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单细胞测序技术已逐渐成为研究疾病与个体差异的重要工具。近期发表于Nature Genetics的文章《Single-cell analysis of somatic mutations in human bronchial epithelial cells in relation to aging and smoking》由Zhenqiu Huang及其团队撰写，深入探讨了年龄和吸烟对人类支气管上皮细胞中体细胞突变的影响。这项研究应用单细胞全基因组测序技术，揭示了吸烟和衰老对支气管上皮细胞体细胞突变频率的复合影响。
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研究背景
肺癌是癌症相关死亡的主要原因，众多研究表明其发病与吸烟密切相关。即便吸烟剂量与肺癌风险存在关联，但具体的分子机制尚不明确。以往研究揭示，吸烟导致的化学致癌物会引起DNA损伤，进而引发诱变。然而，对于正常人类近端支气管基底细胞(PBBCs)中的体细胞突变景观，迄今为止依然缺乏全面的研究。
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研究发现
通过对33名年龄介于11到86岁、吸烟史从不吸烟到116/包年不等的参与者的支气管基底细胞进行单细胞全基因组测序，研究发现：从未吸烟者中，体细胞突变的频率随着年龄的增长而增加。突变频率与吸烟包年数呈线性关系，直到23包/年后趋于稳定，表明存在个体化的突变规避选择。临床意义
此研究的发现解释了为何大多数终生吸烟者并未患上肺癌，以及部分具有较高吸烟量者突变频率为何反而趋于稳定。研究进一步阐明了衰老和吸烟对肺组织中体细胞突变累积的机制，有助于理解肺癌发生的基础分子机制。实验策略
研究大规模采集了参与者的支气管基底细胞，利用先进的单细胞全基因组测序技术，定量分析了体细胞突变的负担以及与吸烟剂量和年龄的关系。数据解读
图1展示了未吸烟者支气管基底细胞(PBBCs)中突变频率随着年龄增长而增加的情况图1a描绘了PBBCs从人类肺部的分离、处理和分析过程。这些细胞通过纤维支气管镜刷取，短期培养后，进行单细胞全基因组测序。图1b展示了未吸烟者中SNV频率随年龄增加的趋势。每个数据点代表个体中单个细胞的突变频率。图1c展示了未吸烟者中INDEL频率随年龄增加的趋势。每个数据点表示个体中单个细胞的突变频率。图1d展示了不同未吸烟个体之间中值SNV频率及其最小值与最大值的范围。可以明显看到，随着个体年龄增加，SNV频率在增加。图1e展示了不同未吸烟个体之间中值INDEL频率及其最小值与最大值的范围。尽管随着年龄增加，INDEL频率也在增加，但统计上不显著。图2a 展示了吸烟者和未吸烟者的SNV频率比较。可以看出，吸烟者的SNV频率随年龄的增加而显著增加，比未吸烟者高。图2b展示了吸烟者和未吸烟者的INDEL频率比较。尽管吸烟者的INDEL频率在增加，但并没有达到统计显著。图2c展示了SNV频率如何随着自报的吸烟包年数改变。数据显示了在达到约23包年后，SNV频率趋于稳定，标记了潜在的突变积累停止点。图2d按吸烟包年数分析不同组别中个体的SNV频率，可以看到重度吸烟组(>60包年)的SNV频率并不显著高于中度吸烟组 (20.1-60包年)。图2e显示了功能基因组（转录基因外显子及其基因调控序列）和总体基因组中的SNV频率。结果表明SNV累积在功能基因组中的速度更慢。图3a展示了总样本集中癌症驱动基因中突变的数量及各基因独特突变的数量。图3b将癌症驱动基因的突变频率与随机挑选的相同大小基因集进行比较，箱线图显示出随机基因集的突变率中位数范围。图4a展示了未吸烟者和吸烟者的单核苷酸变异(SNV)谱。吸烟者中观察到的主要为SBS4和SBS5突变特征，这与吸烟诱导的肺癌突变特征一致。图4b展示了SBS4突变特征(SNV)的中值数量与年龄的关系，且根据吸烟状态着色。数据显示SBS4突变特征主要存在于吸烟者中，且与年龄无显著关联。图4c展示了SBS5突变特征(SNV)的中值数量与年龄的关系，且根据吸烟状态着色。SBS5突变特征既与吸烟状态又与年龄显著相关。主要结论
研究表明，年龄和吸烟对支气管上皮细胞的体细胞突变具有显著影响。高吸烟量者的突变频率趋于稳定，可能由于某些个体具有规避突变的选择机制。此外，研究未发现肺癌驱动基因的显著突变富集。这些发现为理解肺癌的分子机制提供了新视角，且有望在未来用于个体化的癌症预防策略。讨论总结
讨论部分进一步强调了该研究的重要性，说明突变频率的年龄和吸烟依赖性累积显著影响了肺癌的风险。研究提及可能存在的个体抗突变能力，以及基因修复和烟草毒物解毒的内在差异。此外，研究发现支持了进一步探讨肺癌风险调节的细胞内因子。这研究不仅为基础癌症生物学提供了新见解，也有望推动未来的预防和治疗策略的发展。注：本公众号仅针对学术文献进行解读，无任何指导及建议
