撰文 | 咸姐

腫瘤內異質性和表型可塑性驅動腫瘤進展和治療耐藥性，直接影響著疾病的治療效果和患者的預后。近年來，越來越多的研究表明，癌基因劑量的變化是決定腫瘤進展和表型異質性的主要因素之一【1】。癌基因的局灶性擴增和重排是導致癌基因劑量變化的重要機制，這些變化可以表現為染色體上連續基因片段的線性擴增，也可以以細胞外染色體DNA（ecDNA）的形式存在。ecDNA是一種特殊的遺傳物質，它缺乏著絲粒，因此在細胞分裂過程中不能像染色體DNA那樣均等地分配到子細胞中。這種非孟德爾式的遺傳模式使得單個細胞能夠在特定微環境變化下積累大量攜帶癌基因的ecDNA，從而賦予細胞更強的適應能力。然而，當癌細胞不再受到這種選擇壓力時，ecDNA會迅速減少，這表明ecDNA的存在與腫瘤細胞的適應性密切相關【2】。

胰腺導管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma,PDAC）是一種高度侵襲性和致死性的癌癥。在PDAC中，癌基因的擴增現象尤為顯著，例如GATA6、KRAS和MYC等基因的擴增已被證實能夠塑造PDAC的腫瘤表型。其中，MYC基因的擴增尤其值得關注。MYC是一種關鍵的轉錄因子，其活性的升高能夠通過促進細胞增殖和重塑腫瘤微環境，推動PDAC的生物學侵襲性表型發展。此外，MYC擴增在PDAC的肝轉移中富集，并與基底樣和鱗狀亞型相關【3,4】。因此，識別驅動MYC轉錄異質性的遺傳事件對于深入理解PDAC的疾病進展和轉移機制至關重要。

近日，來自意大利維羅納大學的Vincenzo Corbo團隊在Nature上在線發表題為MYC ecDNA promotes intratumour heterogeneity and plasticity in PDAC的文章，利用患者來源類器官（PDO）作為研究模型，通過整合PDO的基因組學、轉錄組學和原位分析，并結合功能學研究，全面揭示了ecDNA介導的MYC擴增在推動PDAC細胞拷貝數異質性以及形態和表型適應性中的關鍵作用，提供了PDAC中ecDNA的詳細分析，并描述了驅動PDAC中MYC異質性的新的遺傳機制。

為了描述PDAC基因組重排的特征，本文研究人員對39例原發性腫瘤中的41個早期傳代PDO進行了全基因組測序（WGS），結合AmpliconArchitect工具分析，研究人員發現ecDNA是PDAC中關鍵癌基因（如MYC和CCND3）高水平局灶性擴增的主要來源。其中，12個PDO被鑒定出至少含有一個ecDNA，且ecDNA的存在與腫瘤的侵襲性特征密切相關。研究還發現，ecDNA+的PDO表現出更高的基因表達水平，尤其是在與腫瘤生物學侵襲性相關的基因集（如上皮-間質轉化和糖酵解）中。ecDNA+的腫瘤細胞在復制壓力相關的染色體不穩定性特征（如CX9特征）上也表現出顯著富集。由此在PDO中發現了基因組擴增的異質性景觀，并且ecDNA腫瘤顯示出更具生物侵襲性疾病的特征。

為了探索ecDNA如何促進PDAC腫瘤內異質性，研究人員檢測了染色體外（ecMYC）或線性染色體內（icMYC）的MYC擴增。利用熒光原位雜交（FISH）技術檢測MYC基因在ecDNA上的分布，并分析其在不同細胞中的拷貝數變化。實驗結果顯示，ecDNA+的PDAC細胞表現出顯著的MYC拷貝數和表達水平的異質性，且這種異質性受到ecDNA結構和調控元件（如PVT1基因啟動子）的影響。ecDNA對PDAC的拷貝數和轉錄的腫瘤內異質性有重要影響，轉錄輸出并不與ecDNA拷貝數成線性比例，ecDNA的結構，即其調控景觀，在調節基因表達中起主要作用。

隨后，研究人員試圖了解攜帶癌基因的ecDNA如何動態響應微環境信號，以增強PDAC細胞的環境適應性。研究人員通過在PDO中移除WNT信號通路的關鍵配體（如WNT3A和RSPO），模擬了WNT信號缺失的微環境，并觀察了PDAC細胞的適應性變化。實驗發現，MYC基因的過表達能夠使PDAC細胞在缺乏WNT信號的條件下獨立生存并增殖，這種適應性與MYC基因劑量的增加密切相關。在WNT信號缺失的條件下，ecDNA+的PDAC細胞能夠快速適應并獲得生長優勢，表現為ecDNA拷貝數的顯著增加和MYC基因表達的上調。這種適應性變化是通過環境誘導的選擇機制實現的，即在缺乏WNT信號的微環境中，攜帶ecDNA的細胞因MYC基因劑量的增加而獲得更強的適應性。然而，當選擇壓力解除后，ecDNA的拷貝數會顯著減少，表明ecDNA的維持對細胞存在一定的適應性代價。此外，通過條形碼技術追蹤細胞克隆的實驗結果表明，適應性變化是可預測的，且與特定亞克隆的擴張有關，進一步證實了環境誘導的ecDNA選擇在PDAC細胞適應性中的重要作用。與此同時，研究人員發現ecMYC的存在與γH2AX（一種DNA損傷標志物）的高表達密切相關，表明ecDNA的維持可能與DNA損傷反應有關，ecMYC的維持對細胞適應性具有顯著影響，在PDO中，維持高水平的ecDNA會帶來一定的適應性代價，除非這種高水平的ecDNA能夠提供生存優勢。

進一步地，研究人員評估了PDAC類器官中ecDNA積累的表型效應。研究人員首先觀察了ecDNA+的PDAC類器官的形態變化，發現這些類器官從囊性結構轉變為實體或篩狀生長模式，這種形態變化與基底樣/鱗狀表型相關。通過轉錄組分析，研究發現ecDNA+的類器官表現出更強烈的經典和基底樣程序，且與免疫表型數據一致。此外，ecDNA的積累還影響了PDAC細胞對MYC抑制劑的敏感性，表明ecDNA的存在不僅改變了細胞的形態和表型，還影響了細胞對治療的反應。通過整合空間轉錄組學和細胞遺傳學技術，研究人員對PDAC中由ecDNA驅動的MYC基因擴增進行了空間分布分析。分析結果顯示，ecDNA+的PDAC樣本中MYC基因的拷貝數和表達水平顯著高于ecDNA?的樣本，并且在ecDNA+的樣本中，MYC擴增的腫瘤細胞傾向于分布在實體生長區域，與非擴增細胞的腺體形態形成鮮明對比。此外，這些MYC擴增區域的細胞表現出較低的WNT信號響應能力，且與腫瘤間質細胞中表達的WNT配體水平呈負相關。

綜上所述，本研究確立了MYC ecDNA作為PDAC基因組可塑性的關鍵驅動因素，通過擴增癌基因、創造異質性以及實現可逆的表型變化，促進了腫瘤細胞的快速和靈活適應。這一發現不僅揭示了ecDNA在PDAC中的重要作用，還為理解腫瘤細胞如何響應微環境變化提供了新的視角，并為開發針對ecDNA的治療策略提供了理論基礎。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08721-9

制版人： 十一

參考文獻

1. Marusyk, A., Janiszewska, M. & Polyak, K. Intratumor heterogeneity: the Rosetta stone of therapy resistance.Cancer Cell37, 471–484 (2020).

2. Lange, J. T. et al. The evolutionary dynamics of extrachromosomal DNA in human cancers.Nat. Genet.54, 1527–1533 (2022).

3. Mueller, S. et al. Evolutionary routes and KRAS dosage define pancreatic cancer phenotypes.Nature554, 62–68 (2018).

4. Hayashi, A. et al. A unifying paradigm for transcriptional heterogeneity and squamous features in pancreatic ductal adenocarcinoma.Nat. Cancer1, 59–74 (2020).

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