菸草中含有超過60種致癌物，這些致癌物可以直接導致DNA損傷和突變，這也是吸菸可以引發肺癌的原因。之前的工作往往關注於菸草對肺癌細胞的影響，但是，菸草對於正常的支氣管體細胞的影響卻知之甚少。
近日，來自英國的Sam M. Janes和Peter J. Campbell團隊在Nature雜誌上發表了題為Tobacco smoking and somatic mutations in human bronchial epithelium的文章，發現吸菸可以升高腫瘤突變負荷（tumor mutational burden，簡稱TMB，指的是每百萬鹼基中被檢測出的體細胞基因編碼錯誤，鹼基替換，基因插入或缺失的錯誤的總數），細胞-細胞異質性（cell-to-cell heterogeneity）和驅動基因（driver genes）突變。但是，值得慶幸的是，及時戒菸可以有效地減少菸草所導致的體細胞基因突變。
作者招募了16位志願者作為研究對象，其中3位兒童，4位從未吸過煙的成年人，6位戒菸者以及3位吸菸者。通過流式細胞術的方法，收集上皮細胞標誌分子EpCAM陽性的支氣管上皮細胞，並分別進行體外培養擴增。最終，收集到632個支氣管上皮細胞克隆。
接下來，作者通過基因組測序發現，不同的研究對象，甚至是同一研究對象的不同細胞克隆，單鹼基突變（somatic substitutions）都具有明顯的異質性。通過LME模型（Linear mixed-effects），作者發現，隨著志願者年齡的增長，單鹼基突變水平也明顯上升，上升速率為每年長一歲，每個細胞增加22個鹼基突變（95%，置信區間20～25，P = 10−8）。而對於戒菸者和吸菸者來說，形勢則更為嚴峻。戒菸者每個細胞增加2330個鹼基突變（95%，置信區間1180～3480，P = 0.0002），而吸菸者則高達5300個（95%，置信區間3660～6930）。
菸草中的有毒物質（外因）和DNA損傷（內因）都可以導致細胞突變，而這些因素在基因組中都有跡可循，即有獨特的突變特徵（mutational signature）。作者逐個病例分析，並加入已報導結果，發現突變較少的細胞（每細胞10～30個）具有突變特徵SBS-18，這一特徵（signature）多出現於對照組中。大部分具有突變特徵SBS-5，這一特徵與年齡線性正相關，並且，已經有報導指出，具有吸菸史的志願者們，這一特徵的含量更高（戒菸者每個細胞1140個鹼基突變， 95%，置信區間590～1700；吸菸者每個細胞2200個鹼基突變， 95%置信區間，1590～2810， P < 10−16）。突變特徵SBS-1主要出現在兒童中，但是，如果僅關注於成年人，這一特徵也與年齡線性正相關。
最後，作者試圖通過計算生物學的方法，推測出是否在正常支氣管上皮細胞中，也存在一類吸菸所導致的基因突變，作者將這些基因，定義為驅動基因（driver genes）。在檢測的所有基因中，下述三個基因具有明顯的相關性，包括NOTCH1（20 個獨特的非同義變體，即unique non-synonymous variants；q = 1 × 10−5）；TP53（7個獨特的非同義變體；q = 2 × 10−4）和 ARID2 （7個獨特的非同義變體；q = 4 × 10−4）。如果僅僅關注肺癌細胞和鱗狀組織細胞（normal squamous tissues），這些基因，包括FAT1，PTEN，CHEK2和ARID1A，也同樣具有明顯相關性。作者還發現，這些驅動基因突變，大部分是在具有吸菸史的志願者中發現。具體來講，沒有兒童具有這些驅動基因突變，從未吸過煙的成年人4～14%的細胞中具有這些基因突變，而吸菸者的比例則是25%，並且，近6%的細胞甚至含有兩個到三個這樣的點突變。
綜上所述，作者通過16位志願者的632個支氣管上皮細胞克隆研究發現，吸菸是升高支氣管上皮細胞腫瘤突變負荷的元兇之一，基本上從每個細胞1000個突變急劇升高至10000個。突變因人而異，甚至同一人因細胞而異。驅動基因突變頻率隨著年齡增長而呈現線性正相關關係，且影響著從未吸菸者的4～14%的細胞。與此同時，吸菸者至少25%的細胞攜帶這些驅動基因突變，並且，近6%的細胞甚至含有兩個到三個這樣的點突變。因此，為了您和他人的健康著想，請勿吸菸，儘早戒菸。
