染色体外环状DNA（Extrachromosomal circular DNA, eccDNA/ecDNA）在多种肿瘤中被发现可驱动癌基因扩增，并深刻影响肿瘤细胞的基因表达模式、增殖能力及耐药性。尽管已有研究在脑胶质瘤、结直肠癌等实体瘤中揭示了ecDNA在肿瘤进展中的关键作用，其在肝细胞癌（HCC）中的分布特征、功能机制及临床意义等仍有待阐明。HCC作为全球高发且预后不良的恶性肿瘤，其高度异质性和复杂的分子调控网络使得精准治疗面临重大挑战，现有研究对ecDNA如何重塑肝癌基因组、推动肿瘤演进及耐药形成等方面的认知仍较为有限。因此，深入解析肝癌中ecDNA的全景图谱及功能网络，对于阐明肝癌分子病理机制、发现新的诊断标志物和潜在治疗靶点具有重要意义和临床价值。
研究团队利用Circle-seq技术对6例HCC肿瘤组织（T）及配对癌旁组织（N）进行了系统性ecDNA谱系分析，共鉴定出43,125条ecDNA，其中肿瘤样本中检测到8,159条与基因区域重叠的ecDNA，而癌旁组织中该数值为17,184条。ecDNA长度多集中在1 kb范围内，少数1 Mb的大型ecDNA被定义为真正意义上的ecDNA。肿瘤组织中ecDNA的GC含量显著高于癌旁组织，这与以往报道的卵巢癌ecDNA的GC富集特征相一致。进一步序列分析显示，这些环状DNA主要来源于Alu重复序列及外显子/内含子区域，而CpG岛中显著缺失，提示其形成与基因组脆性位点及DNA修复错误密切相关。染色体全景绘制显示，ecDNA在所有染色体均有分布，但在Y染色体显著减少。热点断点富集在1q21区段（chr1:150,370,844-153,757,421），这一区域是HCC中公认的致癌扩增热点。3/6（50%）HCC样本中检测到来源于该区域的3 Mb ecDNA，而在癌旁组织未检出。全基因组拷贝数变异（CNV）分析证实，携带此ecDNA的肿瘤样本均存在1q21区域的高扩增，而阴性样本无此扩增，提示ecDNA极可能源于扩增片段的切割并环化。多组学整合分析发现，该3 Mb ecDNA包含14个蛋白编码基因，其中PIP5K1A、SETDB1、GOLPH3L三者在HCC队列中扩增频率最高（约12%），并与患者预后显著相关（HR=1.53，p=0.03）。RNA-seq验证PIP5K1A在HCC组织显著高表达（33例配对样本，log-rank p=0.0153），并在另外的18例患者qPCR结果中得到证实。基于机器学习建模，ecDNA相关的25个基因在区分HCC患者与正常组织中AUC均大于0.95，显示出其潜在的诊断价值。在肝癌组织和SNU475、Huh-7等细胞系中，透射电子显微镜（TEM）观察到了环状DNA结构。外向PCR、内向PCR及Sanger测序均验证了该ecDNA的环状构型，与Circle-seq结果一致。荧光原位杂交（FISH）显示PIP5K1A在肝癌组织中存在显著扩增。通过肝癌细胞系分析显示，PIP5K1A在SNU475细胞中表达最高，在Huh-7细胞中最低。功能实验进一步表明，过表达PIP5K1A显著促进Huh-7细胞增殖、迁移并抑制凋亡，而SNU475细胞敲低PIP5K1A可显著降低p-星空体育官方入口 星空体育官网AKT (Ser473) 水平和PI(4,5)P2含量，同时抑制细胞克隆形成并促进细胞凋亡。在药物干预实验中，PIP5K1A抑制剂ISA-2011B对PIP5K1A高表达细胞敏感，SNU475细胞的IC50仅为18.57 μM，显著低于Huh-7细胞（IC50=71.02 μM）。与PI3K抑制剂LY294002（IC50=129 μM）或AKT抑制剂MK-2206（IC50=24.65 μM）联用可协同诱导细胞凋亡并抑制增殖。动物实验中，OE-PIP5K1A-Huh-7移植瘤体积显著增加，Ki-67增殖指数升高，TUNEL凋亡减少，而ISA-2011B可逆转上述表型。稳定敲低PIP5K1A的HepG2细胞在裸鼠皮下成瘤模型中表现出明显的生长抑制，并伴随p-AKT表达水平的降低。该研究揭示了ecDNA介导的PIP5K1A扩增是HCC进展的重要驱动力，为肝癌靶向治疗提供了新的分子标志物和潜在靶点。
山东第一医科大学附属济宁第一人民医院蒋树龙教授、刘庆斌博士为本文共同通讯作者，山东大学齐鲁医学院硕士研究生张妮为本文第一作者。
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