PNAS：证实孕妇血浆中存在胎儿“游离环状DNA”，比线性cfDNA 稳定性更高！

2019年9月，发表在Clinical Chemistry的一项研究中，香港中文大学卢煜明教授团队证明，血浆线粒体DNA（mtDNA）具有不同的拓扑形式，即线性和环状。此外，科学家已在酵母、小鼠和人体等不同生物的血浆中检测到了染色体外环状DNA（eccDNA）。目前认为eccDNA是指基因组DNA来源的染色体外不携带着丝粒和端粒的游离环状DNA分子。eccDNA的大小变化很大，范围从几十个碱基到数十万个碱基，其中大多数小于1000 bp。科学家认为，这种eccDNA可能更稳定，比线性循环DNA更耐受核酸酶。但目前尚没有关于孕妇血浆eccDNA的公开数据。

2020年1月3日，在PNAS发表的较 新研究中，卢煜明教授团队针对孕妇血浆中的eccDNA进行了研究。研究团队在孕妇的血浆中分离、测序了来自母体和胎儿的eccDNA，发现孕妇血浆中的eccDNA具有更高的生物稳定性和独特的分子特征：孕妇eccDNA有明显的片段大小分布，且来自胎儿的eccDNA通常短于母体的eccDNA。值得注意的是，孕妇血浆eccDNA连接点两侧存在特征性三核苷酸重复基序，这种重复模式可阐明该DNA分子可能的生成机制，并为其提供了有别于线性cfDNA的独特特征，如更高的稳定性。

研究团队利用MspI消化法对5名孕妇的血浆环状DNA进行富集后，对eccDNA分子进行线性化和测序。该研究首要目标是研究胎儿是否可以将eccDNA释放到母体的血浆中，就像线性胎儿DNA那样。其次，研究人员比较了母体和胎儿eccDNA的大小分布，并分析了分子特征。
为进一步分析eccDNA连接点两侧的基因序列，研究人员对来自5位孕妇的全部170万个eccDNA分子进行了分析，并重复了10次。分析发现，eccDNA中存在重复出现的模式：起始位点和终止位点都由一对具有4个碱基间隔的三核苷酸重复基序组成。对重复模式的进一步分析表明，同源重组和微同源介导的末端连接可能是双链DNA形成eccDNA的机制。通过将eccDNAs映射回基因组，研究人员发现这些分子在5‘-非翻译区（5'-UTR）、外显子区和CpG岛区域富集，表明环状DNA的产生并不是随机的，存在一定的偏好性。

近年来，随着液体活检技术的快速发展，人们对血浆循环DNA有了更深入的了解，其中cfDNA的片段化模式是一个研究热点。有关cfDNA大小分布、末端位置和末端基序的研究表明，cfDNA的片段化模式与其起源组织之间存在关联。在怀孕期间，研究发现来自胎儿血浆（主要是胎盘来源）的线性DNA片段，比母体来源（主要是造血来源）的DNA短。在癌症中，肿瘤来源的cfDNA的片段较小，且偏好末端坐标来自非恶性细胞的末端坐标。

这项发表在PNAS的较 新研究证实了胎儿eccDNA在孕妇血浆中的存在，强调了血浆DNA的拓扑分析，这是循环核酸研究和应用的新兴方向。此外，母体血浆中的eccDNA具有较强的生物稳定性和独特的分子特征，为快速发展的NIPT领域提供了一种可能的新生物标志物。卢煜明教授表示：“对于未来的研究来说，探索不同的妊娠相关疾病(如子痫前期和早产)中孕妇血浆eccDNA谱的潜在异常将是十分有趣的。”