染色體外DNA（Extrachromosomal DNA，ecDNA）是常見的癌癥驅(qū)動因子，且僅存在于腫瘤細胞中。臨床數(shù)據(jù)顯示，ecDNA存在于超過50%的癌癥類型中，包括膠質(zhì)母細胞瘤、肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、肉瘤等最具侵襲性的惡性腫瘤。更重要的是，其存在與患者預后顯著相關(guān)——攜帶ecDNA的腫瘤往往生長更快、更易轉(zhuǎn)移、對治療產(chǎn)生耐藥性的速度也更快。許多關(guān)鍵的癌基因，如MYC、EGFR、HER2等，被發(fā)現(xiàn)高頻出現(xiàn)在ecDNA上，并以遠超染色體擴增的效率被大量復制。與常規(guī)染色體DNA不同，ecDNA是一種大小可達數(shù)百萬堿基對的環(huán)狀DNA，它獨立于染色體存在，在細胞核內(nèi)彌漫性分布。其最顯著的特征是缺乏著絲?！@一在細胞分裂中確保染色體均等分配的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。正是這一缺失，賦予了ecDNA獨特的生物學特性：在細胞分裂過程中，它們被不對稱地傳遞給子代細胞，導致同一腫瘤內(nèi)不同細胞攜帶的ecDNA拷貝數(shù)存在巨大差異。鑒于ecDNA腫瘤的高惡性程度和高發(fā)性，亟待闡明其特異的分子機制以研發(fā)新的診斷與治療方法。

2026年1月7日 ，來自美國斯坦福大學的Howard Y. Chang教授與Paul S. Mischel教授團隊再次合作，在Cell雜志上發(fā)表了題為EcDNA-borne structural variants drive oncogenic fusion transcript amplification的文章，系統(tǒng)揭示了ecDNA如何在特定癌癥類型中驅(qū)動融合致癌基因的擴增。該研究不僅繪制了首張ecDNA來源的融合轉(zhuǎn)錄本全景圖譜，更發(fā)現(xiàn)熱點融合基因PVT1能通過穩(wěn)定其mRNA來賦予腫瘤進化優(yōu)勢，這為理解ecDNA驅(qū)動的癌癥進展以及開發(fā)新的診斷與治療策略提供了全新靶點。

該研究從ecDNA最基本的兩個特性入手，作為研究背景展開。 第一是其作為不穩(wěn)定遺傳單元的進化動力學特性。研究團隊此前通過精巧的CRISPR基因編輯實驗，在實細胞群體便會迅速擴張并占據(jù)主導地位。這一實驗直觀證明，ecDNA并非被動的遺傳碎片，而是腫瘤應(yīng)對環(huán)境壓力的動態(tài)進化平臺——它能通過快速改變基因劑量，篩選出最適應(yīng)環(huán)境的細胞克隆。第二是ecDNA作為基因組結(jié)構(gòu)變異“熱點”的特性。對ecDNA陽性細胞的全基因組測序分析發(fā)現(xiàn)，這些環(huán)狀DNA上布滿了基因重排的痕跡，不同距離乃至不同染色體來源的DNA片段以復雜的方式連接在一起。這種重排不僅改變了DNA序列的排列，還可能導致異常融合轉(zhuǎn)錄本的大量產(chǎn)生?；趀cDNA兼具快速進化能力與結(jié)構(gòu)變異傾向這兩個特性，研究團隊提出假設(shè)：ecDNA可能通過促進特定的基因融合事件，為腫瘤提供雙重優(yōu)勢——即結(jié)構(gòu)變異帶來的新功能，以及ecDNA隨機遺傳賦予的快速進化能力。為驗證這一假設(shè)，需要進行大規(guī)模的系統(tǒng)性分析。

研究團隊建立了一套新的分析流程，整合了來自癌癥基因組圖譜（TCGA）和癌細胞系百科全書（CCLE）數(shù)據(jù)庫的1825個樣本數(shù)據(jù)，涵蓋83種癌癥亞型（圖一）。通過將配對的全基因組測序數(shù)據(jù)（用于揭示ecDNA、線性擴增結(jié)構(gòu)及DNA結(jié)構(gòu)變異）與轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)（用于揭示RNA融合事件）進行關(guān)聯(lián)分析，并將DNA和RNA層面的融合基因斷點信息與ecDNA/非ecDNA狀態(tài)相結(jié)合，他們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變異斷點與RNA融合斷點在全基因組范圍內(nèi)顯示出驚人的共定位模式。這些共同的“熱點”區(qū)域，精確對應(yīng)著那些已知在ecDNA上高頻擴增的經(jīng)典癌基因位點，如MYC/PVT1、EGFR、MDM2、ERBB2等。相比之下，染色體線性擴增區(qū)域雖然也存在結(jié)構(gòu)變異，卻很少產(chǎn)生相應(yīng)高頻率的RNA融合事件。在各類局灶性擴增事件中，ecDNA表現(xiàn)出顯著更高的基因融合率——無論在DNA水平（支持融合的結(jié)構(gòu)變異更多）還是RNA水平（融合轉(zhuǎn)錄本的發(fā)生率更高）。此外，當研究人員按癌癥類型對融合事件進行分類時，發(fā)現(xiàn)ecDNA介導的融合事件表現(xiàn)出強烈的癌種特異性偏好：PVT1融合在肺癌中占主導；ERBB2相關(guān)融合在乳腺癌中高頻出現(xiàn)；膠質(zhì)母細胞瘤富含EGFR融合；而肉瘤中則多見MDM2融合。這種非隨機的分布模式強烈暗示，ecDNA介導的融合事件并非偶然的基因組錯誤，而是在特定腫瘤微環(huán)境的進化壓力下被“精挑細選”出來的優(yōu)勢變異。

圖一 . ecDNA上致癌基因融合的全景圖譜 。（A） 分析流程。（B）不同擴增類型下，結(jié)構(gòu)變異（SV）與RNA融合負荷的全基因組分布。（C）不同擴增類型下的結(jié)構(gòu)變異支持融合（SVGF）率與RNA融合率。（D）致癌基因RNA融合的富集分析。

與此同時，研究人員也發(fā)現(xiàn)融合基因在ecDNA陽性樣本中的表達量顯著更高。為探究這種表達上調(diào)是否僅由高拷貝數(shù)驅(qū)動，該團隊利用納米孔長讀長測合轉(zhuǎn)錄本都比其對應(yīng)的標準轉(zhuǎn)錄本更穩(wěn)定——半衰期顯著延長。為探索PVT1增強mRNA穩(wěn)定性的具體機制，研究人員采用ChIRP-MS技術(shù)來捕獲相關(guān)的RNA結(jié)合蛋白。ChIRP-MS是一項能在天然細胞環(huán)境中捕獲與特定RNA直接相互作用的蛋白質(zhì)組的技術(shù)，其核心是利用生物素標記的互補DNA探針特異性“釣取”靶RNA及其結(jié)合蛋白，再通過質(zhì)譜進行鑒定。巧妙的實驗設(shè)計來自一對高度擴增MYC/PVT1的結(jié)直腸癌細胞系COLO320：COLO320DM細胞攜帶ecDNA，其MYC轉(zhuǎn)錄本異構(gòu)體以PVT1-MYC融合體為主；而COLO320HSR細胞雖擁有相似拷貝數(shù)的MYC擴增，卻主要表達標準MYC轉(zhuǎn)錄本。對這兩個細胞系MYC異構(gòu)體的ChIRP-MS分析顯示，PVT1-MYC融合轉(zhuǎn)錄本特異性地富集了與細胞質(zhì)翻譯及RNA穩(wěn)定性功能相關(guān)的RNA結(jié)合蛋白。其中，富含絲氨酸/精氨酸的剪接因子SRSF1在不同數(shù)據(jù)集中均特異性結(jié)合于PVT1 exon1。與標準MYC相比，SRSF1對PVT1-MYC轉(zhuǎn)錄本的結(jié)合更具特異性，通過在PVT1融合基因轉(zhuǎn)錄本上設(shè)計一系列點突變和片段缺失，發(fā)現(xiàn)SRSF1結(jié)合點位于PVT1外顯子1的5′端，對RNA逃避翻譯耦聯(lián)性降解發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

研究團隊選擇PVT1-MYC這一最常見的ecDNA融合轉(zhuǎn)錄本，深入探索其功能后果。在MYC依賴性癌細胞模型中，當內(nèi)源性MYC表達被抑制時，細胞會大量死亡；而引入外源的PVT1-MYC融合基因，比引入等量的標準MYC基因更有效地挽救了細胞存活。這表明，融合事件不僅改變了表達水平，更增強了MYC的致癌功能。為進一步理解這種功能增強對下游基因的調(diào)控，研究人員采用單細胞RNA異構(gòu)體測序技術(shù)（Flex-seq），對天然攜帶PVT1-MYC融合轉(zhuǎn)錄本的COLO320DM細胞進行了深入分析。由于ecDNA的隨機遺傳特性，單個細胞之間的融合基因拷貝數(shù)和表達水平差異巨大。根據(jù)PVT1-MYC表達水平將細胞從低到高分為五組后，研究人員發(fā)現(xiàn)：高表達PVT1-MYC的細胞群體中，MYC下游致癌通路被顯著且特異性地激活。這種激活不僅在體外培養(yǎng)中得到證實，在動物模型中也得到驗證，說明PVT1-MYC融合能夠在復雜的體內(nèi)微環(huán)境中有效驅(qū)動腫瘤生長。

圖 二 . ecDNA來源的致癌基因融合模型

綜上所述 ，高度重排的ecDNA驅(qū)動癌癥惡化的完整鏈條得以串聯(lián)（圖二）：首先，ecDNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定遺傳特性使其成為結(jié)構(gòu)變異的熱點，催化產(chǎn)生特異性基因融合；接著，這些融合事件通過增強RNA穩(wěn)定性獲得表達優(yōu)勢，超越了單純的基因劑量效應(yīng)；最后，穩(wěn)定高表達的融合產(chǎn)物異常激活致癌通路，賦予細胞更強的生存和增殖能力，并在ecDNA隨機分配的幫助下迅速擴張，主導腫瘤進化。該研究揭示了ecDNA來源的癌基因融合RNA作為檢測ecDNA陽性癌癥生物標志物的臨床潛力。未來的研究若能闡明ecDNA富集的癌基因融合驅(qū)動腫瘤進展或治療耐藥的機制，將成為開發(fā)針對ecDNA陽性癌癥、且具有臨床可行性策略的關(guān)鍵。

本文的共同通訊作者為斯坦福大學教授Paul S. Mischel，以及原斯坦福大學教授、現(xiàn)任Amgen公司首席科學官Howard Y. Chang。 Paul S. Mischel教授目前領(lǐng)導著由英國癌癥研究會發(fā)起的國際性大型合作項目“癌癥重大挑戰(zhàn)”中的eDyNAmiC團隊 ， 其 實驗室是ecDNA生物學領(lǐng)域的

Nature Genetic

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867425014229

制版人： 十一

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