青岛科技大学Anal. Chem.：酶激活型自主运动DNAzyme信号放大策略用于肿瘤细胞特异性分子成像

细胞内肿瘤相关生物标志物的灵敏和准确原位成像对评估肿瘤转移和进展的风险具有重要意义。然而，大多数在癌细胞中过表达的生物标志物也存在于正常细胞中，并且可以通过信号放大策略被同步放大。因此，传统用于检测肿瘤细胞中靶点分子的信号放大策略由于其“always-on”的传感模式也会在正常细胞中产生信号响应，导致较差信噪比（肿瘤外信号泄漏），使得肿瘤细胞特异性分子传感成为一项极具挑战性的任务。因此，建立一种有效的肿瘤细胞特异性信号放大策略以提高成像空间精度仍然是一个重大挑战。

针对上述科学问题，青岛科技大学徐升豪（点击查看介绍）和罗细亮（点击查看介绍）课题组在前期激活型传感策略设计应用研究工作的基础上（Anal. Chem. 2023, 95, 3525-3531; Anal. Chem. 2022, 94, 16887-16893; Anal. Chem. 2022, 94, 14467-14474; Anal. Chem. 2022, 94, 5399-5405; Anal. Chem. 2021, 93, 12329-12336），开发了一种内源性APE1酶激活型自主运动DNAzyme信号放大策略用于肿瘤细胞特异性分子成像（图1）。如图1所示，FAM和巯基标记的底物链、AP位点标记的DNA酶链和锁链杂交后通过Au-S键修饰到金纳米粒子（Au-NPs）的表面，形成APE1酶激活的DNA酶探针（E-DNAzyme），伴随着由荧光共振能量转移导致的荧光猝灭。此时，E-DNAzyme对靶标miRNA的识别能力受到抑制，导致其传感功能被“锁定”。肿瘤细胞细胞质中的APE1可以切割AP位点使其暴露出可以与靶标miRNA杂交的位点，靶标miRNA与锁链杂交将其置换后形成活性的DNAzyme，其底物链被Mg²⁺裂解导致荧光恢复。值得注意的是，目标物类似物（染料标记的切割产物，其序列中包含一段与目标物相同的序列）可以与锁链继续杂交通过链置换扩增反应（SDA）进一步提高灵敏度。由于正常细胞细胞质内APE1低表达，上述过程无法在正常细胞中进行。因此，这种内源性APE1酶激活型自主运动DNAzyme信号放大策略可以实现肿瘤细胞特异性分子成像。

图1. 内源性APE1激活的DNAzyme信号放大策略用于肿瘤细胞特异性分子成像示意图。图片来源：Anal. Chem.

与不含目标类似物的裂解产物相比，目标物类似物的引入提高了检测灵敏度，检出限降低了约7.8倍（图2）。

图2. 有无目标物类似物的检测性能对比结果。图片来源：Anal. Chem.

图3. 内源性APE1激活的DNAzyme信号放大策略对混合培养细胞中肿瘤/正常细胞的辨别。图片来源：Anal. Chem.

与传统DNAzyme策略相比，本研究报道的基于APE1激活型自主运动DNAzyme信号扩增策略具有两个明显优势：1）该策略可以抑制正常细胞的肿瘤外信号泄漏，改进了肿瘤细胞特异性分子成像的分辨率，提高了肿瘤/正常细胞的辨别率（图3）；2）得益于DNAzyme信号放大策略的目标类似物触发的自主运动，检出限降低了约7.8倍。期望这项工作为肿瘤特异性分子成像的可激活策略的设计提供有价值的技术参考。

该研究成果发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是青岛科技大学化学与分子工程学院化学193班本科生王君豪，通讯作者是徐升豪副教授和罗细亮教授。该研究得到国家自然科学基金（21505081、21974075）、山东省省属优青（ZR2019YQ13）、山东省高校优秀青年创新团队项目（2019KJC007）和山东省泰山学者建设专项基金（ts20110829）的资助支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enzymatically activated autonomous-motion DNAzyme signal amplification strategy for tumor cell-specific molecular imaging with improved spatial specificity

Junhao Wang, Yuanyuan Liu, Tingting Zhao, Jiaheng Shi, Jing Chen, Dan Li, Yanyun Cui, Shenghao Xu*, and Xiliang Luo*

Anal. Chem., 2023, DOI: 10.1021/acs.analchem.3c01963

导师介绍

徐升豪

https://www.x-mol.com/groups/Luo_Xiliang/people/20225 

罗细亮

https://www.x-mol.com/groups/Luo_Xiliang