检测突变可能导致肝癌的早期诊断

在世界上许多地方，包括东南亚和撒哈拉以南非洲，接触一种被称为黄曲霉毒素的真菌产品被认为是导致高达80%的肝癌病例的原因。这种真菌通常存在于玉米、花生和其他这些地区的主食作物中。

麻省理工学院的研究人员现在已经开发出一种方法，通过测序DNA来确定肝细胞，这些细胞是否被暴露在黄曲霉毒素．这种突变的特征可以用来预测一个人是否有很高的患病风险肝癌这可能比肿瘤实际出现要早很多年。

“我们正在做的是创造指纹，”麻省理工学院生物工程和化学William R.和Betsy P. Leitch教授John Essigmann说。“这实际上是对之前接触致癌物质的一种衡量。”

这种方法也可以用来生成其他常见致癌物的概况，Essigmann说，他是一篇论文的资深作者，该论文描述了在《柳叶刀》杂志上的发现美国国家科学院院刊3月27日那一周

该论文的主要作者是麻省理工学院博士后Supawadee Chawanthayatham。麻省理工学院的其他作者包括技术助理查尔斯·瓦伦丁、研究科学家Bogdan Fedeles和Robert Croy、生物微中心主任斯图尔特·莱文、博士后斯蒂芬·斯洛克姆和生物工程名誉教授杰拉尔德·沃根。华盛顿大学的研究人员爱德华·福克斯和劳伦斯·勒布也是这项研究的作者。

寻找罕见突变

正如Essigmann的实验室之前报道的那样，接触黄曲霉毒素通常会导致基因突变，将DNA基鸟嘌呤转化为胸腺嘧啶。这通常会导致肝癌，尽管在美国和欧洲等食品供应监管更为严格的地区，接触黄曲霉毒素的风险较低。

在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组着手研究他们是否能在癌症发生很久之前就识别出黄曲霉毒素产生的突变。首先，研究人员在小鼠出生4天后将其暴露在单剂量的黄曲霉毒素中。在这种接触之后，所有的老鼠最终都患上了肝癌。研究人员对这些肿瘤的DNA进行测序肝细胞暴露10周后，肿瘤就发生了。

为了在10周内发现突变，研究人员使用了一种强大的基因组测序技术，可以识别非常罕见突变-这种情况大约发生在1000万到1亿对DNA碱基对中的1个。

与大多数DNA测序技术不同，这篇论文中使用的技术是由华盛顿大学的研究人员开发的，它结合了来自两条互补DNA链的数据。通常双链DNA的每条链都是单独测序的，每条链都必须复制很多次，才能得到足够的DNA进行测序。这种复制会导致错误的产生——大约每500个碱基对就会出现一个错误。

有了新技术，两条互补的链被条形码编码，以便它们的序列信息稍后可以重新组合。这样，研究人员就能从复制错误中分辨出真正的突变。这项技术的准确性是传统DNA测序的1000到10000倍，使研究人员有信心，他们发现的罕见突变不是简单的错误。

“检测罕见事件是这项技术的设计目的，”费德莱斯说。

研究人员发现，在10周时，一种独特的突变模式已经出现，可以作为黄曲霉毒素暴露的“指纹”。具体来说，大约25%的突变发生在CGC序列中。由于尚不清楚的原因，黄曲霉毒素更有可能在鸟嘌呤中产生突变，当它的两侧是胞嘧啶。

“甚至在10周的时候，一个非常明显的突变信号就出现了，”Essigmann说。“据我们所知，这是非常早期的症状，你不会在其他致癌物中看到它。”

黄曲霉毒素暴露

随后，研究人员将黄曲霉毒素暴露小鼠的突变图谱与来自世界各地的300多名患者的肝脏肿瘤基因序列进行了比较。他们发现，这些小鼠细胞的特征与13名患者的特征非常接近，这些患者主要来自撒哈拉以南的非洲和亚洲，据信他们在饮食中接触了黄曲霉毒素。

麻省理工学院的研究小组现在希望设计出一种更简单的检测方法，比如血液检测，这样就可以很容易地检测出这种突变特征。检测呈阳性的患者可能会从定期的肝脏筛查中受益，以确定肿瘤是否已经开始形成，这样就可以通过手术切除肿瘤。

这项测试也可以用于研究新的抗癌药物，如奥替普拉，或可能防止黄曲霉毒素诱导的DNA突变的饮食方案。在中国，科学家们正在测试西兰花芽茶是否有助于预防这种类型的肝癌，因为西兰花含有一种化合物，可以阻断导致黄曲霉毒素诱导的途径突变．

除了研究炎症等其他因素如何影响黄曲霉毒素相关癌症的进展之外，麻省理工学院的研究团队还计划寻找其他致癌物质(如二甲基亚硝胺)产生的突变图谱，二甲基亚硝胺是最近在当地饮用水的一些来源中发现的一种化学副产品。

“驱动这一领域的假设是，每一种导致癌症基因变化的因子都有其独特的突变特征，而这些特征可以用来确定每一种因子对最终形成的肿瘤的贡献，”Croy说。