南方医科大学：基于聚集诱导发射特性的发光剂的荧光适体传感器进行外泌体蛋白谱分析并用于液体活检
肿瘤来源的外泌体的表面蛋白是有希望的液体活检无创诊断生物标志物，但目前仍然缺乏方便经济的外泌体蛋白分析平台。近日，来自南方医科大学南方医院郑磊教授课题组的研究人员开发了一种简便的荧光适体传感器来评估外泌体肿瘤相关蛋白，有望用于肿瘤的液体活检和早期诊断。该研究发表于Biosensors and Bioelectronics杂志上。
癌症诊断的传统方法（如影像学检查和组织活检）具有放射性或侵入性。相比之下，基于血液的液体活检可以提供一种无创且方便的策略来获取肿瘤信息，进行早期诊断和进展监测。除检测可溶性蛋白外，液体活检还专注于新型“血源性”生物标志物，例如循环肿瘤细胞、无细胞肿瘤DNA以及肿瘤来源的外泌体。外泌体是纳米大小的、膜包裹的细胞外囊泡，起源于所有类型的细胞，可以自由地穿过血管壁并分布在各种体液中。值得注意的是，血液样本中的肿瘤来源的外泌体表面上被鉴定出越来越多的肿瘤相关蛋白，并且它们的类型和表达水平与肿瘤的发展和进程密切相关。因此，“血源性”肿瘤来源的外泌体的表面蛋白模式可能成为液体活检无创诊断生物标志物。
但是，目前用于分析外泌体蛋白的策略，例如蛋白质印迹（WB）和酶联免疫吸附测定，始终需要大量样品以及费力的标记和测量程序。基于表面增强拉曼散射、微流体传感器或石英晶体微量天平等方法也用来鉴定外泌体表面蛋白。尽管如此，这些方案通常仍依赖昂贵的抗体、复杂的设备或繁琐的操作过程，阻碍了临床应用。因此，在液体活检中非常需要一种方便且经济高效的平台，用于分析肿瘤来源的外泌体蛋白质。
适体，一类短的单链核酸寡聚体，由于其结合特异蛋白质的出色能力、化学稳定性和低成本而被视为抗体的良好替代者。这些优势使适体成为外泌体高通量蛋白质谱分析的有前途的识别元件。目前，有研究已经报道了一些基于荧光染料标记适体用于外泌体蛋白检测的适体传感器。然而，这种染料标记的策略具有严重的缺陷，包括标记效率低下、需要酶辅助信号放大和复杂的操作。而且，常规的荧光分子通常发生聚集荧光猝灭（ACQ）效应，使其荧光信号限制在不足的水平或关闭，从而降低了识别的灵敏度和准确性。为了克服这些问题，聚集诱导发射特性的发光剂（AIEgens）由于具有AIE特征，即作为溶解分子不发射或弱发射，但在聚集状态下发射强，因此已开发并用于无标记和“开启式”荧光的作用。因此，通过显著提高检测灵敏度，AIEgens很好地满足了出色的荧光适体传感器的要求。特别地，TPE AIEgen的水溶性衍生物——带正电荷的含叔胺的四苯乙烯（TPE-TA），可以通过静电相互作用与核酸相互作用，打开其荧光信号。不幸的是，TPE-TA对其他带负电的干扰物也有荧光反应，这严重影响了适体传感器平台的选择性。氧化石墨烯（GO）是一种二维碳纳米材料，由于其通过氢键和π-π堆积与核酸低聚物的强烈相互作用，因此被用作基于适体的传感平台上荧光信号的选择性猝灭剂。因此，具有优异的生物相容性、水溶性和荧光猝灭能力的GO是用于在高选择性荧光适体传感器中猝灭TPE-TA的荧光发射的有前途的候选物。
在本研究里，研究人员将适体、TPE-TA分子、GO、荧光染料结合起来，在肿瘤来源的外泌体的蛋白谱分析中引入了一种便捷的“开启式”荧光适体传感器平台。TPE-TA可以结合一个适体并迅速形成聚集体，从而产生放大的荧光信号。在没有肿瘤来源的外泌体的情况下，GO会吸收TPE-TAs/适体复合物，从而实现荧光猝灭。当引入靶外泌体时，适体优先与其靶外泌体结合，TPE-TA/适体复合物从GO表面分离，随后“开启”荧光信号。研究人员以外泌体表面蛋白前列腺特异性膜抗原（PSMA）为模型，成功验证了该策略的分析性能和临床潜力，证明了其在区分前列腺癌和健康个体方面的价值（AUC：0.9790）。然后，研究人员将这种适体传感器应用于乳腺肿瘤人群血浆样本中外泌体上的三种肿瘤相关蛋白的表达——上皮细胞粘附分子（EpCAM）、表皮生长因子受体（EGFR）和人表皮生长因子受体2（HER2）。结果显示，该传感平台具有高效率（AUC：0.9845）的乳腺肿瘤检测能力，对区分恶性乳腺癌表现出97.37％的高敏感性，其中I期病例被检出的敏感性为92.31％。因此，这种适体传感器提供了一种有前途的策略，可将肿瘤来源的外泌体蛋白谱进行分析，在液体活检早期诊断中具有极大价值。
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