香港中文大学卢煜明（Dennis Lo）教授领导的研究团队近日从孕妇血浆中鉴定出母亲和胎儿的环状游离DNA，这为无创产前检测提供了一种新型的生物标志物。这项成果于1月3日发表在《美国科学院院刊》（pNAS）上。

早在十年前，卢煜明教授就发现，利用母体的血浆样本能够获得胎儿的全基因组图谱，这项重要的成果成为无创产前检测（NIpT）的里程碑。不过，之前的研究主要是基于线性DNA片段。尽管在小鼠血浆中曾观察到染色体外环状DNA（eccDNA），但尚未在孕妇血浆中检测到这种分子。

卢煜明及其同事此次从孕妇血浆中分离出eccDNA分子并开展测序。他们发现，胎儿来源的eccDNA分子通常比母体来源的分子更短。鉴于eccDNA对核酸外切酶的耐受性更好，故比线性DNA更稳定。“母体血浆中的eccDNA为迅速发展的无创产前检测领域增添了新工具，”作者在文中写道。


图 eccDNA的鉴定流程（图片来自原文）

在这项研究中，研究人员分析了五名孕妇的血浆DNA。在富集了环状DNA之后，他们利用限制性内切酶MspI将其线性化，接着利用Illumina的HiSeq 1500/2500平台对eccDNA分子进行测序。

利用母体和胎儿特异性SNp，研究人员确定了eccDNA分子的来源。他们发现，胎儿来源的eccDNA分子通常比母体来源的eccDNA分子更短，平均长度约为202 bp，而母体eccDNA的平均分子量约为338 bp。他们指出，这与线性游离DNA的结果一致。

不过，他们怀疑限制性内切酶MspI的消化影响了可以分析的eccDNA部分。为了证实他们的结果，他们还使用了一种标签片段化（tagmentation）的方法，从另一组五名孕妇中分离并分析eccDNA。

与限制性内切酶方法相比，这种方法鉴定出的eccDNA分子要多得多，而胎儿eccDNA同样小于母体eccDNA。之后研究人员将eccDNA定位回基因组，发现他们集中在5’-非翻译区、外显子区和CpG岛区域，表明环状DNA并不是从基因组中随机产生的。

eccDNA中也存在反复出现的模式：起始位点和终止位点的两侧均伴有三核苷酸motif序列，中间存在4 bp的间隔区。他们在进一步分析这些模式后表明，双链DNA形成eccDNA的机制是同源重组和微同源介导的末端连接。

不过，研究人员也指出，基于限制性内切酶和标签片段化的方法都会选择性地作用于双链DNA，这可能导致他们低估单链eccDNA的存在。

卢煜明及其同事认为，由于环状DNA比线性DNA更为稳定，来自母体血浆的eccDNA最终有望成为生物标志物。在未来的研究中，他们有意探索各种妊娠相关疾病的eccDNA图谱的异常，比如先兆子痫和早产。（生物通 薄荷）

原文检索

Identification and characterization of extrachromosomal circular DNA in maternal plasma

proceedings of the National Academy of Sciences Jan 2020, 201914949; DOI: 10.1073/pnas.1914949117