编辑推荐：
在疾病诊断中，传统的核酸和蛋白质生物标志物检测方法（如 PCR、免疫方法）存在操作复杂、耗时长、依赖专业设备等问题。研究人员开展了 NAPTUNE（核酸和蛋白质生物标志物超灵敏核酸酶级联检测平台）的研究，可在 45 分钟内实现无扩增检测，该成果有望变革诊断流程。
在现代医学中，疾病的早期诊断对治疗和预后至关重要，其中核酸和蛋白质生物标志物的检测是关键一环。传统的检测方法，像聚合酶链反应（PCR）和定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）在核酸检测方面虽有重要作用，但操作复杂、耗时久，从样本处理到出结果往往需要 4 - 6 小时 ，并且对专业设备和操作人员的要求较高。免疫方法在检测蛋白质标记时也面临类似困境，这使得临床和现场检测需求难以满足。为了突破这些瓶颈，研究人员开启了新的探索。
浙江大学医学院附属儿童医院等机构的研究人员开展了关于 NAPTUNE（Nucleic acids and Protein Biomarkers Testing via Ultra-sensitive Nucleases Escalation，核酸和蛋白质生物标志物超灵敏核酸酶级联检测平台 ）的研究。他们利用串联核酸内切酶，实现了在 45 分钟内无需预扩增即可检测核酸和蛋白质生物标志物。这一成果发表在《Nature Communications》上，为医学诊断带来了新的曙光，有望极大地提高诊断效率和准确性，尤其是在资源有限的环境中，能让更多患者受益。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在酶相关技术上，利用了 APE1（apurinic/apyrimidinic endonuclease 1，脱嘌呤 / 脱嘧啶核酸内切酶 1 ）和 PfAgo（Pyrococcus furiosus Argonaute）的协同作用；采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和天然聚丙烯酰胺凝胶电泳来探究 NAPTUNE 检测核酸和蛋白质生物标志物的可行性及切割效率；通过构建不同细胞系和临床样本队列，包括人乳腺癌细胞系、人宫颈癌细胞系以及神经母细胞瘤患者组织等，进行相关检测分析。
下面来看具体的研究结果：
- APE1 检测靶标并为 PfAgo 生成 DNA 向导：研究发现 APE1 能识别目标 RNA 并在极低浓度下（低至 1 fM）产生带有 5′磷酸基团的 DNA 片段，该片段可作为 PfAgo 的向导 DNA，引导 PfAgo 切割二级探针 P2，增强信号生成，为核酸检测提供了新的信号放大途径。
- 基于原位级联的 NAPTUNE 开发：研究人员构建了基于 APE1 和 PfAgo 协同作用的原位级联信号放大系统 NAPTUNE。该系统引入 P1、P2、P3 三种荧光标记单链 DNA 探针，在目标 RNA 存在时，APE1 切割 P1 产生信号并生成 gDNA 激活 PfAgo，使其依次切割 P2、P3，实现信号的级联放大，检测限低至 1 aM，相比单独使用 APE1 检测灵敏度提高了 1000 倍 。
- NAPTUNE 检测的工程优化：为提升 NAPTUNE 平台的实用性，研究人员进行了工程优化。通过实验对比了两步法和一锅法反应，发现一锅法虽荧光信号强度与两步法差异不大，但达到平台期时间更长。最终设计出一种单管反应装置，优化了反应条件，确定了最佳反应时间为 45 分钟，简化了检测流程。
- NAPTUNE 展示多重检测效率和检测保真度：NAPTUNE 平台在检测多种非编码 RNA（ncRNAs），如 miR - 21、HOTAIR 和 circRNA1141 时表现出色，灵敏度可达 1 aM ，与标准 qRT-PCR 相当甚至更高，且具有高度特异性，能有效区分目标 RNA 与错配序列。同时，该平台还能在单管中同时检测多个目标 RNA，展现出强大的多重检测能力。
- NAPTUNE 在处理临床样本和癌细胞方面表现出强大活性：研究人员利用 NAPTUNE 平台检测多种癌细胞系和临床样本中的 miR - 21，结果显示其与 qRT-PCR 检测结果高度一致，但检测时间更短，信号更易解读。在检测神经母细胞瘤患者组织样本时，NAPTUNE 的灵敏度达 95.0%，特异性为 100.0%，准确性为 97.5% ，且能更明显地区分阴性和阳性样本。
- 利用 NAPTUNE 进行蛋白质生物标志物检测：研究选取 APE1 及其功能类似物 FEN1（flap endonuclease 1，瓣状核酸内切酶 1）作为潜在生物标志物，发现 NAPTUNE 能有效检测这些蛋白质。该方法检测限低至 1.25 ng/ml，与传统 ELISA 方法性能相似，但操作更简便、快速，为癌症早期诊断提供了新途径。
- 便携式设备实现现场 NAPTUNE 检测：为了让 NAPTUNE 能用于现场检测，研究人员设计了一种基于智能手机的便携式设备。该设备体积小、重量轻，检测结果与 qRT-PCR 具有良好的相关性，可用于检测临床样本中的核酸和蛋白质生物标志物，使 NAPTUNE 成为一种经济、便捷的现场诊断工具。
在结论和讨论部分，NAPTUNE 平台作为一种创新的分子诊断技术，具有显著优势。它通过 APE1 和 PfAgo 的协同作用，实现了无扩增、快速、灵敏的核酸和蛋白质生物标志物检测。与传统检测方法相比，NAPTUNE 在检测时间、操作便捷性和现场检测能力上具有明显优势，且能有效避免开盖污染。不过，NAPTUNE 也存在一些局限性，如与 qRT-PCR 相比在灵敏度提升方面还有空间。未来可通过改进便携式仪器性能、融入微流控技术等手段来优化，同时还需进一步优化检测流程，以适应不同的临床环境和样本类型，推动其在大规模临床诊断中的广泛应用，为人类健康事业做出更大贡献。
