《Acta Pharmaceutica Sinica B》：Extrachromosomal circular DNA driven immune remodeling in cancer progression and therapy resistance
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染色体外DNA（ecDNA）作为一种独特的遗传物质形式，广泛存在于多种癌症类型中，近期已成为与肿瘤免疫逃逸及癌症免疫治疗耐药相关的关键因素。本文综述了ecDNA的生物学特征、其在肿瘤细胞内的形成机制，以及其在调控肿瘤免疫微环境以促进免疫逃逸中的作用。研究人员重
染色体外DNA（ecDNA）作为一种独特的遗传物质形式，广泛存在于多种癌症类型中，近期已成为与肿瘤免疫逃逸及癌症免疫治疗耐药相关的关键因素。本文综述了ecDNA的生物学特征、其在肿瘤细胞内的形成机制，以及其在调控肿瘤免疫微环境以促进免疫逃逸中的作用。研究人员重点讨论了ecDNA驱动的基因扩增和异常基因表达如何影响肿瘤抗原呈递、免疫检查点分子调控及免疫细胞浸润，这些因素共同可能导致免疫治疗失败。此外，本文总结了针对ecDNA相关机制的研究进展，并探讨了靶向ecDNA以克服免疫治疗耐药的潜在治疗策略。通过整合上述认识，本文旨在为改善ecDNA相关免疫逃逸背景下癌症免疫治疗疗效提供理论基础并指导未来研究。
**研究背景与意义**
染色体外环状DNA（eccDNA）是真核细胞中独立于染色体DNA存在的环状DNA分子，广泛参与肿瘤异质性、演化及治疗耐药。其中，染色体外DNA（ecDNA）是eccDNA的一个功能亚类，主要存在于癌症中，以癌基因扩增和强转录活性为特征。ecDNA最早于20世纪60年代在植物细胞和恶性肿瘤细胞中被观察为无着丝粒的微小环状DNA结构，称为双微体（DMs）。20世纪70年代，ecDNA被发现与基因扩增事件相关，如DHFR扩增介导的小鼠细胞耐药。随着高通量测序和计算分析技术的发展，ecDNA被证实在多种人类癌症中广泛存在，常促进高水平癌基因扩增和瘤内异质性。近十年来，突破性研究进一步阐明了ecDNA在转录扩增、非孟德尔遗传、染色质相互作用及治疗耐药中的作用，确立了ecDNA作为癌症演化基本驱动因素和潜在治疗靶点的地位。
然而，ecDNA在肿瘤免疫微环境调控和免疫逃逸中的作用机制尚不完全清楚。肿瘤携带ecDNA常表现为主要组织相容性复合体（MHC）I类和II类抗原呈递基因表达降低，导致免疫细胞浸润减少和细胞毒性T细胞活性下降，形成免疫排斥微环境，促进肿瘤免疫逃逸和免疫治疗耐药。尽管ecDNA在癌症发病机制和免疫调控中的关键作用日益受到认识，但ecDNA生物发生、维持和功能的机制仍面临挑战。因此，研究人员开展此项综述研究，旨在全面总结ecDNA相关免疫逃逸机制及其在癌症免疫治疗耐药中的贡献，为潜在临床应用和未来研究方向提供见解。该论文发表在《Acta Pharmaceutica Sinica B》。
**关键技术方法**
本综述综合了多类关键技术方法的研究成果：高通量测序技术（包括短读长和长读长全基因组测序）、单细胞多组学分析（如scGTP-seq）、Circle-Seq及其衍生技术、CRISPR-Cas9介导的ecDNA检测与靶向方法（如CRIRCA、NPCC）、荧光原位杂交（FISH）及AI驱动的自动化定量流程、ATAC-seq（ATACAmp）基于开放染色质状态的ecDNA检测、液体活检（循环肿瘤DNA和尿沉渣DNA）检测，以及生物信息学工具（Circle_finder、Circle-Map、ecc_finder、CoRAL、AmpliconArchitect）和计算建模方法。样本队列来源包括595例尿路上皮癌患者全基因组测序数据及肝细胞癌样本等。
**研究结果**
**ecDNA的生物学特征与形成机制**：ecDNA是大小从数千碱基对到数百万碱基对不等的环状DNA分子，缺乏着丝粒和端粒，呈开放染色质构象，富含癌基因和调控元件。其形成始于DNA双链断裂（DSBs），经经典非同源末端连接（NHEJ）和微同源介导末端连接（MMEJ）途径重新连接环化。BRCA1-A复合物保护DNA末端过度切除促进环化，而MRN复合物拮抗此过程；DNA连接酶IV（LIG4）催化最终连接步骤。YY1–LIG3–PARylation复合物通过DNA环化和Z-DNA结构促进融合-重新连接。ecDNA在肿瘤中呈动态变化，因缺乏着丝粒而进行非孟德尔随机分离，导致子细胞间癌基因拷贝数异质性，驱动克隆多样化和治疗耐药。
**ecDNA相关基因扩增对肿瘤免疫相关基因的影响**：ecDNA常携带PD-L1和MYC等免疫调控基因，其扩增导致免疫检查点分子过表达和免疫抑制微环境形成。泛癌分析鉴定了一组eccDNA驱动基因（EDGs），在多种癌症中共同扩增且参与免疫系统过程。ecDNA介导的免疫相关基因扩增导致其异常过表达，通过增强免疫检查点信号和重塑肿瘤微环境（TME）促进免疫逃逸。ecDNA介导的基因扩增通过下调MHC I类和II类分子表达、损害肽加载和改变免疫检查点调控，削弱肿瘤免疫原性。ecDNA阳性肿瘤还与TGF-β和IL-10相关免疫抑制程序改变相关，高EC_score肿瘤表现TGF-β信号通路上调和淋巴细胞浸润减少。
**ecDNA在肿瘤免疫微环境中的作用**：ecDNA阳性肿瘤表现为细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）浸润减少和巨噬细胞群体改变。在小细胞肺癌（SCLC）中，ecMYC+肿瘤下调免疫相关通路，T细胞浸润减少，调节性T细胞（FOXP3+）增加，空间分析显示ecMYC+肿瘤细胞与免疫细胞互动有限。ecDNA相关抗原多样性结合免疫监视受损促进免疫逃逸。关于炎症反应，cGAS检测胞质ecDNA片段，恢复cGAS或STING激活先天免疫信号并限制ecDNA阳性肿瘤生长；cGAS激活诱导I型干扰素和NF-κB相关炎症反应。ecDNA阳性肿瘤上调细胞周期、有丝分裂和复制相关通路，而全局免疫调控程序广泛受抑。
**ecDNA相关免疫治疗耐药的机制证据与推断通路**：ecDNA阳性肿瘤与免疫检查点失调和免疫治疗反应降低相关。在乳腺癌中，ecDNA可携带上调PD-L1表达的癌基因或调控元件，降低抗PD-1/PD-L1抗体应答率。泛癌转录组分析显示ecDNA阳性肿瘤在可比肿瘤突变负荷（TMB）和新抗原负荷下免疫浸润减少、细胞毒性T细胞活性降低、MHC I类和II类抗原呈递基因表达下降。Wnt/β-catenin和JAK/STAT信号代表候选免疫逃逸通路，但直接ecDNA依赖性调控尚未完全确立。遗传异质性提供了最强的ecDNA特异性框架：ecDNA的染色体外定位、癌基因富集和非孟德尔分离可在子细胞间快速改变癌基因剂量，使ecDNA阳性肿瘤适应免疫压力。
**ecDNA相关免疫逃逸的转化策略**：ecDNA检测技术取得显著进步，包括Circle-Seq、单细胞多组学、CRISPR-Cas9方法（CRIRCA、NPCC）、FISH成像和ATAC-seq（ATACAmp）。可成药节点包括ecDNA生物发生（PARP抑制剂干扰YY1–LIG3机制）、ecDNA维持/分离（CHK1抑制利用复制压力）和ecDNA依赖性转录输出（BET抑制剂JQ1分散ecDNA枢纽）。CRISPR-Cas9系统靶向ecDNA扩增癌基因代表潜在治疗策略，但递送是核心转化障碍。在ecDNA阳性肿瘤免疫微环境重塑方面，靶向ecMYC+ SCLC细胞核苷酸代谢通路诱导ecDNA消除并重新激活抗原呈递通路。临床试验应整合ecDNA状态分层、药效学监测和适应性治疗方案。
**讨论与结论**
综述讨论部分指出，ecDNA研究面临多重挑战：现有体外和体内模型难以完全再现ecDNA动态行为和复杂功能，患者来源类器官（PDOs）缺乏免疫细胞等TME组分；ecDNA检测和定量受限于当前分子和成像技术的灵敏度和特异性，缺乏标准化方案；ecDNA结构和功能异质性在大小、组成、染色质组织和功能影响等多层面表现，阻碍通用机制模型的建立；临床转化面临缺乏验证安全性和有效性的综合临床数据的障碍。未来研究方向包括利用多组学方法结合功能测定解析ecDNA阳性肿瘤状态的信号通路和表观遗传修饰，整合空间转录组学和单细胞测序技术揭示ecDNA效应在肿瘤克隆和免疫细胞群体间的异质性，以及开发基于ecDNA的精准免疫治疗策略。研究结论部分翻译如下：ecDNA已成为癌症生物学中的关键角色，特别是在癌基因扩增、肿瘤异质性和免疫逃逸方面。尽管取得了显著进展，ecDNA调控肿瘤免疫调控的精确分子通路仍不完全清楚，代表未来研究的关键前沿。当前证据表明ecDNA通过下调抗原呈递机制（包括MHC I类和II类分子）促进免疫逃逸，损害TME中细胞毒性T细胞识别和活性。此外，ecDNA携带扩增的免疫调控基因可抑制细胞毒性T细胞反应。含病毒和人类癌基因的杂合ecDNA进一步例证了ecDNA驱动致癌转录程序促进免疫逃逸的作用。未来研究应利用多组学方法结合功能测定剖析与ecDNA阳性肿瘤状态相关的信号通路和表观遗传修饰。此外，ecDNA与免疫检查点、细胞因子网络和肿瘤相关巨噬细胞的相互作用值得详细研究，以阐明ecDNA如何塑造免疫抑制性TME。理解这些分子机制将为鉴定免疫逃逸和耐药的新生物标志物以及揭示逆转ecDNA介导免疫抑制的潜在靶点提供基础。整合空间转录组学和单细胞测序技术还可揭示ecDNA效应在肿瘤克隆和免疫细胞群体间的异质性，实现对肿瘤-免疫动力学的更精细理解。最终，阐明ecDNA在肿瘤免疫调控中的分子基础对于克服当前癌症免疫治疗耐药的障碍和改善患者预后至关重要。
