染色體外DNA或?yàn)橐认侔┠缓蠛谑?/h3>

作者： 來源： 發(fā)布時(shí)間：2025-04-02

意大利維羅納大學(xué)Fiorini等研究揭示胰腺癌通過一類特殊DNA獲得重要的生存優(yōu)勢(shì)，這種DNA游離于染色體之外，具有奇特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，被成為染色體外DNA（ecDNA）。（Nature. 2025年3月12日在線版）

這些游離在染色體之外的環(huán)狀基因碎片，攜帶癌基因MYC在細(xì)胞核內(nèi)刮起拷貝風(fēng)暴，使腫瘤細(xì)胞獲得實(shí)時(shí)變形的超能力。當(dāng)化療藥物切斷腫瘤的WNT生命線時(shí)，攜帶ecDNA的腫瘤細(xì)胞能在21天內(nèi)將MYC基因復(fù)制出200多個(gè)副本，重塑代謝通路。當(dāng)遭到免疫細(xì)胞圍攻時(shí)，又能通過ecDNA簇的空間重組關(guān)閉表面抗原。當(dāng)MYC拷貝超過臨界值，57%的細(xì)胞自動(dòng)休眠躲避化療擊殺，危機(jī)解除后又滿血復(fù)活。

十年前即有研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)存在這種不同尋常的ecDNA，會(huì)使腫瘤細(xì)胞發(fā)生快速變異。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，ecDNA往往攜帶一些致癌基因，幫助腫瘤快速生長(zhǎng)，并對(duì)環(huán)境快速做出反應(yīng)產(chǎn)生耐藥。2024年，有對(duì)數(shù)萬個(gè)腫瘤樣本分析研究發(fā)現(xiàn)，在各種類型腫瘤中，ecDNA的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)較過去以為的高，且除致癌基因外，還可能包含增強(qiáng)子序列，多種手段使腫瘤細(xì)胞獲得生存優(yōu)勢(shì)，這些研究發(fā)現(xiàn)或提示了一種全新的抗腫瘤研究方向，即靶向ecDNA消滅腫瘤細(xì)胞。

研究者旨在探討ecDNA在胰腺癌中扮演的角色，靶向ecDNA策略能否用于胰腺癌治療。研究者從41例患者原發(fā)腫瘤中提取細(xì)胞并在體外培養(yǎng)為三維類器官，進(jìn)而通過全基因組測(cè)序檢查細(xì)胞內(nèi)的ecDNA。重點(diǎn)鎖定CDKN24、TP53、SMAD4、KRAS、MYC等經(jīng)典PDAC基因拷貝數(shù)，這些基因拷貝數(shù)變異已被證實(shí)是胰腺癌發(fā)生的主要驅(qū)動(dòng)因素。

與其他研究一致的是，相當(dāng)一部分患者樣本中出現(xiàn)ecDNA，29.3%的樣本攜帶ecDNA。在這些ecDNA攜帶的致癌基因中，通過ecDNA使拷貝數(shù)擴(kuò)增最顯著的是經(jīng)典癌基因MYC。這些游離在染色體之外的環(huán)狀DNA分子，能在單個(gè)細(xì)胞中復(fù)制出上百個(gè)MYC基因拷貝，給腫瘤細(xì)胞提供了極大的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。即使在同一腫瘤內(nèi)，細(xì)胞間也存在很大差異，有一些細(xì)胞MYC拷貝數(shù)很少，顯現(xiàn)出胰腺癌特有的瘤內(nèi)異質(zhì)性。不同細(xì)胞亞群的共存也可能是胰腺癌在治療中極易產(chǎn)生耐藥的原因之一。

研究者進(jìn)一步利用模擬患者腫瘤的類器官，分析了ecDNA如何幫助腫瘤細(xì)胞快速適應(yīng)生存環(huán)境。當(dāng)在培養(yǎng)類器官的環(huán)境中移除了一種支持生長(zhǎng)的分泌蛋白（如WNT蛋白）后，含有數(shù)十到數(shù)百個(gè)ecDNA的腫瘤細(xì)胞能在不利于生長(zhǎng)的環(huán)境下繼續(xù)存活。攜帶ecDNA的腫瘤細(xì)胞在21天內(nèi)就將MYC拷貝數(shù)提升3倍，成功突破生存困境。這種按需生產(chǎn)的基因調(diào)控方式，或可解釋胰腺癌緣何能在化療壓力下快速進(jìn)化出耐藥性。

研究者發(fā)現(xiàn)，ecDNA攜帶的不僅是MYC基因本身。在VR06樣本中，ecDNA精確刪除了抑制MYC表達(dá)的PVT1基因啟動(dòng)子區(qū)域，使MYC表達(dá)量飆升5.8倍。提示腫瘤細(xì)胞不僅能復(fù)制基因，還能通過重組DNA結(jié)構(gòu)優(yōu)化基因表達(dá)效率。

ecDNA可幫助腫瘤細(xì)胞改變形態(tài)和行為。隨著ecDNA在腫瘤細(xì)胞內(nèi)累積，MYC拷貝數(shù)上升，腫瘤細(xì)胞從原來的腺樣結(jié)構(gòu)變成更具侵襲性的實(shí)體結(jié)構(gòu)。胰腺癌的致命性部分來源于腫瘤細(xì)胞在壓力下的形變能力，該研究結(jié)果表明，ecDNA是其中的重要推手。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)環(huán)境壓力消失，腫瘤細(xì)胞還會(huì)減少ecDNA，降低MYC表達(dá)。

空間轉(zhuǎn)錄組分析揭示，在MYC高表達(dá)區(qū)域，腫瘤細(xì)胞像仙人掌般改變形態(tài)。VR06樣本中，80%的實(shí)性生長(zhǎng)區(qū)域聚集著ecDNA富集細(xì)胞，這些區(qū)域的LGR5陽性細(xì)胞（WNT信號(hào)依賴型）比例降至12%。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）WNT配體表達(dá)量下降64%，提示腫瘤細(xì)胞正重構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)ecDNA驅(qū)動(dòng)的MYC表達(dá)超過臨界值（約35拷貝/細(xì)胞），細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)糖酵解程序，將能量代謝模式切換為自給自足，這種代謝轉(zhuǎn)換使腫瘤細(xì)胞擺脫對(duì)血管的依賴，為遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移提供了便利。

當(dāng)撤除培養(yǎng)液中的WNT3A和RSPO生長(zhǎng)因子時(shí)，常規(guī)腫瘤細(xì)胞在7天內(nèi)全軍覆沒。但攜帶ecDNA的腫瘤細(xì)胞則上演絕地反擊。熒光標(biāo)記追蹤發(fā)現(xiàn)，MYC拷貝數(shù)超過50的細(xì)胞在48小時(shí)內(nèi)完成克隆擴(kuò)張，成功轉(zhuǎn)型為WNT非依賴性（WRi）表型。高ecDNA負(fù)荷細(xì)胞中，DNA損傷標(biāo)志物γH2AX的陽性率是普通細(xì)胞的4.3倍。當(dāng)重新添加WNT因子后，這些變形細(xì)胞又調(diào)整策略。30天觀察顯示，ecDNA拷貝數(shù)中位數(shù)從78降至24，充分彰顯腫瘤細(xì)胞能屈能伸的生存哲學(xué)。

回顧性分析102例胰腺導(dǎo)管腺癌患者隨訪數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ecDNA陽性組肝轉(zhuǎn)移發(fā)生率高達(dá)71.4%，是對(duì)照組的2.3倍。攜帶TP53雙等位基因失活的腫細(xì)胞瘤中，ecDNA檢出率高達(dá)89%。研究者推測(cè)，由于MYC過表達(dá)會(huì)引發(fā)DNA損傷，ecDNA一味增加反而使腫瘤細(xì)胞付出“健康”代價(jià)，ecDNA對(duì)于腫瘤細(xì)胞或是一把雙刃劍?；蚩稍O(shè)法打破ecDNA在腫瘤細(xì)胞中的平衡，利用ecDNA開發(fā)對(duì)付癌王的新策略。BRD4抑制劑JQ1可有效瓦解ecDNA轉(zhuǎn)錄樞紐，使VR06類器官的存活率降低58%。ecDNA的高復(fù)制壓力使其對(duì)ATR抑制劑異常敏感，這為合成致死療法提供了新靶點(diǎn)。

 （編譯 王悅寧）