近日，威康桑格研究所的I?igoMartincorena和JoannaFowler團(tuán)隊(duì)時(shí)隔3年，又在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇讓世人震驚的研究。

他們從9名捐獻(xiàn)者的健康食管組織中獲得了出人意料的發(fā)現(xiàn)。在這9名志愿者健康的食管組織中，他們發(fā)現(xiàn)了大量的癌癥相關(guān)基因變異，而且這些細(xì)胞攜帶的基因突變的數(shù)量，明顯隨著年齡增長(zhǎng)而增多。

例如，20歲時(shí)平均每個(gè)細(xì)胞攜帶300個(gè)突變左右，到了七八十歲，則有超過2000個(gè)突變，而吸煙的人的突變數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)則高于同齡人（簡(jiǎn)直突變花了，見下圖）。這項(xiàng)研究發(fā)表在Science上[1]?？茖W(xué)家還做了個(gè)初步的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)人到中年之后，竟然有一半以上的食管細(xì)胞有癌癥相關(guān)突變。

左，38歲左右，不吸煙；中，45歲左右，重度吸煙；右，75歲左右，不吸煙

每個(gè)圓代表一個(gè)突變，圓的大小代表這個(gè)突變的頻率。

難怪癌癥會(huì)年輕化。

我們都知道癌癥是一種基因突變導(dǎo)致的慢性病，絕大多數(shù)癌癥的發(fā)生都需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間，積累出足夠多的基因突變。所以，老年人的癌癥發(fā)病率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于年輕人。

進(jìn)入現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)之后，由于環(huán)境、生活、飲食的變化，加速了細(xì)胞的突變積累速度，所以很多癌癥開始年輕化。

不過，對(duì)于正常的組織究竟如何積累基因變異，最終進(jìn)化成腫瘤組織，科學(xué)家還不是很清楚。

2015年，I?igoMartincorena等人就在眼瞼的皮膚中就做過類似的研究[2]，當(dāng)時(shí)他們發(fā)現(xiàn)每個(gè)細(xì)胞中，平均每百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)里，就有2~6個(gè)突變。大約有1/4的皮膚細(xì)胞攜帶了致癌突變，而每平方厘米的皮膚里，有數(shù)百個(gè)進(jìn)化中的克隆相互競(jìng)爭(zhēng)。

眼瞼的皮膚經(jīng)常暴露在陽(yáng)光下，經(jīng)常受到紫外線的照射，不能代表全身的突變水平。那么在沒有陽(yáng)光照射的地方，體細(xì)胞中會(huì)攜帶多少突變呢？研究人員把目光轉(zhuǎn)向了食道的上皮組織。

研究人員對(duì)來(lái)自9位捐獻(xiàn)者的844個(gè)正常食道小樣進(jìn)行了深度測(cè)序。這些捐獻(xiàn)者年齡從20歲到75歲不等，都沒有胃食管反流等食道慢性疾病病史，其中4人有吸煙史。每個(gè)樣品大約2平方毫米，這些樣品和樣品周圍的組織，在顯微鏡下都看不出異常。

在這總共大約17平方厘米的組織樣品中，研究人員總共發(fā)現(xiàn)了8919個(gè)突變。把位置相鄰的樣品中的相同突變合并后，還剩下6935突變被認(rèn)為是獨(dú)立發(fā)生的。

通過突變的等位基因頻率，研究人員估算了不同個(gè)體中，平均每個(gè)細(xì)胞攜帶的突變數(shù)量。在20歲的捐獻(xiàn)者的食道中，平均每個(gè)細(xì)胞攜帶了數(shù)百個(gè)突變，而老年捐獻(xiàn)者中，平均每個(gè)食道上皮細(xì)胞攜帶的突變數(shù)超過了2000個(gè)。而兩個(gè)重度吸煙者都有比同齡人更高的突變頻率。

不過相比皮膚，中年人的食道中，平均每個(gè)細(xì)胞攜帶的突變數(shù)量要少了10倍，不過其中跟腫瘤相關(guān)的突變卻比皮膚還要多?？偼蛔兩倭?，腫瘤相關(guān)的突變卻更多了，莫非這些腫瘤相關(guān)的突變給了食道上皮細(xì)胞有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，讓它們能長(zhǎng)成更大的克??？為了驗(yàn)證這一猜想，研究人員使用非同義突變和同義突變的比例評(píng)價(jià)了這些突變的選擇作用。

在食道組織中，研究人員發(fā)現(xiàn)了14個(gè)有明顯陽(yáng)性選擇作用的基因突變，其中有跟細(xì)胞分化、增殖、凋亡有關(guān)的Notch家族[3]，有影響DNA損傷修復(fù)的TP53[4]，有跟細(xì)胞氧化應(yīng)激有關(guān)的CUL3等[5]，還有跟表觀遺傳有關(guān)的KMT2D[6]。

而且這14個(gè)陽(yáng)性選擇基因中，有11個(gè)的被認(rèn)為和食管鱗癌的發(fā)生有關(guān)[7]。特別是Notch1，平均每平方厘米的食道上皮中，就有大約120個(gè)不同的Notch1突變。以往認(rèn)為正常的Notch1可以阻礙鱗癌的發(fā)生[8]，這次的研究中也發(fā)現(xiàn)Notch1的截止突變（會(huì)嚴(yán)重弱化或破壞蛋白功能）確實(shí)有利于細(xì)胞增殖搶占空間。

Notch1突變了細(xì)胞就開始瘋長(zhǎng)，那接下來(lái)就該癌變了吧。

事情沒那么簡(jiǎn)單。按理來(lái)說，如果一個(gè)基因的突變會(huì)致癌，那腫瘤組織里這個(gè)基因的突變就該比正常組織里多。像TP53，90%以上的食道鱗癌細(xì)胞都攜帶它的突變，而在9個(gè)捐獻(xiàn)者的正常食道上皮中，攜帶TP53突變的細(xì)胞平均只有10%，在年齡最大的捐獻(xiàn)者中也不過20~35%。

但到了Notch1這，意外卻發(fā)生了。雖然Notch1突變陽(yáng)性選擇作用很強(qiáng)，但食道鱗癌里的Notch1突變反倒比正常組織里少!

10%左右的食道鱗癌中存在Notch1突變，這個(gè)比例確實(shí)不低了，也因此被認(rèn)為是食道癌的一個(gè)驅(qū)動(dòng)基因。不過這次試驗(yàn)6個(gè)40歲以上（食道癌高發(fā)年齡）的捐獻(xiàn)者中，有5個(gè)的Notch1突變頻率在30~80%之間，比腫瘤里的還要多。

這個(gè)現(xiàn)象是研究人員沒有料到的，也與當(dāng)前的認(rèn)知相悖。這樣看來(lái)Notch1通路與食管癌之間的關(guān)系沒那么簡(jiǎn)單。這個(gè)發(fā)現(xiàn)也提醒我們，是不是在其他的癌種中也存在類似的現(xiàn)象。只能說，我們對(duì)癌癥的認(rèn)知還非常有限。

不同年齡的志愿者中，TP53和Notch1的突變頻率。

灰色范圍是食管鱗癌中的突變頻率。

不過食道中這么多的突變是哪來(lái)的呢？接下來(lái)，研究人員又分析了突變的模式，從中可以對(duì)導(dǎo)致突變的原因略窺一二。比如皮膚中就經(jīng)常有CC→TT的突變，就是紫外線輻射產(chǎn)生的[9]。

在這些正常的食道上皮中，最常見的突變類型是C→T的突變，而且主要發(fā)生在經(jīng)常被甲基化的CpG中的C上。這種突變是胞嘧啶的自發(fā)脫氨基造成的，是衰老的一個(gè)反映，還真是歲月不饒人。

在食道癌細(xì)胞中同樣有大量C→T的突變，但與正常組織中發(fā)生的位置不同，主要發(fā)生在TCA、TCT這樣的序列上，是胞嘧啶脫氨酶APOBEC造成的[10]。APOBEC本來(lái)是人體抵抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的，但在腫瘤中，APOBEC的表達(dá)異常增多，讓基因組DNA也發(fā)生了突變，這也是腫瘤異質(zhì)性的一個(gè)主要來(lái)源[11]。而在這9個(gè)捐獻(xiàn)者的正常食道上皮中，沒有發(fā)現(xiàn)APOBEC造成的突變，或許APOBEC要到臨近腫瘤發(fā)生時(shí)才起作用。

這些正常的食道上皮中還有不少C→A的突變，這種突變可以由吸煙引起，也可以由其它很多因素造成。不過雖然這9位捐獻(xiàn)者中有4位吸煙，在其中2位重度吸煙者中也觀察到了更高的突變頻率，但卻沒有發(fā)現(xiàn)明顯是由煙草產(chǎn)生的突變，可能是因?yàn)闊煵莸恼T變特征是在肺中統(tǒng)計(jì)得出的，跟食道的情況有一定差別。

無(wú)論是正常組織中比腫瘤還多的Notch1突變，還是吸煙者中符合煙草誘導(dǎo)特征的突變的缺失，都反映著我們對(duì)正常組織中，體細(xì)胞的突變和進(jìn)化知之甚少。而對(duì)正常組織中體細(xì)胞的突變和選擇的理解，也將有助于我們深入了解癌癥的起源和衰老的過程。

“作為癌癥研究人員，我們不能低估研究健康組織的重要性。”英國(guó)癌癥研究中心的首席科學(xué)家KarenVousden教授評(píng)論，“這項(xiàng)研究表明，一些與癌癥有關(guān)的基因變化在正常細(xì)胞中驚人地大量存在。要完全理解這些新發(fā)現(xiàn)的含義，我們還有很長(zhǎng)的路要走，但我們希望這樣的研究有一天能幫助我們開發(fā)有針對(duì)性的診斷測(cè)試。”