学者简介
刘 睿
《环境与职业医学》青年编委，四川大学化学学院教授、博士生导师。
吕 弋
四川大学分析测试中心主任、教授、博士生导师。
阿尔茨海默病（AD）多发于老年人，随着全球人口老龄化，阿尔茨海默病患者的比例不断增大，并带来了巨大的社会问题。因此，对 AD 进行早期诊断是至关重要的。血液检测具有无侵入性和低成本的特点，是 AD 最有希望的早期诊断和干预措施。
然而，通过血液检测 AD 仍然存在两个局限性：(1) 由于血脑屏障的存在，血液中 AD 生物标志物的浓度低于脑脊液；(2) 大多数疾病都伴有多种生物标志物的异常调节，所以单一生物标志物分析难以准确预测疾病，容易造成假阳性。因此，开发一种能够同时检测多种 AD 相关生物标志物且具有低检出限的血液检测方法是非常重要的。
近日，四川大学吕弋教授、刘睿教授带领研究团队开发了一种基于DNA酶（DNAzyme）的 3D DNA 行走机器，用电感耦合等离子体质谱 (ICPMS) 对五种AD相关生物标志物进行灵敏和多重检测。该成果详见Analytical Chemistry 2024年11月发表的“Blood Screening of Femtomole Level Multiple Alzheimer's Disease Biomarkers by Metal Isotopic DNA Walkers”。文章的第一作者是四川大学硕士研究生王瑜。
全文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05865
来源：Analytical Chemistry
该方法基于核酸分子杂交碱基互补配对原理，以链霉亲和素修饰的磁珠为载体，修饰了标记链（Tracker）和步行链（Enzyme）-锁定链（Locker） 结构。由于目标物 miRNA与 Locker 的结合能较强，在加入后可以释放锁定的 Enzyme , 而 Enzyme 与相应的Tracker 进行配对，在 Mn2+ 的协同作用下切割裂解 rA 位点，然后，暴露的 Enzyme 移动到下一个 Tracker 附近，杂交并裂解 rA 位点，依次循环。金属同位素被大量释放，直到反应终止。通过磁分离吸取上清液，用 1% 硝酸充分稀释并引入 ICPMS进行分析检测。通过 ICPMS 的多重检测，该方法可以实现对 5 种AD相关miRNA 的灵敏分析。
▲图1同时检测五种AD相关miRNA示意图
来源：Analytical Chemistry
如图2所示，作者提供了该DNA 行走机器的运行示意图（图2a），并研究了该分析方法的可行性，对DNA行走机器的运行进行了ICPMS信号表征（图2b）和聚丙烯酰胺电泳表征（图2c）。如图所示，只有在完整具备DNA 行走机器启动的条件下，才会剪切rA位点并释放信号，证明了该方法的可行性。
▲图2 DNA行走机器运行示意图及其可行性证明
[注] a：DNA行走机器运行示意图；b：DNA行走机器基于ICPMS的可行性证明；c：DNA行走机器基于聚丙烯酰胺电泳的可行性证明。
来源：Analytical Chemistry
在此，通过ICPMS采集行走释放的5种金属同位素89Y、 165Ho、139La、 140Ce 和 159Tb，实现了对 5 种 miRNA （hsa-miR-125b、hsa-miR-342-3p、hsa-miR-29b、hsa-miR-191-5p、hsa-miR-7d-5p）的同时检测，证明了该方法具有对5种AD相关miRNA同时灵敏检测的能力，对五种目标物miRNA检测的分析性能见图3。图3a展示了该分析方法检测五种不同浓度目标物miRNA的信号强度，图3b展示了五种目标物miRNA浓度与信号的线性拟合关系。为评估验证该分析方法，作者通过人血清样本作为基质进行了加标回收分析实验，并在人血清样品中获得了满意的加标回收率，证明了这种金属同位素的检测策略在阿尔茨海默早期诊断和干预中的应用前景。
▲图3 五种DNA行走机器分析性能
[注] a：五种不同浓度目标miRNA对应的ICPMS信号；b: 五种目标miRNA浓度与信号的线性拟合关系。
来源：Analytical Chemistry
近年来，该课题组已开发了一系列电感耦合等离子体质谱的生物分析方法，用于构建高灵敏度和高准确度的生物传感平台（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 10.1021/jacs.4c13706; Food Chem., 2024, 443, 138557; Chem. Commun., 2024,60, 976-979; Chem. Sci., 2023,14, 6654-6662; Chem. Sci., 2022, 13, 6270; Anal. Chem. 2022, 94, 37, 12899–12906; Anal. Chem. 2022, 94, 15433−15439）。
编辑 | 易 迪
审阅 | 陈 姣
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创刊于1984
报道内容
环境因素（自然环境、社会环境）、职业因素与人群健康关系研究成果
主办
上海市疾病预防控制中心
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