基于多功能DNA四面体纳米探针自引发超支化杂交链式反应的APE1检测与原位成像新策略

针对癌症诊断中APE1（脱嘌呤/脱嘧啶内切酶1）检测灵敏度低、操作复杂等问题，南开大学团队开发了自引发TDN-hHCR@APE1（THA）系统，整合DNA纳米结构与超支化杂交链式反应（hHCR），实现2.73×10-3 U/mL高灵敏度检测，并成功应用于活细胞成像及临床肾癌组织分析，为癌症诊疗提供新工具。

　　

研究背景
脱嘌呤/脱嘧啶内切酶1（APE1）是DNA碱基切除修复（BER）通路的核心酶，其异常表达与乳腺癌、肺癌等多种癌症密切相关。传统检测方法如ELISA、Western blotting存在灵敏度低、耗时长等缺陷，而现有DNA探针又面临细胞渗透性差、信号放大不足的挑战。如何实现APE1的高效原位检测，成为癌症早期诊断和药物筛选的关键瓶颈。

技术方法
南开大学团队设计了一种基于四面体DNA纳米结构（TDN）的自引发超支化杂交链式反应系统（THA）。该系统通过整合AP位点响应元件与TDN-hHCR信号放大技术，利用Cy3/Cy5标记的FRET信号输出，实现了无需外源诱导剂的“一体化”检测。关键技术包括：多功能TDN纳米探针（TDNH1/TDNH2）构建、AP位点特异性切割触发hHCR级联反应、临床肾癌组织样本验证等。

研究结果

1. THA系统设计
TDNH1探针的四面体顶点装载含AP位点的发夹结构（H1），被APE1切割后释放诱导链，触发与TDNH2（含Cy5标记的H2）的超支化反应，形成密集FRET信号。该设计将检测限降至2.73×10^-3 U/mL，较传统方法提升3个数量级。

2. 活细胞应用
在HeLa细胞裂解液中可检测低至2.5个细胞的APE1含量。TDN结构赋予探针优异的内化能力，成功区分过表达APE1的癌细胞，并实时监测药物刺激下的酶活性波动。

3. 临床样本验证
通过分析肾细胞癌（RCC）组织切片，THA系统清晰区分癌变与正常组织，其成像结果与病理分级高度一致，证实了临床转化潜力。

结论与意义
THA系统首次将TDN的稳定性和hHCR的快速扩增特性相结合，攻克了传统方法在灵敏度、操作复杂度与活体兼容性上的多重局限。其模块化设计可拓展至其他生物标志物检测，为癌症精准诊疗提供了新型分子工具。相关成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》，标志着DNA纳米技术在临床检测领域的重要突破。