应用双向热循环消减SELEX技术筛选肺癌血清核酸适配体

肺癌是发病率和死亡率较高的恶性肿瘤。现阶段,用于肺癌早期诊断的血清肿瘤标志物因其特异性与敏感性均较低,严重影响肺癌的临床诊断和治疗。本文用双向热循环消减指数富集的配基进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)技术,筛选肺癌和非癌血清标志物的核酸适配体,建立肺癌的检测方法,提高诊断和治疗效率。实验用环氧基琼脂磁珠为筛选介质,以非癌混合血清、肺癌混合血清作为双向靶标。应用热循环消减SELEX技术,经19轮筛选分别获得非癌和肺癌血清的特异性核酸适配体。通过高通量测序,得到 40条非癌核酸适配体序列和 41条肺癌核酸适配体序列。从肺癌与非癌血清特异性核酸适配体序列中分别挑选出高丰度的 4条序列,合成后制成检测试剂,经临床血清验证,阳性率为 90%。该检测方法检测灵敏度高,为肺癌的早期诊断和治疗提供了新的分子识别元件。     

双向热循环消减-SELEX方法筛选肝癌血清核酸适配体

肝癌位于我国肿瘤死亡率第2位,生存率较低。目前用于肝癌早期诊断的临床检查及血清肿瘤标志物检测的特异性与敏感性均较低,不能满足肝癌早期诊断和治疗的需要。核酸适配体与靶标分子结合的灵敏度高、特异性强,有巨大的临床诊断和治疗应用前景。本文利用双向热循环消减指数富集的配基系统进化（systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX）技术,分别以肝癌血清和健康人血清为靶标,经过19轮筛选,获得了肝癌血清特异性核酸适配体序列1 000余条,以及健康人血清特异性核酸适配体序列1 000余条,并从中各挑取了1条高丰度适配体序列,分别命名为Tc1和Tn1。采取了50例肝癌病人血清和50例健康人血清,对适配体Tc1和Tn1与靶标血清的结合特异性进行了检测。结果显示,Tc1和Tn1对两种靶标血清的检出率分别为92%和94%。说明Tc1可特异性与肝癌血清结合,Tn1可特异性与健康人血清结合。肝癌血清特异性核酸适配体的筛选获得,将为建立基于核酸适配体的肝癌血清检测新方法奠定基础。     

细胞特异性核酸适配体筛选新策略的研究进展

核酸适配体(aptamer)是在体外采用指数富集的配基系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)从人工合成的随机寡核苷酸文库中筛选得到的一段寡核苷酸序列(RNA或DNA),能折叠成特定的三维空间结构同靶物质进行高特异性与高亲和性的结合。近年来,以全细胞为靶标筛选(cell-SELEX)获得的核酸适配体在疾病相关的领域有很大的应用潜力,尤其在细胞分子的识别、生物标志物的发现等方面,但cell-SELEX的过程复杂、难度大及获得的核酸适配体性能不佳等问题仍然制约着细胞特异性核酸适配体的进一步发展,如何高效地筛选获得核酸适配体是其应用的关键。本文总结了目前在cell-SELEX技术基础上发展起来的新方法、新策略及核酸适配体在肿瘤研究中的应用,望为相关科研人员的研究提供参考。     

早期胃癌血清特异标志物过氧化物酶4核酸适配体的筛选、鉴定与应用

胃癌是世界上死亡率第三的重大疾病,而在早期阶段却有着良好的治愈率和生存率。因此,找到针对早期胃癌的特异性标志物从而提高早期胃癌的检出率,是目前亟待解决的问题。在本实验室的早期研究中,发现过氧化物酶4（peroxiredoxin-4,PRDX4）有极大的潜能作为早期胃癌的特异性标志物,并且由于蛋白质结构的特殊性,能够分泌至血清中,为早期胃癌的无创化诊断提供了可能。本文为寻找血清中PRDX4蛋白的特异性适配体,通过消减-SELEX方法找到9种适配体。经特异性和亲和力分析后,证实其中Ap-EGACS-11在9种适配体中具有最高的特异性和亲和力。随后在适配体的验证研究中证实,相对于进展期胃癌病人血清、结直肠癌病人血清和正常人血清,Ap-EGACS-11对早期胃癌病人血清的检出率最高。该结果表明,PRDX4具有早期胃癌特异性血清标志物的潜能,且Ap-EGACS-11可直接作为早期胃癌的检测试剂。     

核酸适配体在三阴性乳腺癌诊疗中的研究进展*

乳腺癌是女性高发恶性肿瘤,三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer, TNBC)恶性程度极高,且发病机制复杂,是乳腺癌分型中预后最差的类型,但目前其早期筛查和诊断的敏感度仍处在较低水平。因此,亟须通过应用具有高度特异性的肿瘤标志物分子探针,实现其早期诊断和治疗。核酸适配体是在人工合成的随机单链核酸序列文库中,通过指数富集的配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)筛选获得的寡核苷酸序列。高效的分子识别能力使其成为最具潜力的生物靶向分子,在肿瘤诊断及治疗中具有广阔的应用前景。目前,通过筛选已获得了多种靶向TNBC细胞的核酸适配体。重点综述基于SELEX及其衍生技术筛选TNBC相关核酸适配体的新进展,以及核酸适配体在TNBC诊断和治疗中的应用,为相关研究提供参考。     

核酸适配体在肿瘤诊断和治疗中的应用研究

随着科学技术的飞速发展,适配体在各个领域的研究也备受关注,特别是在肿瘤治疗研究方面。核酸适配体是一类通过指数富集的配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment technology,SELEX)获得的,具有独特三维构象的单链DNA或小分子RNA。核酸适配体能高亲和力和高特异性的与靶点结合,同时具有无免疫原性、相对分子质量小、靶标分子范围广、热学及化学稳定性高等特点。目前核酸适配体广泛应用于疾病的诊断、治疗、生物标志物筛选、生物传感器、新药研发等领域。现将核酸适配体的特点、筛选、及在肿瘤诊断和治疗中的研究作一综述。     

核酸适配体技术及其在肿瘤诊断和治疗中的应用

核酸适配体是一类通过指数富集的配体系统进化（SELEX）技术获得的具有独特三维构象的小分子RNA 或单链DNA。核酸适 配体能高亲和力和高特异性与靶点结合,同时具有自身分子质量小、免疫原性低、热/化学稳定性高、靶标分子范围广等特点,广泛应用 于疾病诊断、治疗、生物传感器、生物标志物筛选、新药研发等领域。综述近年来核酸适配体在肿瘤诊断和治疗方面的应用,并对核酸 适配体的临床研究现状、市场前景及面临挑战和发展趋势作简要分析。     

适配体结合蛋白质靶标的亲和力表征方法及其在疾病诊断中的应用

核酸适配体是通过体外指数富集配体系统进化（SELEX）技术筛选获得,并能够和蛋白质靶标高特异性、高亲和力结合的单链寡核苷酸。核酸适配体不但具有抗体的识别特性,而且具有自己独特的优良性能,目前已应用于分析检验、食品安全和生物医药等各个领域。蛋白质具有多种多样的生物功能以及临床诊断价值。因此,核酸适配体针对蛋白质靶标并在蛋白质相关的基础研究领域受到广泛的关注。核酸适配体应用性能的优劣取决于与其靶标蛋白质的亲和力与特异性。本文主要综述核酸适配体对蛋白质靶标的亲和力表征方法,以及在药物研发、肿瘤检测、生物成像以及生物传感器方面的应用。     

基于表面等离子共振的适配体传感器应用研究进展

基于表面等离子共振的适配体传感器是利用适配体进行高特异性、高灵敏度、高通量检测的新型生物传感器。我们在简要阐述适配体的筛选方法、偶联技术及适配体传感器工作原理的基础上,结合最新的研究结果,对基于表面等离子共振的适配体传感器在生物活性小分子检测、传染病检测、肿瘤标志物检测、食品安全监测等方面的应用研究进展进行了综述。     

基于核酸适配体的DNA纳米结构在肿瘤研究中的应用进展

DNA纳米结构具有强大的分子载带量、良好的稳定性、可编辑性和生物相容性等特点,是纳米材料领域的研究热点。核酸适配体是一段短的寡核苷酸序列(RNA或ss DNA),能够折叠成特定的三维结构与靶标高特异性、高亲和力的结合。将核酸适配体的分子识别特性和DNA纳米结构相结合,可将靶向识别、生物成像及药物递送等特点集于一体,在生命科学研究领域,尤其是肿瘤领域,有着良好的应用前景。本文介绍了DNA纳米结构和核酸适配体的特点与优势,对近年来核酸适配体-DNA纳米结构在肿瘤标志物检测、靶向成像以及药物靶向递送的研究进展进行了综述,并对其发展前景进行了展望,期待核酸适配体-DNA纳米结构能为肿瘤的靶向诊疗提供新的策略。     

研究报告: 基于Ser-SELEX技术的结肠癌血清适配体的筛选及其应用研究

目的 为了解决癌症早期诊断困难的问题，实现结肠癌的早期检测。方法 采用Ser-SELEX技术筛选了结肠癌血清的特异性适配体。通过前期结肠癌血清正筛-正常人血清反筛步骤和后期结肠癌血清正筛-其他癌症血清反筛步骤循环的方式，经过16轮筛选流程，共选取4条候选适配体，并对其进行序列分析、二级结构和三级结构模拟、特异性分析等。结果 候选适配体主要形成的结构是茎环和假结两种，qPCR法测试亲和力，K_d约为10 nmol/L，适配体与结肠癌患者血清特异性结合情况分析表明，候选适配体APT-2具有良好特异性，且此种方法检出率约为 82.5%。结论 适配体（APT-2）应用于结肠癌早期诊断具有良好的发展前景。     

综述与专论: 肿瘤相关碳水化合物抗原的适配体研究

肿瘤细胞异常的糖基化模式是癌症的标志，在恶性转化和癌症进展中起着至关重要的作用。不同机制导致的肿瘤相关碳水化合物抗原（tumor-associated carbohydrate antigens，TACAs）不仅是临床肿瘤学诊断中公认的生物标志物，也为治疗干预提供了特定的靶点。适配体作为抗体或凝集素的有力替代品，近年来在碳水化合物的识别中展现了潜在的应用价值。本文聚焦于癌症中异常的糖基化改变，综述了目前TACAs识别适配体的开发进展。依据适配体筛选程序中的靶标来源，阐述了针对3种类型靶标，包括糖类分子、蛋白质聚糖表位，以及血清糖类抗原的筛选策略。从筛选方法、性能指标及相关应用性方面对适配体进行了总结，并讨论了当前研究中存在的问题和未来发展方向。     

Rapid and sensitive detection of Nampt (PBEF/visfatin) in human serum using an ssDNA aptamer-based capacitive biosensor

A single-stranded DNA (ssDNA) aptamer was successfully developed to specifically bind to nicotinamide phosphoribosyl transferase (Nampt) through systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) and successfully implemented in a gold-interdigitated (GID) capacitor-based biosensor. Surface plasmon resonance (SPR) analysis of the aptamer revealed high specificity and affinity (K(d)=72.52nM). Changes in surface capacitance/charge distribution or dielectric properties in the response of the GID capacitor surface covalently coupled to the aptamers in response to changes in applied AC frequency were measured as a sensing signal based on a specific interaction between the aptamers and Nampt. The limit of detection for Nampt was 1ng/ml with a dynamic serum detection range of up to 50ng/ml; this range includes the clinical requirement for both normal Nampt level, which is 15.8ng/ml, and Nampt level in type 2 diabetes mellitus (T2DM) patients, which is 31.9ng/ml. Additionally, the binding kinetics of aptamer-Nampt interactions on the capacitor surface showed that strong binding occurred with increasing frequency (range, 700MHz-1GHz) and that the dissociation constant of the aptamer under the applied frequency was improved 120-240 times (K(d)=0.3-0.6nM) independent on frequency. This assay system is an alternative approach for clinical detection of Nampt with improved specificity and affinity.     

In vitro selection of aptamer S1 against MCF-7 human breast cancer cells

Breast cancer is the most common female cancer. However, the known effective specific biomarkers for breast cancer are still scarce. Abnormal membrane proteins serve as ideal biomarkers for disease diagnoses, therapeutics and prognosis. Thus aptamers (single-stranded oligonucleotide molecules) with molecular recognition properties can be used as efficient tools to sort cells based on differences in cell surface architecture between normal and tumor cells. In this study, we aimed to screen specific aptamer against MCF-7 human breast cancer cells. Cell-SELEX process was performed to isolate aptamers from a combinatorial single-stranded nucleic acid library that selectively targeting surface proteins of MCF-7 cells in contrast with MCF-10A human mammary epithelial cells. The process was repeated until the pool was enriched for sequences that specifically recognizing MCF-7 cells in monitoring by flow cytometry. Subsequently, the enriched pool was cloned into bacteria, and positive clones were sequenced to obtain individual sequences. Representative sequences were chemically synthesized and evaluated their binding affinities to MCF-7 cells. As a result, an aptamer S1 was finally identified to have high binding affinity with equilibrium dissociation constant (K_d) value of 29.9 ± 6.0 nM. FAM-labeled aptamer S1 induced fluorescence shift in MCF-7 cells but not in MCF-10A human mammary epithelial cells, or MDA-MB-453 and MDA-MB-231 human breast cancer cells. Furthermore, result of cell imaging observed from laser confocal fluorescence microscope showed that MCF-7 cells exhibited stronger fluorescence signal resulted from Cy5-labeled aptamer S1 than MCF-10A cells. The above findings suggested that S1 may be a specificity and selectivity aptamer for MCF-7 cells and useful for the breast cancer detection and diagnosis.     

A cell-based single-stranded DNA aptamer specifically targets gastric cancer

Gastric cancer is one of the most prevailing cancers with high morbidity and mortality. Limitations in the current diagnosis and therapy, specially lacking of specific molecular therapeutic targets, ask for the development of new strategies. Aptamer, a newly developed adaptive molecule, could be used in clinical detection and therapy because of its high affinity and specificity. As no aptamer has ever been developed in preventing gastric cancer so far, we were the first who cloned such an aptamer specifically targeting gastric cancer. The aptamer was selected by systematic evolution of ligands by exponential enrichment with gastric cancer cell-line HGC-27 as target cell line and immortalized gastric epithelial cell-line GES-1 as control cell line. The affinity and specificity of candidate aptamers were examined by flow cytometry, confocal imagining and aptamer-based histochemistry staining. After 19 cycles of systematic evolution of ligands by exponential enrichment and subsequent cloning and sequencing, an aptamer with the highest affinity and specificity (nominated as AGC03) among candidates was screened out from a random single-stranded DNA pool. Moreover, AGC03 could not only specifically bind to gastric cancer cells (the equilibrium dissociation constant value was 16.49 ± 0.40 nM) in vitro, but also recognize cancer cells in human cancer tissue. Our most important finding is that AGC03 could even be internalized into cells automatically. In conclusion, we obtained a novel aptamer specifically targeting gastric cancer, which is an effective tool for both gastric cancer diagnosis and drug delivery.     

基于液相色谱-质谱技术的早期胃癌血清多肽组学研究

目的:建立早期胃癌外周血清特征性多肽谱,分析其生物学特征,以探索一种特异且敏感的早期胃癌血清学诊断方法。方法:采集10例早期胃癌和10例正常对照血清,使用蛋白沉淀法去除高丰度血清蛋白质后,通过液相色谱-质谱联用技术重复三次进行多肽分离、离子化、质谱检测,将原始数据应用Label free方法中Max Quant算法对肽段进行相对定量,分析两组差异多肽及差异多肽匹配蛋白。结果:EGC组和N组重复三次所得色谱图总体比较一致,多肽重复检出率分别为87.54%和85.67%。其中EGC组可重复检测到的Unique peptide有65条,匹配对应31个蛋白;在EGC组和N组血清中显著差异的Unique peptide有22条,匹配对应11个蛋白。对血清显著差异多肽所匹配蛋白进行生物学分析,发现这些蛋白质多数位于细胞外,功能类别主要涉及分子水平的序列变换、信号肽、N-糖基化位点等,信号通路主要富集在凝血级联通路和补体级联通路。结论:早期胃癌血清特异性多肽谱图的建立可望成为胃癌早期诊断的血清学标志物,后续试验将进一步针对这些差异多肽进一步分析验证,筛选出早期胃癌标志性多肽,同时应用大样本进行验证,筛选出特异高效的早期胃癌血清标志物。     

综述与专论: 核酸适配体在分子医学中的应用

分子医学着眼于从疾病的分子层面出发,为个性化精准诊疗提供解决方案。然而,在众多疾病的诊疗中由于缺乏有力的分子识别工具,目前从分子水平上理解和研究疾病仍受到制约。核酸适配体是通过指数富集的配体系统进化（SELEX）技术在体外筛选得到的单链寡核苷酸,具有高选择性、高亲和力、易细胞内化、良好的组织渗透和快速的组织积累能力。近年来,由于其易合成、成本低、稳定性高且免疫原性低,核酸适配体作为分子工具应用于疾病的诊疗一体化受到广泛关注。本综述围绕分子医学中的核酸适配体,讨论了核酸适配体在疾病诊断中的应用,包括基于核酸适配体的肿瘤标志物发现、液体活检、分子成像。介绍了核酸适配体在癌症治疗中的应用包括基于核酸适配体的抑制剂、核酸适配体药物偶联物、纳米药物和核酸适配体介导的免疫治疗。最后对核酸适配体在临床诊疗和产业化面临的问题进行了讨论,包括基于应用场景的筛选方法、核酸适配体与靶标复合物结构、亲和力的机制以及核酸适配体在血液循环中的稳定性等方面。