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【Happy说论文】Nature:吸烟对肺细胞DNA的影响

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论文标题:Smoke signals in the DNA of normal lung cells
简介:Healthy cells in smokers’ lungs have a high burden of mutations, similar to the mutational profile of lung cancer. Surprisingly, ex-smokers’ lungs have a large fraction of healthy cells with nearly normal profiles. 吸烟者肺部的健康细胞具有很高的突变负荷,类似于肺癌的突变情况。 出人意料的是,戒烟者的肺部有大量健康的细胞,轮廓几乎正常。
全世界有11亿吸烟者,在他们当中,每年估计有180万人死于肺癌。(据世界卫生组织(WHO))
(曾经有一篇发表在《柳叶刀》的论文说烟草的成瘾性和生理伤害性均大于 大.麻和摇.头 丸)
由吸烟引起的肺癌可能需要数十年的时间才会出现,而且吸烟者患这种疾病的风险比不吸烟者高30倍。烟草烟雾的致癌成分通过引起DNA损伤而导致肺癌,这种损伤可通过已知机制导致突变,但人们对吸烟对健康的肺细胞产生的最初后果知之甚少。这篇论文,作者分析了肺细胞的突变情况,来自16个个体包括儿童、成人,不吸烟者、吸烟者和戒烟者(ex-smoker)的632个细胞。作者分析了目前存在的突变的频率和性质,发现它们随着年龄和吸烟状况而变化。这些突变还与一种肺癌——鳞状细胞癌有关。
作者从肺组织中分离细胞,并隔离出一种称为基底细胞(basal cell)的上皮细胞,它们具有自我更新的能力。作者在细胞群中培养单个的细胞,这样就能够确定所提取的细胞的DNA序列。作者发现,随着年龄增长,核苷酸(DNA的单位)突变的数量也在增加,下一年平均每个肺细胞的突变核苷酸就会比上一年的多出22个。

上图画出了各种情况下肺细胞的突变负荷(mutation burden,可以理解为细胞DNA中某个指定的基因片段的突变数)。他们分析了不吸烟者,吸烟者和已戒烟者的肺组织中的突变情况。作者提取了活检肺组织中的细胞,并逐个细胞地对DNA进行测序。
可以清楚地看到,不吸烟者的细胞几乎没有突变,而吸烟者的细胞中有大量的突变(颜色越深表示突变越多),戒烟者相对较少。根据数据,吸烟者平均每个肺细胞比不吸烟者增加了5300个突变(对于戒烟者则是2330个),有力地证明了吸烟能够促使肺细胞突变。
而且,吸烟者的各个肺细胞之间,突变数量的差异也很大,吸烟者中同一个人的不同细胞中的突变数可能相差十倍(不吸烟者肺细胞之间没有这样大的差异)。
使人费解的是,正如你所看到的,即便是在吸烟者中,也有20%以上的肺细胞几乎没有任何突变,就和不吸烟者的肺细胞一样!所以作者猜测,很有可能这些细胞是由干细胞组织新分化的,但这种干细胞组织目前还是未知的。
细胞暴露于致癌剂的细胞周期阶段可能会影响DNA复制之前修复DNA损伤的效率,这可能为这种高变异性提供了解释。


IP属地:北京1楼2020-02-03 21:11回复
    研究发现,有些类型的突变是随着年龄的增长而自然增加的,和吸烟没有太大关系。比如说被修饰的胞嘧啶(5-甲基化胞嘧啶,碱基C)丢失掉一个氨基就变成了胸腺嘧啶(碱基T),这是容易自然发生的,样品中很多突变都属于碱基C、T互相转化的突变。但研究人员也指出,这种突变在吸烟者中更加常见。吸烟到底是如何影响这些突变的,还不得而知。
    不过,有一种和吸烟密切相关的突变:G->T(鸟嘌呤->胸腺嘧啶)突变。这种突变是由吸烟大量产生了,是引起肺癌的主要原因之一。
    肺癌是突变频率最高的癌症类型之一。似乎只要发生少量的促进癌变的基因突变,就可以导致恶性肺癌产生。既然吸烟者的肺部细胞的突变负荷这么高,就有必要研究一下突变中是否会产生癌症相关基因。
    吸烟者的费细胞中检测出来了比不吸烟者多得多的TP53和NOTCH1突变,这两种突变会诱发鳞状细胞癌。同时还发现,在同一个人身上,多个肺细胞都发现了相同类型的TP53突变,这说明最初发生此种突变的细胞增殖了。


    IP属地:北京2楼2020-02-04 12:00
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      再说说戒烟者。戒烟者的肺细胞的突变负荷要略高于不吸烟者,但和吸烟者相比已经降低了许多(同时发现,戒烟时间越长,恢复就越多,突变负荷就越低)。
      令人惊讶的是,在6个戒烟者中,有5名戒烟者的肺部有将近50%的细胞突变负荷较低,甚至和不吸烟者都已经差不多了!(所以大家都快点戒烟吧:D)
      众所周知,染色体末端的DNA片段——端粒,会随着细胞分裂而逐渐剪短。

      端粒↑
      研究表明,戒烟者的低突变负荷肺细胞的端粒要比吸烟者的长很多。这也就意味着,这些细胞很有可能是新产生的。因此很有可能在肺部存在一个正常情况下休眠的干细胞组织,它们是未知的。


      IP属地:北京3楼2020-02-04 14:34
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