Nature（IF 50.5）：泛癌全基因组揭示ecDNA起源及治疗潜力

方法

结果

研究使用 AmpliconArchitect 和 AmpliconClassifier 工具对15832例全基因组测序癌症样本进行了ecDNA识别和分类，并通过FISH验证了结果准确性（图1a）。研究发现ecDNA存在于多种癌症类型中，具有不同的频率和特征，并且在肿瘤内部产生遗传异质性（图1b-d）。多区域测序结果显示，ecDNA在同一肿瘤的多个区域中的检测率较高，并且在部分区域中的检测率更高。此外，ecDNA上存在明显的癌基因富集现象，相比于染色体的扩增，ecDNA更容易扩增癌基因，并且ecDNA上频繁扩增的基因也更可能是癌基因。在所有肿瘤中，RTK-RAS、TP53和细胞周期通路中的癌基因最常在ecDNA上扩增，而这些癌基因扩增中错义突变比例较高（图1d）。dN（非同义）/dS（同义）分析显示，EGFR和ERBB2突变在扩增时受到更强的选择压力（图1e）。

过往数据表明，ecDNA驱动的癌症患者的免疫功能受到了抑制，以致于对免疫检查点抑制剂反应较弱。为了探究该机制，研究确定了免疫调节基因在ecDNA上扩增的频率和组织背景，并分析了这些基因是否富集。研究发现在具有ecDNA的肿瘤中，34%存在免疫调节基因的ecDNA扩增，其中大部分与癌基因共同扩增，而41.5%具有免疫调节基因扩增的ecDNA上没有癌基因（图2a-c）。这些免疫调节基因参与了负调控免疫效应、白细胞介导的细胞毒性以及淋巴细胞活化等过程（图2d）。进一步分析发现，带有免疫调节基因扩增的ecDNA的肿瘤中T细胞数量明显减少，并且带有免疫调节基因和癌基因的肿瘤中T细胞数量最少，提示其可能导致免疫反应受限（图2e，f）。虽然不含癌基因的ecDNA上免疫调节基因扩增拷贝数没有达到含癌基因的水平，但相比于其他不含癌基因的ecDNA，其拷贝数仍有升高（图2g）。此外，通过比对ecDNA序列与已知的增强子、启动子和lncRNA数据库，研究发现调控ecDNA结构小而简单，且拷贝数较低，并揭示了调控ecDNA在肿瘤中的普遍性和多样性（图2g）。

ecDNA与特定的肿瘤抑制基因突变、结构和数目性染色体不稳定性以及全基因组重复之间的关系在不同癌症类型中尚未得到充分探究。在控制肿瘤类型的情况下，TP53突变与ecDNA的关联最强，特别是在子宫内膜癌、肾癌和雌激素受体阳性乳腺癌中（图3a，c）。TP53突变的肿瘤和ecDNA中的MDM2是互斥的（图3b）。此外，ecDNA与NF1、ARID1A和RB1等特定肿瘤抑制基因的突变也有关联（图3c）。进一步分析发现，全基因组重复、SV负担和加权基因组不稳定指数（wGII）与ecDNA存在呈正相关，这取决于肿瘤类型。在肉瘤中，高复杂性扩增与增加的结构变异负担相关，而在结直肠癌中，低复杂性ecDNA与高倍性和高wGII相关，但与SV负担无关，这表明不同的过程可能导致不同的ecDNA物种或与不同类型的ecDNA相关联（图3c）。

基于Degasperi等人的突变特征信息，研究发现GEL队列中携带ecDNA的肿瘤具有更高的肿瘤突变负荷（TMB）（图4a）。然而，这种关联仅限于非超突变表型（图4b）。ecDNA与特定的SBS特征如SBS1（脱氨）、SBS4（吸烟）、SBS8（未知）和SBS13（APOBEC胞嘧啶脱氨酶）强相关，而与错配修复缺陷（MMRd）和POLD1/POLEd缺陷相关特征负相关（图4c）。同时，研究还发现ecDNA与超突变的负相关（图4b）。接着，研究通过分析突变过程相对于ecDNA形成的时间，发现ecDNA上的突变特征与ecDNA形成和演化过程有关。例如，SBS3与ecDNA形成前的同源重组缺陷相关，而SBS1、SBS4和SBS7a与ecDNA形成前的烟草暴露、紫外光暴露和类似钟摆的脱氨基酸修饰有关。

对年龄、性别和肿瘤类型进行调整后，研究发现ecDNA与肿瘤分期的增加密切相关，暗示着ecDNA与肿瘤的分期存在相关性（图5a）。在控制肿瘤类型后，研究发现ecDNA在转移样本中显著富集，表明ecDNA可能在癌症进展和转移的发展中起到一定作用（图5b）。随后，研究对ecDNA与治疗进行关联分析。在调整了年龄、分期、纯度和癌症类型后，研究发现ecDNA的检测与既往化疗和靶向治疗显著相关（图5c）。在调整了肿瘤类型、分期、年龄、性别和wGII的Cox比例风险模型中，ecDNA的存在与较短的总体生存期相关联（图5d，e）。

结论