基于纳米信标和DSN酶的循环miRNA检测方法研究及其在肝癌诊断中的应用

Circulating miRNAs have recently attracted considerable attention for the early detection and noninvasive diagnosis of cancer, but the ultrasensitive and highly specific detection of miRNAs remains a great challenge due to the low abundance, short length and sequence similarity of miRNAs. Duplex-specific nuclease (DSN) exhibits unique substrate specificity, it hydrolyzes only double-stranded DNA or DNA in the DNA/RNA heteroduplex and does not cleave single-stranded DNA or RNA at all. Due to this unique substrate bias, DSN provide an alternative pathway for miRNA detection. DSN-mediated isothermal signal amplification strategies have been used for trace miRNA determination. In this project, we design a highly specific nanobeacon by taking the advantages of the molecular beacon and the two-dimensional nanomaterial. When combined with the DSN-mediated signal amplification, this nanoprobe can detect miRNA with high sensitivity and specificity. The new miRNA detection method is further employed in detecting circulating miRNAs of hepatocellular carcinoma. This study may provide new approach to cancer screening and early detection.

近年来，循环miRNA在癌症的早期检测和无创诊断领域吸引了广泛的关注，但由于其序列短、丰度低、序列相似度高等特点，给miRNA的检测带来了困难。实现超灵敏、高特异性miRNA检测仍是一巨大的挑战。DSN酶能高选择性地切割双链DNA或DNA/RNA杂化双链中的DNA链，而对单链DNA和RNA几乎没有作用。DSN酶的这一特性为miRNA的检测带来了新的机遇，DSN酶介导的信号放大方法已被应用于miRNA的超灵敏检测。本项目利用分子信标和二维纳米材料的各自的优点设计了一种高特异性的纳米信标，并将此纳米探针和DSN酶介导的酶切循环相结合实现对miRNA的超灵敏、高特异性检测。此外，我们还计划利用这种新型的检测方法对肝癌患者的循环miRNA进行检测。此方案有可能为癌症的筛查和早期检测提供一种新的方法。

微小RNA（MicroRNA, miRNA）在生理和病理过程中起着重要的调控作用，被认为是疾病诊断和治疗的重要生物标志物。然而，由于其长度短、丰度低、序列相似度高等特点，miRNA的超灵敏、高特异性检测仍存在巨大挑战。双链特异性核酸酶（DSN酶）具有独特的底物专一性，它能高选择性地切割双链DNA或DNA/RNA杂化双链中的DNA链，而根本不切割单链DNA或RNA。由于DSN酶这一独特的底物偏好性，DSN酶介导的信号放大方法（DSNMSA）已被应用于miRNA的超灵敏检测。在本项目中，我们通过将分子信标（MB）吸附到MoS2纳米片上设计了一种新型的纳米信标。结果表明，MoS2不仅对MB具有较高的亲和力，而且对吸附的荧光修饰的MB具有高效的淬灭作用。将此纳米信标应用于DSNMSA能在30分钟内实现miRNA的超灵敏检测，其检测限（LOD）可达10 fM。由于MB和DSN酶特异性的协同作用，我们的方法具有良好的特异性，对单碱基变异的同源miRNA序列也具有显著的区分。此外，此纳米信标亦可用于多个靶标miRNA的多元检测。鉴于其高灵敏度和特异性以及可实现多元检测的能力，这种新的miRNA检测方法在生物医学研究和临床诊断中具有广阔的应用前景。