吸烟对健康极其有害，这已不是什么秘密。烟草烟雾含有数千种化学物质，其中包括致癌物质，会增加患癌症、心血管和呼吸道疾病的风险。

芝加哥大学的一项新研究分析了九种不同人体组织类型的 900 多个样本的数据，以了解吸烟对细胞和基因造成的损害有多深。研究小组生成了表观遗传数据，以评估吸烟对 DNA 甲基化的影响，即少数原子可以附着在 DNA 上并关闭基因表达的遗传位置。他们发现了几个与吸烟相关的新区域，包括一些跨组织类型共享的区域，这表明 DNA 甲基化是身体保护自身免受烟草烟雾破坏性影响的一部分。

这篇题为“吸烟与人体组织样本中 DNA 甲基化和基因表达的关联”的论文于 2024 年 3 月 14 日发表在《美国人类遗传学杂志》上。

暴露影响的不仅仅是血液

关于接触化学物质和烟雾等其他环境污染物的影响的流行病学研究通常只使用血液样本，主要是因为它们很容易收集。在这项新研究中，资深作者、芝加哥大学公共卫生科学和人类遗传学教授 Brandon Pierce 博士和他的团队使用了来自 GTEx 项目的样本，该项目是一个公共资助的生物库，保存着来自 950 多名死后组织捐赠者的人体组织样本。研究小组使用了来自九种组织类型的 DNA 甲基化数据，包括肺、结肠、卵巢、前列腺、全血、乳腺、睾丸、肾脏和肌肉。

如果我们想了解吸烟等环境暴露的影响，除了血液之外，研究各种组织类型也很重要，因为疾病发生在身体的许多不同器官中。表观基因组在细胞类型和组织类型之间存在显着差异，暴露的表观遗传效应也是如此。”

Brandon Pierce 博士，芝加哥大学公共卫生科学和人类遗传学教授

组织样本还附带有关捐赠者一生中是否吸烟（即“曾经吸烟者”）、是否从未吸烟（从不吸烟者）或他们在死亡时正在吸烟（当前吸烟者）的数据。研究小组分析了胞嘧啶-鸟嘌呤（CpG）二核苷酸或碱基序列中胞嘧啶核苷酸后跟鸟嘌呤核苷酸的 DNA 区域的 DNA 甲基化数据。他们在肺组织中发现了 6,350 个与吸烟相关的 CpG，在结肠组织中发现了 2,753 个与吸烟相关的 CpG，这意味着与从不吸烟者相比，曾经或当前吸烟者中这些基因区域的 DNA 甲基化存在差异。

在血液样本中进行同样类型的分析只能反映吸烟对免疫细胞的影响，而在非血液组织中的分析为研究人员提供了了解吸烟对健康影响的新窗口。“当我们进行多组织研究时，它可以更全面地了解吸烟如何影响人体，”该研究的共同第一作者、公共卫生科学系的医学博士/博士生 James Li 说。“我认为我们的工作非常令人兴奋，因为我们有能力直接检查吸烟对肺和结肠等组织的影响，这些组织与吸烟的病理生理学高度相关。”

了解吸烟的防御机制

组织中鉴定出的许多 CpG 与之前使用血液样本的研究中鉴定出的 CpG 相匹配，包括参与外来化学物质解毒或转化的基因，以便将它们从体内清除。然而，组织类型之间也存在很大差异。例如，肺部与吸烟相关的 CpG 数量几乎是结肠的三倍，这是有道理的，因为肺部直接暴露于香烟烟雾中。

“每个组织都以不同的方式暴露于吸烟。肺部更直接地通过吸入，而结肠则稍后出现。因此，这是一种不同的暴露性质，我们可以捕捉到这种差异的影响，”尼亚蒂·贾恩说，共同第一作者，遗传学、基因组学和系统生物学委员会的博士生。

虽然我们当然不需要更多证据证明吸烟有害健康，但这种对吸烟影响的组织特异性理解确实有助于了解细胞水平上发生的情况，以及身体对吸烟的反应。“对吸烟的表观遗传反应可能反映了保护我们免受或调节吸烟不利影响的机制。表征它们可以让我们更好地了解疾病的相关性和风险，”杰恩说。

皮尔斯说，除了吸烟之外，他还可以设想使用相同的技术来了解其他不太明显的环境暴露。“我们可以识别表观遗传特征，作为暴露效应的生物标志物。例如，根据一个人的表观基因组，我们可以判断他们是否暴露于某种特定类型的污染物，”他说。“我们越能增加更多人的组织多样性和样本数量，我们能学到的东西就越多。”