正常皮肤中的癌症种子
更新时间：2021-01-29 点击次数：1070
生命中的细胞都会发生突变,尽管大多数突变是无害的，但随着年龄的增长，它们会在我们的组织中积累，如果它们出现在关键基因中，它们会改变细胞行为，并使细胞进入癌症之路。也有推测说，体细胞突变（非生殖组织中的那些）可能会导致衰老和与癌症无关的疾病。然而，检测少量细胞甚至单个细胞中存在的突变的技术困难阻碍了研究，并且在理解癌症发展的步以及体细胞突变对衰老和疾病的影响方面进展有限。Tang等在Nature报告克服了这些实验局限性的工作，以探索个体黑素细胞中的体细胞突变和选择，黑素细胞是可引起癌症黑素瘤的皮肤细胞类型。表皮是皮肤的外层,表皮只有0.1毫米厚，在整个人的一生中都受到促进突变的紫外线的打击，并且是绝大多数皮肤癌的起源。为了了解人体组织中体细胞突变的程度以及皮肤癌的起源，以前的研究使用了正常表皮小活检的DNA测序。这不仅揭示了突变在正常细胞中很常见，而且在促癌基因中的突变有利于随着年龄的增长逐渐分布在我们皮肤上的一小群突变细胞（克隆）的生长。但是，对由数千个细胞组成的表皮活检进行测序，大多数检测到称为角质形成细胞的细胞中的突变，这些细胞约占表皮所有细胞的90％。这些是常见但通常可治疗的非黑色素瘤皮肤癌的细胞。黑色素瘤是一种罕见的但更具致死性的皮肤癌，其起源在于散布在整个皮肤中的单个细胞，称为黑色素细胞（图1）。这些细胞产生一种叫做黑色素的色素，该色素可以使皮肤变色并保护皮肤免受日晒伤害。
研究分析了一种称为黑素细胞的细胞，该细胞存在于皮肤外层（称为表皮）的底部。黑色素细胞中促进癌症的突变可导致称为黑色素瘤的致死性癌症的形成。研究这些细胞中的突变是困难的，因为与另一种称为角质形成细胞的表皮细胞相比，这种细胞很少。b：作者获得了人体皮肤的活检样品，并从健康个体和皮肤癌患者中分离出单个黑素细胞。体外培养单个细胞后为了获得细胞集落，Tang及其同事使用了全基因组扩增的方法，并对DNA进行了测序。为了确定可能的突变是真实的还是测序错误的结果，作者比较了对应于同一遗传区域的DNA和RNA测序结果，以检查结果是否匹配。为了检测黑素细胞中的突变。必须设计可靠的方法来对单个细胞的DNA进行测序。对于其他细胞类型，已经使用了两种主要方法：单细胞测序，它依赖于容易出错的全基因组扩增。和生长单细胞进入的数千细胞集落在培养皿中，这使得能够使用更可靠的测序方法。前一种方法会给每个细胞引入许多错误，而这些错误可能会被误认为是真正的突变，而后一种方法则只能用于体外生长良好的细胞。黑色素细胞很难在体外生长成大的细胞集落。结合这两种方法，在体外将单个黑素细胞培养成数十到数百个细胞的菌落。只有这样，他们才进行全基因组扩增步骤，从而将DNA测序错误降。通过一系列巧妙的分析和控制，包括对每个菌落的DNA和RNA进行测序以确认某些突变，作者可以可靠地检测出在单个黑素细胞中发现的体细胞突变。皮肤细胞（包括黑素细胞）的突变率比体内其他细胞的突变率高得多，这也有助于提高结果的准确性，从而将扩增方法引起的测序错误的混杂效应降至。
从6个死者的19个身体部位收集的133个黑素细胞衍生的细胞集落的基因组关键部分序列。捐助者包括两名患有皮肤癌的人以及无癌症的人。他们都是欧洲血统，年龄在63至85岁之间。尽管样本量有限是该研究的局限性，但这项技术之旅的生物学见解令人瞩目。令人放心的是，检测到的绝大多数突变具有与紫外线损伤相关的DNA改变的预期特征标记。每个黑色素细胞的突变数量在供体和身体部位之间变化很大，在阳光照射区域，每个细胞平均约有20,000个突变，这与在黑色素瘤发现的突变数量大致相似。出乎意料的观察是，长期暴露在阳光下的皮肤（例如，在脸上）的突变数量要比间歇暴露在阳光下的皮肤（例如大腿或背部）的突变数量少。作者推测，这一发现可以解释为什么大多数黑色素瘤发生在间歇性暴露于阳光的区域，尽管需要更多的供体进行进一步的分析来确认这一发现。第二个发现更加令人意外，在阳光照射的组织中，某些黑素细胞的突变比同一活检样本中的其他黑素细胞少得多。这些细胞的来源尚不清楚。一种可能性是，它们以前居住在不受阳光伤害的地方，例如毛囊，提供了受保护的生态位。Tang和同事对高度变异的细胞中看似“受保护”的细胞数量的观察使人想起了发现前吸烟者的某些肺细胞没有由烟草引起的特征性突变，而且这些细胞甚至可能缓慢取代因吸烟多年而受损的肺细胞。进一步的研究以惊人的低数量的突变黑色素细胞将是了解这种细胞的起源和功能的兴趣。
通过分析涉及黑色素瘤发展的基因。发现大约20％的黑素细胞有一个黑色素瘤驱动突变（有时，一些细胞有两个这样的驱动突变）。有趣的是，作者观察到这些突变可导致黑色素细胞生长，导致突变的黑色素细胞的“散布场”，这是有证据表明，从同一活检组织中获得的某些黑色素细胞具有相同的驱动程序突变。在过去的几年中，一些组织的研究报道在癌症基因驾驶促进细胞的生长，形成突变克隆突变的类似的意见。这种先前未知的现象正在成为跨多个组织衰老的常见特征。唐及其同事发现的促黑素细胞中的促癌突变主要发生在有据可查的促黑素瘤基因中，这些基因激活了MAPK信号通路，例如BRAF和NRAS。值得注意的是，黑色素瘤中不常见的两个突变（称为BRAF V600E的突变和TERT基因的调控启动子区域的突变）不在列表中。为了解释这个难题，作者建议黑色素瘤从两条主要途径出现。它们可能是由于皮肤中现有的痣而产生，这些痣通常具有BRAF V600E突变，或者它们是从头形成的没有预先存在的痣。作者在分散的黑色素细胞中发现的驱动癌症的突变可能代表了一些从头黑色素瘤的起源。
这项精心进行的研究为正常黑素细胞的体细胞突变情况提供了*的视野，为黑素瘤的起源提供了新的线索，并提出了许多有趣的发现，这些将激发进一步的研究。结合其他组织的类似努力，Tang及其同事进行的这项研究正在迅速改变我们对正常组织中体细胞突变以及这些突变与健康和疾病的相关性的认识。
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| | | 人主动脉内皮细胞
人冠状动脉内皮细胞
人髂动脉内皮细胞
人肺动脉内皮细胞
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人表皮新生角质形成细胞
口腔黏膜上皮细胞
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