基于DNA传感器的高灵敏度成像技术揭示外泌体miRNA-25调控上皮-间质转化的肿瘤转移机制

本研究针对外泌体miRNA驱动上皮-间质转化（EMT）过程可视化难题，设计了一种结合杂交链式反应（HCR）信号放大的DNA传感器和分子信标（MB），实现了对HepG2细胞中EMT标志物波形蛋白（vimentin）及外泌体miRNA-25的双重成像，首次证实HCCLM3细胞来源的外泌体miRNA-25可激活HepG2细胞的EMT过程，为肿瘤转移机制研究提供了新工具。

　　

肿瘤转移是实体瘤患者死亡的主要原因，但其分子机制尚未完全阐明。近年来，外泌体作为细胞间通讯的关键载体，携带的miRNA可通过调控靶细胞基因表达促进转移，其中上皮-间质转化（EMT）是肿瘤细胞获得侵袭能力的重要步骤。然而，如何实时可视化外泌体miRNA驱动的EMT过程仍是技术瓶颈。传统方法如RT-qPCR或Western blot仅能提供静态数据，而现有成像技术难以同时追踪外泌体miRNA及其诱导的EMT动态变化。

为解决这一难题，湖南大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表研究，设计了一种基于DNA纳米技术的双功能成像系统。该系统整合了分子信标（MB）和DNA传感器，分别靶向外泌体miRNA-25和EMT标志物波形蛋白（vimentin），并利用石墨烯氧化物（GO）淬灭背景信号，通过杂交链式反应（HCR）实现信号放大。研究选用高转移性肝癌细胞HCCLM3（外泌体供体）和低转移性HepG2细胞（受体），首次实现了外泌体miRNA-25诱导EMT的全过程可视化。

关键技术方法

1. DNA传感器构建：将波形蛋白适配体ZY5C-1/2与Cy5标记的H1/H2发卡探针组装，通过GO吸附降低背景噪声，触发HCR产生荧光信号。
2. 分子信标设计：针对miRNA-25设计FAM/BHQ1标记的MB-25，特异性识别目标序列。
3. 外泌体处理：从HCCLM3细胞分离外泌体，定量处理HepG2细胞。

研究结果

1. 外泌体miRNA-25的检测与成像
MB-25在缓冲液中检测限达0.1 nM，可清晰成像HepG2细胞内化的外泌体miRNA-25，证实其通过外泌体递送进入受体细胞。

2. DNA传感器监测EMT动态
DNA传感器对波形蛋白的检测限为5.7细胞/200 μL，并能定量反映外泌体剂量依赖的波形蛋白表达上调，表明外泌体诱导了EMT表型转化。

3. 外泌体miRNA-25驱动EMT的机制验证
共成像实验显示，外泌体miRNA-25处理组HepG2细胞的波形蛋白表达显著增强，且与miRNA-25内化水平正相关，直接证实了外泌体miRNA-25的EMT激活作用。

结论与意义
该研究通过DNA纳米技术首次实现了外泌体miRNA-25调控EMT的实时动态成像，揭示了高转移性肝癌细胞通过外泌体miRNA-25“远程操控”低转移细胞EMT的分子机制。其创新性体现在：

1. 方法学突破：HCR信号放大策略将波形蛋白检测灵敏度提升至单细胞级别；
2. 理论价值：为外泌体介导的肿瘤转移“种子-土壤”学说提供了直接实验证据；
3. 应用前景：该DNA传感器可拓展至其他EMT相关疾病研究，为靶向干预转移提供新思路。

研究团队指出，未来需进一步解析miRNA-25下游靶基因网络，并探索该技术在临床样本中的应用潜力。这项工作由Feng Chen、Shuhang Yin等完成，获国家自然科学基金（22404139、22274045）支持。