尋找癌症的環境因素

環境因素與人類癌症發生髮展密切相關。早在 1775 年就觀察在職業掃煙囪的人中陰囊鱗癌非常普遍，主要因為暴露於煤煙所致，這是第一個與職業和環境暴露相關的腫瘤。

20 世紀將嚙齒類動物暴露於各種致癌因素，試驗提供如下證據：紫外光和煙草化合物有效促進腫瘤形成。人類暴露於這些因素時，間接證據表明至少部分類型的人類癌症是由於環境因素所致。然而更明確的證據直到 DNA 測序用於鑒定人類腫瘤基因和基因組以追蹤環境因素印跡時才最終獲得。

美國 Gerd P. Pfeifer 教授在 Curr Opin Oncol. 雜誌上發表了一篇綜述，文中討論了高通量測序癌症基因組的進展，這些進展進一步確認了環境暴露與癌症突變模式的相關性，同時也揭示了以往沒有認識到的突變特徵，這意味著人類還暴露於一些性質不明的致癌因素。

根據 TP53 推測人類癌症突變模式

採用 Sanger 測序方法篩選原癌基因和腫瘤抑制基因，結果顯示編碼腫瘤抑制蛋白 P53 的 TP53 基因在許多類型腫瘤中都有突變。即便在今天許多腫瘤基因組或外顯子組都已經測序的情況下，TP53 基因仍然在人類癌症中突變發生頻度最高。

兩個 TP53 的突變資料庫包含成百上千報道的突變類型。非黑色素瘤皮膚癌與白皮膚人群的陽光暴露密切相關，序列分析非黑色素瘤皮膚癌中 TP53 基因，結果顯示此類腫瘤中發現的突變由陽光中的紫外線導致。

皮膚癌有關的 TP53 突變很大程度上都是在二嘧啶位點的 C 到 T 的轉化，而且經常包括 CC 到 TT 的串聯突變。根據以往的實驗室研究結果，紫外線的確能夠誘導這些類型的突變。CC 到 TT 的串聯突變在其他致癌物誘導的突變中非常少見，身體內部位置的腫瘤幾乎從未發現這種類型突變。這就提供了可靠證據，人類癌症中的確存在環境誘導突變。

分析肝癌中 TP53 基因發現了一個獨特的突變類型，發生在密碼子 249，AGG 轉化為 AGT。該突變在一些特定地理位置的肝臟腫瘤中特別常見，這些地區通常食物中黃曲霉素污染是非常嚴重的問題。已知在實驗中黃曲霉素可以誘導 G 到 T 的轉化。以往認為肝癌中突變過程的誘發因素就是黃曲霉素暴露所致。

然而黃曲霉素如何特異的靶向密碼子 249 位置的鳥嘌呤仍不清楚，可能是與其它機制相互作用所致，包括乙型肝炎病毒等。如果密碼子 249 突變從 TP53 突變資料庫中移除，那麼突變的異質性會更明顯，包括頻繁的 A：T 鹼基對突變，與結腸癌的突變模式非常不同。

肺癌中 TP53 的突變主要是 G 到 T 傳化，這種突變類型在吸煙者比非吸煙者中更常見，這表明煙草中致癌物參與這種突變形成。煙草中的焦油包含很多致癌物並含有多環芳烴（PAHs），苯並芘是這組化合物中研究最多的。

當它進入細胞或組織時，這些複合物被解毒過程代謝活化，導致形成苯並芘衍生物，這種代謝過程的中間物能夠與 DNA 強烈結合，形成共價 DNA 加合物，具有突變作用，使 G 到 T 轉化。

TP53 基因內 G 到 T 轉化在六個熱點突變位置是很常見的。將人類氣道細胞暴露於苯並芘衍生物導致形成 DNA 突變熱點，與吸煙者肺癌中常見的突變類型位置非常一致，該數據為肺癌與吸煙之間提供了特異的分子連接。

全癌基因組測序研究

因為高通量 DNA 測序技術的出現，已經使分析全癌症基因組成為可能。外顯子組測序也受到關注，因為改變編碼序列的驅動突變基因需要被鑒定。此種水平的分析很快就清楚地顯示，在腫瘤中發現的大多數突變不可能對啟動癌症和癌症進展有任何影響。

例如，影響密碼子第三個鹼基的突變經常是沉默的，在癌症中出現的頻度與隨機出現的頻度幾乎是一樣的。大量特異類型突變為理解癌症突變模式提供了豐富的信息。

全癌症基因組測序顯示只有小部分突變與癌症發生相關。大範圍癌症基因組測序分析已經揭示了許多人類腫瘤中的突變特徵。有關 TP53 的突變數據與過去的數據很相似，但是也有幾個新發現。除了黑色素瘤和某些尿道上皮癌以外，極少有癌症基因組只是以單一的特異突變構成。

在病人的一生中和在腫瘤本身的發生髮展過程中，存在許多潛在的突變過程，包括遺傳性 DNA 多聚酶錯誤、自然降解的 DNA、內源性氧化 DNA 損害誘導的歧義多聚酶旁路、DNA 複製中外源性暴露誘導 DNA 損害導致的突變等。採用計算方法切除各種可能導致癌症的基因組突變，此研究揭示了腫瘤特異性的突變特徵，大多數類型腫瘤有兩個或以上特徵性突變。

有幾個特徵最可能是由內源性突變機制所致。其中之一是 CpG 島位點的 C 到 T 的轉化突變。哺乳動物基因組中大部分 CpG 是甲基化的，突變機制可能包括 5 甲基胞嘧啶鹼基自然發生去氨化形成胸腺嘧啶，且誤配修復無效。

然而其它機制也是可能的，包括研究甚少的途徑如 5 甲基胞嘧啶酶氧化產物 5- 羥甲基胞嘧啶、5- 胞嘧啶甲醯和 5- 胞嘧啶羧基，最近研究認為這些產物是表觀遺傳學密碼。

另一個內源性途徑似乎在幾種癌症中產生一種特徵突變，包括誘導活化酶促多肽樣家族，胞苷脫氨酶 - 胞嘧啶脫氨酶 - 脂蛋白 B mRNA 編輯酶。這個途徑可能與胞嘧啶的頻繁突變有關，胞嘧啶經常轉化為胸腺嘧啶。這些內源性過程儘管重要，但並不是本文的重點。接下來將討論幾個有趣的特徵突變例子，有可能由於環境暴露引起。

黑色素瘤基因組突變與紫外線 B 暴露有關

黑色素瘤是致死性皮膚癌，發生率在世界範圍內不斷增高。儘管其它因素暴露也與黑色素細胞轉化為黑色素瘤有關，但暴露於陽光紫外線卻是最重要的原因，特別是黑色素瘤發生在陽光暴露的體表位置時。不同波長的紫外光譜到達地球表面並有可能參與腫瘤形成，既可以是黑色素瘤也可以是非黑色素瘤的皮膚癌。

然而小鼠實驗中紫外線 B 的波長誘導腫瘤的有效性遠遠強於紫外線 A。第一個完整黑色素瘤基因組的序列揭示了紫外線 B 特異性突變的傾向。突變包括大量雙嘧啶位點的 C 到 T 的轉化和 CC 到 TT 的轉化，這種模式在黑色素瘤序列研究中也能觀察到。這些數據確立了陽光中紫外線 B 在黑色素瘤形成中是一種強烈的突變驅動因素。

肺癌基因組中的突變與煙草暴露有關

每年肺癌導致的死亡有 100 萬。大多數肺癌是由煙草中的化學物質引起。與紫外線相關黑色素瘤相似的是，肺癌基因組突變頻率是所有癌症中最高的。肺癌中最常見的突變是 G 到 T 的轉化，其發生具有鏈偏倚性，趨向發生在非轉錄 DNA 鏈。重要的是吸煙者肺癌基因組同非吸煙者相比包含 10 倍以上的突變，證實了煙草暴露的巨大致突變能力。

G 到 T 突變優勢同以往獲得的 TP53 基因數據很相似，強化了 PAHs 可能也參與肺癌突變。在鄰近鹼基序列分析水平上，G 到 T 轉化經常發生在甲基化的 CpG 雙核苷酸上，與 TP53 很相似。同樣的特異性突變在實驗性苯並芘致 DNA 損害中也觀察到，強烈支持煙草作為肺癌致癌物的作用。

食管腺癌：不明確的致癌過程作用於序列 5，AA 端

最近幾十年食管腺癌的發生率明顯增高。胃腸道反流性疾病、Barrett 食管、吸煙和肥胖都是主要原因。最近 EACs 外顯子組序列揭示 A 到 C 的轉化特徵，這在食管鱗癌中不存在。共有 149 名 EACs 病人的標本進行外顯子組檢測，15 個標本檢測了全基因組，上述特徵在大量病例中都能見到。

在全基因組序列庫 A 到 C 突變約佔所有突變的 34%，遠超其它腫瘤類型。鹼基對分析顯示，84%A 到 C 突變發生在 5，端的腺嘌呤側面，也就是說突變的靶點序列是 5，AA 端。

更高水平的基因表達與更低水平的 AA 到 AC 突變頻率有關，而且小的鏈偏倚明顯朝向非轉錄鏈。這些表明轉錄有關的 DNA 修復過程減少 AA 序列 A 到 C 突變。

雖然在這個非常獨特的突變中相關分子途徑並不清楚，雙核苷酸靶的本質和朝向非轉錄鏈基因組區的偏倚都揭示或許一個大的或是交聯的 DNA 損害可能與這個過程有關。進一步的機制研究將致力於發現 EAC 的驅動因素或是途徑。

尿道上皮癌和馬兜玲酸

包括馬兜玲植物在內的中藥可能與腎毒性和上尿路上皮癌有關。這些植物的提取物馬兜玲酸，代謝後能在腺嘌呤位置形成 DNA 加合物。在上尿路上皮癌中 TP53 突變研究顯示 A/T 鹼基對突變較多，主要是 A 到 T 轉化。實驗中此突變是馬兜玲酸特徵性突變。

最近 2 項研究分析了上尿道上皮癌基因組，病人來自台灣，疑有馬兜玲酸暴露。在 2 項研究中突變頻率極高，具有相似的突變特徵，同早期 TP53 數據相關。A 到 T 突變約佔所有突變的 70%，這些突變頻繁的發生在一個序列位點 (T/CAG)，主要發生在非轉錄鏈 DNA。

有意思的是作者在肝細胞癌基因組中鑒定了一個相似的 A 到 T 轉化為主的突變模式，這意味著暴露於馬兜玲酸可能與肝癌也相關。

肝癌基因組中的複雜突變

幾項序列研究報告了肝癌基因組突變，主要是肝細胞癌。在肝細胞癌突變資料庫，鑒定了二個主要特徵:G 到 T 轉化和 A/T 鹼基對突變。G 到 T 轉化，傾向非轉錄鏈偏倚，吸煙肺癌中頻繁發生，可能起源於曝露能夠形成大塊 DNA 加合物的致癌物，這種情況只有在轉錄 DNA 鏈才能得到有效修復。

目前為止，黃曲霉素暴露人群的肝癌基因組序列庫尚未建立。稀少的 A/T 鹼基對突變起源仍不清楚。一些以 A 到 T 轉化為主的例子可能是由於使用了中藥製劑，其中可能包含馬兜玲酸。

只有幾個已知突變原能選擇性地產生腺嘌呤突變，例如 PAH 複合物和氯乙烯。職業性人造氯乙烯暴露可能誘導更多的血管肉瘤，甚至超過肝細胞癌。肝癌中 A 到 G 轉化突變的分子起源仍不清楚，需要更多研究明確肝細胞癌中複雜突變模式的分子起源。

總結

最近的基因組序列數據揭示了幾個癌症基因組中難以解釋的獨特的突變特徵，其中包括肝癌和食管癌。越來越多的腫瘤基因組測序，期望可以進一步明確突變特徵，這有助於理解與特別環境因素相關的少見類型的癌症，或是世界各地獨特的暴露發揮的作用。

在識別特異性突變特徵和實際鑒定誘發因素之間存在很大距離，為了縮短這個距離，應進一步發展實驗系統，篩選侯選致癌物或是突變原，用以闡明它們特異的突變特徵以便最終在腫瘤基因組中發現與之相匹配的特徵。在中高通量水平，這可以通過 shotgun 測序方法實驗實現，或許結合超敏感 NDA 測序技術新方法可能會達到更佳效果。

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編輯： wangchunhong

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