EGFR与PDGFRA在ecDNA上的扩增揭示胶质母细胞瘤的空间进化轨迹与靶向治疗新视角

《Cancer Discovery》：Selection dynamics of EGFR SVs on ecDNA. A, A subclonal ... Open Access

本研究发现ecDNA（染色体外DNA）在IDH野生型胶质母细胞瘤（GBM）中广泛存在，通过多区域测序与空间进化模型（SPECIES）揭示EGFR与PDGFRA等癌基因在ecDNA上的扩增模式、异质性分布及进化动力学。ecDNA的随机分离与强选择优势驱动肿瘤内异质性，其中EGFR变异（如EGFRvIII）多源于预存的野生型ecDNA并早期积累，而PDGFRA则常与其他癌基因共扩增。该研究为理解GBM的进化路径及ecDNA介导的靶向治疗耐药提供了新机制视角。

　　

ecDNA扩增癌基因在人类GBM中的景观

研究团队通过对94例IDH野生型GBM样本（包括GB-UK和PCAWG队列）进行全基因组测序（WGS）和DNA荧光原位杂交（FISH）分析，发现57%-86%的样本存在ecDNA扩增。ecDNA携带的癌基因中EGFR、PDGFRA和CDK4最常见，且EGFR扩增均位于ecDNA上（除一例BFB循环事件外）。ecDNA扩增的癌基因拷贝数中位数高达53，显著高于染色体内部扩增（18拷贝），且结构更复杂（复杂度评分0.84 vs. 0.43）。多数ecDNA来源于单一染色体，但12%-14%为多染色体来源。ecDNA大小在180 kbp至5.52 Mbp之间，且癌基因拷贝数与ecDNA上基因数量呈负相关（Spearman r=-0.5），提示非必需DNA在进化中被淘汰。

ecDNA拷贝数的空间异质性

通过多区域DNA FISH和RNAscope分析，发现EGFR和PDGFRA ecDNA在肿瘤核心和浸润边缘均存在，但EGFR ecDNA的细胞间拷贝数分布空间变异更大，而PDGFRA则较均匀。利用空间ecDNA肿瘤进化模拟（SPECIES）模型，结合近似贝叶斯计算（ABC）推断，发现多数肿瘤起始细胞携带高ecDNA拷贝数（k=20-131），且EGFR ecDNA赋予更强的选择优势（s≥1）。空间约束参数q较小（q=2或5），表明肿瘤生长受空间限制。

ecDNA在基因工程小鼠模型中的积累与选择

在Trp53缺失的遗传工程小鼠中，诱导Myc ecDNA可在神经干细胞中积累，而在体外培养中显示正选择（s=2）。这表明ecDNA可在癌前病变中积累，为肿瘤克隆扩张提供基础。

ecDNA上EGFR结构变异的选择动力学

67%的EGFR ecDNA阳性肿瘤携带突变体，如EGFRvIII或C端缺失。这些变异总是与野生型EGFR共存，且共享相同的基因组断点，表明它们源于预存的EGFRwt ecDNA。空间模拟表明，EGFRvIII等变异多在克隆扩张前出现，其异质性分布与强选择一致。点突变如EGFR p.A289V和p.G598V也见于ecDNA，且呈现亚克隆但高频特点，提示其早期发生且受选择。

多ecDNA物种的共选择与共分离动力学

16%的肿瘤存在多种ecDNA物种共扩增（如EGFR与PDGFRA）。多ecDNA SPECIES模型显示，这些ecDNA通过共分离和共选择机制在肿瘤空间中协同维持。例如患者A5肿瘤中同时存在EGFR和PDGFRA ecDNA，且推断起始拷贝数分别为131和37，表明EGFR ecDNA主导进化动力学。

讨论

本研究揭示ecDNA是GBM中癌基因扩增的主要载体，其空间异质性和进化动力学由癌基因身份决定。EGFR ecDNA及其变异（如EGFRvIII）早期积累并赋予强选择优势，而PDGFRA ecDNA则多与其他癌基因共扩增。ecDNA的异质性分布和动态调整拷贝数能力可能是靶向治疗耐药的重要原因。研究提出的SPECIES模型为量化ecDNA进化提供了新工具，并提示ecDNA检测可能用于患者分层和治疗策略优化。