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每天抽一包烟导致肺细胞每年产生150种突变

更新时间:2020-08-03 19:05:04

  在一项新的研究中,来自英国剑桥大学韦尔科姆基金会桑格学院研究所和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员和他们的合作者测量了吸烟在人体不同器官中导致的灾难性遗传损伤,鉴定出吸烟导致DNA突变的几种不同机制。他们发现对每天吸一包烟的吸烟者而言,这些吸烟者的每个肺细胞每年积累着平均150个额外的突变。相关研究结果发表在2019年11月4日那期Science期刊上,论文标题为“Mutational signatures associated with tobacco smoking in human cancer”。

  这项研究提供一生当中抽的香烟数量与人肿瘤DNA中的突变数量之间存在的直接关联性。高的突变率是在肺癌中观察到的,但是人体其他部分的肿瘤也含有这些与吸烟相关的突变,这就解释了吸烟如何导致很多种类型的人类癌症。

  吸烟每年夺走至少600万人的生命,而且如果当前的趋势继续持续下去的话,那么世界卫生组织预计在这个世纪会有10亿例与吸烟相关的死亡。在流行病学上,吸烟与至少17种人类癌症相关联,但是在此之前没有人观察到吸烟导致许多这些癌症类型产生的机制。

  癌症是由细胞中的DNA发生突变导致的。在对与吸烟相关联的癌症的DNA进行首次综合分析时,研究人员研究了5000多种肿瘤样品,并且对吸烟者所患的癌症和从未吸烟者所患的癌症进行比较。他们在吸烟者的癌症DNA中发现特定的DNA损伤印记---被称作突变标记(mutational signature),并且对在不同的肿瘤样品中发现的这些特定突变的数量进行计数。

  研究人员发现平均而言,每天抽一包烟导致每个肺细胞每年产生150种突变。这些突变代表着引发一系列终能够导致癌症产生的遗传变化的单个潜在的突变起始点。任何一个癌细胞内的突变数量在不同人之间会存在差异,但是这项研究显示吸烟导致的额外突变负荷。

  论文第一作者、洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家Ludmil Alexandrov博士说,“在此之前,我们已有大量的流行病学证据将吸烟与癌症相关联在一起,但是如今我们事实上能够观察和定量确定吸烟导致DNA发生的分子变化。通过这项研究,我们发现每天抽一包烟的人每年在他们的肺部产生平均150种额外的突变,这就解释了吸烟者为何有如此高的风险患上肺癌。”

  其他的器官也受到影响:这项研究研究估计每天抽一包烟导致喉、咽、口腔、膀胱和肝脏中的每个细胞每年分别产生平均97、39、23、18和6种突变。

  在此之前,人们并没有充分理解吸烟如何增加人体内不与吸烟产生的烟雾直接接触的部分产生癌症的风险。然而,这项研究揭示出基于人体受影响的区域,吸烟导致这些突变产生的不同机制。

  论文共同作者、英国伦敦国王学院环境致癌学教授David Phillips博士说,“这些结果既有是期待中的,也有是意料之外的,而且揭示出吸烟的直接影响和间接影响。来自香烟中的致癌物的直接DNA损伤导致的突变主要是在与吸入的烟雾直接接触的器官中观察到的。相反之下,人体的其他细胞仅遭受间接损伤,这是因为吸烟似乎影响这些细胞中的关键机制,从而让它们的DNA发生突变。”

  这些研究揭示出因吸烟导致的至少5种不同的DNA损害过程。其中一种为广泛的过程是已在所有癌症中发现的一种突变标记。在这种过程中,吸烟似乎加快过早地让DNA发生突变的细胞时钟运行速度。

  论文通信作者、韦尔科姆基金会桑格学院研究所科学家Mike Stratton教授说,“每种癌症的基因组提供一种写在DNA密码自身中的导致突变产生从而导致癌症形成的暴露物的‘考古记录’。我们的研究表明吸烟导致癌症的方式要比我们想象中的更加复杂。确实,我们并没有充分理解很多癌症的背后病因,并且已知的其他病因,如肥胖,导致癌症产生的机制,我们也知之甚少。这项针对吸烟的研究告诉我们探究癌症的DNA能够为癌症如何产生以及如何潜在地阻止它们提供令人兴奋的新线索。”

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