染色体外DNA驱动的癌基因空间异质性与演化：胶质母细胞瘤进化新视角

本文揭示了染色体外DNA（ecDNA）在胶质母细胞瘤（GBM）中的核心作用，通过整合计算模型（SPECIES）与多区域测序技术，发现ecDNA携带的癌基因（如EGFR、PDGFRA）呈现特异性空间异质分布，其积累甚至可早于克隆扩张阶段。研究证实EGFR变异体（如EGFRvIII）均源自野生型ecDNA，且具有强选择优势，这重塑了我们对GBM基因数据演化解读的认知，为靶向治疗提供新思路。

　　

ecDNA在GBM中的扩增景观与结构特征

研究通过对94例IDH野生型胶质母细胞瘤（GBM）样本进行全基因组测序（WGS）和DNA荧光原位杂交（FISH）分析，发现57%-86%的肿瘤存在染色体外DNA（ecDNA）扩增。ecDNA携带包括EGFR、PDGFRA、CDK4、MDM2在内的多种癌基因，其拷贝数中位数高达53，显著高于染色体内部扩增（18拷贝）。结构分析表明，ecDNA长度介于180 kbp至5.52 Mbp之间，且多保留远端增强子序列。值得注意的是，EGFR扩增仅见于ecDNA，而PDGFRA和MDM2常与其他癌基因（如KIT、CDK4）共扩增于同一ecDNA分子上，提示不同癌基因具有特异的扩增模式。

空间ecDNA拷贝数异质性揭示演化路径

通过多区域DNA FISH分析，研究发现EGFR-ecDNA在肿瘤核心与边缘区域呈现显著的空间异质性，而PDGFRA-ecDNA分布相对均匀。这种差异提示不同癌基因ecDNA具有截然不同的进化轨迹。为进一步量化ecDNA的空间演化动力学，团队开发了空间ecDNA肿瘤进化模拟模型（SPECIES），该模型通过近似贝叶斯计算（ABC）推断关键参数：起始ecDNA拷贝数（k）、选择优势（s）和空间约束强度（q）。模拟结果表明，EGFR-ecDNA通常具有较高的初始拷贝数（k>20）和强选择优势（s≥1），其积累往往发生于克隆扩张之前，而PDGFRA-ecDNA则多表现为中性或弱选择。

基因工程小鼠模型验证ecDNA早期积累与选择

在TP53缺失的遗传工程小鼠模型中，Myc-ecDNA可在肿瘤形成前累积于脑室下区（SVZ）的神经干细胞中，而体外实验进一步证实携带Myc-ecDNA的细胞具有显著增殖优势（选择系数s=2）。这一发现支持了ecDNA在癌前阶段即可积累并施加选择压力的假说，为人类GBM中ecDNA早期起源提供了实验依据。

EGFR变异体ecDNA的异质性演化与选择

研究发现在67%的EGFR扩增GBM中，ecDNA同时携带EGFR野生型（EGFRwt）和致癌变异体（如EGFRvIII），且所有变异体均衍生自预先存在的EGFRwt-ecDNA。免疫组化（IHC）与空间转录组分析显示，EGFRvIII在肿瘤核心和浸润边缘广泛共存，表明其突变发生于克隆扩张之前。点突变分析进一步发现EGFR p.A289V和p.G598V等复发突变位于胞外结构域，可能具有驱动作用。选择压力分析（dN/dS）显示EGFR变异体处于正选择状态，而PDGFRA变异体则无此现象。

多ecDNA物种的共选择与共分离动力学

16%的GBM存在两种及以上ecDNA物种共扩增（如EGFR与PDGFRA），其中MDM2/MDM4共扩增与TP53通路失活密切相关。扩展的SPECIES模型模拟表明，多种ecDNA可通过共分离（协同遗传）和共选择（混合细胞优势）机制在肿瘤空间中共存。例如患者A5肿瘤中EGFR-ecDNA（k=131±16）与PDGFRA-ecDNA（k=37±23）的协同维持，揭示了复杂ecDNA群落的空间动态稳定性。

临床意义与转化前景

本研究揭示了ecDNA在GBM进化中的核心作用：癌前积累、强选择优势及空间异质性共同塑造了肿瘤的演化轨迹。EGFR变异体的早期发生和持续异质性提示针对单一靶点（如EGFRvIII）的治疗策略可能因预存耐药克隆而失效。ecDNA检测有望成为分子分层的新工具，指导联合靶向治疗或早期干预策略。此外，ecDNA的动态拷贝数调控机制为开发针对ecDNA本身的疗法提供了新方向。