肿瘤微环境响应性DNAzyme纳米线的动态自组装实现多重信使RNA高对比度成像与化疗协同治疗

本研究针对传统静态DNA纳米器件成像对比度低、预组装依赖性强的问题，开发了基于i-motif结构（一种由半质子化C•CH+配对稳定的四链DNA构型）的pH响应型DNAzyme纳米线。该体系通过肿瘤微环境触发动态自组装，实现了TK1 mRNA与GalNAc-T mRNA（胸苷激酶1和β-1,4-N-乙酰半乳糖胺转移酶mRNA）的双重高对比度成像，并协同阿霉素（DOX）的靶向递送，为癌症诊疗提供了新策略。

　　

在癌症研究领域，信使RNA（mRNA）的异常表达已成为关键的生物标志物和治疗靶点。胸苷激酶1（TK1）和β-1,4-N-乙酰半乳糖胺转移酶（GalNAc-T）的mRNA水平与肿瘤恶性进展密切相关，但现有检测技术如RT-PCR（逆转录聚合酶链反应）和FISH（荧光原位杂交）存在破坏细胞微环境或无法实时监测的局限。更棘手的是，传统DNA纳米器件依赖预组装结构，在复杂生物体系中面临成像对比度低、核酸酶易降解等挑战。

针对这一科学难题，南京大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表创新成果，开发出肿瘤微环境响应的DNAzyme纳米线动态自组装系统。该研究通过巧妙设计十字形DNA模块（C-model）作为基本单元，整合pH敏感的i-motif结构、DNAzyme（具有酶切活性的DNA序列）催化功能和化疗药物阿霉素（DOX）的GC碱基嵌入特性，实现了多重mRNA的原位检测与精准治疗的协同。

关键技术包括：1）设计含分裂i-motif末端的十字形DNA模块（C-model），通过酸性微环境触发Hoogsteen相互作用自组装成纳米线；2）利用AS1411适配体（一种靶向核仁素的核酸适体）实现癌细胞特异性内化；3）通过DNAzyme与靶mRNA形成三向连接结构（DNAzyme/substrate/target three-way junction）激活荧光信号；4）采用圆二色谱（CD）验证i-motif构象转变。

【原理验证】通过凝胶电泳和单分子荧光证实C-model在pH 5.0条件下可自组装成长度>10 μm的纳米线，且DOX装载效率达每C-model 8.2分子。

【细胞实验】AS1411修饰的纳米线在MCF-7乳腺癌细胞中显示4.3倍于正常细胞的摄取效率，TK1与GalNAc-T mRNA检测限分别达0.23 pM和0.17 pM，显著优于传统探针。

【组织分析】在临床乳腺癌组织切片中实现双mRNA空间分布可视化，癌组织信号强度是正常组织的6.8倍，与qRT-PCR结果高度一致（R²>0.92）。

【治疗评估】DOX纳米线组癌细胞凋亡率达78.3%，且通过i-motif的可逆解离减少正常组织毒性，治疗指数提升3.2倍。

该研究突破性地将动态DNA纳米技术与催化核酸相结合，其创新性体现在：1）首创酸性微环境驱动的DNAzyme纳米线原位自组装策略，解决预组装纳米器件的递送效率问题；2）通过CH⁺•C配对稳定i-motif结构，赋予体系核酸酶抗性；3）实现诊疗一体化，mRNA检测灵敏度较FISH提升2个数量级。这项工作为癌症的分子分型和精准治疗提供了新工具，其动态自组装理念可拓展至其他疾病标志物的检测。