戒烟后，肺细胞受到的伤害会逆转吗？

戒烟人群肺部大部分健康细胞，的dna几乎是正常的。...

作者：Gerd P. Pfeifer

吸烟人群正常肺细胞中突变的发生频率很高，且这些突变与，肺癌细胞类似。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。

根据世界卫生组织的数据，全世界约有11亿吸烟者，每年估计有180万人死于，肺癌。吸烟引起的肺癌可能需要数十年的，时间才会出现，吸烟人群罹患肺癌的风险是不，吸烟人群的30倍[1]。

烟草中的致癌成分会，造成dna损伤，通过已知机制引起突变，最终导致肺癌。但关于吸烟最初会对健康肺，细胞造成何种影响，人们仍知之甚少。

吉田等人[2]在《自然》杂志上发表了一项研究，对从16名个体体内获得的632个，健康肺细胞进行了全基因组测序，并对其突变情况，进行了分析总结，纳入个体包括儿童、成人、不吸烟者、现吸烟者以及戒烟者。研究人员分析了突变的发生频率和性质、年龄与吸烟状况对突变具有怎样，的影响以及这些突变与鳞状细胞肺癌的相关性。

研究人员从肺组织中分离出细胞（图1），然后进一步分离出一种，名为“基底细胞”的上皮细胞（这种细胞具有自我，更新的能力）。他们将单个细胞培育成，细胞集落，从而能够确定原始细胞的，dna序列。该研究的局限之一是，尽管研究人员获得了，数百个单细胞的基因组序列，但每个吸烟状态组别中的个体，数量相对较少。研究作者报告称，单核苷酸（点）突变的数量随着年龄的，增长而增加——平均每增加1岁，每个细胞中就会多，出22个点突变。

但是，即便是已经戒烟的人，相比非吸烟者，其单个细胞平均也增加，了2330个突变，现吸烟者中这个数字，是5300，这证明吸烟确实会导致突变的发生。此外，吸烟者的基因组还发生了广泛的，其他类型的突变，例如插入或缺失突变。吸烟者中同一个个体不同，细胞中的突变数可能相差十倍，非吸烟者中这种细胞，间差异则小得多。细胞暴露于致癌物质时，所处的细胞周期阶段，可能会影响dna复制，前dna损伤的修复情况，这或许能解释吸烟患者，细胞间突变数量差异为何如此明显。

吉田及其同事使用，先前开发的算法，对单个细胞中发生，的突变进行了分析，主要关注可能发生的所有类型，的序列改变（例如，dna碱基中的腺嘌呤，突变为胞嘧啶、鸟嘌呤或胸腺嘧啶），同时还对突变碱基对前后，相邻的碱基进行了记录。这种分析方式可以发现突变，的特定模式，即突变特征，我们常常用(常常用)其对肿瘤，细胞基因组进行表征[3]。

作者报告称某些突变特征的数量随着年龄，的增长而增加，似乎不受吸烟的影响。比如5-甲基胞嘧啶（一种修饰后胞嘧啶）中的氨基丢失从而变为，胸腺嘧啶，这是一个自然过程。在所有标本中，最常见的突变特征，富含胞嘧啶-胸腺嘧啶和胸腺嘧啶-胞嘧啶。该特征的数量随着年龄的，增长而增加，且在有吸烟史的人中，更常见。这些突变背后的发生机制，我们仍不得而知。最常见的与吸烟有关的突变，特征包括鸟嘌呤-胸腺嘧啶突变，大部分吸烟相关肺癌中，也富含此类突变特征[4-7]。

在所有肿瘤中，肺癌可以说是突变频率最高的肿瘤，之一了[8]。然而，目前大家公认只需，存在少量促肿瘤（驱动）突变，单个细胞就可以发生，恶性增殖。考虑到吸烟者健康上皮细胞中，突变负荷很高，且存在特定与吸烟相关，的突变特征，吉田及其同事进一步探究了这些突变是否影响了与，肿瘤生长相关的关键基因。

他们确实发现细胞在，关键基因中发生了突变，例如TP53和NOTCH1基因，这些是鳞状细胞，癌的驱动突变。与非吸烟者相比，这些驱动突变在吸烟者的肺细胞，中更为常见。部分细胞甚至携带多达三个，驱动突变。但是，我们不知道人类肺癌发生究竟，需要几个突变（以及具体突变的组合）。他们在同一个体的多个细胞中发现了，特异的tp53突变，表明这些突变发生得较早，或者携带该突变的细胞，发生增殖，又或两者皆有——就像阳光照射下健康人，的皮肤细胞一样[9]。

与不吸烟者相比，戒烟者罹患肺癌的，风险更高，因为其细胞突变负荷较大且大多数肺细胞中存在，吸烟相关的突变的特征（类似现吸烟者的突变特征）。尽管戒烟者罹患肺癌的，风险很高，但其风险仍低于现吸烟者，具体的风险降低程度，取决于戒烟时间的长短[1]。这种现象的原因很难解释。然而，也许吉田团队最令人意外的结果能为，我们提供一点线索：6个戒烟者中有5个肺组织，中有20％至50％的细胞突变负荷较低，这些细胞与同年龄的，非吸烟者的健康肺细胞类似（图1）。

在戒烟者肺组织中，这些接近正常的细胞的吸烟相关，突变数量较少。而且，与戒烟者的高度突变，的细胞相比，这些接近正常的细胞，的端粒更长；端粒位于染色体的末端，其长度随着每次细胞分裂，缩短。因此，端粒长表明这些细胞，没有经历许多次细胞分裂。研究人员推测这些细胞可能是由，原先处于休眠（静止）状态的干细胞分裂产生的。这种干细胞是新近提出的，到底是否存在于人肺中尚，不清楚。

DNA损伤可在DNA复制过程中产生突变。因此，如果在人类肺部中存在，大量未分裂的干细胞，即使暴露于致癌物质，如果在不分裂的情况下，修复dna损伤，那么此类细胞也许，可以避免引起突变。但是，由于对这些假定存在的长寿命干，细胞以及人肺中不同细胞类型的寿命缺乏了解，我们很难解释戒烟者体内几乎，没有突变的细胞到底发生了什么。

为何戒烟者仍然有相当一部分高度突变，细胞能高度增殖，至少在体外培养中如此？戒烟后的许多年里，任何在(任何在)增殖过程中暴露于致癌物质的，短寿命细胞都应该消失了。于是问题来了，肺中是否存在长，寿命已分化细胞，它们本身携带大量突变，负担；以及考虑到肺，细胞的可塑性（改变细胞性质），这些细胞是否可以恢复，增殖[10]。未来的挑战将是了解这些现象，背后的细胞生物学机制。或许有一天，我们将开发出增加戒烟者体内近正常，肺细胞数量的方法。

吉田及其同事的研究让我们进一步，了解了烟草对人肺正常上皮细胞的影响。它揭示了戒烟如，何在分子层面保护肺组织，并提出了许多值得进一步研究，的有趣问题。

*原文以Smoke signals in the DNA of normal lung cells为标题发表在，2020年1月29日的《自然》新闻与观点上。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).

本文经授权转载自公众号“Nature 自然科研”，如需转载请联系原账号。

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