美国斯坦福大学Mischel等在《自然》杂志上发表3篇研究论文，从多角度刷新了我们对染色体外DNA（ecDNA）的认知。（Nature. 2024年11月6日在线版）

在细菌中，有一些被称作质粒的DNA结构游离于染色体之外，能携带遗传信息也可以自主复制，为细菌提供一些性状支持。近年来一些研究发现，癌细胞也具备类似的特殊DNA，被称作染色体外DNA（ecDNA），通常以环状的形式游离在细胞核内部或外部，它们并不遵守常规的染色体分离机制。

这种奇怪的DNA分子似乎对癌细胞的生存格外有利，如胶质母细胞瘤的EGFR基因过度活跃，这些基因就倾向于形成环状ecDNA，来增加EGFR的水平。但目前，学界对ecDNA的研究不多，它们在癌细胞中的普及性如何，如何在癌细胞子代间传递，人类能否通过靶向ecDNA来清除癌细胞均未知。

早在2017年，Mischel就曾在《自然》上发表论文，揭示了ecDNA的部分特征，如正常细胞未发现ecDNA的存在，而分析的肿瘤类型中接近一半都有ecDNA的踪迹。过往研究普遍认为大约2%的肿瘤中会出现ecDNA。

这次发表的论文中，研究者对超过1.5万个肿瘤样本进行了全基因组测序，涉及到39种肿瘤类型。总体来看，ecDNA的出现频率远比过去推测的高，在17.1%的肿瘤样本中都检测到了ecDNA。此外，它的出现频率会因肿瘤类型而异，其中脂肪肉瘤有超过一半的样本存在ecDNA，另外胶质母细胞瘤、HER2+乳腺癌的ecDNA出现频率也接近50%。

这些肿瘤中的ecDNA对癌细胞的演化非常重要，除了过往发现的癌基因扩增现象，新研究还发现有些ecDNA扩增了免疫调节相关基因，主要是用于下调免疫效应过程，或者淋巴细胞介导的细胞毒性，这些ecDNA可以减少T细胞浸润和杀伤性，帮助癌细胞实现免疫逃逸。研究者还意外发现，有一些ecDNA本身并不包含编码基因，而是一些增强子DNA序列，它们自身没有明显功能，但可显著增强其他ecDNA的作用。

数据显示，随着肿瘤患者接受化疗或者靶向疗法，ecDNA的出现频率会更高，提示它们会随着癌细胞一同演化和发展。

游离的ecDNA并不具备着丝粒，理论上它们会随机分配进入子代细胞。这种随机性可能会造成有的癌细胞ecDNA很多，有的可能几乎没有ecDNA，这一定程度上保证了一些癌细胞具备超强的能力，可抵抗免疫系统和药物攻击。但这种随机分配也有一些问题，它会让有利的ecDNA组合太过于分散，而不能集中在某一子代细胞中，比如某一癌基因和增强子元件可能会分配到两个细胞中。

研究者发现细胞内的ecDNA可以分为特定的“种群”（species），能互协助获得更强功能的ecDNA会聚集到一起，在细胞分裂期间共同进行联结分离，且这种分离过程不对称，往往是ecDNA种群一同传递到某一特定细胞内。

为了保证同一种群的各个ecDNA水平一致，在有丝分裂过程中ecDNA会主动促进转录过程，这一点与染色体是完全不同的。当ecDNA转录过程没有全部完成时，还会抑制基因复制和有丝分裂，如此可以保证ecDNA种群能够作为一个整体分离到子代细胞中。这种机制让具有优势的性状总是能传递下去，这也是癌细胞的生存和发展之道。

这些研究数据均表明，ecDNA在促进癌症发展，推动抗癌疗法耐药性方面有重要影响，这也让其有望成为一种全新的抗癌方向。ecDNA的转录会暂时抑制基因组复制的进程，这让研究者看到了介入的可能性。

研究者目的是增强癌细胞中这种转录与复制的冲突性。研究分析了ecDNA转录时活跃的介质，其中一个名为pRPA2-S33的分子会随着转录在ecDNA增加。同时，由于DNA复制被抑制，DNA上的复制叉处于停滞状态，这会引起级联信号并激活S期检查点蛋白CHK1，防止DNA复制完成之前就执行有丝分裂。

研究者尝试在含有ecDNA的肿瘤细胞中抑制了CHK1的活性，结果发现这些肿瘤细胞相继出现死亡。由于ecDNA转录没有停止，而又松开了基因复制上的限制因素，这导致转录与复制冲突性变强，加速了细胞死亡。

从细胞实验和小鼠实验来看，CHK1抑制剂均可有效地阻止癌细胞的生长，且接受治疗的肿瘤小鼠肿瘤体积消退明显，生存期更长。目前，CHK1抑制剂处于早期临床试验阶段，研究者正计划进一步推动相关研究，帮助治疗那些ecDNA致癌特征明显的肿瘤类型。 （编译 张俊熙）