科學家首次證實促癌的ecDNA在細胞癌變之前就已經存在！

　　在細胞中，DNA緊密盤繞成染色體結構，儲存著正常細胞生長和存活所需的所有遺傳物質。然而，也存在一些微小的環狀DNA片段屬于“編制外人員”，它們游離在染色體之外，被稱為染色體外DNA（ecDNA）[1,2]。

　　作為編制外人員，ecDNA很是自由自在，想去哪就去哪。在細胞復制時，不同于“捆綁”在染色體上的DNA那樣整齊有序地進入到每個子細胞中，ecDNA的分配很隨機。一個擁有6個ecDNA的母細胞，分裂后可能會得到分別擁有5個、7個ecDNA的子細胞組合，也可能會得到分別擁有0個、12個ecDNA的子細胞組合。可以說，ecDNA不受常規的細胞分裂規則所約束，其本質上是隨機且不可預測的。

　　已有的研究表明，人類多種類型腫瘤細胞中廣泛存在這些小圈，尤其是晚期腫瘤。這些ecDNA上往往含有具有致癌潛力的基因，且在腫瘤進展和治療耐藥性方面發揮著重要作用，與患者治療預后較差相關[1,2]。不過，通常認為在健康細胞中沒有ecDNA的存在。

　　然而，近日一篇發表在Nature期刊上的文章首次提出，ecDNA早在細胞癌變之前便已悄悄埋伏。

　　英國劍橋大學的Rebecca C. Fitzgerald、美國加州大學圣地亞哥分校的Vineet Bafna、美國斯坦福大學的Paul S. Mischel等研究人員聯手發現，不止是早期或晚期食管癌組織，食管癌患者的癌前細胞中同樣有ecDNA的存在。這意味著在食管細胞向食管癌細胞的轉化，以及食管癌的進展中，ecDNA都有參與[3]。

　　論文首頁截圖

　　Barrett食管是一種較為常見的病變，表現為食管下段的細胞由于長期胃酸或腸道膽汁反流而受損，發生變異，從扁平上皮細胞轉化為柱狀上皮細胞。簡單形容一下就是，食管已經快被沖刷成胃腸道的樣子了，相比于正常食管，Barrett食管看起來更像是胃腸道[4]。

　　大多數患有Barrett食管的人表現為非異型增生，而少數人的食管細胞則在遺傳或結構異常的歧途上越走越遠，在經歷低度異型增生、高度異型增生后，細胞逐漸失去正常的形態和功能，發展為治療難度大、致死率高的食道癌。因此，被診斷為Barrett食管的患者通常需要接受頻繁的內鏡組織活檢檢查，這便利了科學家們獲得食管癌發生前后的組織樣本。

　　在這項研究中，研究者們基于兩項獨立研究隊列的參與者活檢樣本和隨訪數據，進行了一系列分析。這些參與者表現為不同程度異型增生的Barrett食管，以及早期（I期）食管癌、晚期（II-IV期）食管癌。

　　一方面，對來自劍橋大學的206名Barrett食管患者進行橫斷面分析后發現，在沒有發生異型增生的Barrett食管樣本或表現為低度異型增生的樣本中，未檢測到ecDNA。在Barrett食管發生高度異型增生的樣本中，含有ecDNA的概率為4%（1人/25人）。對于早期或晚期食管癌患者而言，腫瘤樣本中含有ecDNA的概率分別為25%和43％。

　　另一方面，研究者們還對來自Fred Hutchinson癌癥研究中心（FHCC）的80名Barrett食管患者，其不同時期的活檢結果及其患癌結局進行了縱向分析。

　　結果發現，在患有Barrett食管且發展為食管癌的患者中，33%人的癌前細胞中含有ecDNA。其余未發展為食管癌的40名Barrett食管患者中，僅1人的病理組織細胞中含有ecDNA，這個人在后續隨訪期間去世，死因與Barrett食管無關。

　　如此來看，不僅是與癌癥進展相關，在細胞徹底“黑化”為腫瘤細胞的過程中，ecDNA也沒少摻和。

　　已有的研究結果表明，腫瘤細胞會產生ecDNA，可能是受全基因組倍增、染色體破裂所影響，因為這些因素會導致基因組不穩定。那么，癌前細胞中的ecDNA又是怎么來的呢？

　　研究者們觀察到，含有ecDNA的癌前細胞都存在TP53基因變異，且TP53基因變異與細胞發生全基因組倍增和染色體破裂相關。不過，并非所有含有ecDNA的高度異型增生細胞都發生這兩個事件。研究者們推測，TP53基因變異可能是癌前細胞出現ecDNA的幕后推手，除了影響基因組穩定性，還有其它手段。

　　隨后，研究者們對ecDNA進行了“身份鑒定”。結果顯示，高度異型增生的癌前細胞，其ecDNA含有KRAS、MYC、ERBB2等致癌基因，以及SOCS1、CIITA等與免疫調節相關的基因。

　　進一步研究發現，如果在不同時間點獲取的活檢樣本中，細胞狀態相近，那么細胞中的ecDNA拷貝數也沒有明顯差異。但如果細胞異常狀態相差較大，那么這些異常細胞中的ecDNA拷貝數以及異質性增加。另外，根據以上兩組隊列的數據顯示，ecDNA陽性的人之中，有31%含有不止一種ecDNA。

　　這說明，腫瘤可能在早期就具備不同程度的ecDNA異質性。這種異質性幫助癌前細胞或腫瘤細胞適應不斷變化的生存條件，促進腫瘤在進化過程中“開枝散葉”。

　　總而言之，這項研究顛覆了人們之前的推測。研究者們證實，不僅是腫瘤進展，染色體外DNA在腫瘤轉化過程中也扮演了重要角色。他們表示，將進一步探索ecDNA如何在細胞中產生，以及如何幫助癌細胞制備適宜其生長的蛋白質。