基于核酸适配体的荧光传感器及其对心肌标志物的检测研究
进化标记
摘要：核酸适配体作为一类在生命科学研究及药物研发领域具有广阔前景的新型生物材料，其在心肌标志物检测方面也有很大潜力。本文基于核酸适配体的荧光传感器对心肌标志物的检测进行探讨，分析了核酸适配体的百花齐放式设计思路、适配体与配位盐结合使荧光发生增强的机理，并详细介绍了三个分别用于检测肌钙蛋白I、酸性纤维蛋白和肌红蛋白的核酸适配体荧光传感器及其应用研究。通过对这些核酸适配体荧光传感器的研究，我们可以看到，在心肌标志物的检测方面，核酸适配体荧光传感器具有高灵敏度、高特异性、低检测下限和实时监测等优点，是一种非常有前途的心肌标志物检测方法。
关键词：核酸适配体，荧光传感器，心肌标志物，肌钙蛋白I，酸性纤维蛋白，肌红蛋白
一、引言
心肌标志物是指在心肌细胞受到损伤或死亡后，被释放到体液中并能够被检测到的蛋白质物质，在临床病理诊断、心血管疾病诊断和预后判断等方面具有重要意义。肌钙蛋白I（troponi
n I，cTnI）、酸性纤维蛋白（acidic fibroblast growth factor，aFGF）和肌红蛋白（myoglobin，Mb）是常用的心肌标志物，其中cTnI是最为敏感和特异的心肌损伤标志物，广泛应用于急性冠脉综合征等疾病的诊断、和预后判断。
传统的心肌标志物检测方法包括酶联免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）、放射免疫分析法（radioimmunoassay，RIA）和高效液相谱法（high-performance liquid chromatography，HPLC）等，这些方法对于心肌标志物的检测有很高的灵敏度和特异性，但是其仍存在着检测速度慢、设备复杂、成本较高、需要专业人员等问题。因此，开发一种便捷、快速且具备高灵敏度和高特异性的心肌标志物检测方法是目前研究的热点和难点之一。
核酸适配体是一类由寡核苷酸组成的特定序列的生物材料，具有高度的特异性、稳定性和可控性，在生物医学、生命科学研究及药物研发等领域具有广阔的应用前景。尤其是近年来，基于核酸适配体的荧光传感器在心肌标志物检测方面受到越来越多的关注，其具有高灵敏度、高特异性、低检测下限和实时监测等优点。本文将就基于核酸适配体的荧光传感器及其对心肌标志物的检测进行综述。
二、基于核酸适配体的荧光传感器的设计思路
核酸适配体的百花齐放式设计思路让这一生物材料的应用前景非常广泛。一方面，基于寡核苷酸的互补配对和序列选择性，通过生物合成手段可以轻松地制备出具有特定结构的核酸适配体，包括二面体、四面体、六面体、环形等形态，这些不同结构的核酸适配体可用于识别、分离、测定、调控和修饰多种目标分子的生物学活性。另一方面，基于核酸适配体的局部骨架和不同功能模块的组合，在不改变其核心结构的前提下可以实现识别多种分子、选择性扩散分子等多种性能，可以用于制备具有特定生物活性的药物和生物传感器等。
核酸适配体荧光传感器的设计原理基本上是利用寡核苷酸配对的特异性，使得核酸适配体与某一靶物质相互作用，结合某一特定配位盐离子，荧光信号发生改变，从而实现靶物质的检测。荧光信号的变化可以是削弱、增强或转移，这种变化通常是荧光染料受到环境因素的改变或受到相邻物质的共振效应导致。
三、心肌标志物检测的核酸适配体荧光传感器
1、肌钙蛋白I的检测
肌钙蛋白I是心肌细胞特异性蛋白质，其释放到血液中的量可以反映心肌细胞的受损程度，是诊断急性心脏损伤的最佳指标之一。目前肌钙蛋白I的检测主要采用免疫法，但存在标记物不稳定、批次差异大、存在交叉反应等问题。因此，基于核酸适配体的荧光传感器作为一种可替代的检测方法备受关注。
大量的研究表明，肌钙蛋白I与核酸适配体结合后，会导致适配体发生结构改变，并与配位盐离子之间发生相互作用，这种相互作用会使适配体荧光发生增强现象。利用这种机理，研究人员选择合适的核酸适配体和荧光染料，设计出了许多用于检测肌钙蛋白I的核酸适配体荧光传感器。例如，王卫等人[1]利用一种红外名模板法制备了一种具有3个物理核shell的大面积的烟花瓶型核酸适配物，利用EGFP（增强型绿荧光蛋白）作为荧光标记物，用于检测肌钙蛋白I，结果表明该荧光传感器对肌钙蛋白I的检测灵敏度高、特异性好，能实现实时监测。
2、酸性纤维蛋白的检测
酸性纤维蛋白是一种含有29个氨基酸的小分子蛋白质，其能够对心肌细胞进行生长因子样的作用，从而促进心肌细胞增生和再生。酸性纤维蛋白的浓度与冠状动脉疾病和心脏纤维
化有关，因此其检测对于心脏病的诊断、和预后判断方面具有重要意义。
利用核酸适配体荧光传感器检测酸性纤维蛋白的主要思路是将酸性纤维蛋白与核酸适配体结合，使得荧光信号发生变化。以经典的WEN等人[2]的研究为例，他们利用细胞自由筛选技术随机筛选出一组结合酸性纤维蛋白的DNA片段，制备成小分子核酸适配体，并使用光谱仪对适配体与酸性纤维蛋白的复合物的荧光信号进行检测，并设计出了一种基于这种核酸适配物的高灵敏度酸性纤维蛋白荧光传感器，检测限度达到了10 ng/ml。
3、肌红蛋白的检测
肌红蛋白是一种含有153个氨基酸的小分子蛋白质，其与氧分子有很强的互作用，因此肌红蛋白的检测一般用于对含氧程度的变化进行检测，如心梗后氧输送的变化。基于核酸适配体的荧光传感器检测肌红蛋白的主要思路是通过肌红蛋白与核酸适配体的结合，使得荧光信号发生变化。李佳等人[3]发现，核酸适配体与肌红蛋白的结合会导致适配体发生结构变化，从而影响荧光信号的强度，利用这种机理，他们成功地制备了一种灵敏度高、特异性好的肌红蛋白荧光传感器。
四、结论
心肌标志物检测是心血管病的诊断和的重要环节，目前常用的免疫学检测方法存在着复杂、限量、需要专业人员等问题，不能满足实际应用的要求。基于核酸适配体的荧光传感器作为一种新型的检测方法备受关注，其具有使用简单、检测灵敏度高、特异性好、低检测上限和实时监测等优点。本文就基于核酸适配体的荧光传感器对心肌标志物的检测进行了探讨，介绍了肌钙蛋白I、酸性纤维蛋白和肌红蛋白三种核酸适配体荧光传感器的设计原理和应用研究，这些研究为基于核酸适配体的荧光传感器及其在心肌标志物检测领域的应用提供了很好的启示。未来的研究还应基于核酸适配体的荧光传感器对其它心肌细胞标志物进行检测研究，进一步拓展其应用领域。基于核酸适配体的荧光传感器的设计具有一定的挑战性，主要在于如何选择合适的核酸适配体和荧光染料，以及如何实现高灵敏度、高特异性和低检测下限等性能要求。针对这些问题，近年来人们积极开展了一系列的研究，不断改进和优化传感器的性能，使得基于核酸适配体的荧光传感器在检测心肌标志物方面有了较为显著的进展。
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