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靠汤补偻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。
雷泽体育app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。雷泽体育app生物医学工程研究院李杰副研究员、宁夏医科大学博士生杨丹、中国农业大学博士生吕荣凯、雷泽体育app博士生金一宁、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
供稿：李杰；编校：张志毕；审核：陈亚娟、陈策实
