Nature：正常皮肤中的癌症种子

原创章台柳梅斯肿瘤新前沿

突变始终存在于我们的细胞中，虽然大部分的突变是无害的，但随着年龄的增长突变的数量将会累积。一旦突变发生在关键基因中，将改变细胞行为，将细胞推向癌变的道路。也有假说认为，体细胞突变也促进衰老及癌症不相关疾病的发生。想要在少量细胞，甚至是单细胞中，检测到突变，具有技术难题，这大大阻碍了我们对癌症发展第一步以及体细胞突变对衰老和疾病的作用的研究。

2020年10月7日，Tang等在Nature上发表文章，克服这一技术难题，创新性地对单个皮肤细胞——黑素细胞进行基因组测序，揭示其DNA变化的图谱，揭示出黑色素瘤的起源。同期，桑格研究所的Inigo Martincorena在Nature杂志对此发表解读性文章。

表皮是皮肤的最外层，只有0.1mm厚，会受到促进突变的紫外线的侵袭，是绝大多数皮肤癌的根源。既往的一项研究对正常表皮的小的活检样本进行DNA测序，揭示出突变在正常细胞中很常见，而且促癌基因的突变有利于突变细胞克隆的生长，这些突变细胞随着年龄的增长逐渐定制于我们的皮肤。

然而，这项研究具有较大的缺点——测序鉴定的突变大多发生在角质细胞。角质细胞占表皮细胞总数的90%左右，这些细胞是引发常见且通常可治疗的非黑色素瘤皮肤癌的细胞。而黑色素瘤是一种罕见但更致命的皮肤癌，起源于分散在皮肤中的黑素细胞，这些细胞可产生黑色素，赋予皮肤颜色，保护皮肤免受阳光的伤害。

图1. 在人皮肤细胞中鉴定突变

为了检测黑素细胞中的突变，需要进行单细胞的DNA测序。目前有两种方法，一种是直接进行单细胞测序，这依赖于全基因组扩增技术，容易产生错误；一种是将单细胞体外培养成克隆，可使用测序正确率更高的技术。由于黑素细胞在体外很难长成较大的克隆，所以需要将两种技术进行结合，即先将单个黑素细胞体外长成几十到几百个细胞的克隆，然后进行全基因组扩增，从而降低DNA测序的错误率。

Tang等对来自6个已故捐献者的19个身体部位的133个黑素细胞进行测序，其中包括2名皮肤癌患者和4名无癌个体。捐献者都是欧洲血统，年龄从63岁到85岁不等。

测序结果发现，检测到的绝大多数突变都具有于紫外线损伤相关的DNA改变的预期特征。每个黑素细胞的突变数量在不同的供体和身体部位间有很大的差异，在阳光暴露区域的黑素细胞平均有20000个突变，与黑色素瘤中突变数量类似。令人惊讶的是，长期阳光暴露区域（如脸）的黑素细胞其突变的数量低于间歇性阳光暴露区域（如大腿或背部等）。这或许能解释为什么大多数黑色素瘤发生在间歇性阳光暴露区域，当然需要更多的研究来证实这一观察结果。

另一个发现是，与同一活检样本中的其他黑素细胞相比，阳光暴露组织的一些黑素细胞具有更少的突变。关于这些较少突变的黑素细胞的来源，有一种可能：它们之前定位在免受阳光损伤的安全部位，如毛囊。这与之前一项研究的结论类似，戒烟者的某些肺细胞没有烟草诱导的突变特征，这些细胞可能会慢慢取代因多年吸烟而受损的肺细胞。

对黑色素瘤驱动基因进行分析，Tang等人发现20%的黑素细胞有一个黑色素瘤驱动突变，偶尔有些细胞有2个驱动突变。这些突变可以导致黑素细胞的生长，形成突变黑素细胞的“分散区域”，即同一活检样本中获得的一些黑素细胞具有相同的驱动突变。这些促癌突变主要是促黑色素瘤基因，通常激活MAPK信号通路，如BRAF和NRAS。

图2. 根据突变发生的顺序，黑色素瘤可以通过不同的轨迹进化。

Tang等人的研究为正常黑色素细胞的体细胞突变提供了全景式图谱，为黑色素瘤的起源提供了新的线索，并提出了很多有趣的观察结果，可激发更近一步的研究。这项研究加深了我们对正常组织中体细胞突变的理解，以及这些突变与健康和疾病的相关性。

参考文献：

1. Tang, J. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-020- 2785-8 (2020).

2. Martincorena, I. et al. Science 348, 880–886 (2015).

3. Yoshida, K. et al. Nature 578, 266–272 (2020).

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