人FcγRI特异性核酸适配体的体外筛选及鉴定北大核心CSCD

人中性粒细胞FcγRI(即CD64),Ig G Fc高亲和力受体之一,是早期诊断脓毒血症和系统性细菌感染的一个灵敏和特异的新标志物;目前,采用流式细胞计量术测定,难以在一般实验室开展。本研究旨在应用新型的体外筛选技术——指数富集配基的系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术——从体外合成的随机寡核苷酸文库中筛选人FcγRI的高亲和力和高特异性的核酸适配体(aptamer)。本文以人FcγRI为靶标,将其固定在羧基活化磁珠上,进行SELEX筛选。经过8轮筛选,共获得3个重点研究的单克隆适配体。生物信息学分析结果显示,人FcγRI适配体的模拟二级结构以茎-环和G-四聚体为主,可能是FcγRI与适配体的作用位点,G-T错配常见。流式细胞计量术和荧光显微镜分析显示,筛选出的典型单克隆适配体解离常数(the dissociation constant,Kd)均达到纳摩尔水平,而且适配体只与脓毒血症中性粒细胞结合,具有良好的亲和力和特异性。本研究表明,通过SELEX技术,成功获取了人FcγRI特异性核酸适配体,为以此适配体为分子探针,进一步建立用于脓毒血症早期诊断的新方法奠定了基础。     

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。     

核酸适配体在肿瘤免疫治疗中的应用

核酸适配体是指通过指数富集的配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)技术得到的一种可以高特异性、高亲和性识别靶标物质的单链DNA或RNA,可以作为靶向性治疗的分子探针。指数富集的配体系统进化技术即SELEX技术是在体外合成一个随机序列的文库,通过4个步骤孵育、分离、回收、扩增即可获得相对应的核酸适配体。通过几十年的发展,如今SELEX技术已成为一种重要的研究手段。核酸适配体具有稳定性强、分子量小、易进行化学合成和修饰、能特异性结合包括从小分子到细胞等靶标,识别范围广等优点,被广泛应用在肿瘤领域。免疫治疗与传统的肿瘤治疗方式不同,它是增强机体自身免疫系统来达到清除体内肿瘤细胞的一种方式,已被临床证明是治疗多种癌症的有效方法,例如针对免疫检查点CTLA4和PD-L1/PD-1的抗体,临床试验取得了成功,这为肿瘤的治疗带来了新的思路方法。目前,相关的免疫治疗药物已经上市应用于临床治疗,但是通过免疫治疗获益的肿瘤患者相对较少且会产生严重的副作用。核酸适配体与免疫相结合,为肿瘤的治疗提供了...     

应用双向热循环消减SELEX技术筛选胃癌血清核酸适配体

胃癌是发病率及死亡率均较高的消化道恶性肿瘤之一,严重威胁人类的生命健康。血清肿瘤标志物的检测对提高早期胃癌的检出率,改善胃癌的治疗有重要的意义。核酸适配体以其灵敏度高、靶向性强等优势显示出了较强的临床适用性。本研究以双向热循环消减指数富集式配基系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术为支持,纳米（琼脂）磁珠材料为载体,胃癌血清及正常人血清为筛选靶标,结合高通量测序技术建立了快速高效的核酸适配体筛选方法。经过19轮双向筛选,获得高重复率的胃癌血清特异性核酸适配体序列10条及正常人血清特异性核酸适配体序列8条。将这些序列分别混合并制成检测试剂A、B,结合实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qPCR）技术,对100份临床血清样本进行特异性验证。通过比较分析,建立了快速高效的胃癌血清检测技术。结果显示,核酸适配体G AP1与N AP1的二级结构类似于抗体的“Y”型,且呈茎环状。检测试剂A、B对胃癌及正常人血清的检出率分别为92%和88%。表明本技术可以较准确地筛选得到高特异性和强亲和力的核酸适配体,体现了核酸适配体作为新型肿瘤标志物在临床检测及治疗的应用潜力。     

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。     

分子模拟指导核酸适配体文库设计

核酸适配体是利用配体指数富集的系统进化技术（SELEX）从随机文库中筛选获得一段有功能的单链寡核苷酸。但因筛选过程中的文库选择、洗涤次数、分离效率、缓冲液离子含量和pH值等多种因素的影响,迄今所报道的亲和力与特异性都很高的核酸适配体为数不多。初始文库是核酸适配体筛选的源头,作为SELEX技术的根本,其设计是否合理直接影响到筛选的成败和效率。分子模拟能以核酸适配体文库为主体,计算机为主要工具,发展多种结构模拟与分析工具,辅助核酸适配体文库的合理设计。本文综述了现阶段利用分子模拟进行核酸适配体初始文库设计的相关方法,希望能为从源头上提高核酸适配体筛选的成功率提供线索。     

计算机辅助筛选核酸适配体技术

计算机信息技术已经渗透到我们生活的方方面面,不仅可以辅助药物的筛选,也能够模拟药物的作用.目前已有研究使用计算机辅助技术筛选适配体,对筛选效率的提升和筛选高亲和力的适配体有着重要的指导作用.文中将主要对计算机通过序列评估、结构分析、分子对接3个方面辅助适配体筛选的方法进行综述.     

综述与专论: 核酸适配体筛选与亲和力评价技术主要研究方向、进展与挑战

核酸适配体是一类具有特异性分子识别能力的单链DNA或者RNA分子,通过指数富集的配体系统进化技术（SELEX）筛选得到。核酸适配体相比抗体具有热稳定性高、便于化学合成与修饰、免疫原性低等优点,在生物分析、生物医学、生物技术等众多领域引起广泛关注。高质量的核酸适配体是应用的基础,然而目前能够满足实际应用的核酸适配体数量还非常有限。如何获得高亲和力、高特异性、高体内稳定性的核酸适配体是核酸适配体领域的技术瓶颈。本文首先简单介绍了SELEX技术的基本原理和核酸库的设计、筛选过程监控、次级文库制备、测序和候选适配体筛选等关键步骤。接着归纳总结了30多年来核酸适配体筛选技术的6个主要研究方向、研究进展和局限性。这6个主要研究方向分别是提高适配体特异性的筛选方法、提高适配体稳定性（抗核酸酶降解能力）的筛选方法、快速筛选方法、复杂靶标适配体筛选方法、小分子靶标适配体筛选方法、提高适配体亲和力的筛选方法。其中快速筛选技术是长期以来持续关注的研究方向,几乎所有物理分离手段都已用于提高SELEX的筛选效率。最近,高效化学反应与SELEX技术的结合为核酸适配体的快速筛选提供了新的策略。本文随后对适合小分子靶标核酸适配体筛选的3类方法进展和存在的问题进行了重点评述。这3类方法分别是基于靶标固定的筛选技术、基于文库固定的筛选技术（捕获-SELEX,Capture-SELEX）和均相筛选技术（氧化石墨烯-SELEX,GO-SELEX）。基于靶标固定的筛选技术尽管存在空间位阻等众多问题,由于其操作的简单性,目前依然应用广泛。近年来Capture-SELEX应用广泛。结合36种靶标适配体的筛选实验条件（文库设计、正筛靶标浓度、负筛靶标的选择和浓度）和所获得的适配体的亲和力（K_D,解离常数,dissociation constant）和特异性,对Capture-SELEX的实验条件与适配体性能的关系进行了讨论。统计数据表明,降低正筛靶标浓度有利于提高适配体的亲和力,但不是必要条件。负筛选是目前提高适配体特异性的主要技术手段,但适配体的特异性还不能满足实际需求。负筛选靶标及其浓度的选择差异很大,而且36种靶标中有20种靶标的适配体筛选没有进行负筛选。如何提高核酸适配体的特异性是目前小分子靶标核酸适配体所面临的难题,急需寻找新的策略。本文还列表归纳了近三年利用GO-SELEX进行的13种小分子靶标的实验条件和所获得的适配体的K_D和特异性。统计数据表明,GO-SELEX比Capture-SELEX所需要的筛选轮数少,两种方法所获得的适配体的亲和力多在纳摩尔每升水平。Capture-SELEX相对较低的筛选效率应该主要由于文库的自解离问题。核酸适配体的亲和力评价是候选核酸适配体结构与性能评价的重要组成部分。常用的核酸适配体亲和力评价技术包括基于分离、基于固定、均相体系三大类十多种方法。假阳性和假阴性是各种评价技术都有可能存在的问题。本文以纳米金比色法和等温热滴定技术为例评述技术进展,讨论导致不同亲和力评价技术结果不一致性问题的根本原因。本文最后对核酸适配体筛选技术、亲和力评价技术和技术的标准化的未来发展趋势进行了展望。     

细胞SELEX技术用于胰腺癌细胞特异性适配体的筛选及鉴定

细胞SELEX是目前常用的筛选细胞特异性适配体的技术。胰腺癌细胞特异性适配体在胰腺癌的诊断和治疗中有巨大的应用潜力。本研究拟通过该技术获得特异性识别胰腺癌PANC-1细胞的适配体,并对所筛选的适配体进行功能鉴定。本研究以胰腺癌PANC-1细胞为正筛细胞,正常胰腺导管上皮细胞HPDE6-C7为负筛细胞,通过磁珠法细胞SELEX技术进行筛选。经过12轮筛选,对筛选文库进行PCR扩增、质粒转染、单克隆挑选及测序,获得2条适配体Apt-5和Apt-12。流式细胞术检测发现,适配体Apt-5和Apt-12可特异性识别PANC-1细胞,其Kd值分别为8.27±2.10 nmol/L和8.88±2.51 nmol/L,Kd值均处于纳摩尔级别。通过RNA结构预测,2条适配体的二级结构均为茎-环结构。细胞免疫荧光验证了适配体的结合部位为细胞膜表面。本研究表明,通过磁珠法细胞SELEX技术,成功获得可特异性识别胰腺癌PANC-1细胞的适配体。该适配体有望成为胰腺癌诊断和治疗中的特异性分子靶向剂。     

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。     

荧光核酸适配体：核酸酶学分析新机遇

DNA和RNA的合成与降解等核酸代谢过程是维持生命体生长发育、新陈代谢、遗传变异、个体衰老等生命过程的基础代谢单元，广泛参与机体生命活动的全过程。核酸代谢相关酶活性对于维持细胞内环境的稳定性至关重要，其活性的改变可能会引起多种疾病的发生与发展。核酸代谢相关酶已成为多种疾病研究的重要靶点，也是生物技术和生物工程领域中不可或缺的重要工具，如聚合酶链反应、定点诱变、分子克隆和DNA测序等。因此，核酸代谢是所有核酸研究和相关生命科学领域研究的基础。本文将介绍核酸代谢的酶学分析常用方法，并聚焦于操作简单、实时快速的荧光法，按照荧光法的检测原理、发展历史和应用进行分类阐述与比较，并对核酸酶学分析工具未来研究与发展方向进行展望。     

Selective Targeting to Glioma with Nucleic Acid Aptamers

Malignant glioma is characterised by a rapid growth rate and high capacity for invasive infiltration to surrounding brain tissue; hence, diagnosis and treatment is difficult and patient survival is poor. Aptamers contribute a promising and unique technology for the in vitro imaging of live cells and tissues, with a potentially bright future in clinical diagnostics and therapeutics for malignant glioma. The binding selectivity, uptake capacity and binding target of two DNA aptamers, SA43 and SA44, were investigated in glioma cells and patient tissues. The binding assay showed that SA43 and SA44 bound with strong affinity (K_d, 21.56 ± 4.60 nM and K_d, 21.11 ± 3.30 nM respectively) to the target U87MG cells. Quantitative analysis by flow cytometry showed that the aptamers were able to actively internalise in U87MG and 1321N1 glioma cells compared to the non-cancerous and non-glioma cell types. Confocal microscopy confirmed staining in the cytoplasm, and co-localisation studies with endoplasmic reticulum, Golgi apparatus and lysosomal markers suggested internalisation and compartmentalisation within the endomembrane system. Both aptamers selectively bound to Ku 70 and Ku 80 DNA repair proteins as determined by aptoprecipitation (AP) followed by mass spectrometry analysis and confirmation by Western blot. In addition, aptohistochemical (AHC) staining on paraffin embedded, formalin fixed patient tissues revealed that the binding selectivity was significantly higher for SA43 aptamer in glioma tissues (grade I, II, III and IV) compared to the non-cancerous tissues, whereas SA44 did not show selectivity towards glioma tissues. The results indicate that SA43 aptamer can differentiate between glioma and non-cancerous cells and tissues and therefore, shows promise for histological diagnosis of glioma.     

Selection,Characterization and Application of Nucleic Acid Aptamers for the Capture and Detection of Human Norovirus Strains

Human noroviruses (HuNoV) are the leading cause of acute viral gastroenteritis and an important cause of foodborne disease. Despite their public health significance, routine detection of HuNoV in community settings, or food and environmental samples, is limited, and there is a need to develop alternative HuNoV diagnostic reagents to complement existing ones. The purpose of this study was to select and characterize single-stranded (ss)DNA aptamers with binding affinity to HuNoV. The utility of these aptamers was demonstrated in their use for capture and detection of HuNoV in outbreak-derived fecal samples and a representative food matrix. SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) was used to isolate ssDNA aptamer sequences with broad reactivity to the prototype GII.2 HuNoV strain, Snow Mountain Virus (SMV). Four aptamer candidates (designated 19, 21, 25 and 26) were identified and screened for binding affinity to 14 different virus-like particles (VLPs) corresponding to various GI and GII HuNoV strains using an Enzyme-Linked Aptamer Sorbant Assay (ELASA). Collectively, aptamers 21 and 25 showed affinity to 13 of the 14 VLPs tested, with strongest binding to GII.2 (SMV) and GII.4 VLPs. Aptamer 25 was chosen for further study. Its binding affinity to SMV-VLPs was equivalent to that of a commercial antibody within a range of 1 to 5 µg/ml. Aptamer 25 also showed binding to representative HuNoV strains present in stool specimens obtained from naturally infected individuals. Lastly, an aptamer magnetic capture (AMC) method using aptamer 25 coupled with RT-qPCR was developed for recovery and detection of HuNoV in artificially contaminated lettuce. The capture efficiency of the AMC was 2.5–36% with an assay detection limit of 10 RNA copies per lettuce sample. These ssDNA aptamer candidates show promise as broadly reactive reagents for use in HuNoV capture and detection assays in various sample types.     

核酸恒温扩增技术研究进展

核酸恒温扩增技术在生命科学研究及相关诸多领域已经得到了广泛应用。我们对核酸恒温扩增技术的最新进展作一简要综述,包括环介导恒温扩增、链替代扩增、依赖核酸序列的扩增、滚环扩增、切口酶核酸恒温扩增、依赖解旋酶的恒温扩增、转录依赖的扩增、杂交捕获法、转录介导的扩增等的原理、优缺点及应用。     

New Strategies for the Chemical Synthesis of Biologically Important Nucleic Acid Derivatives

Abstract

This paper describes general methods for the synthesis of N-phosphorylated ribonucleosides and oligonucleotides containing a 2′-O-phosphorylated or 2′-O-thiophosphorylated ribonucleoside. The NMR-based conformational analysis and computational molecular dynamics simulation of the 2′-O-phosphorylated ribonucleoside residue in such modified oligonucleotides suggested that the ribose residue existed preferentially in a C2′-endo conformation. It was also found that simple heating of 2′-O-phosphorylated oligonucleotides resulted in rapid dethiophosphorylation.     

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。     

Nucleic Acid Amplification Strategies for DNA Microarray-Based Pathogen Detection

DNA microarray-based screening and diagnostic technologies have long promised comprehensive testing capabilities. However, the potential of these powerful tools has been limited by front-end target-specific nucleic acid amplification. Despite the sensitivity and specificity associated with PCR amplification, the inherent bias and limited throughput of this approach constrain the principal benefits of downstream microarray-based applications, especially for pathogen detection. To begin addressing alternative approaches, we investigated four front-end amplification strategies: random primed, isothermal Klenow fragment-based, 29 DNA polymerase-based, and multiplex PCR. The utility of each amplification strategy was assessed by hybridizing amplicons to microarrays consisting of 70-mer oligonucleotide probes specific for enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 and by quantitating their sensitivities for the detection of O157:H7 in laboratory and environmental samples. Although nearly identical levels of hybridization specificity were achieved for each method, multiplex PCR was at least 3 orders of magnitude more sensitive than any individual random amplification approach. However, the use of Klenow-plus-Klenow and 29 polymerase-plus-Klenow tandem random amplification strategies provided better sensitivities than multiplex PCR. In addition, amplification biases among the five genetic loci tested were 2- to 20-fold for the random approaches, in contrast to >4 orders of magnitude for multiplex PCR. The same random amplification strategies were also able to detect all five diagnostic targets in a spiked environmental water sample that contained a 63-fold excess of contaminating DNA. The results presented here underscore the feasibility of using random amplification approaches and begin to systematically address the versatility of these approaches for unbiased pathogen detection from environmental sources.     

多肽介导的核酸药物递送系统研究进展

核酸药物作为新型基因治疗药物备受关注,但生物学稳定性差、易被体内核酸酶降解、生物利用度低、靶组织内聚集浓度低等是制 约其发展的主要因素。新的药物递送技术的快速发展在一定程度上解决了核酸药物的稳定性及靶向递送问题,极大地推动了核酸药物的研 发进展。尤其是多肽蛋白类递送载体,已成为核酸药物递送系统研究领域的热点之一。介绍核酸药物递送载体多肽修饰的两种主要方式—— 共价缀合和非共价络合,重点综述近年来多肽缀合物和复合物以及多肽修饰的载体在核酸药物递送系统中的应用研究,探讨多肽介导的核 酸药物递送系统在应用中存在的问题,为新型核酸药物递送系统研发提供参考。