开发基于核酸适配体的新型探针用于早期肿瘤的标志物识别和诊治

In this research plan, we aimed to tackle the challenges during the diagnosis and treatment of early tumors. Based on our achievements and the breakthrough in the two aspects of engineering aptamer sensors and assembling DNA nanostructures, we proposed to use the novel 'offsetting' selection strategy to guide the isolation and identification of aptamer-based sensors that can specifically recognize tumor cells. And with the aptamers as fishing tools, we expected to nail down the identity of the target molecules of the tumor cells. Based on the selected aptamer sensors, we planned to further harness DNA nanotechnology to assemble complex nano-sensors in a format of 'aptamer-DNA nanostructure-fluorescent dye'. With DNA self-assembly to precisely organize and control the aptamer sensors and the fluorescent dyes in the 3D space, we expected to be able to develop a new type of molecular imaging probes with high sensitivity, specificity, stability, and signal-to-noise ratio, for the diagnosis and treatment of early breast cancer.

本项目针对恶性肿瘤可治愈阶段进行早期检测面临的挑战性问题，依托团队在适配体探针和DNA纳米自组装方面的创新突破，基于“对冲抵消的试管内高效进化”筛选策略和“框架核酸精确自组装”设计方法，发展高灵敏度、高特异性、高稳定性、高抗干扰能力的分子影像探针，并以此为抓手发现新的分子影像学标志物，为早期恶性肿瘤特别是乳腺癌的预防性干预和手术清除提供新手段。

本项目针对很多恶性肿瘤因缺乏明确的标志物而难以进行早诊早治的难题，依托团队在核酸酶筛选和编辑方面的创新突破，基于“对冲抵消的试管内高效进化”筛选策略和定点突变的高效编辑方法，发展高灵敏度、高特异性、高稳定性、高抗干扰能力的分子探针，并以探针为抓手逆向溯源找到一系列潜在的肿瘤标志物，为恶性肿瘤的早诊早治、预防性干预和手术清除提供新选择和新手段。.本项目分别在体外原代培养的肿瘤细胞层面和临床手术收集的肿瘤组织层面验证了“筛选探针”+“逆向溯源标志物”这套策略的可行性。以乳腺癌细胞MDA-MB-231为例，我们收集其胞外代谢物，并以正常乳腺细胞胞外代谢物为对照，经对冲抵消式筛选获得了多条特异识别MDA-MB-231胞外代谢物的核酸酶序列，其感应后触发自身在特定RNA位点的自切割。在选取了一条代表性的核酸酶序列后，我们将切割位点处的RNA突变为DNA，使得核酸酶失去酶活但保持感应能力，从而以其为稳定的抓手分离富集并鉴定了MDA-MB-231胞外代谢物中异常高表达ApoL6蛋白。经一系列分子和细胞生物学实验，我们首次确定ApoL6在乳腺癌中以抑癌基因形式存在，并能被癌细胞分泌到胞外，且具备显著的临床价值，具备用作液体活检乳腺癌标志物的潜力。.在细胞筛选的基础上，本项目进一步拓展到临床组织样本层面，以手术收集的肠道低级别瘤变息肉（LGD）样本为对象，瘤变旁正常组织样本为对照，同样获得了多条特异识别LGD的核酸酶序列。以失活的核酸酶为抓手，我们首次发现丝氨酸tRNA合成酶在LGD中呈现高表达状态，并在多个病人的LGD样本中证实了这一点。该tRNA合成酶具备成为LGD诊断标志物的潜力。.综上，本项目发展了对冲抵消的策略筛选获得特异识别肿瘤样本的核酸酶探针并明确标志物身份，有望为恶性肿瘤的早诊早治提供一种全新的策略和手段。

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