核酸适配子的研究进展与应用展望

摘要： 核酸适配子是采用指数富集配体的系统进化（ ＳＥＬＥＸ） 技术从随机单链寡核苷酸库中筛选出的能与靶物质高特
异性、高亲和力结合的配体。核酸适配体由于具有精确识别、易体外合成与修饰等特点， 它已在基础研究、临床诊断与治疗
以及新药研发等诸多领域展示了广阔的应用前景。鉴于其特有的性质， 它们将在环境毒理研究及相关领域， 如环境毒素的
［ ８］ Ｚｈｕ Ｈ， Ｚｈｏｕ Ｗ， Ｌｉ Ｘ， ｅｔ ａｌ． Ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｎｅｕｒｏｎａｌ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ ｌｏｃｕｓ ｃｏｅｒｕｌｅｕｓ 〔Ｊ〕． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００４， １１： ７３２－ ７３８．
１ ＳＥＬＥＸ 技术的原理及特点 ＳＥＬＥＸ 技 术 的 基 本 思 路 是 体 外 化 学 合 成 一 个 单 链 寡 核 苷
酸库， 与靶物质混合， 形成靶物质－核酸的复合物， 洗脱未结合的 核酸， 分离与靶物质结合的核酸分子， 并以此核酸分子为模板进 行 ＰＣＲ 扩增， 再进入下轮的筛选过程。通过重复的筛选与扩增，
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快 速 检 测 、生 物 体 内 毒 性 评 价 、毒 性 阻 断 研 究 上 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 。
关键词： 环境污染； 核酸适配子； 环境毒理学源自中图分类号： Ｒ９９４．６
文献标识码： Ａ
Ｐｅｒ ｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｎ Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ａｐｔａｍｅｒ ｓ ｉｎ Ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｍｅｉ， ＹＵ Ｒｕｏ－ｚｈｅｎ， ＱＵＡＮ Ｚｈａｎ－ｊｕｎ，ｅｔ ａｌ． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｈｅａｌｔｈ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１２， Ｃｈｉｎａ
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环境与健康杂志 ２００８ 年 ６ 月第 ２５ 卷第 ６ 期 Ｊ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｈｅａｌｔｈ， Ｊｕｎｅ ２００８， Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．６
文章编号： １００１－５９１４（ ２００８） ０６－０５５８－０３
【综述】
核酸适配子的研究进展与应用展望
王红梅， 余若祯， 全占军， 车飞， 林海鹏
（ 收稿日期： ２００７－１０－１２） （ 本文编辑： 高申）
环境与健康杂志 ２００８ 年 ６ 月第 ２５ 卷第 ６ 期 Ｊ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｈｅａｌｔｈ， Ｊｕｎｅ ２００８， Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．６
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一些与靶物质不结合或与靶物质有低亲和力、中亲和力的 ＤＮＡ 或 ＲＮＡ 分子被 洗 去 ， 而 将 称 之 为 “适 配 子 ”的 、与 靶 物 质 有 强 亲 和 力 的 ＤＮＡ 分 子 或 ＲＮＡ 分 子 从 非 常 大 的 随 机 库 中 分 离 出 来 ， 且 纯 度 随 ＳＥＬＥＸ 过 程 的 进 行 而 增 高 ， 从 ｐｍｏｌ 到 ｎｍｏｌ， 有 的 甚 至到 μｍｏｌ， 最后占据库的大多数（ ＞９０％左右） ［１］。可将 ＳＥＬＥＸ 技 术筛选核酸适配 ＰＣＲ 扩增的引物） ， 中间约 ２５～３０ 个寡核苷酸是随机排列的， 所 以 文 库 的 总 量 可 达 １０１４～１０１５； （ ２） 文 库 的 筛 选 ： 将 靶 分 子 与 文 库 进 行 孵 育 后 可 采 取 滤 膜 法 、磁 珠 法 、毛 细 管 电 泳 法 或 柱 层 析 等 不 同 的 分 离 方 法 分 离 与 靶 分 子 结 合 的 寡 核 苷 酸 －重复筛选， 一般约 筛 选 ４～２０ 轮 ； （ ４） 文 库 表 征 与 效 应 评 价 ： 最 后 进 行 克 隆 测 序 并 鉴定所筛选的核酸适配子与靶分子结合的特异性和亲和力， 也 可通过后续实验验证所得适配子与靶分子结合的最短序列。
［ ６］ Ｌｉｕ Ｊ， Ｏｌｉｖｉｅｒ Ｋ， Ｐｏｐｅ ＣＮ， ｅｔ ａｌ． Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｎｅｕｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｐｅａｔｅｄ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ ｏｒ ｃｈｌｏｒｐｙｒｉｆｏｓ ｅｘｐｏｓｕｒｅｓ ｉｎ ｎｅｏｎａｔａｌ ａｎｄ ａｄｕｌｔ ｒａｔｓ〔Ｊ〕． Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ， １９９９， １５８： １８６－ １９６．
基金项目： 国家环境保护总局环保公益项目（ ＨＢＧＹ２００７０９０２２７） 作者单位： 中国环境科学研究院 环境与健康研究室（ 北京 １０００１２） 作者简介： 王红梅（ １９７１－ ） ， 女， 博士， 副研究员， 从事环境毒理学研究。
酸结合蛋白（ 如细胞生长因子、激素、小分子肽、抗体等） 、小分子 有 机 物 （ 如 ＡＴＰ， 氨 基 酸 等 ） 、金 属 离 子 、病 毒 颗 粒 、人 红 细 胞 膜 等 ， 核酸适配子在基 础 研 究 、临 床 研 究 、药 物 开 发 中 的 应 用 也 不 断 增 多 ［３－ ６］。 笔 者 针 对 核 酸 适 配 子 原 理 及 已 取 得 的 研 究 成 果 进 行 介绍， 并对其在环境毒理及其相关领域的研究前景进行探讨。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；Ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ａｐｔａｍｅｒｓ； Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ
配 体 指 数 级 富 集 系 统 进 化 技 术 （ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇａｎｄｓ ｂｙ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ， ＳＥＬＥＸ） 是一种组合化学技术， 它可从大容量的寡核苷酸库中筛选出对靶分子结合具有高特异 性 和 高 结 合 性 的 核 酸 适 配 子 （ ａｐｔａｍｅｒ， 又 称 适 配 体 ） 。１９９０ 年 ， Ｅｌｌｉｎｇｔｏｎ 和 Ｔｕｅｒｋ 等［１－２］用 ＳＥＬＥＸ 技 术 分 别 筛 选 出 能 与 ＤＮＡ 聚 合酶和有机染料特异性结合的随机寡核苷酸， 并将其命名为核 酸适配子（ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ａｐｔａｍｅｒｓ） 。此后， 用于筛选的靶分子从核 酸结合蛋白 （ 如 ＤＮＡ 聚 合 酶 、复 制 酶 、逆 转 录 酶 等 ） 扩 展 到 非 核
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ａｐｔａｍｅｒｓ ａｒｅ ｌｉｇａｎｄｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ ａｎｄ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ ｔａｒｇｅｔｓ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｓｃｒｅｅｎｅｄ ｆｒｏｍ ｌａｒｇｅ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｐｏｏｌｓ ｂｙ ｔｈｅ ＳＥＬＥＸ （ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇａｎｄｓ ｂｙ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ， ＳＥＬＥＸ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒ， ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｎ ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｖｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｅｌｄｓ． Ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ．
［ １５］ Ｕｚｕｎｈｉｓａｒｃｉｋｌｉ Ｍ， Ｋａｌｅｎｄｅｒ Ｙ， Ｄｉｒｉｃａｎ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ａｃｕｔｅ， ｓｕｂａｃｕｔｅ ａｎｄ
ｓｕｂｃｈｒｏｎｉｃ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｅｓｔｉｃｕｌａｒ ｄａｍ－ ａｇｅ ｉｎ ｍａｌｅ ｒａｔｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｖｉｔａｍｉｎｓ Ｃ ａｎｄ Ｅ 〔Ｊ〕． Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ， ２００７， ８７： １１５－ １２２． ［ １６］ Ｎａｒａｙａｎａ Ｋ， Ｐｒａｓｈａｎｔｈｉ Ｎ， Ｎａｙａｎａｔａｒａ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｂｒｏａｄ－ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｒｇａｎｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ Ｏ， Ｏ－ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｏ－４－ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈ－ ｉｏａｔｅ （ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ） ａｄｖｅｒｓｅｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｌｅ ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ 〔Ｊ〕． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｔｏｘｉ－ ｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ， ２００６， ２２： ３１５－ ３２４． ［ １７］ Ｊｏｓｈｉ ＳＣ， Ｍａｔｈｕｒ Ｒ， Ｇａｊｒａｊ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ ｏｎ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｍａｌｅ ｒａｔｓ〔Ｊ〕． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ， ２００３， １４： ９１－ ９８． ［ １８］ Ｌｅｖａｒｉｏ ＣＭ， Ｏｌａｖｅ ＭＥ， Ｃｏｒｒａｌ ＤＣ， ｅｔ ａｌ． Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒａｔｓ ｐｒｅｎａｔａｌｌｙ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ〔Ｊ〕． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｉｃ Ｐａｔｈｏｌｏ－ ｇｙ， ２００４， ５５： ４８９－ ４９６． ［ １９］ Ｇｕｎｅｙ Ｍ， Ｏｒａｌ Ｂ， Ｄｅｍｉｒｉｎ Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｐａｓｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ａｐｏｐｔｏｓｉｓ ｄｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｒａｔｈｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｎｄｏｍｅｔｒｉａｌ ｄａｍａｇｅ ｉｎ ｒａｔｓ： ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｖｉｔａｍｉｎｓ Ｅ ａｎｄ Ｃ 〔Ｊ〕． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ， ２００７， ２３： ２２１－ ２２７． ［ ２０］ Ｐｉｎａ ＧＢ， Ｓｏｌｉｓ－Ｈｅｒｅｄｉａ ＭＪ， Ｒｏｊａｓ－Ｇａｒｃｉａ ＡＥ， ｅｔ ａｌ． Ｇｅｎｅｔｉｃ ｄａｍａｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｅｔｈｙｌ－ｐａｒａｔｈｉｏｎ ｉｎ ｍｏｕｓｅ ｓｐｅｒｍａｔｏｚｏａ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ〔Ｊ〕． Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ， ２００６， ２１６： ２１６－ ２２４．