在《Nature》期刊发表的这篇文章中，来自英国的科研团队探讨了正常胃上皮细胞的体细胞突变景观。通过对30名个体的238个微切分样本进行全基因组测序，其中包括18名胃癌患者，研究人员阐明了正常和恶性胃上皮的发育轨迹。研究发现，胃腺体是单克隆细胞群的单位，每年大约累积28个体细胞单核苷酸变异，这主要归因于内源性突变过程。在胃癌患者中，化生腺体由于与增殖和氧化损伤相关的突变过程加速而显示出较高的突变负担。异常的是，正常细胞中胃上皮细胞经常携带特定染色体的重复三体，在某些个体中高度富集。通过对829个多克隆胃微活检样本的靶向测序，研究人员发现了一组已知癌基因中的体细胞“驱动”突变，包括ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1和KDM6A。随着年龄的增长，突变克隆的普遍性增加，到60岁时大约占据胃上皮内衬的8%，并且在严重慢性炎症的存在下显著增加。这些发现为健康、癌前和恶性状态下胃上皮中的体细胞进化提供了见解。
胃癌是全球第五大常见癌症诊断和第三大癌症相关死亡原因，其发病率在地理上存在差异，东亚和南美地区较高。已知的风险因素包括幽门螺杆菌和EB病毒感染、酒精、烟草、肥胖和饮食等。胃癌的流行病学表明，许多外部因素通过暴露和慢性炎症影响胃中的体细胞突变。慢性炎症可导致化生，即胃上皮重塑为类似肠上皮的过程，被认为是癌症的前驱状态。研究旨在揭示正常与癌变胃上皮细胞之间的过渡阶段，探讨健康、癌前和恶性状态下胃上皮中的体细胞进化。
研究关注的是正常胃上皮细胞的体细胞突变景观。体细胞突变在正常细胞中积累，提供了关于突变和选择过程的见解，这些过程在个体一生中持续进行，并在正常衰老和癌症发展早期阶段发挥作用。尽管过去对癌细胞的突变景观研究较多，但对正常细胞的了解相对有限。近年来，随着DNA测序技术的进步，研究人员能够更深入地探索正常体细胞基因组，揭示细胞谱系、估算突变率、评估潜在的突变过程，并检测携带选择性生长优势突变基因的克隆。
研究发现，胃腺体是单克隆细胞群体的单位，每年大约积累28个体细胞单核苷酸变异（SNV），主要归因于内源性突变过程。在胃癌患者中，化生腺体由于与增殖和氧化损伤相关的突变过程加速，往往表现出较高的突变负担。研究还发现，胃上皮细胞通常携带特定染色体的重复三体，这在某些个体中高度富集。此外，通过对829个多克隆胃微活检样本的靶向测序，发现了一些已知癌症基因（如ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1和KDM6A）的体细胞“驱动”突变。随着年龄的增长，突变克隆的普遍性增加，到60岁时大约占胃上皮内衬的8%，并且在严重慢性炎症存在时显著增加。
研究表明正常胃腺体的体细胞SNV负担随年龄线性增加，非癌症个体的干细胞祖细胞每年大约积累27.8个SNV和2.0个小插入和缺失（indel）。在胃癌患者中，尽管慢性炎症在癌症和非癌症供体中普遍存在，但化生腺体的突变负担显著增加，SNV和indel的负担分别增加了2.8倍和4.4倍。研究还发现，胃腺体中常见的染色体三体现象可能与慢性炎症有关，但与化生或癌变无明显关联。此外，研究识别出一些在正常胃腺体中具有选择优势的基因突变，如ARID1A、ARID1B、ARID2、CTNNB1、KDM6A等，这些突变在严重慢性炎症的腺体中显著富集。总体而言，这些发现为理解健康、癌前和恶性状态下胃上皮的体细胞进化提供了新的见解。
胃上皮细胞突变负担的线性增长：研究表明正常胃腺体的体细胞突变负担随着年龄线性增长，这可能提示这些突变是随着年龄积累的，反映了正常衰老过程中的遗传变化。这在临床上增强了我们对胃上皮细胞在癌症发生前期阶段的了解，有助于识别高危人群。
慢性炎症与突变负担增加：慢性炎症与突变负担显著增加相关，尤其是伴有肠化生(IM)的腺体，其突变负担是年龄预期负担的2.8倍(SNVs)和4.4倍(indels)。这提示慢性炎症可能通过加速突变积累促进癌前病变的发展。这为胃癌的预防和早期干预提供了新的视角，强调了管理慢性炎症的重要性。
驱动基因突变的发现：研究发现胃上皮细胞中存在一系列已知癌症基因的体细胞“驱动”突变，如ARID1A、CTNNB1等。这些驱动基因突变随着年龄增长而增加，并受到严重慢性炎症的显著影响，这表明这些突变可能在胃癌的早期发展中具有重要作用。临床上，这提示我们可以通过检测这些基因的突变情况来评估个体的胃癌风险。
染色体三体现象：研究发现正常胃上皮细胞中存在特定染色体的三体现象，尤其是在受炎症影响的区域。这种现象的临床意义尚不明确，但可能与特定的微环境因素或感染有关。了解这一现象有助于深化我们对胃癌发生机制的认识。
综上所述，这项研究揭示了正常胃上皮细胞在癌前和癌变早期阶段的体细胞突变模式及其影响因素，为胃癌的早期诊断和预防提供了新的科学依据。临床上，研究结果强调了监测慢性炎症和特定基因突变的重要性，以便更好地识别和管理胃癌高风险群体。
1. 样本选择与测序：
从30名个体中获取胃腺体样本，其中18名患有胃癌，其他12名没有胃部病变。
对217个正常、发炎或化生的胃腺体以及21个胃癌腺体进行全基因组测序，覆盖率为23倍。
额外对829个微切割的胃腺体进行已知癌症基因的靶向测序。
2. 突变负担分析：
评估突变负担与年龄的关系，发现正常胃腺中的体细胞单核苷酸变异（SNV）随年龄线性增加。
在胃癌患者中，肠化生（IM）腺体显示出显著的突变负担增加。
3. 突变特征和过程：
提取了9种突变特征（SBS1、SBS2、SBS3等），其中一些已在正常细胞和癌症中报告过。
发现IM腺体中SBS1和SBS18的突变负担增加，但SBS5/40没有显著变化。
4. 拷贝数变异（CNV）与结构变异：
在正常胃腺中观察到少数的CNV和结构变异，但比其他正常细胞类型的发生率更高。
发现胃上皮细胞中重复出现的三倍体现象，尤其是染色体13和20的三倍体。
5. 驱动基因突变：
通过全基因组数据和靶向测序，识别出7个在正选择下的基因（如ARID1A、CTNNB1等）。
图1：研究概述
Figure 1 为了研究胃组织中不同状态下腺体的基因组特征，作者对来自30位供体的胃腺体进行了采样分析。
A. 为了揭示正常、炎症和/或化生胃组织以及胃癌腺体的基因组特征，作者从30位供体中采集了胃腺体样本。对217个正常、炎症和/或化生胃组织的微量解剖腺体和21个胃癌腺体进行了全基因组测序。此外，还对829个微量解剖样本（每个样本包含多个相邻腺体）进行了深度靶向基因测序。
结论：通过对不同状态下胃腺体的全基因组和深度靶向基因测序，研究提供了胃组织在正常、炎症、化生及癌变状态下的基因组特征概览。
图2：散点图显示非癌症供体和癌症供体胃腺体中SNVs数量与供体年龄的关系
Figure 2 散点图按取样的胃部位、慢性炎症状态和肠化生（IM）的存在情况进行着色。箱线图显示癌症供体中有无IM的腺体显微解剖中观察到的与年龄相关的预期SNV和indel突变负担的比率。
A. 散点图显示了非癌症供体和癌症供体的胃腺体中SNVs数量与供体年龄的关系。图中不同颜色代表取样的胃部位、慢性炎症状态和肠化生（IM）的存在情况。结果显示，随着供体年龄的增加，SNVs的数量也随之增加，并且不同的胃部位、慢性炎症状态和IM的存在对SNVs数量有影响。
B. 箱线图展示了癌症供体中有无IM的腺体显微解剖中观察到的与年龄相关的预期SNV和indel突变负担的比率。结果表明，存在IM的癌症供体腺体中观察到的突变负担比率高于无IM的癌症供体腺体。
结论：图2揭示了供体年龄、胃部位、慢性炎症状态和IM的存在对胃腺体中SNVs数量的影响，并且在癌症供体中，IM的存在与更高的突变负担相关。
Figure 3 展示了来自四位不同供体的胃腺的系谱树，旨在研究胃癌中不同突变特征的分布和演化。
A. 系谱树中展示了来自四位不同供体的胃腺，树枝上叠加了突变特征的比例。不同的颜色代表不同的突变特征。星号标记了具有肠上皮化生（IM）的腺体，癌症来源腺体的显微解剖在系谱中标出。
结论：通过分析四位不同供体的胃腺系谱树，研究揭示了胃癌中不同突变特征的分布和演化，提供了对胃癌发生和发展的深入理解。
Figure 4 展示了全基因组测序样本中检测到的独特拷贝数变异（CNVs），并根据事件的大小以及特定位点或染色体进行了细分。
A. 为了展示不同大小的拷贝数变异在全基因组测序样本中的分布，作者对这些变异进行了分类，并通过点图展示了每个变异的数量。结果显示，不同大小的拷贝数变异在样本中广泛存在，并且在特定染色体或位点上有显著的分布差异。
B. 为了分析染色体13或20的结构变异，作者绘制了两个供体的胃腺系谱树，并在树上标记了染色体13或20的重复获得事件。结果表明，这些染色体的结构变异在供体的胃腺中有重复出现的趋势。
结论：通过对全基因组测序样本中独特拷贝数变异的分析，研究发现不同大小的变异在样本中广泛存在，并且染色体13或20的结构变异在供体的胃腺中有重复出现的趋势。
Figure 5 旨在分析显著正选择基因中的突变数量及其功能效应，探讨这些基因的dN/dS比率，并展示每个供体中特定驱动突变的分布情况。
A. 为了分析显著正选择基因中的突变数量及其功能效应，作者对这些基因进行了分类统计。结果显示，不同功能效应的突变数量存在显著差异，部分基因在正选择压力下发生了较多的功能性突变。
B. 通过计算显著正选择基因的dN/dS比率，并按类型进行分类，作者发现某些类型的基因在正选择压力下具有较高的dN/dS比率，表明这些基因可能在进化过程中经历了正选择。
C. 通过热图展示每个供体中特定驱动突变的分布，作者发现不同供体之间的驱动突变分布存在差异，提示这些突变可能与个体的遗传背景或疾病特征相关。
结论：显著正选择基因中存在多种功能性突变，这些基因的dN/dS比率和供体间的驱动突变分布揭示了正选择在基因进化中的重要作用。
这项研究揭示了正常胃上皮细胞中的体细胞突变景观。研究发现，随着年龄的增长，正常胃腺体会积累大约28个体细胞单核苷酸变异（SNV）每年，这主要归因于内源性突变过程。在胃癌患者中，也发现即使在正常的上皮细胞中，中度和重度的慢性炎症会显著增加突变负担。此外，常常在一些特定的人群中，胃上皮细胞会携带某些染色体的三体突变，而一些癌症基因的驱动突变也开始在正常上皮中出现。这些发现揭示了健康、癌前病变和恶性状态下胃上皮中体细胞进化的内在和外在影响。
这项研究通过比较胃消化道上皮细胞和其他消化道段进行讨论，了解到各消化道段的突变速率和突变特征之间存在一些相似性和差异性。尽管食管、胃、小肠和大肠上皮细胞在不同的肠腔成分间存在显著差异，但整体突变速率和突变特征上的差异较为温和。此外，胃上皮细胞中携带特定染色体三体突变的现象是其他消化道或身体其他部位细胞中未观察到的独特模式，这可能与微环境中某些选择性压力有关。
研究对在胃上皮细胞中携带驱动突变的细胞克隆进行分析，发现胃腺的分支结构和可能的反复损伤与修复，可能导致驱动突变细胞在胃上皮中的更广泛的殖民。即使在健康的胃组织中，发现慢性炎症与驱动突变的增加以及突变上皮的比例显著相关，提示慢性炎症在癌前选择景观塑造中的关键作用。然而，炎症与突变率之间的关系仍需更深入的理解。
总体而言，研究显示出胃上皮的体细胞突变景观与其他消化道上皮存在差异，可能反映了细胞生物学、组织结构、肠腔内容以及早期癌变过程的不同影响。这样的研究加深了我们对早期癌变过程中体细胞突变的理解，对于癌症早期检测和预防具有重要意义。
