美國斯坦福大學(xué)Mischel等在《自然》雜志上發(fā)表3篇研究論文，從多角度刷新了我們對(duì)染色體外DNA（ecDNA）的認(rèn)知。（Nature. 2024年11月6日在線版）

在細(xì)菌中，有一些被稱作質(zhì)粒的DNA結(jié)構(gòu)游離于染色體之外，能攜帶遺傳信息也可以自主復(fù)制，為細(xì)菌提供一些性狀支持。近年來一些研究發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞也具備類似的特殊DNA，被稱作染色體外DNA（ecDNA），通常以環(huán)狀的形式游離在細(xì)胞核內(nèi)部或外部，它們并不遵守常規(guī)的染色體分離機(jī)制。

這種奇怪的DNA分子似乎對(duì)癌細(xì)胞的生存格外有利，如膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的EGFR基因過度活躍，這些基因就傾向于形成環(huán)狀ecDNA，來增加EGFR的水平。但目前，學(xué)界對(duì)ecDNA的研究不多，它們?cè)诎┘?xì)胞中的普及性如何，如何在癌細(xì)胞子代間傳遞，人類能否通過靶向ecDNA來清除癌細(xì)胞均未知。

早在2017年，Mischel就曾在《自然》上發(fā)表論文，揭示了ecDNA的部分特征，如正常細(xì)胞未發(fā)現(xiàn)ecDNA的存在，而分析的腫瘤類型中接近一半都有ecDNA的蹤跡。過往研究普遍認(rèn)為大約2%的腫瘤中會(huì)出現(xiàn)ecDNA。

這次發(fā)表的論文中，研究者對(duì)超過1.5萬個(gè)腫瘤樣本進(jìn)行了全基因組測(cè)序，涉及到39種腫瘤類型?？傮w來看，ecDNA的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)比過去推測(cè)的高，在17.1%的腫瘤樣本中都檢測(cè)到了ecDNA。此外，它的出現(xiàn)頻率會(huì)因腫瘤類型而異，其中脂肪肉瘤有超過一半的樣本存在ecDNA，另外膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、HER2+乳腺癌的ecDNA出現(xiàn)頻率也接近50%。

這些腫瘤中的ecDNA對(duì)癌細(xì)胞的演化非常重要，除了過往發(fā)現(xiàn)的癌基因擴(kuò)增現(xiàn)象，新研究還發(fā)現(xiàn)有些ecDNA擴(kuò)增了免疫調(diào)節(jié)相關(guān)基因，主要是用于下調(diào)免疫效應(yīng)過程，或者淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性，這些ecDNA可以減少T細(xì)胞浸潤和殺傷性，幫助癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)免疫逃逸。研究者還意外發(fā)現(xiàn)，有一些ecDNA本身并不包含編碼基因，而是一些增強(qiáng)子DNA序列，它們自身沒有明顯功能，但可顯著增強(qiáng)其他ecDNA的作用。

數(shù)據(jù)顯示，隨著腫瘤患者接受化療或者靶向療法，ecDNA的出現(xiàn)頻率會(huì)更高，提示它們會(huì)隨著癌細(xì)胞一同演化和發(fā)展。

游離的ecDNA并不具備著絲粒，理論上它們會(huì)隨機(jī)分配進(jìn)入子代細(xì)胞。這種隨機(jī)性可能會(huì)造成有的癌細(xì)胞ecDNA很多，有的可能幾乎沒有ecDNA，這一定程度上保證了一些癌細(xì)胞具備超強(qiáng)的能力，可抵抗免疫系統(tǒng)和藥物攻擊。但這種隨機(jī)分配也有一些問題，它會(huì)讓有利的ecDNA組合太過于分散，而不能集中在某一子代細(xì)胞中，比如某一癌基因和增強(qiáng)子元件可能會(huì)分配到兩個(gè)細(xì)胞中。

研究者發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的ecDNA可以分為特定的“種群”（species），能互協(xié)助獲得更強(qiáng)功能的ecDNA會(huì)聚集到一起，在細(xì)胞分裂期間共同進(jìn)行聯(lián)結(jié)分離，且這種分離過程不對(duì)稱，往往是ecDNA種群一同傳遞到某一特定細(xì)胞內(nèi)。

為了保證同一種群的各個(gè)ecDNA水平一致，在有絲分裂過程中ecDNA會(huì)主動(dòng)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程，這一點(diǎn)與染色體是完全不同的。當(dāng)ecDNA轉(zhuǎn)錄過程沒有全部完成時(shí)，還會(huì)抑制基因復(fù)制和有絲分裂，如此可以保證ecDNA種群能夠作為一個(gè)整體分離到子代細(xì)胞中。這種機(jī)制讓具有優(yōu)勢(shì)的性狀總是能傳遞下去，這也是癌細(xì)胞的生存和發(fā)展之道。

這些研究數(shù)據(jù)均表明，ecDNA在促進(jìn)癌癥發(fā)展，推動(dòng)抗癌療法耐藥性方面有重要影響，這也讓其有望成為一種全新的抗癌方向。ecDNA的轉(zhuǎn)錄會(huì)暫時(shí)抑制基因組復(fù)制的進(jìn)程，這讓研究者看到了介入的可能性。

研究者目的是增強(qiáng)癌細(xì)胞中這種轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的沖突性。研究分析了ecDNA轉(zhuǎn)錄時(shí)活躍的介質(zhì)，其中一個(gè)名為pRPA2-S33的分子會(huì)隨著轉(zhuǎn)錄在ecDNA增加。同時(shí)，由于DNA復(fù)制被抑制，DNA上的復(fù)制叉處于停滯狀態(tài)，這會(huì)引起級(jí)聯(lián)信號(hào)并激活S期檢查點(diǎn)蛋白CHK1，防止DNA復(fù)制完成之前就執(zhí)行有絲分裂。

研究者嘗試在含有ecDNA的腫瘤細(xì)胞中抑制了CHK1的活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些腫瘤細(xì)胞相繼出現(xiàn)死亡。由于ecDNA轉(zhuǎn)錄沒有停止，而又松開了基因復(fù)制上的限制因素，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄與復(fù)制沖突性變強(qiáng)，加速了細(xì)胞死亡。

從細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和小鼠實(shí)驗(yàn)來看，CHK1抑制劑均可有效地阻止癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，且接受治療的腫瘤小鼠腫瘤體積消退明顯，生存期更長(zhǎng)。目前，CHK1抑制劑處于早期臨床試驗(yàn)階段，研究者正計(jì)劃進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)研究，幫助治療那些ecDNA致癌特征明顯的腫瘤類型。 （編譯 張俊熙）