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背景介绍
游离DNA（cfDNA）是指循环于血浆或血清中的短片段细胞外DNA。在健康个体中，cfDNA浓度通常为1-50 ng/mL，主要来源于造血细胞；而在晚期癌症或急性系统性炎症等严重病理状态下，其水平可超过1000 ng/mL。cfDNA通过凋亡、中性粒细胞胞外诱捕网（NET）形成、坏死或主动分泌等途径释放，其丰度、片段化程度、组成和组织来源均呈现疾病依赖性变化。除作为非侵入性液体活检标志物外，持续性cfDNA还可作为损伤相关分子模式（DAMP），激活TLR9、cGAS-STING、炎症小体信号及炎症反应。NET形成是这一级联反应的关键放大因素——NET相关cfDNA的持续积累会异常过度激活上述胞内传感器，将局部防御机制转变为系统性病理过程，驱动内皮功能障碍和系统性细胞因子释放，进而促进系统性红斑狼疮（SLE）、类风湿关节炎（RA）、银屑病和脓毒症等自身性和血栓炎症性疾病。这一共同机制轴（cfDNA积累→TLR9/cGAS-STING/NLRP3激活→系统性血栓炎症）普遍存在于心血管、代谢、感染和自身免疫病理中。然而，当前临床研究在方法学上存在显著异质性，且大多数清除疗法的疗效证据仍停留在临床前阶段。
研究思路
为此，四川大学华西口腔医院刘航航等团队系统综述了cfDNA生物学、临床应用及治疗性清除的最新进展，重点探讨生物材料如何将cfDNA识别转化为治疗手段。该综述首先总结了cfDNA的分子形式与疾病特异性功能，进而以此为基础建立阳离子聚合物、纳米颗粒、水凝胶、微针、纳米片和核酸酶系统的设计规则。核心目标是将材料组成与结构同结合机制、生物分布、治疗疗效和转化风险相连接，推动cfDNA清除从疾病特异性实例的集合走向连贯的生物材料设计框架。文章系统梳理了cfDNA在自身免疫与系统性炎症、感染与脓毒症炎症、心血管代谢疾病与衰老、肝脏肾脏炎症与器官移植、屏障与黏膜炎症、神经与神经精神炎症、妊娠相关炎症及创伤与损伤诱导炎症等疾病中的特异性作用与临床证据。在生物材料设计原则部分，文章提出治疗性设计需求：捕获是必要的但远不充分，需在生理离子强度和疾病相关体液中评估容量、结合动力学、饱和及竞争置换；靶标可及性同样关键，核小体组蛋白、LL37、抗DNA抗体、细胞外囊泡膜和NET蛋白均可遮蔽磷酸基团。文章进一步按照材料结构分类，详细比较了阳离子聚合物与树状大分子、颗粒尺寸与表面化学及核壳拓扑结构、局部靶向与刺激响应型清除、捕获-储存-降解-主动运输以及多功能平台等策略，并系统讨论了临床转化面临的标准化、免疫原性、长期安全性、宿主防御、制造与监管等挑战。相关内容以 From Biomarkers to Therapeutic Targets: Biomaterial-Mediated cfDNA Scavenging in Inflammation 发表在 Biomaterials ！
图片解析
图1. 循环游离DNA的来源与生物学角色：宿主cfDNA（cf-nDNA）来源于凋亡、坏死和NETosis，特征为核小体大小的片段，角色为组织损伤标志物和炎症触发器；宿主cfDNA（cf-mtDNA）来源于线粒体应激或损伤，特征为线粒体来源DNA，角色为强DAMP激活先天免疫；胎儿cfDNA（cffDNA）来源于胎盘/滋养层，特征为较短片段，角色为产前检测和妊娠相关炎症；细菌cfDNA来源于感染中的细菌裂解，特征为较短片段，角色为感染检测和免疫激活。cfDNA在炎症与生物标志物之间形成循环。
图2. cfDNA在系统性和皮肤炎症性疾病中的病理机制、临床相关性与治疗靶向：A. 组织学和共聚焦成像显示银屑病皮损表皮内大量中性粒细胞聚集和活跃的NETosis；B. 通过清除cfDNA进行银屑病皮肤局部治疗的示意图；C. 靶向真皮cfDNA的阳离子纳米颗粒改善银屑病皮肤炎症和皮损。
图3. cfDNA的性能及cfDNA清除纳米材料在脓毒症模型中的治疗效果：A. cfDNA的受试者工作特征曲线；B. 循环cfDNA水平与序贯器官衰竭评估（SOFA）评分呈强相关，突显其定量反映危重患者多器官功能障碍严重程度的能力；C. PEI-g-ZIF NPs的制备、CLP诱导脓毒症模型及未治疗脓毒症炎症和PEI-g-ZIF NPs清除cfDNA治疗脓毒症的示意图；D. PAMAM-G3在体外和CLP诱导的重度脓毒症中降低cfDNA驱动的促炎反应。
图4. cfDNA在心血管诊断、预后和围手术期监测中的多维临床效用：A. mt-cfDNA稳健预测心房颤动的发生和进展；B. cfDNA水平与心脏生物标志物相关并细化ACS亚型的诊断分类；C. 体外循环期间实时术中cfDNA峰值预测术后恢复和ICU住院时间；D. 早期cfDNA变化（ΔcfDNA）在预测术后住院时间延长方面优于传统临床模型。
图5. cfDNA在代谢疾病中的多面角色：从系统性生物标志物和炎症发病机制到糖尿病并发症的靶向治疗：A. T2D患者总血浆cfDNA和cf-mtDNA显著升高；B. 肥胖期间脂肪细胞来源的cfDNA激活巨噬细胞TLR9信号，促进与糖代谢受损相关的脂肪炎症；C. 核酸清除水凝胶治疗后感染性糖尿病伤口的组织学；D. 中性粒细胞NETs清除剂"微笼"mPDA-PEI@GelMA的合成过程及其通过NETs清除策略治疗糖尿病小鼠伤口。
图6. 运动诱导的循环cfDNA调控：动力学、组织特异性来源及训练强度的影响：A. 体育锻炼诱导循环cfDNA短暂、持续时间依赖性的激增，甲基化谱鉴定其主要来源于成熟中性粒细胞；B. 长时间中等强度有氧运动期间循环cf-mtDNA水平呈显著时间依赖性下降；C. 急性运动触发系统性炎症细胞因子释放，与总血浆cfDNA浓度强相关，将免疫激活与cfDNA动力学联系起来。
图7. cfDNA和ccf-mtDNA作为应激、精神疾病和神经退行性疾病中脑-免疫轴的关键介质：A. 森林图详述精神分裂症中循环总cfDNA和cf-gDNA以及双相障碍中cf-mtDNA；B. PRKN/PINK1突变携带者血清cf-mtDNA升高，可区分受累杂合子与特发性帕金森病患者；C. 示意图说明中枢神经系统与免疫系统之间的crosstalk。
图8. cfDNA在急性和复发性中的病理生理机制和临床生物标志物效用：A. 示意图显示循环NET标志物（主要是cfDNA和DNase活性）与急性缺血性卒中患者取回的脑血栓中局部NET组成相关；B. 内化的cfDNA与模式识别受体结合驱动下游促炎级联和炎症小体激活；C. 卒中后循环cfDNA主要来源于NETs，被巨噬细胞/单核细胞内化，触发ASC/caspase-1炎症小体激活。
图9. 游离DNA在母胎crosstalk、胎盘炎症和妊娠期高血压疾病中的作用：A. 使用cfDNA染色质谱预测早期子痫前期风险和估计胎儿分数的研究设计和分析流程；B. 重度子痫前期中升高的血浆cfDNA与胎盘滋养层DNA传感器AIM2上调相关；C. 线粒体失调通过触发母体炎症和细胞死亡驱动妊娠诱导的高血压，同时通过增加胎盘细胞外囊泡释放破坏胎儿-母体通讯。
图10. 创伤性损伤中cfDNA的生命周期和治疗靶向：A. 多种创伤（包括脑和颅外损伤）中血浆cfDNA升高与不良结局相关，特别是多器官功能障碍综合征；B. 组织和输血来源的cf-mtDNA作为系统性DAMPs，驱动强烈的免疫激活、细胞因子释放和随后的远端器官损伤；C. 创伤诱导的无细胞核酸激活TLR3/9信号，与凝血病标志物（APTT和INR）强相关；D. 治疗性阳离子聚合物中和这些无细胞核酸，有效阻断下游TLR3/9激活和系统性炎症。
结论
该综述系统构建了cfDNA从生物标志物到治疗靶点的转化框架，核心贡献包括：明确了cfDNA在多种炎症性疾病中作为DAMP的共同机制轴（cfDNA积累→TLR9/cGAS-STING/NLRP3激活→系统性血栓炎症），同时揭示了疾病特异性 sensing archetypes——急性系统性炎症状态以裸cfDNA和NETs的细胞外DAMP作用为主，慢性自身免疫状态以cfDNA-自身抗体免疫复合物经Fcγ受体内化慢性激活TLR9和cGAS-STING为主，急性局部损伤则以空间限制性cfDNA释放协调局部巨噬细胞极化为特征；提出了生物材料清除cfDNA的机制匹配设计原则，强调捕获必须与保留、降解、病灶靶向或免疫调节相结合，单纯增加正电荷不可取，需在生理离子强度和疾病相关体液中评估性能，并应对核小体、线粒体DNA、NET富集样本和免疫复合物进行挑战测试；系统比较了阳离子聚合物/树状大分子、核壳纳米颗粒、水凝胶、微针、纳米片和核酸酶系统的设计变量（pKa、DNA间距、螺旋持久性、胍基密度、空腔尺寸、血清置换抗性等）与转化不确定性；指出临床转化的关键障碍在于cfDNA测量标准化（样本基质、采血管、采集至处理时间、离心方案、提取回收率、检测靶标和单位等）、体内分布与药代动力学、特异性与免疫原性、长期安全性与宿主防御、制造与监管，并提出了近期研究优先事项（ harmonized workflows、头对头基准测试、机制匹配动物模型、PK/PD模型、重复给药大动物长期安全性研究、外部验证、可规模化生产简化配方）。文章最后强调，cfDNA仍是有前景的机制性生物标志物和治疗靶点，但临床转化取决于能否证明一个明确的致病性cfDNA池可在最可能获益的患者中被可重复地测量、选择性地结合并安全地减少，未来最强的平台将结合机制匹配的材料设计、标准化的临床测量、严谨的药理学、可制造的组成和前瞻性增量临床效用证据。