图博基因助力生殖医学突破性研究：eccDNA特发性弱精症的新型分子标志物

近日，《Cellular & Molecular Biology Letters》（IF=10）发表中山大学附属第七医院等多家单位专家的重磅研究，首次系统解析特发性弱精症（iAZS）精子 eccDNA 的全基因组特征，揭示其与 DNA 修复能力、基因组稳定性的核心关联。图博基因凭借专业的eccDNA 测序与合成技术，为本研究提供关键技术支撑，助力科研团队攻克生殖医学领域的未知难题。

一、研究背景与核心问题

1. 临床痛点：特发性弱精症的 “未解之谜”

男性不育中，特发性弱精症（iAZS） 占比约 30%，核心特征是精子前向运动力（PR）低于 32%，但常规临床检测（如染色体异常、生殖激素紊乱、精索静脉曲张等）无法明确病因。这类患者往往面临 “病因不明、治疗无方” 的困境，亟需新型分子标志物与致病机制解析，为精准诊疗提供依据。

2. 科学空白：eccDNA 与精子功能的关联未知

染色体外环状 DNA（eccDNA）是独立于染色体的环状游离 DNA，广泛存在于真核细胞中，参与基因表达调控、基因组稳定性维持等过程。已有研究证实 eccDNA 存在于人类精子中，但精子 eccDNA 的特征、形成机制，以及与精子活力、男性不育的关联，此前完全未知，成为生殖医学与 eccDNA 交叉领域的重大科学空白。

3. 研究核心问题

本研究聚焦三大核心疑问：

特发性弱精症患者与健康男性的精子 eccDNA，在丰度、长度、基因组分布上是否存在差异？

精子 eccDNA 的形成与DNA 修复能力、DNA 损伤水平是否存在关联？

能否将精子 eccDNA 作为特发性弱精症的新型分子标志物，为临床诊断提供新方向？

二、研究设计与技术方法

1. 临床队列设计

研究严格纳入31 例特发性弱精症患者（iAZS 组，PR<32%） 与31 例健康志愿者（NZS 组，PR≥32%），所有受试者排除其他生殖系统疾病、遗传病史及环境暴露干扰，确保样本的纯净性与可比性。

2. 核心技术路线（图博基因 eccDNA 测序技术全程助力）

本研究的核心突破依赖eccDNA 的精准分离、富集与高通量测序，图博基因提供的专业技术服务贯穿关键环节：

（1）精子样本处理：收集新鲜精液，离心分离精子，PBS 洗涤去除杂质，提取高分子量 DNA（HMW DNA）。

（2）eccDNA 特异性富集（关键步骤）：采用质粒安全 ATP 依赖性外切酶（PSD） 消化线性基因组 DNA，仅保留环状 eccDNA；通过phi29 DNA 聚合酶滚环扩增（RCA），实现低丰度 eccDNA 的高效富集，解决 eccDNA 浓度低、检测难的行业痛点。

（3）高通量测序与数据分析：

采用Circle-seq 技术，精准鉴定 eccDNA 的基因组坐标、长度、断点序列。

生物信息学分析：通过 CircleMap 软件检测 eccDNA，结合 SOAPnuke、BWA-MEM 等工具完成数据质控、比对与注释，关联 eccDNA 与来源基因、转座元件（TEs）的关系。

（4）功能验证实验：结合 RNA-seq、免疫荧光染色、CRISPR/Cas9 基因敲除（APLF 基因），验证 eccDNA 形成与 DNA 修复的机制关联。

三、主要研究发现（eccDNA：弱精症的 “分子指纹”）

1. 精子 eccDNA 丰度与精子活力呈显著正相关

健康男性（NZS 组）精子 eccDNA 总量（中位值：120,021）显著高于iAZS 患者（中位值：64,662），每百万读长 eccDNA 数（EPM）同样存在显著差异。

相关性分析证实：精子前向运动力（PR）越高，eccDNA 丰度越高，eccDNA 可作为精子活力的 “分子指标”。

2. 精子 eccDNA 以小片段为主（<3 kb），大片段eccDNA 与基因组特征高度关联

精子 eccDNA 长度集中在192–1108 bp，98.11% 的 eccDNA 长度＜3 kb，呈现核小体起源的特征。

大片段 eccDNA（≥3 kb）：与减数分裂重组率、编码基因密度呈负相关，且负向关联 SINEs（主要是 Alu 元件），提示大片段 eccDNA 的形成受基因组结构约束。

小片段 eccDNA（＜3 kb）：无上述关联，且80% 以上携带转座元件（TEs），是精子 eccDNA 的主要存在形式。

3. DNA 修复能力决定 eccDNA 丰度，DNA 损伤升高抑制 eccDNA 形成

机制核心：iAZS 患者精子DNA 修复能力显著下降，DNA 损伤标志物 γ-H2AX 水平显著升高，直接导致 eccDNA 生成减少。

关键基因验证：筛选到 DNA 修复核心基因APLF，其在 iAZS 患者精子中表达下调；CRISPR 敲除 APLF 后，细胞 eccDNA 总量大幅下降（524,948→228,972），证实 APLF 是调控 eccDNA 形成的关键因子。

形成机制：精子 eccDNA 主要通过微同源介导的末端连接（MMEJ） 形成，58% 的 eccDNA 断点处携带 3 bp 直接重复序列（DR），为 eccDNA 的精准合成提供了序列依据。

4. 精子 eccDNA 可源自基因组缺失，参与基因组结构重塑

Nanopore 长读长测序证实：精子 eccDNA 可由基因组片段缺失后环化形成，且部分 eccDNA 可重新整合到基因组，导致插入 / 缺失变异。

iAZS 患者精子中，eccDNA 相关的基因组缺失事件显著减少，进一步印证 eccDNA 丰度与基因组稳定性、DNA 修复能力的正向关联。

四、研究意义（eccDNA：开启生殖医学精准诊疗新大门）

1. 科学意义：填补精子 eccDNA 研究空白，建立全新致病机制

本研究首次绘制人类精子 eccDNA 全基因组图谱，明确 eccDNA 丰度是特发性弱精症的新型分子特征，提出“DNA 修复能力下降→DNA 损伤升高→eccDNA 生成减少→精子活力降低” 的创新机制，为解析特发性弱精症的病因提供了全新科学框架。

2. 临床意义：为男性不育提供新型诊断标志物与治疗靶点

诊断层面：精子 eccDNA 丰度可作为无创、精准的分子标志物，辅助特发性弱精症的早期诊断，弥补现有临床检测的不足。

治疗层面：靶向APLF 等 DNA 修复基因或eccDNA 合成通路，有望恢复精子 eccDNA 水平、提升精子活力，为特发性弱精症提供全新治疗方向。

3. 产业意义：验证 eccDNA 测序技术在生殖医学领域的临床转化价值

本研究的成功，充分验证了图博基因 eccDNA 测序技术的精准性、稳定性与可靠性，证明 eccDNA 测序可作为生殖医学基础研究与临床转化的核心技术平台，为后续男性不育、胚胎发育异常等相关疾病的研究提供技术支撑。

五、研究团队

中山大学附属第七医院烧伤与整形外科助理研究员/博士后王子龙、男科主治医师/助理研究员宋昌泽、临床大数据研究中心洪晓宁、科研中心余家颖为本研究的共同第一作者，中山大学附属第七医院科研中心向熙教授、临床大数据研究中心李江教授、北京大学第三医院毛凤彪研究员、青岛大学附属泰安市中心医院张峰教授为本研究通讯作者。第一单位为中山大学附属第七医院。本研究得到中国博士后科学基金会、广东省自然科学基金、深圳市基础研究专项基金、深圳市医学研究专项基金等多个项目的资助。

六、图博基因：eccDNA 科研服务可信赖合作伙伴

作为国内专注eccDNA 测序与合成的专业服务商，图博基因拥有自主研发的 eccDNA 富集、测序与合成技术体系，可提供从样本处理→eccDNA 富集→高通量测序→生物信息学分析→eccDNA 合成的一站式科研服务。

测序服务：覆盖全基因组 eccDNA 鉴定、注释、丰度定量、断点分析，支持短读长 + 长读长联合测序，精准解析 eccDNA 结构与功能；

合成服务：严格按照客户提供的序列，精准合成eccDNA，纯度高、活性好，可直接用于细胞转染、功能验证实验。

图博基因将继续深耕eccDNA领域，以专业技术、优质服务，助力全球科研团队攻克生命科学难题，推动eccDNA从基础研究走向临床转化！