在《Nature》期刊發表的這篇文章中，來自英國的科研團隊探討了正常胃上皮細胞的體細胞突變景觀。透過對30名個體的238個微切分樣本進行全基因組測序，其中包括18名胃癌患者，研究人員闡明瞭正常和惡性胃上皮的發育軌跡。研究發現，胃腺體是單克隆細胞群的單位，每年大約累積28個體細胞單核苷酸變異，這主要歸因於內源性突變過程。在胃癌患者中，化生腺體由於與增殖和氧化損傷相關的突變過程加速而顯示出較高的突變負擔。異常的是，正常細胞中胃上皮細胞經常攜帶特定染色體的重複三體，在某些個體中高度富集。透過對829個多克隆胃微活檢樣本的靶向測序，研究人員發現了一組已知癌基因中的體細胞“驅動”突變，包括ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1和KDM6A。隨著年齡的增長，突變克隆的普遍性增加，到60歲時大約佔據胃上皮內襯的8%，並且在嚴重慢性炎症的存在下顯著增加。這些發現為健康、癌前和惡性狀態下胃上皮中的體細胞進化提供了見解。
胃癌是全球第五大常見癌症診斷和第三大癌症相關死亡原因，其發病率在地理上存在差異，東亞和南美地區較高。已知的風險因素包括幽門螺桿菌和EB病毒感染、酒精、菸草、肥胖和飲食等。胃癌的流行病學表明，許多外部因素透過暴露和慢性炎症影響胃中的體細胞突變。慢性炎症可導致化生，即胃上皮重塑為類似腸上皮的過程，被認為是癌症的前驅狀態。研究旨在揭示正常與癌變胃上皮細胞之間的過渡階段，探討健康、癌前和惡性狀態下胃上皮中的體細胞進化。
研究關注的是正常胃上皮細胞的體細胞突變景觀。體細胞突變在正常細胞中積累，提供了關於突變和選擇過程的見解，這些過程在個體一生中持續進行，並在正常衰老和癌症發展早期階段發揮作用。儘管過去對癌細胞的突變景觀研究較多，但對正常細胞的瞭解相對有限。近年來，隨著DNA測序技術的進步，研究人員能夠更深入地探索正常體細胞基因組，揭示細胞譜系、估算突變率、評估潛在的突變過程，並檢測攜帶選擇性生長優勢突變基因的克隆。
研究發現，胃腺體是單克隆細胞群體的單位，每年大約積累28個體細胞單核苷酸變異（SNV），主要歸因於內源性突變過程。在胃癌患者中，化生腺體由於與增殖和氧化損傷相關的突變過程加速，往往表現出較高的突變負擔。研究還發現，胃上皮細胞通常攜帶特定染色體的重複三體，這在某些個體中高度富集。此外，透過對829個多克隆胃微活檢樣本的靶向測序，發現了一些已知癌症基因（如ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1和KDM6A）的體細胞“驅動”突變。隨著年齡的增長，突變克隆的普遍性增加，到60歲時大約佔胃上皮內襯的8%，並且在嚴重慢性炎症存在時顯著增加。
研究表明正常胃腺體的體細胞SNV負擔隨年齡線性增加，非癌症個體的幹細胞祖細胞每年大約積累27.8個SNV和2.0個小插入和缺失（indel）。在胃癌患者中，儘管慢性炎症在癌症和非癌症供體中普遍存在，但化生腺體的突變負擔顯著增加，SNV和indel的負擔分別增加了2.8倍和4.4倍。研究還發現，胃腺體中常見的染色體三體現象可能與慢性炎症有關，但與化生或癌變無明顯關聯。此外，研究識別出一些在正常胃腺體中具有選擇優勢的基因突變，如ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1、KDM6A等，這些突變在嚴重慢性炎症的腺體中顯著富集。總體而言，這些發現為理解健康、癌前和惡性狀態下胃上皮的體細胞進化提供了新的見解。
胃上皮細胞突變負擔的線性增長：研究表明正常胃腺體的體細胞突變負擔隨著年齡線性增長，這可能提示這些突變是隨著年齡積累的，反映了正常衰老過程中的遺傳變化。這在臨床上增強了我們對胃上皮細胞在癌症發生前期階段的瞭解，有助於識別高危人群。
慢性炎症與突變負擔增加：慢性炎症與突變負擔顯著增加相關，尤其是伴有腸化生(IM)的腺體，其突變負擔是年齡預期負擔的2.8倍(SNVs)和4.4倍(indels)。這提示慢性炎症可能透過加速突變積累促進癌前病變的發展。這為胃癌的預防和早期干預提供了新的視角，強調了管理慢性炎症的重要性。
驅動基因突變的發現：研究發現胃上皮細胞中存在一系列已知癌症基因的體細胞“驅動”突變，如ARID1A、CTNNB1等。這些驅動基因突變隨著年齡增長而增加，並受到嚴重慢性炎症的顯著影響，這表明這些突變可能在胃癌的早期發展中具有重要作用。臨床上，這提示我們可以透過檢測這些基因的突變情況來評估個體的胃癌風險。
染色體三體現象：研究發現正常胃上皮細胞中存在特定染色體的三體現象，尤其是在受炎症影響的區域。這種現象的臨床意義尚不明確，但可能與特定的微環境因素或感染有關。瞭解這一現象有助於深化我們對胃癌發生機制的認識。
綜上所述，這項研究揭示了正常胃上皮細胞在癌前和癌變早期階段的體細胞突變模式及其影響因素，為胃癌的早期診斷和預防提供了新的科學依據。臨床上，研究結果強調了監測慢性炎症和特定基因突變的重要性，以便更好地識別和管理胃癌高風險群體。
1. 樣本選擇與測序：
從30名個體中獲取胃腺體樣本，其中18名患有胃癌，其他12名沒有胃部病變。
對217個正常、發炎或化生的胃腺體以及21個胃癌腺體進行全基因組測序，覆蓋率為23倍。
額外對829個微切割的胃腺體進行已知癌症基因的靶向測序。
2. 突變負擔分析：
評估突變負擔與年齡的關係，發現正常胃腺中的體細胞單核苷酸變異（SNV）隨年齡線性增加。
在胃癌患者中，腸化生（IM）腺體顯示出顯著的突變負擔增加。
3. 突變特徵和過程：
提取了9種突變特徵（SBS1、SBS2、SBS3等），其中一些已在正常細胞和癌症中報告過。
發現IM腺體中SBS1和SBS18的突變負擔增加，但SBS5/40沒有顯著變化。
4. 複製數變異（CNV）與結構變異：
在正常胃腺中觀察到少數的CNV和結構變異，但比其他正常細胞型別的發生率更高。
發現胃上皮細胞中重複出現的三倍體現象，尤其是染色體13和20的三倍體。
5. 驅動基因突變：
透過全基因組資料和靶向測序，識別出7個在正選擇下的基因（如ARID1A、CTNNB1等）。
圖1：研究概述
Figure 1 為了研究胃組織中不同狀態下腺體的基因組特徵，作者對來自30位供體的胃腺體進行了取樣分析。
A. 為了揭示正常、炎症和/或化生胃組織以及胃癌腺體的基因組特徵，作者從30位供體中採集了胃腺體樣本。對217個正常、炎症和/或化生胃組織的微量解剖腺體和21個胃癌腺體進行了全基因組測序。此外，還對829個微量解剖樣本（每個樣本包含多個相鄰腺體）進行了深度靶向基因測序。
結論：透過對不同狀態下胃腺體的全基因組和深度靶向基因測序，研究提供了胃組織在正常、炎症、化生及癌變狀態下的基因組特徵概覽。
圖2：散點圖顯示非癌症供體和癌症供體胃腺體中SNVs數量與供體年齡的關係
Figure 2 散點圖按取樣的胃部位、慢性炎症狀態和腸化生（IM）的存在情況進行著色。箱線圖顯示癌症供體中有無IM的腺體顯微解剖中觀察到的與年齡相關的預期SNV和indel突變負擔的比率。
A. 散點圖顯示了非癌症供體和癌症供體的胃腺體中SNVs數量與供體年齡的關係。圖中不同顏色代表取樣的胃部位、慢性炎症狀態和腸化生（IM）的存在情況。結果顯示，隨著供體年齡的增加，SNVs的數量也隨之增加，並且不同的胃部位、慢性炎症狀態和IM的存在對SNVs數量有影響。
B. 箱線圖展示了癌症供體中有無IM的腺體顯微解剖中觀察到的與年齡相關的預期SNV和indel突變負擔的比率。結果表明，存在IM的癌症供體腺體中觀察到的突變負擔比率高於無IM的癌症供體腺體。
結論：圖2揭示了供體年齡、胃部位、慢性炎症狀態和IM的存在對胃腺體中SNVs數量的影響，並且在癌症供體中，IM的存在與更高的突變負擔相關。
圖3：來自四位不同胃癌供體的胃腺系譜樹
Figure 3 展示了來自四位不同供體的胃腺的系譜樹，旨在研究胃癌中不同突變特徵的分佈和演化。
A. 系譜樹中展示了來自四位不同供體的胃腺，樹枝上疊加了突變特徵的比例。不同的顏色代表不同的突變特徵。星號標記了具有腸上皮化生（IM）的腺體，癌症來源腺體的顯微解剖在系譜中標出。
結論：透過分析四位不同供體的胃腺系譜樹，研究揭示了胃癌中不同突變特徵的分佈和演化，提供了對胃癌發生和發展的深入理解。
圖4：全基因組測序樣本中獨特複製數變異的概覽
Figure 4 展示了全基因組測序樣本中檢測到的獨特複製數變異（CNVs），並根據事件的大小以及特定位點或染色體進行了細分。
A. 為了展示不同大小的複製數變異在全基因組測序樣本中的分佈，作者對這些變異進行了分類，並透過點圖展示了每個變異的數量。結果顯示，不同大小的複製數變異在樣本中廣泛存在，並且在特定染色體或位點上有顯著的分佈差異。
B. 為了分析染色體13或20的結構變異，作者繪製了兩個供體的胃腺系譜樹，並在樹上標記了染色體13或20的重複獲得事件。結果表明，這些染色體的結構變異在供體的胃腺中有重複出現的趨勢。
結論：透過對全基因組測序樣本中獨特複製數變異的分析，研究發現不同大小的變異在樣本中廣泛存在，並且染色體13或20的結構變異在供體的胃腺中有重複出現的趨勢。
圖5：顯著正選擇基因的突變數量及其功能效應分類
Figure 5 旨在分析顯著正選擇基因中的突變數量及其功能效應，探討這些基因的dN/dS比率，並展示每個供體中特定驅動突變的分佈情況。
A. 為了分析顯著正選擇基因中的突變數量及其功能效應，作者對這些基因進行了分類統計。結果顯示，不同功能效應的突變數量存在顯著差異，部分基因在正選擇壓力下發生了較多的功能性突變。
B. 透過計算顯著正選擇基因的dN/dS比率，並按型別進行分類，作者發現某些型別的基因在正選擇壓力下具有較高的dN/dS比率，表明這些基因可能在進化過程中經歷了正選擇。
C. 透過熱圖展示每個供體中特定驅動突變的分佈，作者發現不同供體之間的驅動突變分佈存在差異，提示這些突變可能與個體的遺傳背景或疾病特徵相關。
結論：顯著正選擇基因中存在多種功能性突變，這些基因的dN/dS比率和供體間的驅動突變分佈揭示了正選擇在基因進化中的重要作用。
這項研究揭示了正常胃上皮細胞中的體細胞突變景觀。研究發現，隨著年齡的增長，正常胃腺體會積累大約28個體細胞單核苷酸變異（SNV）每年，這主要歸因於內源性突變過程。在胃癌患者中，也發現即使在正常的上皮細胞中，中度和重度的慢性炎症會顯著增加突變負擔。此外，常常在一些特定的人群中，胃上皮細胞會攜帶某些染色體的三體突變，而一些癌症基因的驅動突變也開始在正常上皮中出現。這些發現揭示了健康、癌前病變和惡性狀態下胃上皮中體細胞進化的內在和外在影響。
這項研究透過比較胃消化道上皮細胞和其他消化道段進行討論，瞭解到各消化道段的突變速率和突變特徵之間存在一些相似性和差異性。儘管食管、胃、小腸和大腸上皮細胞在不同的腸腔成分間存在顯著差異，但整體突變速率和突變特徵上的差異較為溫和。此外，胃上皮細胞中攜帶特定染色體三體突變的現象是其他消化道或身體其他部位細胞中未觀察到的獨特模式，這可能與微環境中某些選擇性壓力有關。
研究對在胃上皮細胞中攜帶驅動突變的細胞克隆進行分析，發現胃腺的分支結構和可能的反覆損傷與修復，可能導致驅動突變細胞在胃上皮中的更廣泛的殖民。即使在健康的胃組織中，發現慢性炎症與驅動突變的增加以及突變上皮的比例顯著相關，提示慢性炎症在癌前選擇景觀塑造中的關鍵作用。然而，炎症與突變率之間的關係仍需更深入的理解。
總體而言，研究顯示出胃上皮的體細胞突變景觀與其他消化道上皮存在差異，可能反映了細胞生物學、組織結構、腸腔內容以及早期癌變過程的不同影響。這樣的研究加深了我們對早期癌變過程中體細胞突變的理解，對於癌症早期檢測和預防具有重要意義。
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