开发eccDNAscope揭示皮肤鳞状细胞癌eccDNA结构及转录特征
研究团队开发了基于单细胞ATAC测序数据的eccDNA分析框架eccDNAscope，实现单细胞水平的eccDNA结构推断，并结合FISH、超分辨率显微成像、Immuno-FISH和Circle-seq进行多维度验证，揭示了eccDNA结构异质性及其与基因转录活性之间的密切联系。
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聚焦 cfDNA 液体活检、多组学整合分析、复杂疾病 biomarker 识别与临床转化。
近年来借助生物信息学与分子生物学的研究方法，课题组深入研究与人类复杂疾病相关的 biomarker 识别、cfDNA 液体活检的临床应用及多组学分子机制。通过机器学习技术，构建识别肿瘤病人、区分肿瘤来源及评估复发风险的模型，为泛癌无创早筛、临床监控和个体化精准医疗提供理论、算法及实验基础。
研究团队开发了基于单细胞ATAC测序数据的eccDNA分析框架eccDNAscope，实现单细胞水平的eccDNA结构推断，并结合FISH、超分辨率显微成像、Immuno-FISH和Circle-seq进行多维度验证，揭示了eccDNA结构异质性及其与基因转录活性之间的密切联系。
查看详情近日，云南省科技厅公布了“2026年度云南省科技厅—昆明医科大学基础研究联合专项推荐立项项目名单”。经专家评审和学校推荐，本实验室李杰老师主持申报的项目《cfDNA细胞类型特异性染色质开放特征在非小细胞肺癌及其分子亚型识别中的应用研究》成功入选重点项目。
查看详情近日，陈策实团队李杰课题组在 Molecular and Digital Medicine 发表综述文章 Cell-free DNA analysis for cancer management: Technologies, features, and clinical translation，系统总结了循环游离 DNA（cfDNA）在肿瘤筛查、诊断、疗效监测及预后评估中的最新进展。
查看详情染色体外环状DNA（extrachromosomal circular DNA，eccDNA）是一类独立于染色体存在的环状DNA分子，可通过基因扩增和高染色质可及性促进肿瘤异质性及异常基因表达。然而，目前针对eccDNA的研究多依赖群体水平测序，其在不同细胞类型中的结构特征及功能仍缺乏系统认识。为突破这一局限，研究团队开发了基于单细胞ATAC测序数据的eccDNA分析框架eccDNAscope，实现了单细胞水平的eccDNA结构推断，并结合FISH、超分辨率显微成像、Immuno-FISH和Circle-seq进行多维度验证，进一步揭示了eccDNA与基因转录活性之间的密切联系。2026年7月，该成果以研究型论文《Single-cell mapping of extrachromosomal circular DNA architecture and evolution in cutaneous squamous cell carcinoma》发表于《Cancer Letters》。
（1）建立eccDNAscope并实现单细胞水平eccDNA结构推断：
研究团队整合皮肤鳞状细胞癌（CSCC）、癌前病变日光性角化病（AK）及癌旁组织的单细胞ATAC测序数据，通过识别单细胞中的拷贝数扩增片段和异常断点，并利用细胞条形码连接同一细胞内的扩增区域与断点信息，构建eccDNAscope分析框架，实现eccDNA环状结构的推断与重建。研究共获得27,792个高质量单细胞，并解析出PTMA、NRP2、KLF7、MYC等多个关键基因相关的eccDNA结构，揭示了不同细胞中eccDNA复杂的结构特征及高度异质性，为利用单细胞染色质可及性数据研究eccDNA提供了新的分析策略。
（2）多维实验验证关键eccDNA及其细胞类型特异性分布：
为验证eccDNAscope的预测结果，研究团队针对PTMA、NRP2、KLF7及MYC等代表性eccDNA开展实验验证。FISH及超分辨率结构光照明显微镜成像显示，这些eccDNA在CSCC组织中呈现明显扩增，并形成远离相应染色体着丝粒的独立信号。进一步结合KRT14上皮细胞标志物开展Immuno-FISH联合染色，结果显示KLF7、NRP2和MYC相关eccDNA信号与KRT14阳性上皮细胞明显共定位，从空间层面验证了其细胞类型相关分布。与此同时，Circle-seq独立检测同样鉴定出PTMA、NRP2、KLF7和MYC相关eccDNA，与eccDNAscope预测结果具有高度一致性，进一步验证了该分析框架的可靠性。
（3）揭示eccDNA与基因转录活性增强的关联：
进一步分析发现，eccDNA在基因组中的分布具有明显的功能区域偏好，约79.94%的eccDNA片段富集于转录起始位点上下游3 kb的启动子区域。通过整合同源样本的单细胞RNA测序数据，研究团队发现，细胞类型特异性eccDNA相关基因在其对应细胞群体中表现出显著增强的转录活性。其中，NRP2在eccDNA阳性的基底细胞和棘层细胞中表达升高，KLF7和MYC则在相应eccDNA富集的颗粒层细胞中呈现更高表达。上述结果表明，eccDNA不仅参与肿瘤基因组结构重塑，还与相关基因的转录激活密切相关，可能进一步促进CSCC细胞异质性的形成与肿瘤进展。
总体而言，该研究建立了从单细胞eccDNA结构推断、多维度实验验证到转录功能解析的系统研究框架，为从已有单细胞染色质可及性数据中挖掘eccDNA提供了新的研究工具。研究结果进一步揭示了eccDNA在CSCC中的结构异质性及其与异常基因转录之间的联系，为深入理解eccDNA介导的肿瘤发生发展机制提供了新的研究视角。
昆明医科大学生物医学工程研究院陈策实院长、蒋德伟研究员、云南省第一人民医院陈杨助理研究员为本文通讯作者。昆明医科大学生物医学工程研究院李杰副研究员、宁夏医科大学博士杨丹、中国农业大学博士吕荣凯、昆明医科大学博士金一宁、王美衡为本文共同第一作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.canlet.2026.218735
该项目聚焦非小细胞肺癌（NSCLC）这一严重威胁人类健康的恶性肿瘤，围绕循环游离DNA（cell-free DNA, cfDNA）所携带的染色质开放信息开展研究。项目拟结合单细胞染色质可及性测序、多组学数据整合分析及机器学习算法，系统解析不同细胞来源cfDNA的表观遗传学特征，挖掘具有细胞类型特异性的染色质开放标志物，探索其在非小细胞肺癌及不同分子亚型中的识别与分类价值，为肺癌的早期筛查、精准分型和个体化诊疗提供新的理论依据和技术支撑。
近年来，实验室持续围绕肿瘤表观遗传学、液体活检及人工智能辅助肿瘤诊断等方向开展研究工作，在单细胞组学数据挖掘、cfDNA特征解析及肿瘤精准医学研究方面取得了一系列阶段性成果。本次项目获批不仅是对团队前期研究工作的充分肯定，也将进一步推动实验室在肿瘤无创诊断与转化医学领域的深入探索。
未来，实验室将依托该项目平台，继续加强多学科交叉融合，深化基础研究与临床应用结合，努力产出具有创新性和影响力的研究成果，为提升肺癌精准诊疗水平和保障人民健康贡献力量。
项目名称：cfDNA细胞类型特异性染色质开放特征在非小细胞肺癌及其分子亚型识别中的应用研究
项目负责人：李杰
项目类别：重点项目
依托单位：昆明医科大学
祝贺李杰老师及项目组成员！
文章指出，随着液体活检技术快速发展，cfDNA 正从单一基因突变检测工具，发展为融合基因组学、表观遗传学、片段组学、免疫学和微生物组学等多维信息的综合分子分析平台。
cfDNA 液体活检凭借无创、可重复采样等优势，在癌症早期筛查、肿瘤分型、微小残留病灶监测、疗效评估和个体化治疗决策中展现出重要应用潜力。该综述同时指出，未来仍需通过大规模、多中心临床研究进一步验证相关生物标志物的临床价值。
陈策实研究员、李杰副研究员及昆明医科大学附属第三医院副主任医师黄胜为论文共同通讯作者；昆明医科大学生物医学工程研究院在读研究生朱维、牟艳、余丽兰和范可欣为共同第一作者。
按登记的累计贡献值从高到低排序 · 更新于 2026.07.20
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