用L-DNA直接代替D-DNA为某些靶标获取高生物稳定性核酸适配体

核酸适配体是通过体外筛选技术得到的一种能够与靶标高亲和力、高特异性结合的单链DNA或RNA寡核苷酸片段。因此，它们被认为是解离常数在纳摩尔至皮摩尔范围内的化学抗体。与抗体相比，适配体显示了一系列的优势：（1）就理论上而言，对于任何的靶标，都可以筛选得到特异性的适配体。尤其是对一些不能激发免疫响应或具有较高毒性的靶标而言，不易得到相应的抗体，但可以得到对应的适配体；（2）DNA适配体比蛋白质稳定，且可以多次重复利用；（3）适配体无毒性，且不会在体内产生免疫应急响应；（4）适配体体积小，使其既可以高密度地固定在某一界面上，又可以有效地克服空间位阻的影响，从而与大体积的抗原决定基高效结合；（5）适配体易于修饰，从而可以赋予其不同的功能。

为进一步提高核酸适配体在活体内的应用的效果（如医学诊断、药物靶向递送及肿瘤分子影像学等），急需解决的一个问题就是提高适配体的生物稳定性。因为就DNA或RNA而言，很容易被体内大量存在的核酸酶所降解。为提高适配体的生物稳定性，目前多采用的方法是对适配体进行适当的修饰。这种方法虽然在不同程度上提高了适配体的生物稳定性，但都存在有明显的局限性，如，这些修饰作用不仅会极大地增加适配体的合成成本，而且极有可能损害到适配体对靶标的结合亲和力和结合特异性。更为重要的是，这些修饰方法不具备通用性。由此可见，选择一种简便通用的方法，用以提高适配体的稳定性是十分必要的。

L-DNA的出现有望为实现这一目标提供一条可行的途径。L-DNA为左手螺旋DNA，是天然右手螺旋D-型DNA的手性对映体。与D-DNA不同，L-DNA几乎不被核酸酶降解，可在生物体内显示极高的稳定性。基于L-DNA，目前国际上已经开展了少量的适配体筛选研究工作，但针对的多为手性靶标。

最近，南开大学孔德明教授团队和肯特州立大学茅涵斌教授团队合作，提出了一种简便的方法，用以获取高生物稳定性的核酸适配体，即根据文献报导的D-DNA适配体序列，直接合成相应的L-DNA适配体。为验证该策略的可行性并确定其适用的靶标范围，分析了四种D-DNA适配体对应的L-DNA，靶向于五种代表性的靶标，包括非手性靶标（氯化血红素Hemin和阳离子卟啉）、手性小分子（ATP和卡那霉素）和手性生物大分子（蛋白质酪氨酸激酶7，PTK7）。得出的结论如下：当靶标是非手性分子或者是手性分子但适配体与靶标的结合不依赖于手性时，可以根据文献报道的D-DNA适配体序列直接得到高生物稳定性的L-DNA适配体。然而当靶标具有手性且与其适配体的结合强烈地依赖于手性时，则该方法不一定适用。对于可行性的靶标，得到的L-DNA适配体保留了原有D-DNA适配体优异的靶标识别特异性和高度的结合亲和力，并且由于其具有超强的抗核酸酶降解能力，比D-DNA适配体更适合于生物样品分析和体内应用。如使用L-DNA适配体进行ATP的传感应用，可以消除假阳性信号，证明L-DNA适配体可以更加可靠地应用于活细胞中靶标的成像分析。尽管提出的方法并不适用于所有靶标，但确实可以为某些靶标提供了一种更加简单的方法来获取具有高生物稳定性的L-DNA适配体，而无需再进行复杂的筛选操作。总的来说，该项研究为获得高生物稳定性的适配体提供了一条简便的途径，有利于促进适配体在生物医学等领域中的应用。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 杂志上，文章的第一作者是南开大学化学学院硕士研究生冯雪楠。

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Chiral Interaction Is a Decisive Factor To Replace d-DNA with l-DNA Aptamers

Xue-Nan Feng, Yun-Xi Cui, Jing Zhang, An-Na Tang, Han-Bin Mao*, and De-Ming Kong*

Anal. Chem., 2020, 92, 6470–6477, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b05676

导师介绍

孔德明

https://www.x-mol.com/university/faculty/11850