综述：利用非常规核酸形式推进精准医学的生物电分析技术

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Advancing precision medicine with bioelectroanalytical technologies leveraging unconventional nucleic acid forms

本综述系统阐述了circRNA（环状RNA）、tRF（转运RNA衍生片段）、G4（G-四链体）等非经典核酸结构在神经退行性疾病与肿瘤中的生物标志物价值，创新性地提出将电化学生物传感技术（具有高灵敏度、低成本及床旁应用优势）用于检测这些Watson-Crick非常规结构，为精准医学的诊断治疗策略开发提供了突破性视角。

　　

Abstract

核酸世界中DNA和RNA水平的非经典性特征正在重新定义我们对基因调控、细胞反应以及疾病发生发展机制的理解。这些偏离Watson-Crick规则的 atypical结构包括环状RNA（circRNAs）、转运RNA衍生片段（tRFs）、G-四链体（G4s）及其相关生物靶点（如端粒酶），在精准医疗领域（尤其在神经退行性疾病和肿瘤学方向）日益成为关键生物标志物与功能靶点。其结构独特性和疾病特异性表达模式使它们成为早期诊断和定制化治疗的理想候选者。而电化学生物传感技术虽具备高灵敏度、低成本、适合床旁检测的优势，在检测这些复杂分子实体方面仍是尚未被充分开发的强大工具。值得注意的是，目前尚无专门针对此议题的系统性论述。本综述旨在填补这一空白，通过汇总最新研究进展，探讨如何利用生物电分析技术释放这些天然生物结构及其相关靶点的诊断治疗潜力。

Graphical Abstract

该图示通过BioRender平台创建（Campuzano Ruiz, S., 2025），直观呈现了非常规核酸形式与电化学生物传感技术的交叉融合场景。图中左侧展示了circRNA、tRF、G4等非经典核酸结构的分子模型，右侧则对应呈现了电化学检测平台的工作流程，包括电极界面修饰、生物分子识别事件以及信号转导过程。整个构图清晰体现了"生物标志物发现-传感界面构建-信号输出"的技术链条，突出了生物电分析技术在转化医学中的应用价值。

非常规核酸结构的生物学意义主要体现在三个维度：首先是其独特的环状构象（如circRNA）或空间折叠（如G4）赋予的核酸酶抗性，使它们在体液中保持稳定存在；其次是这些结构通过分子海绵效应（如circRNA吸附microRNA）、调控翻译（如tRF干扰核糖体功能）或染色质重构（如G4影响基因转录）等方式参与疾病通路；最后是它们在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病以及乳腺癌、肺癌等恶性肿瘤中呈现的特异性表达谱，这种时空特异性为疾病分期提供了分子依据。

电化学传感技术的创新点在于将生物识别事件转化为可测量的电信号。针对非经典核酸的检测策略主要包括：采用适体探针识别G4构象变化的设计，利用滚环放大技术检测circRNA的传感器构建，以及通过叶啉类化合物特异性结合G4结构产生的电流响应等。这些方法相较传统PCR或测序技术具有明显优势——无需核酸提取纯化步骤即可实现血清、脑脊液等复杂样本的直接检测，检测限可达飞摩尔级别，且设备便携性符合基层医疗场景需求。

当前技术挑战集中体现在生物传感界面的稳定性优化方面。血清蛋白的非特异性吸附可能干扰电极表面核酸探针的识别效率，而体液中高浓度盐离子会影响G4结构的稳定性。最新研究通过引入两性离子聚合物修饰电极表面有效解决了这一问题，如聚磺基甜菜碱修饰的金电极可将非特异性吸附降低至原有水平的5%以下。此外，机器学习算法的引入实现了多靶标同步检测，例如通过差分脉冲伏安法峰值模式识别，单个传感器可同时区分circRNA-₁₀₂、tRF-₃₀₀₁和端粒酶活性三种指标。

未来发展方向聚焦于临床转化路径的突破。微型化电化学检测芯片与智能手机平台的集成（如通过耳机接口传输电信号的设计）使居家自我监测成为可能；而可植入式柔性电极阵列则为术中实时监测肿瘤边界提供了技术支撑。值得注意的是，基于G4结构的电化学治疗策略正在兴起——利用电极产生的局部电场诱导肿瘤细胞内G4形成，从而特异性抑制癌基因表达，这种"检测-治疗"一体化模式代表了精准医疗的新范式。