核酸适体技术在生物医学研究中的应用

摘要/Abstract

摘要： 以随机寡核苷酸序列为文库，通过指数富集配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment, SELEX)能够获得与靶标特异性结合的核酸适体，这是一类新型的分子识别探针，其与靶标的亲和力可以同抗原抗体相媲美，甚至优于抗原抗体的结合。核酸适体广泛应用在生化分析、疾病诊断、药物研发等领域。本文将介绍核酸适体的筛选和特点，以及核酸适体在生物分子检测，疾病的诊断和治疗中的应用，最后介绍核酸适体在神经系统疾病研究中的应用。

关键词: 核酸适体, 指数富集配体系统进化技术(SELEX), 生化检测, 疾病诊断神经系统疾病

Abstract: Aptamer, a specific oligonucleotide molecular obtained by systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) , is a new class of molecular recognition element. It can specifically bind to target molecules. The affinity between target substance and matching aptamer is comparable with antigen-antibody binding. Multiple analysis and testing technologies based on the aptamer have been established, and widely applied in many fields including biochemical analysis, disease diagnosis, drug discovery and so on. Here, we will introduce the screening and characters of aptamer and the application in the area of biological molecular detection, disease biomarker. Finally, the application of aptamer on the research of nervous system diseases will be discussed.

Key words: aptamer, systematic evolution of ligands by exponential nrichment (SELEX), biochemical detection, disease diagnosis, nervous system disease

中图分类号:

R964

赵洁，张琦，王旭，华茜，张子剑. 核酸适体技术在生物医学研究中的应用[J]. 神经药理学报, 2014, 4(6): 44-54.

ZHAO Jie, ZHANG Qi, WANG Xu, HUA Qian, ZHANG Zi-jian. Application of Aptamer Technology on the Biomedical Research[J]. Acta Neuropharmacologica, 2014, 4(6): 44-54.

参考文献

[1 ] Tuerk C, Gold L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment RNA ligands to bacteriophage T4DNA polymerase[J]. Science, 1990, 249(4968): 505-510.

[2] Dat H Nguyen, Steven C DeFina, William H Flink, et al. Binding to an RNA aptamer changes the charge distribution and conformation of malachite green[J]. J Am Chem Soc, 2002, 124: 15081-15084.

[3] Jennifer F Lee, Jay R Hesselberth, Lauren Ancel Meyers, et al. Aptamer database[J]. Nucleic Acids Res, 2004, 32: 95-100.

[4] Stacey L Clark, Vincent T Remcho. Aptamer as analytical reagents[J]. Electrophoresis, 2002, 23(9): 1335-1340.

[5] 刘庆业, 范燕燕, 李廷盛, 等. 核酸适配体纳米金共振散射光谱检测血清中钾离子[J]. 光谱学与光谱分析, 2010, 11(30):3115-3118.

[6] 高淑丽, 徐慧, 鞠婧, 等. 基于荧光探针噻唑橙与核酸适体构象变化的钾离子检测[J]. 分析测试学报, 2011, 30(2):115-120.

[7] 吴艳, 张娟琨, 范婷, 等. 核酸适体生物传感器快速检测牛奶中抗生素[J]. 生物加工过程, 2010, 8(3):48-51.

[8] 范婷, 张娟琨, 李敏, 等. 适配子生物传感器对青霉素的快速检测[J]. 生物加工过程, 2011, 9(3): 41-46.

[9] 周翠松, 江雅新, 汪俊, 等. 信号核酸识体用于药物托普霉素的高灵敏度检测[J]. 高等学校化学学报, 2006, 27(5): 826-829.

[10] Wang Yong, Jennifer KiiiIan, Keita Hamasaki, et al. RNA molecules that specifically and stoichiometrically bind aminoglycoside antibiotics with high affinities[J]. Biochemistry, 1996, 35(38): 12338-12346.

[11] 刘信嘉, 江颖妍, 李美英, 等. 卡那霉素A酶联适配体检测方法研究[J]. 分析化学研究报告, 2013, 41(9):1428-1433.

[12] 谭爱军, 林毅雄, 魏泉德, 等. 基于适配分子的Dot-ELISA快速检测抗生素残留[J]. 实用预防医学, 2013, 20(11):1281-1284.

[13] Huang Yan-qin, Liu Xing-fen, Fan Qu-li, et al. Tuning back bones and side-chains of cationic conjugated polymers for optical signal amplification of fluorescent DNA detection[J]. Biosens Bioelectron, 2009, 24(10): 2973-2978.

[14] 黄艳琴, 秦伟胜, 任厚基, 等．基于阳离子型共轭聚合物和核酸适体的腺苷检测新方法[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(10): 2213-2216.

[15] 郭秋平, 羊小海, 王柯敏, 等．双链荧光核酸适体探针用于蛋白质的简便快速检测[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(2): 274-278.

[16] 羊小海, 王胜锋, 王柯敏, 等．基于阳离子荧光共轭聚合物和核酸适体探针的蛋白质检测新方法[J]．高等学校化学学报, 2009, 30(5): 899-920.

[17] 王先良, 王小利, 苏艳华, 等．一种新的基于适体和酶切保护分析的超灵敏蛋白质检测方法[J]．中国生物化学与分子生物学报, 2005, 21(3): 421-426.

[18] 申睿, 唐吉军, 张朝阳, 等. 基于磁珠分离的酶联适配体检测痕量蛋白质的新型比色分析方法[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(4): 701-705.

[19] 姚守拙. 压电化学与生物传感[M]. 北京: 科学出版社, 1999: 216.

[20] 姚春燕, 齐永志, 府伟灵, 等. 适配子型压电石英晶体传感器检测人免疫球蛋白E的实验研究[J]. 中华医院感染学杂志, 2008, 18(3): 324-327.

[21] J Colin Cox, Andrew D Ellington. Automated selection of anti-protein aptamer[J]. Bioorgan Med Chem, 2001, 9(10): 2525-2531.

[22] 张红鸽, 王敏娟, 漆红兰, 等. 以适体和金纳米颗粒为探针比色法检测溶菌酶[J]. 西北大学学报, 2011, 41(4): 617-622.

[23] Choi D, Kim M, Park J. Erythropoietin: physico-and biochemical analysis[J]. Chromatogr B Biomed Appl, 1996, 687(1): 189-199.

[24] 唐吉军, 徐华, 郭磊, 等. 基于适配体的实时定量PCR检测血清的人促红细胞生成素[J]. 分析测试学报, 2012, 31(9): 1095-1099.

[25] Zhang Yun-fei, Chen Yan, Han Da, et al. Aptamers selected by cell-SELEX for application in cancer studies[J]. Bioanalysis, 2010, 2(5): 907-918.

[26] Dihua Shang-guan, Meng Ling-meng, Zehui Charles Cao. Identification of liver cancer-specific aptamers using whole live cells [J]. Anal Chem, 2008, 80: 721-728.

[27] Chen Xiao-lan, M Carmen Estevez, Zhu Zhi．Using aptamer-conjugated fluorescence resonance energy transfer nanoparticles for multiplexed cancer cell monitoring [J], Anal Chem, 2009, 81(16): 7009-7014.

[28] 周宇凡, 张桂梅, 冯作化, 等. H22肿瘤细胞aptamer的筛选与结构分析[J]. 重庆医科大学学报, 2006, 31(6): 841-844.

[29] 刘文伟, 张雪燕, 习静, 等. 诊断慢性粒细胞白血病的电化学生物传感器的研究[J].中国医药导报, 2012, 9(23): 14-18.

[30] 陈鑫, 李卫滨, 王开宇, 等. Cell-SELEX技术筛选急性早幼粒细胞白血病NB4细胞适配体[J]. 临床检验杂志, 2012, 7(30): 518-521.

[31] Grossman主编, 王任真主译. 神经外科学[M] 北京:人民卫生出版社, 2003: 406.

[32] 夏湘, 童春义, 周敬良, 等. 压电核酸适体传感器用于星形胶质瘤细胞的检测研究[J]. 化学传感器, 2008, 28(1): 26-29.

[33] 石保香, 童春义, 蒋小平, 等．一种胶质瘤细胞的核酸适体电化学抗阻传感器[J]．分析科学学报, 2010, 26(3): 266-270.

[34] Partha Ray, Kristy L Rialon-Guevara, Emanuela Veras, et al. Comparing human pancreatic cell secretomes by in vitro aptamer selection identifies cyclophilin B as a candidate pancreatic cancer biomarker[J]. J Clin Invest, 2012, 122(5): 1734-1741.

[35] Pooja Dua, Hye Suk Kang, Seung Mo Hong, et al. Alkaline phosphatase ALPPL-2 is a novel pancreatic carcinoma-associated protein[J]. Cancer Res, 2013, 73(6): 1934-1945

[36] Shawn E Lupold, Brain J Hicke, Lin Yun, et al. Identification and characterization of nuclease-stabilized RNA molecules that bind human prostate cancer cells via the prostate-specific membrane antigen[J]. Cancer Res, 2002, 62(14): 4029-4033.

[37] Chen Y, Foss C A, Byun Y, et al. Radio halogenated prostate-specific membrane antigen (PSMA)-based ureas as imaging agents for prostate cancer[J]. J Med Chem, 2008, 51(24): 7933-7943.

[38] Dongkyu Kim, Yong Yeon Jeong, Sangyong Jon. A drug-loaded aptamer-gold nanoparticle bioconjugate for combined CT imaging and therapy of prostate cancer[J]. ACS Nano, 2010, 4(7): 3689-3696.

[39] 李敏思, 伏小平, 宋战昀, 等．核酸适配体在病毒检测中的研究进展[J]．动物医学进展, 2013, 34(7): 96-100.

[40] 李敏思, 宋战昀, 冯新, 等. 新城疫病毒血凝素蛋白RNA适配体的筛选及活性研究[J]. 中国兽医学报, 2014, 3(34): 395-401.

[41] J Scheulze zur Wiesch, Schmitz H, Borowski E, et al. The proteins of the hepatitis C virus: Their features and interactions with intracellular protein phosphorylation[J]. Arch Virol, 2003, 148(7): 1247–1267.

[42] Seram Lee, Young Sook Kim, Minjung Jo, et al. Chip-based detection of hepatitis C virus using RNA aptamers that specifically bindto HCV core antigen[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2007, 358(1): 47–52.

[43] 张振, 赵子龙, 徐丽, 等. 基于核酸适体的丙肝病毒核心蛋白检测新方法[J]. 中国科学, 2011, 41(8): 1312-1318.

[44] 甄蓓, 宋亚军, 郭兆彪, 等. SELEX法筛选炭疽芽孢杆菌芽孢适配子的研究[J]. 军事医学科学院院刊, 2001, 25(2): 111-114.

[45] 甄蓓, 张敏丽, 宋亚军, 等. 抗体-适配子混合夹心法检测炭疽芽孢杆菌芽孢的研究[J]. 生物技术通讯, 2002, 13(2): 123-125.

[46] 甄蓓, 杜宗敏, 宋亚军, 等. 用MALDI-TOF MS观察适配子与炭疽芽孢的结合反应[J]. 分析测试学报, 2003, 22(2): 8-11.

[47] 甄蓓, 宋亚军, 王津, 等. 炭疽芽孢杆菌芽孢适配子的结构与亲和性分析[J]. 解放军医学杂志, 2001, 26(6): 419-422.

[48] 甄蓓, 宋亚军, 郭兆彪, 等. 炭疽芽孢DNA适配子结构与长度对亲和力的影响[J]. 第四军医大学学报, 2002, 23(16): 1467-1470.

[49] Herbert L DuPont. Bacterial diarrhea[J]. New Englang J Medicine, 2009, 361(16): 1560-1569.

[50] 董建涛, 欧阳后先, 徐柯, 等. 聚丁二炔纳米囊泡生物传感器比色检测空肠弯曲菌[J]. 科技通报, 2012, 28(5): 75-79.

[51] 李霞, 谭慧, 李云磊, 等. 基于核酸适体的新型液晶生物传感用于检测血小板源性生长因子BB[J]. 分析化学, 2014, 42(5): 629-635.

[52] Mark B Pepys, Gideon M Hirschfield. C-reactive protein: a critical update[J]. J Clinc Invest, 2003, 111(12): 1805-1812.

[53] Min S Wang, Joshua C Black, Michelle K Knowles, et al. C-reactive protein(CRP) aptamer binds to monomeric but not pentameric form of CRP[J]. Anal Bioanal Chem, 2011, 401(4): 1309-1318.

[54] Stefan Feske, Yousang Gwack, Murali Prakriya. A mutation in Orai1 causes immune deficiency by abrogating CRAC channel function[J]. Nature, 2006, 441(7090): 179-185.

[55] 杨永强, 陈晓红, 李怡然, 等. SELEX技术筛选钙通道特异性核酸适配体及其抗肥大细胞活化的作用[J]. 第三军医大学学报, 2014, 36(4): 307-311.

[56] Huang Xiao-hua, Ivan H EL-Sayed, Qian Wei, et al. Cancer cell imaging and photothermal Therapy in the near-infrared region by using gold nanorods[J]. J Am Chem Soc, 2006, 128(6): 2115-2120.

[57] Robert Shapiro, Daniel J Strydom. Isolation of angiogenin from normal human plasma[J]. Biochem, 1987, 26(16):5141-5146.

[58] 白冬雨,马鸿达. 血管生成素在血管新生中的作用[J]. 武警医学院学报, 2005, 14(4):323-325.

[59] 何晓晓, 金容, 杨柳, 等. 基于AFM的血管生成素与其核酸适体-Aptamer-的相互作用力[J]. 科学通报, 2007, 52(19): 2271-2275.

[60] Shawn M Douglas, Ido Bachelet, George M Church. A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads[J]. Science, 2012, 335(6070): 831-834.

[61] 王玥莹, 李晓玲, 宋溦, 等. 治疗性核酸适体的研究进展[J]. 生物医药前沿, 2014, 23(6): 660-664.

[62] Francisco Ylera, Rudi Lura, Volker A Erdmann, et al. Selection of RNA aptamers to the Alzheimer’s disease amyloid peptide [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2002, 290(5):1583-1588.

[63] Tsuyoshi Takahashi, Kosuke Tada, Hisakazu Mihara. RNA aptamers selected against amyloid beta-peptide(Abeta) inhibit the aggregation of Abeta[J]. Mol Biosyst, 2009, 5(9): 986-991.

[64] M Paul Murphy, Harry Levine. Alzheimer’s disease and the β-amyloid peptide[J]. J Alzheimers Dis, 2010, 19(1): 311.

[65] Sarah L Cole, Robert Vassar. The role of amyloid precursor protein processing by BACE1, the beta-secretase, in Alzheimer disease pathophysiology[J]. J Biol Chem, 2008, 283(44): 29621-29625.

[66] Barbara Angeletti, Kevin J Waldron, Katie B Freeman, et al. BACE1 cytoplasmic domain interacts with the copper chaperone for superoxide dismutase-1 and binds copper [J]. J Biol Chem, 2005, 280 (18):17930-17937.

[67] Tina Wahle, Kai Prager, Nikolai Raffler, et al. GGA proteins regulate retrograde transport of BACE1 from endosomes to the trans-Golgi network [J]. Mol Cell Neurosci, 2005, 29(3): 453-461.

[68] Andrea Rentmeister, Anke Bill, Tina Wahle, et al. RNA aptamers selectively modulate protein recruitment to the cytoplasmic domain of beta-secretase BACE1 in vitro[J]. RNA, 2006, 12(9): 1650-1660.

[69] Daniela Proske, Sabine Gilch, Franziska Wopfner, et al. Prion protein-specific aptamer reduces PrPSc formation[J]. Chem Bio Chem, 2002, 3(8): 717.

[70] Byounghoon Hwang, Kyungsook Han, Seong-wook Lee. Prevention of passively transferred experiment autoimmune myasthenia gravis by an in vitro selected RNA aptamer [J]. FEBS Letters, 2003, 548(1-3): 85-89.

[71] Laura Cerchia, Frederic Duconge, Carine Pestourie, et al. Neutralizing aptamers from whole cell SELEX inhibit the RET receptor tyrosine kinase[J]. Plos Biology, 2005, 3(4):123.

[1]	孙毅，谭博，苏瑞斌. 偏向性配体——阿片类镇痛药设计新思路[J]. 神经药理学报, 2018, 8(2): 1-7.
[2]	王晋辉，黄丽，陈娜. 大脑皮层GABA 能神经元缺血性损伤：易损性，机制和病理影响[J]. 神经药理学报, 2018, 8(2): 8-25.
[3]	杜冠华，张雯，杜立达，马寅仲，李莉，王月华. 抗脑缺血药物研发现状分析与策略研究[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 1-8.
[4]	林志彬. 灵芝的抗衰老与抗阿尔茨海默病的药理研究进展[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 9-15.
[5]	马娟，张法丽，钱忠明. 铁调素和铁相关神经退行性疾病[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 16-22.
[6]	杨燕飞，黄志力. 特异性控制神经元活性法研究睡眠 -觉醒机制新进展[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 23-34.
[7]	王允，镇学初. 新型Sigma-1 受体变构调节剂的发现和潜在应用[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 35-44.
[8]	肖婷，马天阳，徐祥清，王克威. 大鼠慢性不可预测温和应激与小鼠社会挫败抑郁症模型的建立与行为学评价[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 45-53.
[9]	昝桂影,孙翔，李庆林，刘景根 . κ阿片受体在抑郁中的作用及机制研究进展[J]. 神经药理学报, 2018, 8(1): 54-64.
[10]	张阔，杨静玉，吴春福. 抑郁症的病理生理学基础及动物模型研究进展[J]. 神经药理学报, 2017, 7(4): 8-16.
[11]	任婧，张丹参. 纳米给药系统脑靶向配体的研究进展[J]. 神经药理学报, 2017, 7(4): 17-25.
[12]	庞学波，薛茜，邹玉安. 人血浆脂蛋白磷脂酶A2 与缺血性脑卒中的研究进展[J]. 神经药理学报, 2017, 7(4): 31-35.
[13]	万叶，郭春燕，李永民. 中药在帕金森病领域的研究进展[J]. 神经药理学报, 2017, 7(4): 36-42.
[14]	王翠，郭童林，沈丽霞. 植物雌激素在阿尔茨海默病中发挥神经保护作用的机制研究[J]. 神经药理学报, 2017, 7(4): 43-52.
[15]	白彦昌，贾艳丽，宋亚雪，王建华. 阿尔茨海默病脑功能磁共振功能成像研究进展[J]. 神经药理学报, 2017, 7(3): 6-11.