近日，威康桑格研究所的I?igoMartincorena和JoannaFowler團隊時隔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，明顯隨著年齡增長而增多。

例如，20歲時平均每個細(xì)胞攜帶300個突變左右，到了七八十歲，則有超過2000個突變，而吸煙的人的突變數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)則高于同齡人（簡直突變花了，見下圖）。這項研究發(fā)表在Science上[1]。科學(xué)家還做了個初步的統(tǒng)計，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

每個圓代表一個突變，圓的大小代表這個突變的頻率。

難怪癌癥會年輕化。

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)生都需要足夠長的時間，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)時他們發(fā)現(xiàn)每個細(xì)胞中，平均每百萬個堿基對里，就有2~6個突變。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)百個進(jìn)化中的克隆相互競爭。

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

研究人員對來自9位捐獻(xiàn)者的844個正常食道小樣進(jìn)行了深度測序。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體中，平均每個細(xì)胞攜帶的突變數(shù)量。在20歲的捐獻(xiàn)者的食道中，平均每個細(xì)胞攜帶了數(shù)百個突變，而老年捐獻(xiàn)者中，平均每個食道上皮細(xì)胞攜帶的突變數(shù)超過了2000個。而兩個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。總突變少了，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)胞有更強的競爭能力，讓它們能長成更大的克??？為了驗證這一猜想，研究人員使用非同義突變和同義突變的比例評價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個有明顯陽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個陽性選擇基因中，有11個的被認(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（會嚴(yán)重弱化或破壞蛋白功能）確實有利于細(xì)胞增殖搶占空間。

Notch1突變了細(xì)胞就開始瘋長，那接下來就該癌變了吧。

事情沒那么簡單。按理來說，如果一個基因的突變會致癌，那腫瘤組織里這個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突變陽性選擇作用很強，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，這個比例確實不低了，也因此被認(rèn)為是食道癌的一個驅(qū)動基因。不過這次試驗6個40歲以上（食道癌高發(fā)年齡）的捐獻(xiàn)者中，有5個的Notch1突變頻率在30~80%之間，比腫瘤里的還要多。

這個現(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Notch1通路與食管癌之間的關(guān)系沒那么簡單。這個發(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的呢？接下來，研究人員又分析了突變的模式，從中可以對導(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)性的一個主要來源[11]。而在這9個捐獻(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，可能是因為煙草的誘變特征是在肺中統(tǒng)計得出的，跟食道的情況有一定差別。

無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，都反映著我們對正常組織中，體細(xì)胞的突變和進(jìn)化知之甚少。而對正常組織中體細(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。”英國癌癥研究中心的首席科學(xué)家KarenVousden教授評論，“這項研究表明，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)有針對性的診斷測試。”