胞中存在吸烟相关的骤变的特征（相似现吸烟者的骤变特征）。虽然戒烟者罹患肺癌的危险很高，但其危险仍低于现吸烟者，详细的危险下降程度取决于戒烟时刻的长短[1]。这种现象的原因很难解说。可是，或许吉田团队最令人意外的成果能为咱们供给一点头绪：6个戒烟者中有5个肺安排中有20％至50％的细胞骤变负荷较低，这些细胞与同年纪的非吸烟者的健康肺细胞相似（图1）。
在戒烟者肺安排中，这些挨近正常的细胞的吸烟相关骤变数量较少。并且，与戒烟者的高度骤变的细胞比较，这些挨近正常的细胞的端粒更长；端粒坐落染色体的结尾，其长度跟着每次细胞割裂缩短。因而，端粒长标明这些细胞没有阅历许屡次细胞割裂。研讨人员估测这些细胞或许是由原先处于休眠（停止）状况的干细胞割裂发作的。这种干细胞是新近提出的，究竟是不是真的存在于人肺中尚不清楚。
端粒坐落染色体结尾，长度随每次细胞割裂缩短 | 图虫构思
DNA损害可在DNA仿制进程中发作骤变。因而，如果在人类肺部中存在很多未割裂的干细胞，即便露出于致癌物质，如果在不割裂的状况下修正DNA损害，那么此类细胞或许能够尽或许的避免引起骤变。可是，因为对这些假定存在的长寿数干细胞以及人肺中不同细胞类型的寿数缺少了解，咱们很难解说戒烟者体内几乎没有骤变的细胞究竟发作了什么。
为何戒烟者依然有适当一部分高度骤变细胞能高度增殖，至少在体外培育中如此？戒烟后的许多年里，任安在增殖进程中露出于致癌物质的短寿数细胞都应该消失了。所以问题来了，肺中是不是真的存在长寿数已分解细胞，它们自身带着很多骤变担负；以及考虑到肺细胞的可塑性（改动细胞性质），这些细胞是否能够康复增殖[10]。未来的应战将是了解这些现象背面的细胞生物学机制。或许有一天，咱们将开宣布添加戒烟者体内近正常肺细胞数量的办法。
吉田及其搭档的研讨让咱们进一步了解了烟草对人肺正常上皮细胞的影响。它提醒了戒烟怎么在分子层面维护肺安排，并提出了许多值得进一步研讨的风趣问题。
*原文以Smoke signals in the DNA of normal lung cells为标题宣布在2020年1月29日的《天然》新闻与观念上。
参考文献：
[1] Lee, P. N., Forey, B. A. & Coombs, K. J.BMC Cancer12, 385 (2012).
[2] Yoshida, K.et al.Nature578, 266–272 (2020).
[3] Alexandrov, L. B.et al.Nature500, 415–421 (2013).
[4] Alexandrov, L. B.et al.Science354, 618–622 (2016).
[5] Pfeifer, G. P.et al.Oncogene21, 7435–7451 (2002).
[6] Denissenko, M. F., Pao, A., Tang, M. & Pfeifer, G. P.Science274, 430–432 (1996).
[7] Kucab, J. E.et al.Cell177, 821–836 (2019).
[8] Kandoth, C.et al.Nature502, 333–339 (2013).
[9] Martincorena, I.et al.Science348, 880–886 (2015).
[10] Tata, P. R. & Rajagopal, J.Development144, 755–766 (2017).
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