综述：催化发夹组装反应在液体活检中的应用

《Talanta Open》：Application of Catalytic Hairpin Assembly Reaction in Liquid Biopsy

高效非侵入性肿瘤标志物检测技术：催化发夹组装（CHA）的原理、应用与挑战

　　催化发夹组装（CHA）技术作为一种无酶等温扩增方法，为肿瘤生物标志物的检测提供了新的思路。该技术利用DNA的发夹结构与触发探针之间的特异性识别和置换反应，实现信号的高效放大，具有高灵敏度、高特异性以及低背景噪声等优点。与传统的PCR和CRISPR等技术相比，CHA无需复杂的温度控制和酶促反应，因此在临床诊断和现场快速检测中具有更高的应用潜力。

在生物医学领域，CHA技术的应用正在不断扩大，尤其在液体活检中，其优势更加明显。液体活检是通过分析血液、尿液等体液中的生物标志物（如循环肿瘤细胞CTCs、细胞外囊泡EVs、细胞内生物标志物等）来实现肿瘤的无创诊断。相比于传统的组织活检，液体活检具有非侵入性、动态性和高适应性的特点，能够提供肿瘤的实时信息。然而，由于生物标志物在体液中的浓度极低，且受到多种干扰因素的影响，如何提高检测的灵敏度和特异性成为关键挑战。CHA技术通过其高效的信号放大机制，能够有效应对这一问题，使低浓度生物标志物的检测成为可能。

CHA技术的基本原理是基于DNA发夹结构的自我组装和置换反应。当触发探针与发夹结构的“脚手架”区域结合时，会引起发夹结构的构象变化，从而启动一系列反应，最终形成稳定的DNA双链结构。这一过程可以通过多种信号输出方式实现，包括荧光、电化学和比色法等。其中，荧光信号输出是目前应用最广泛的手段之一，其灵敏度高、可视化效果好，能够实现对目标分子的快速检测。此外，电化学信号输出具有操作简便、成本低廉的特点，适用于大规模样本的检测。比色法则通过纳米材料或酶的催化作用，实现颜色变化，便于肉眼观察和快速诊断。

在具体的生物标志物检测中，CHA技术展现出强大的灵活性和适应性。例如，在检测CTCs时，研究者可以利用DNA适配体作为识别元件，结合CHA的信号放大功能，实现对肿瘤细胞的高灵敏度检测。此外，CHA还可以用于检测EVs，通过设计特异性探针，识别EVs表面的特定分子，如CD63或miRNA，从而实现对肿瘤相关囊泡的检测。对于细胞内生物标志物，如miRNA或mRNA，CHA技术可以通过将探针引入细胞内，实现对这些分子的原位检测，为肿瘤的早期诊断和动态监测提供了新的方法。

在实际应用中，CHA技术还需要解决一些关键问题，如背景信号泄漏、反应动力学控制和临床样本的复杂性等。背景信号泄漏主要源于DNA发夹结构在没有触发探针的情况下自发的组装反应，因此需要优化发夹探针的设计，如调整“脚手架”区域的长度和碱基组成，以减少非特异性反应。此外，反应条件的优化，如离子浓度、温度和pH值等，对反应效率和信号强度具有重要影响。在临床样本中，由于存在多种干扰物质，如蛋白质、脂质和核酸酶，这些都可能影响CHA反应的进行，因此需要采用特定的预处理方法，如使用磁珠分离、化学修饰探针等，以提高检测的稳定性和准确性。

随着技术的不断发展，CHA技术在液体活检中的应用前景十分广阔。其不仅能够实现对多种生物标志物的检测，还可以与纳米材料、电化学传感器等技术相结合，进一步提升检测的灵敏度和特异性。此外，CHA技术的模块化和可编程性使其能够适应不同的检测需求，为多靶点检测和定量分析提供了可能。然而，为了推动CHA技术在临床中的广泛应用，还需要进一步解决其在复杂生物样本中的性能问题，并探索更加高效和简便的检测方法。

总之，CHA技术作为一种新型的无酶等温扩增方法，正在为生物标志物的检测提供更加便捷和高效的解决方案。其在液体活检中的应用不仅有助于提高诊断的准确性和时效性，还为个性化医疗和实时监测提供了新的可能性。未来，随着技术的不断优化和新方法的开发，CHA有望成为新一代临床诊断的重要工具。