SELEX技術(shù)的研究進(jìn)展及在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用分析

1、SELEX技術(shù)的研究進(jìn)展及在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用分析指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(Systematic evolution of legends by exponential enrichment SELEX)是一種能獲取與靶分子高選擇、高親和力結(jié)合的寡核苷酸的挑選技術(shù)，制備出的產(chǎn)物被稱為適配體(aptam-ersDlers)。適配體平安、無毒，具備特殊的三維構(gòu)造，確保了其可與靶分子高特異性的結(jié)合，并可進(jìn)一步改變靶分子的生物活性和生命進(jìn)程。適配體最大優(yōu)勢是沒有免疫原性，并且分子量小、可化學(xué)合成、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于修飾和標(biāo)記，與傳統(tǒng)化學(xué)方法和免疫學(xué)方法相比，具有無可比擬的優(yōu)越性。近年來在傳統(tǒng)SEL-EX技術(shù)根底

2、上，各類衍生SELEX技術(shù)也被不斷開展和完善，被廣泛應(yīng)用在生命科學(xué)研究、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，特別是在疾病的診斷與治療等方面，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。目前已有幾種適配體診斷技術(shù)和適配體藥物進(jìn)入到了臨床試驗或臨床應(yīng)用階段。1 SELEX技術(shù)簡介1. 1挑選過程SELEX技術(shù)根據(jù)分子生物學(xué)的原理，首祖先工構(gòu)建一個隨機(jī)寡核苷酸文庫，隨機(jī)核苷酸序列的長度為20-40bp左右，所包含的不同種立體構(gòu)象，幾乎可以涵蓋自然界存在的所有種類的靶分子。將靶標(biāo)物質(zhì)與隨機(jī)文庫在一定條件下進(jìn)展混合，形成文庫洋巴標(biāo)復(fù)合物，把未結(jié)合的核酸洗脫掉，富集與靶物質(zhì)結(jié)合的核酸分子，以后者為模板進(jìn)展PC R擴(kuò)增，得到的產(chǎn)物經(jīng)別離純化后，作為

3、進(jìn)展下一輪挑選的模板。如此反復(fù)，通過多輪(8-15輪)挑選，與靶標(biāo)不結(jié)合或親和性弱的核酸分子被充分去除，而與靶分子親和性強(qiáng)的核酸分子被別離出來，同時其純度隨著挑選輪數(shù)的增加而增加。最后挑選到的文庫要經(jīng)過克隆測序和特異性修飾，經(jīng)過這些步驟后，所獲得的特異識別靶分子的核酸才是適配體。1.2優(yōu)勢和特點(diǎn)1)親和力高、特異性強(qiáng)。適配體與靶標(biāo)之間，憑借彼此互補(bǔ)的三維構(gòu)造，互相作用后形成結(jié)實穩(wěn)定的復(fù)合物，其解離常數(shù)通常能到達(dá)pmol/L-nmol/L的程度，并且能分辨出靶標(biāo)構(gòu)造上細(xì)微的差異。2)庫容量大，識別范圍廣泛。SELEX技術(shù)的靶標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于經(jīng)典的抗原抗體結(jié)合反響，除了有蛋白質(zhì)、核苷酸分子外，還可以是糖

4、類、氨基酸、維生素、抗生素、金屬離子、有機(jī)染料，甚至可以是細(xì)菌、病毒、寄生蟲等完好的細(xì)胞或組織，幾乎囊括了自然界中的全部物質(zhì)。3)合成容易，獲得方便，易于修飾。適配體的體積比傳統(tǒng)抗體小，挑選過程簡便、周期短，對實驗室的要求不高，并具備自動化控制的宏大潛力。經(jīng)過化學(xué)合成和修飾以后可保持原生物活性不變，還可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性并增加其他新的化學(xué)性質(zhì)，參加多類反響。標(biāo)記了熒光、生物素和納米金顆粒之后，開展出了諸如分子成像技術(shù)等疾病診斷新方法。4)重復(fù)性好，純度高。整個挑選和制備的過程在人為控制之下，所得到的適配體幾乎沒有消費(fèi)批次之間的差異，便于日后的大規(guī)模消費(fèi)和應(yīng)用。5)分子量小、穩(wěn)定性高。相對于抗體或酶

5、，適配體的化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，不易降解，對溫度不敏感，保存時間長，即使變形也能在很短的時間內(nèi)復(fù)性，利于室溫下運(yùn)輸。6)應(yīng)用便捷。SELEX技術(shù)所獲得的適配體又被稱作是核酸型抗體，其優(yōu)于傳統(tǒng)抗體的性質(zhì)是沒有免疫原性，因此便能獲得一些低免疫原性甚至無免疫原性靶分子的適配體。并且還省去了傳統(tǒng)抗體制備過程中的動物實驗，而直接從體外文庫中獲取。而且適配體更容易通過細(xì)胞膜，并且沒有毒性，利于檢測細(xì)胞內(nèi)的靶分子和實現(xiàn)多層次的調(diào)控，并能較快地被機(jī)體去除代謝掉，經(jīng)過特定的化學(xué)修飾后，還可使半衰期延長，穩(wěn)定性進(jìn)步，便于科學(xué)研究和疾病診治。2 SELEX技術(shù)的開展目前SELEX技術(shù)出現(xiàn)了一些新的挑選方法，越來越多的與各

6、種標(biāo)靶相對應(yīng)的適配體被挑選出來。如毛細(xì)管電泳法、硝酸纖維素膜過濾法、磁珠別離法、親和色譜法、Non SELEX技術(shù)、無引物PCR SELEX技術(shù)、微流體SELEX技術(shù)、生物芯片SELEX技術(shù)、原子力顯微鏡等各種新的形式也被應(yīng)用到適配體的挑選中。同時還出現(xiàn)了SELEX技術(shù)與定量PCRSEL-EX技術(shù)與流式細(xì)胞儀、SELEX技術(shù)與ELISA的結(jié)合應(yīng)用，更是極大的提升了挑選的效率和準(zhǔn)確性。2. 1消減SELEX技術(shù)消減SELEX技術(shù)是一種經(jīng)過改良的SELEX技術(shù)。以完好細(xì)胞為靶標(biāo)的消減SELEX技術(shù)，是在挑選過程中以完好的細(xì)胞作為靶標(biāo)，并消減掉能與或未知的共有靶標(biāo)結(jié)合的配體，經(jīng)過消減后的次級隨機(jī)文庫

7、再投入到特異靶標(biāo)的挑選中。它的意義在于可以實現(xiàn)從兩組高度同源的完好細(xì)胞中，挑選出針對其中一種細(xì)胞的特異性適配體。這項技術(shù)可應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)新的腫瘤細(xì)胞識別構(gòu)造，還可進(jìn)一步作為生物導(dǎo)彈，獨(dú)立完成靶向治療或攜帶藥物，將來將會在腫瘤的治療中發(fā)揮宏大的成效。2. 2自動化SELEX技術(shù)傳統(tǒng)的SELEX技術(shù)過程需要完成一套重復(fù)繁瑣的操作，使得挑選相對耗時耗力。自動化SELEX技術(shù)的建立可以簡化挑選過程，節(jié)約時間和物品的消耗，實現(xiàn)高通量和限定范圍，到達(dá)同時挑選多個靶分子的效果。自動化SELEX技術(shù)離不開現(xiàn)代別離儀器的配合，后者的開展推動了前者的進(jìn)步。2001年等使用Biome 2000自動化工作站成功挑選到了溶

8、菌酶的特異性適配體，通過這種自動化挑選平臺，不到2d就完成了12輪的挑選。2. 3導(dǎo)向SELEX技術(shù)適配體的特異性是整個SELEX技術(shù)的核心所在，為了進(jìn)步適配體的特異性和穩(wěn)定性，可將的能與靶標(biāo)非特異結(jié)合的分子摻入到文庫中或預(yù)先與靶標(biāo)進(jìn)展混合后再挑選，這樣可獲得只與靶標(biāo)特異結(jié)合的適配體。2002年Hamm等將此技術(shù)與抗個體基因型的方法結(jié)合運(yùn)用，成功獲得了特定激酶抑制劑的特異性RNA適配體。Martell運(yùn)用特殊的導(dǎo)向SELEX技術(shù)，從隨機(jī)表達(dá)盒雜交文庫中挑選到了能與E2F蛋白具有高親和性的RNA適配體。3 SELEX技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用3. 1 SELEX技術(shù)在根底醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用根據(jù)核酸適配體具

9、有與靶物質(zhì)高特異性結(jié)合的才能，可以幫助我們尋找到疾病的發(fā)病機(jī)制。Roulette等提出把SELEX技術(shù)同基因表達(dá)串行分析手段結(jié)合應(yīng)用，并通過自動化的序列提取工藝，建立轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的定位模型。通過對轉(zhuǎn)錄因子適配體文庫中的某一序列進(jìn)展測序，可理解該蛋白結(jié)合位點(diǎn)的特異性，探尋一些以前在基因組中從未研究過的結(jié)合位點(diǎn)，掌握在不同的核苷酸位點(diǎn)上非獨(dú)立堿基出現(xiàn)的先后順序，為說明其結(jié)合機(jī)制提供一些線索等采取SELEX技術(shù)發(fā)現(xiàn)，TRF1二聚體在端粒上有兩個一樣的識別半位點(diǎn)，它們的間隔 可以變化，且兩個半位點(diǎn)的順序方向沒有區(qū)別。這為探究端粒長度的調(diào)節(jié)機(jī)制提供了新根據(jù)。3. 2 SELEX技術(shù)在疾病診斷中的應(yīng)用

10、腫瘤細(xì)胞及其標(biāo)志物的早期檢測對于腫瘤的診斷及預(yù)后極為重要，目前已經(jīng)挑選出多種腫瘤的特異性適配體，例如急性髓系白血病的適配體,急性淋巴細(xì)胞白血病的適配體、惡性膠質(zhì)瘤的適配體淋巴瘤的適配體TDOS、非小細(xì)胞肺癌的適配體、小細(xì)胞肺癌的適配體、乳腺癌的適配體、結(jié)腸癌的適配體、小鼠肝癌的適配體、卵巢癌的適配體。它們可以特異地識別腫瘤細(xì)胞，僅需少量腫瘤細(xì)胞即可實現(xiàn)準(zhǔn)確的鑒別和分型。將適配體與納米顆粒結(jié)合后通過比色檢測，觀察顏色的變化即可判斷有無靶標(biāo)細(xì)胞。這個實驗非常敏感，樣本中的靶細(xì)胞數(shù)超過百個即可檢測出來，還不需要昂貴的檢測設(shè)備和待檢靶標(biāo)的標(biāo)記與修飾。因此，有可能成為常規(guī)篩查活體標(biāo)本中新生腫瘤細(xì)胞的一種

11、新方案。與此同時腫瘤細(xì)胞的分子成像技術(shù)也已經(jīng)問世，它可以從細(xì)胞程度對生物過程進(jìn)展可視化描繪及測量，不僅能定位病灶，觀察某些影響腫瘤細(xì)胞行為的生物過程，還能觀察腫瘤細(xì)胞對藥物的反響。Kim等研究將前列腺特異性膜抗原(PSMA)的特異性適配體與金納米材料結(jié)合后，帶有PSMA的前列腺癌細(xì)胞便可以被特異性地標(biāo)記出來，將其作為造影劑應(yīng)用在前列腺腫瘤的影像學(xué)診斷中，比傳統(tǒng)的造影劑顯像時間更持久，毒副作用更小，應(yīng)用價值更顯著。SELEX技術(shù)還在血液的生化檢查方面，顯示出一定的應(yīng)用前景。用其檢測血液中的某些靶分子，將比傳統(tǒng)方法更特異和高效。腦尿鈉膚(BNP)常被臨床上用來評價急性心力衰竭或急性呼吸窘迫癥患者的

12、病情和預(yù)后。Lin等采用SELEX技術(shù)的原理，挑選到了能與BNP特異結(jié)合的適配體。在微流體試驗形式下，被熒光標(biāo)記的適配體可以快速測出血液中BNP的濃度，比放射免疫分析法或是免疫分析技術(shù)更準(zhǔn)確、更經(jīng)濟(jì)。反響蛋白(CRP)是機(jī)體在應(yīng)激狀態(tài)下生成的一種非特異性的急性時相反響蛋白，CRP與冠狀動脈粥樣硬化、心肌梗死等心血管疾病具相關(guān)性。Bin等開發(fā)出了一種帶有光化學(xué)性質(zhì)的CRP特異性適配體，當(dāng)血液中的CRP濃度超0.005mg/L時就能被檢測出來，敏感度非常高。這一成果為新型CRP診斷試劑的研制奠定了根底。SELEX技術(shù)還被應(yīng)用在病原微生物的檢測，其能抑制傳統(tǒng)檢測方法在特異性和敏感性上的缺陷，為新型檢

13、測試劑盒的開發(fā)提供有力支持。例如結(jié)合分支桿菌的特異性適配體CSRI 2. 11檢測過程比傳統(tǒng)的培養(yǎng)鑒定法更省時更敏感;丙型肝炎病毒的適配體ZE2可結(jié)合酶聯(lián)免疫吸附試驗實現(xiàn)丙型肝炎的早期篩查，不受抗體檢測時窗口期的制約;瘧原蟲乳酸脫氫酶的適配體PL1在臨床理論中，可以很好的區(qū)分患者是否感染了出間日瘧原蟲或惡性瘧原蟲。3. 3 SELEX技術(shù)在疾病治療中的應(yīng)用SELEX技術(shù)在疾病治療中的成效越來越來受到人們的重視。適配體在體內(nèi)與靶分子結(jié)合，理論上可以對靶分子的生理功能和代謝過程產(chǎn)生影響，靶分子也會因此發(fā)生信號傳導(dǎo)的改變甚至喪失本來的功能，直接或間接阻斷疾病發(fā)生進(jìn)程。以此開發(fā)的靶蛋白功能阻斷劑，日益

14、顯示出其宏大的潛力。全球首個適配體藥物是2004年由美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)上市的呱加他尼鈉，可用來治療老年性黃斑變性。SELEX技術(shù)在凝血系統(tǒng)疾病的治療上具有一定的意義，已找到了可用作抗凝血和抗血栓藥物的適配體，其結(jié)合的位點(diǎn)是凝血酶的肝素結(jié)合位點(diǎn)以及纖維蛋白原結(jié)合位點(diǎn)。在治療免疫系統(tǒng)疾病方面，也已獲得了具有藥物開發(fā)潛力的特異性適配體，如可用來拮抗自身抗體已到達(dá)治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡的適配體，還有能刺激T細(xì)胞釋放的適配體。對于腫瘤的治療，基于SELEX技術(shù)研制的適配體藥物更是走在前列，進(jìn)入到了臨床試驗階段。如對實體瘤和復(fù)發(fā)性急性髓樣白血病有良好療效的AS1411，更出現(xiàn)了連接金納米棒的適配體，用作腫瘤靶向光熱治療回。適配體藥物作為抗病毒藥，也展現(xiàn)出良好的前景，比方用來抑制狂犬病病毒的復(fù)制和干擾艾滋病病毒的體內(nèi)合成。除此以外，核酸適配體還可作為運(yùn)輸工具，特異性地把藥物運(yùn)送至靶標(biāo)細(xì)胞或組織到達(dá)定點(diǎn)去除的治療效果，研究比擬成熟的有裝載著阿霉素，用來殺傷前列腺癌細(xì)胞的復(fù)適宜配體藥物。4展望目前，越來越多可用于疾病診斷和治療的適配體被逐步挑選出來，并被廣泛地應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域。然而其在臨床中的大規(guī)模應(yīng)用仍為時尚早。