喝酒和吸煙誘發驅動基因突變，導致食管癌

癌癥被認為是由異質性的腫瘤細胞群體組成，這些腫瘤細胞在基因突變方面顯示出復雜的層次結構。根據近期的研究，這個完整的癌癥層次結構本身可能進一步嵌入到更高級別的由多輪正向選擇遞歸產生的層次結構中，而在這些多輪正向選擇中，獲得驅動基因突變起著至關重要的作用。因此，人們猜測在癌癥產生之前，很多獨立的癌前克隆細胞群體存在于明顯或生理學上正常的組織中。然而，針對這些克隆細胞在頻率和大小方面如何從初期階段過渡到生命的盡頭，以及它們的動態變化如何受到環境和/或遺傳因素的影響從而導致癌癥產生，人們知之甚少。闡明這些問題的重大挑戰包括此類事件的罕見性，較小的克隆細胞群體，以及更重要的是，很難對導致癌癥產生的早期克隆細胞進行回顧性分析。

食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）是亞洲人群中最常見的食管癌，大量飲酒和吸煙在ESCC產生中的作用已得到證實；具有這些生活方式因素---以下稱為“生活方式ESCC風險（lifestyle ESCC risk）”---的個體患上ESCC的風險顯著增加，風險比（hazard ratio）高達6.12，并且經常患上多種癌癥，或者在治療原發性腫瘤后，患上第二種異時性癌癥（metachronous cancer）。再者，在這些高風險個體中，發生TP53突變的細胞存在于生理上正常的食管上皮（physiologically normal oesophageal epithelia, PNE）中，這提示著在癌癥發生之前或之時，很多癌前病灶就已存在著，這一現象稱為“區域效應（field effect）”。

在一項新的研究中，來自日本京都大學等多家研究機構的研究人員使用來自不同年齡和不同生活方式ESCC風險的人類受試者中的682種微尺度的PNE樣本（小至0.2平方毫米）來研究食管中的早期克隆事件，隨后利用全外顯子組測序無偏見地檢測這些樣本中的體細胞突變和拷貝數異常。相關研究結果于2019年1月2日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Age-related remodelling of oesophageal epithelia by mutated cancer drivers”。論文通訊作者為京都大學的Seishi Ogawa。

通過對來自大量受試者的PNE樣本中的體細胞突變進行無偏檢測，這些研究人員展示了PNE樣本中發生克隆擴增（clonal expansion，即前面提及的克隆細胞增殖）的綜合景觀，并揭示了發生增殖的克隆細胞的超微結構及其進化歷史。

這些研究人員發現在PNE樣本中，攜帶驅動基因（主要是NOTCH1）突變的克隆細胞發生年齡相關的漸進性增殖，而且飲酒和吸煙可顯著地加快這種漸進性增殖。幾乎在所有人體內，攜帶驅動基因突變的克隆細胞從兒童早期開始在多個病灶位點上出現，它們的數量和大小隨著年齡的增加而增加，并且最終數千個相當大的攜帶驅動基因突變的克隆細胞（每個食管大約9000～15000個克隆細胞）重塑幾乎整個食道上皮。這能夠在沒有大量飲酒和吸煙的情況下發生，但是，大量飲酒和吸煙極大地加快這種重塑過程。

再者，相比于食管癌中發生的突變，NOTCH1和PPM1D突變的比例在PNE樣本中明顯過高；這些突變在青春期后期之前（最早在嬰兒早期）獲得，而且這些突變的數量在大量吸煙和飲酒的情形下顯著增加。由攜帶驅動基因突變的克隆細胞引發的食管上皮重塑是正常衰老的必然結果，從而導致食管上皮中發生年齡相關的克隆擴增，此外，這可能影響癌癥產生，這種影響與生活方式風險存在關聯。

盡管在每個老年人中存在大量的攜帶驅動基因突變的克隆細胞，但是據估計ESCC的終生發病率僅為1/45或1/228，而且那些患上ESCC的人在很大程度上**于重度飲酒者和吸煙者，這表明這些生活方式風險在ESCC產生中發揮著至關重要的作用。

鑒于這些生活方式ESCC風險強烈影響著年齡相關克隆擴增中正向選擇的驅動基因突變的數量和類型，特別令人感興趣的是，一項之前的研究已表明誘變劑在缺乏NOTCH1的皮膚的腫瘤發生中起著至關重要的作用：一種稱為7,12-二甲基苯并蒽的誘變劑的處理對缺乏NOTCH1的小鼠皮膚中的腫瘤加快產生是必不可少的。重要的是，在這種模型中，這些由誘變劑誘導的腫瘤甚至可由殘留的保持完整NOTCH1的細胞產生，這提示著缺乏NOTCH1的細胞存在著非細胞自主作用。這提高了ESCC癌變的區域效應可能通過攜帶NOTCH1突變的克隆細胞發生的年齡相關克隆擴增與接觸生活方式ESCC風險之間的合作來加以解釋的可能性。在這些生活方式ESCC風險中，消耗大量的酒精和煙草---眾所周知的誘變劑---會在由多個攜帶NOTCH1突變的克隆細胞發生增殖產生的易于形成腫瘤的食管環境中加快癌變。

這些研究結果提出了一個問題：PNE組織和ESCC中的克隆細胞存在哪些本質區別。這些研究人員對正常組織中的克隆細胞進化機制以及這種進化與癌癥進化之間的差異仍然了解不多。在理解癌癥、開發早期檢測策略、干預甚至預防高危患者中的ESCC產生方面，這些重要的問題仍有待人們去解決。