打破动力学限制：用于原位mRNA成像与精准癌症诊疗的级联激活DNAzyme纳米天线

本文推荐一种基于级联激活DNAzyme纳米天线的新型诊疗纳米系统，通过整合适体（aptamer）靶向、i-motif门控识别、金属离子（Mg2+）激活放大及反义寡核苷酸（ASO）基因沉默模块，实现了肿瘤微环境（TME）响应性原位自组装，突破传统DNA纳米机器在无条件激活、递送效率及信号放大等方面的局限，为高灵敏度mRNA成像（检测限达7.46 fM）及精准基因治疗提供新策略。

　　

Section snippets

General

寡核苷酸（表S1）与实验材料详见支持信息。

Acidic pH-activatable self-assembly of DNAzyme nanoantennas for Egr-1 mRNA imaging and synergetic silencing

寡核苷酸溶于1×Tris-EDTA缓冲液制备储备液。发夹结构（Hairpins）在1×杂交缓冲液中稀释至10 μM，经94℃加热5分钟后缓慢冷却至25℃以形成发夹构象。将不同浓度的Egr-1 mRNA加入20 μL反应体系（含100 nM H1、300 nM发夹（H2、H3、H4、H5）及5 mM MgCl₂缓冲液），并于37℃孵育2小时。反应产物通过3%琼脂糖凝胶电泳表征，采用凝胶成像系统（Tanon 1600）采集图像。荧光强度使用ImageJ软件量化。

Principle of spatioselective imaging of cellular mRNA and synergetic silencing

我们选择转录因子早期生长反应因子-1（Egr-1）mRNA作为模型。Egr-1属于即时早期反应因子家族，其异常表达与炎症、动脉粥样硬化及癌症转移密切相关。我们设计了五个功能化发夹（H1–H5）。H1包含三个结构域：适体AS1411、i-motif及域I。H2和H3各含三个域，其中域II和域III可形成Mg²⁺依赖型DNAzyme核心。H4和H5则携带荧光标记（Cy5）和淬灭基团（BHQ2）的底物链。在酸性pH刺激下，i-motif发生结构切换，触发发夹级联交叉打开，原位自组装形成双侧DNAzyme纳米天线。进入癌细胞后，纳米天线中的DNAzyme在细胞内Mg²⁺辅助下切割底物，释放大量含ASO的分子信标，实现Egr-1 mRNA的荧光成像与基因沉默。

Conclusion

我们开发了打破动力学限制的级联激活DNAzyme纳米天线，基于酸性pH驱动的原位动态自组装双侧DNAzyme纳米结构，同步实现mRNA监测与治疗功能。相较于现有mRNA检测技术（表S7），本系统具有独特优势：（1）利用TME特征（核仁素蛋白、酸性pH及高浓度Mg²⁺）作为能量助推器；（2）通过级联激活机制实现高信噪比成像；（3）整合ASO基因沉默功能，增强肿瘤消融效果。