同时检测蛋白酶浓度和肿瘤组织酸碱度的双重响应功能DNA探针学术资讯

来源：X一MOL资讯

原标题：Angew. Chem.：同时检测蛋白酶浓度和肿瘤组织酸碱度的双重响应功能DNA探针

在肿瘤发生及恶化的一系列过程中，蛋白酶由于对肿瘤的血管生成、入侵及转移等过程起到至关重要的作用而被单独列为一类标志物用于肿瘤的早期诊断。除此之外，肿瘤组织的酸性微环境也常被作为关键指标用于指示癌症的发生。尽管目前已有很多方法手段可以检测蛋白酶的浓度、活性以及肿瘤组织微环境的酸碱度，然而至今仍鲜有可同时检测这两种指标的有力手段。

最近，中国科学院化学研究所的吴海臣研究员及其团队发现单链DNA末端修饰N-末端苯丙氨酸的小肽后，苯丙氨酸可与葫芦脲[7]发生主客体作用而形成DNA探针。该探针穿越α-溶血毒素纳米孔（αHL）将产生两种特征性的电流信号，并且这两种信号的比率具有pH依赖性。基于此原理，他们设计了具有双重响应功能的DNA探针用于同时检测蛋白酶的浓度和肿瘤组织酸碱度（图1）。

图1. DNA双响应探针的传感原理

亮氨酸氨肽酶（LAP）与其对应的DNA探针作用后将切除多肽N-端的亮氨酸而使预先设计的苯丙氨酸暴露出来。该探针与葫芦脲[7]作用后穿越αHL所产生的特征信号可用于LAP的定量检测；通过不对称盐梯度信号放大策略，该方法可检出样品中低至3.1 fM的LAP，是迄今为止所报道的最低检测限。此外，由于信号频率与分子浓度呈正相关，因此把信号频率与底物浓度的关系作出Lineweaver-Burk图将得到用于描述酶活性的米氏常数。不仅如此，研究还发现两种特征信号的比率仅依赖于环境pH而与探针的量无关，因此利用这种双重响应探针首次成功实现了对酶活性与肿瘤环境酸碱度的同时检测（图2）。

图2. DNA双响应探针同时检测LAP的浓度、活性以及周围环境的酸碱度

由于多肽作为识别单元具有极高的设计灵活性，因此还可根据待测蛋白酶的性质设计信号猝灭型的DNA探针。如图3所示，当组织蛋白酶B（cat. B）特异性地切掉缬氨酸-瓜氨酸单元后，用于特征信号输出的苯丙氨酸-葫芦脲主客体结构也随之脱落，造成特征信号频率猝灭。通过信号的猝灭程度以及信号比率同样可对cat. B的浓度、活性、pH进行准确定量。

图3. DNA双响应探针同时检测cat. B的浓度、活性以及周围环境的酸碱度

由于该工作设计的DNA探针中的多肽部分既作为底物识别单元也作为信号输出单元，因此使得该策略具有极高的灵敏度与检测效率，并且可有效避免背景干扰等问题。由于DNA具有高度的可修饰性以及丰富的“toolbox”功能，因此该工作为DNA探针用于复杂体系乃至单个细胞中的多组分同时检测提供了新的思路与方法。

相关工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.上。

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