肺癌细胞核仁素-适配体相互作用的纳米尺度图谱揭示结合亲和力层级与空间异质性

本研究针对肺癌靶向治疗中核仁素（nucleolin）与适配体相互作用机制不清的问题，研究人员利用原子力显微镜（AFM）单分子识别成像技术，在单分子分辨率下系统评估了9FU-AS1411、AS1411和CRO三种适配体与肺癌细胞表面核仁素的结合特性。结果表明9FU-AS1411结合力最强（皮牛顿级），并通过开尔文探针力显微镜（KPFM）测得结合后表面电位降幅达24.4 mV，显著高于AS1411（11.7 mV）和CRO（2.5 mV），首次实现了核仁素-适配体相互作用的高分辨率空间映射，为蛋白-适配体结合动力学研究提供了新方法。

　　

核仁素（nucleolin）作为一种在癌细胞表面过度表达的蛋白，因其与适配体（aptamer）的高亲和力相互作用而成为有前景的治疗靶点。本研究采用原子力显微镜（AFM）的单分子识别成像（single molecule recognition imaging）模式，以三种适配体——9FU-AS1411、AS1411和CRO——在单分子分辨率下对肺癌细胞和正常细胞表面的核仁素进行了定位。结果显示，肺癌细胞上存在丰富的核仁素表达，而正常细胞上的表达水平极低。

研究人员系统评估了这些适配体的结合亲和力（binding affinity）与相互作用动力学（interaction dynamics）。流式细胞术（Flow cytometry）和基于AFM的力谱（force spectroscopy）分析表明，9FU-AS1411表现出最强的解离力（unbinding forces，达到皮牛顿piconewton水平），并且其解离活化能（dissociation activation energy）高于AS1411，这表明9FU-AS1411与核仁素形成的复合物具有更高的稳定性。相比之下，CRO适配体的结合可以忽略不计，证实了其缺乏特异性。

进一步通过开尔文探针力显微镜（Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM）进行的分析揭示，适配体与细胞相互作用后引起了明显的表面电位（surface potential）下降：9FU-AS1411处理组下降24.4毫伏（mV），AS1411处理组下降11.7 mV，而CRO处理组仅下降2.5 mV。这些电位变化与它们的结合强度密切相关。这些发现从定量角度将适配体的亲和力排序为：9FU-AS1411 > AS1411 >> CRO，该排序得到了从分子水平阐释的静电和结构相互作用机制的支持。

此项工作开创性地实现了核仁素-适配体相互作用的高分辨率空间映射，为在前所未有的精度（达到0.1 mV分辨率）下研究蛋白质-适配体结合动力学（binding kinetics）和电学特性（electrical properties）提供了新颖的方法论。这里建立的方法不仅推动了针对核仁素的癌症靶向治疗研究，也为生物医学研究中探索其他蛋白质-适配体系统提供了一个框架。