中國科學院深圳先進技術(shù)研究院甘海云等，研究揭示了染色體外 DNA（ecDNA）維持與DNA損傷應答之間的雙向調(diào)控關(guān)系，為理解ecDNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機制提供了參考，也為開發(fā)靶向ecDNA的抗腫瘤治療策略奠定了重要理論基礎。（Cell. 2025年4月24日在線版）

腫瘤細胞中，有一種特殊DNA，呈環(huán)形，游離在染色體外，稱為ecDNA，不遵守常規(guī)染色體分離機制，更像細菌里的質(zhì)粒。研究發(fā)現(xiàn)，ecDNA幾乎只在腫瘤細胞中出現(xiàn)，不限腫瘤類型，ecDNA是腫瘤細胞野蠻生長的秘密武器，因為ecDNA常攜帶完整的致癌基因如MYC、EGFR等大量拷貝及增強子序列，且失去原本的表觀遺傳修飾，導致癌基因異常激活，驅(qū)動腫瘤發(fā)生發(fā)展，并抵抗化療或靶向藥物治療而出現(xiàn)耐藥性。臨床數(shù)據(jù)顯示，攜帶ecDNA的腫瘤表現(xiàn)更高的惡性程度，更強的治療抵抗和更差的臨床預后。

開發(fā)靶向ecDNA的抗腫瘤治療有重要潛力，深入探討ecDNA的復制與維持機制、表觀遺傳重塑及在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，是非常有必要的。

研究者采用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，構(gòu)建了穩(wěn)定攜帶EGFR基因完整拷貝的ecDNA細胞系，并創(chuàng)新性地結(jié)合體外人工染色體組裝技術(shù)，構(gòu)建了模擬臨床患者來源的人工ecDNA分子，從而為長期以來缺乏嚴格匹配的ecDNA陽性/陰性對照細胞模型的關(guān)鍵難題提供了解決方法。研究者用核苷類似物EdU處理上述基因工程細胞系，及其他多種ecDNA腫瘤模型，獲得了ecDNA在活細胞內(nèi)進行自主復制的直接證據(jù)。

研究者采用改進的新生鏈蛋白質(zhì)富集技術(shù)，系統(tǒng)鑒定與ecDNA復制相關(guān)的蛋白質(zhì)組。分析發(fā)現(xiàn)，在攜帶ecDNA的細胞中，DNA復制核心機器（如MCM復合物）和表觀遺傳調(diào)控因子（包括組蛋白修飾酶和染色質(zhì)重塑復合物）顯著富集于新生DNA鏈上。DNA損傷應答相關(guān)蛋白在ecDNA復制位點呈現(xiàn)異常高水平富集。

與對照組相比，攜帶ecDNA的細胞表現(xiàn)出更嚴重的基因組不穩(wěn)定特征，尤其是DNA雙鏈斷裂（DSB）水平顯著升高。ATM激酶介導的DNA損傷應答通路在ecDNA陽性細胞中被特異性激活。提示ecDNA復制過程中存在獨特的分子特征：一方面需要表觀遺傳因子的精細調(diào)控，另一方面又不可避免地引發(fā)DNA損傷修復通路激活。

基于ecDNA松散的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，研究者提出假說：ecDNA在細胞周期動態(tài)變化過程中可能成為基因組不穩(wěn)定的重要來源。研究者通過多維度實驗驗證發(fā)現(xiàn)，ecDNA細胞中異常升高的DNA損傷水平主要源于ecDNA的異?；钴S復制和轉(zhuǎn)錄，這些過程顯著激活了ATM介導的DNA損傷應答（DDR）通路。ecDNA上存在獨特的拓撲異構(gòu)酶切割復合物（TOPCC）異常積累現(xiàn)象，這是由于ecDNA上高密度的復制/轉(zhuǎn)錄復合體與TOPCC發(fā)生持續(xù)性沖突，最終導致DSB的累積。

研究發(fā)現(xiàn)，ecDNA的穩(wěn)定維持高度依賴特定的DNA損傷修復途徑。通過系統(tǒng)性篩選，研究者對同源重組修復（HR）、經(jīng)典非同源末端連接（NHEJ）和替代性非同源末端連接（alt-NHEJ）三條主要修復通路進行了功能分析。研究者發(fā)現(xiàn)，單獨或同時阻斷HR和NHEJ通路對ecDNA水平影響有限，而特異性抑制alt-NHEJ則能顯著降低細胞內(nèi)ecDNA的豐度。深入機制研究表明，alt-NHEJ的缺失會在細胞周期特定階段阻礙DSB修復，進而影響ecDNA的環(huán)化過程，導致ecDNA要么重新整合回染色體，要么被細胞清除。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明了ecDNA維持的核心分子機制，也為靶向ecDNA的抗腫瘤治療提供了新的提示：特異性干擾alt-NHEJ通路可能成為選擇性清除腫瘤細胞中ecDNA的有效手段。

臨床數(shù)據(jù)顯示，降低細胞內(nèi)ecDNA含量可能有助于腫瘤的治療。在發(fā)現(xiàn)DDR尤其是alt-NHEJ參與ecDNA含量的維持后，研究者繼續(xù)探討了基于這些發(fā)現(xiàn)來治療腫瘤的可行性。研究顯示，攜帶ecDNA的細胞對DDR關(guān)鍵因子如ATM、CHK、TOP1等抑制劑更加敏感，這些抑制劑可顯著降低細胞內(nèi)ecDNA的含量，有效殺傷攜帶ecDNA的細胞。提示靶向ecDNA維持過程或可成為ecDNA陽性腫瘤的通用治療手段。

該研究系統(tǒng)闡明了腫瘤細胞中ecDNA的獨特生物學特性：其固有的不穩(wěn)定性與DDR通路介導的穩(wěn)定性之間形成了動態(tài)平衡體系。這一突破性發(fā)現(xiàn)揭示了ecDNA通過平衡態(tài)調(diào)控參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制，為臨床轉(zhuǎn)化提供了新靶點——基于ecDNA分子特征開發(fā)的靶向藥物或可成為30%~50% ecDNA陽性腫瘤患者的精準治療選擇。

（編譯 韓婧）