谭蔚泓教授团队JACS：可根据靶细胞微环境动态识别的核酸适配体

核酸适配体（Aptamer）具有在复杂体系中识别肿瘤细胞的能力，是一类重要的分子配体，在生物分析和靶向治疗肿瘤领域得以广泛应用。核酸适配体识别肿瘤细胞是基于识别肿瘤细胞表面的生物标志物，然而大多数已经被鉴定的细胞表面标记物并不仅仅在靶细胞表面表达，在正常细胞表面也有较低水平的表达，所以传统抗体或者核酸适配体对于疾病细胞的选择性识别能力会受到极大限制，因此提高适配体识别特异性对于癌症诊断和治疗具有重大意义。受核糖开关（Riboswitch）通过二级结构变化调节其功能的启发，佛罗里达大学化学系和湖南大学的谭蔚泓教授（点击查看介绍）实验室设计了一种能根据靶细胞微环境来重构核酸适配体识别能力的结构可动态变化的适配体（SW-Apt）。

图1. 利用细胞微环境调节核酸适配体靶向细胞特异性过程

SW-Apt由经过剪裁的经典核酸适配体和pH敏感DNA片段（i-motif）组成，其中i-motif在酸性微环境中可以帮助核酸适配体折叠成有功能的构型从而重构靶细胞亲和力，在生理pH下核酸适配体则无法正确折叠成理想构型而不能发挥正常功能。

图2. 筛选连接序列长度找到最优SW-Apt

图3. 不同pH下SW-Apt与靶细胞结合特异性的流式细胞分析

通过调节SW-Apt颈部序列的长度可以间接调控i-motif对于发夹区域（Loop domain）的稳定性，进而找出最大限度调节靶细胞的结合能力的最优适配体。

图4. FRET和圆二色谱结果验证了SW-Apt结构转化的机制

荧光共振能量转移（FRET）和圆二色谱实验被应用于该设计的机理验证。首先SW-Apt的末端分别被修饰荧光和淬灭基团，通过缓慢变化pH，其荧光随着SW-Apt折叠即末端DNA的靠近导致能量转移效率的增加而表现出整理荧光强度的降低。其次，圆二色谱也显示了286 nm处的正峰和254 nm处的负峰，这是文献中报道的i-motif的光谱特征，表明其正确构型形成。

图5. SW-Apt稳定性在10% FBS培养基中显著提高

另外，SW-Apt在10%FBS的培养基中表现和极好的稳定性，这可能是因为i-motif形成的致密的四联体结构对DNA酶的空间位阻而产生的对适配体的保护作用。该适配体在生物培养基中也表现出很高的特异性，使得其能有可期的应用前景。

图6. SW-Apt在10% 血清培养基中也表现出极好的特异性

相比被广泛应用于肿瘤成像和靶向载药的静态核酸适配体，该研究提供了一种开发动态适配体的策略，并且为后续开发和丰富智能适配体提供了新的思路。这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上。

该论文作者为：Long Li, Ying Jiang, Cheng Cui, Yu Yang, Penghui Zhang, Kimberly Stewart, Xiaoshu Pan, Xiaowei Li, Lu Yang, Liping Qiu*, Weihong Tan*

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）：

Modulating Aptamer Specificity with pH-Responsive DNA Bonds

J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 13335−13339, DOI: 10.1021/jacs.8b08047

导师介绍

谭蔚泓

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092