一种超灵敏的电化学免疫传感器用于检测SLC2A3蛋白，能够实现对急性缺血性中风患者的预后预测

《Analytica Chimica Acta》：An Ultrasensitive Electrochemical Immunosensor for SLC2A3 Detection Enables Prognostic Prediction in Acute Ischemic Stroke

本研究通过多组学筛选鉴定急性缺血性脑卒中（AIS）新型生物标志物SLC2A3，并经小鼠模型和临床队列验证其预后价值，同时开发基于PtCu纳米花与金属有机框架（MOF）的电化学免疫传感器，实现超灵敏检测（检测限9.3 pg/mL），为AIS个体化治疗提供转化平台。

　　

余仁|傅青|黄俊成|杜成英|安娟娟|杨秦|曹杜

中国重庆医科大学第一附属医院神经内科

摘要

急性缺血性中风（AIS）在生物标志物的发现和检测方面面临重大挑战。本研究通过一种综合策略解决了这些问题，该策略包括多组学筛选、实验验证、基于机器学习的预后评估以及高性能电化学免疫传感器的开发。我们通过联合转录组学和蛋白质组学分析，确定溶质载体家族2成员3（SLC2A3）是一个新的候选生物标志物。在鼠大脑中动脉闭塞后再灌注（MCAO I/R）模型以及449名AIS患者的前瞻性临床队列中，证实了SLC2A3的表达上调。结合SLC2A3水平的梯度提升机（GBM）模型能够有效预测90天的功能结局（验证AUC = 0.933）。为了实现超灵敏检测，我们制造了一种夹心型电化学免疫传感器。该传感平台使用了羧基化单壁碳纳米管（SWCNT）与金纳米颗粒（AuNPs）修饰的电极相结合。通过一种新型NH₂-MIL-88B@PAA@PtCu纳米复合探针实现了信号放大，这种探针结合了PtCu纳米花的高催化活性和Fe-金属有机框架（MOF）的优异负载能力。该免疫传感器在SLC2A3检测方面表现出色：具有宽线性范围（0.078-10 ng mL^-1）、超低检测限（9.3 pg mL^-1）、高特异性和良好的重复性。在添加了SLC2A3的人血清中的回收率为100.5-104.0%。这项工作建立了从生物标志物识别到实际传感设备开发的完整流程，为AIS的预后评估提供了一种有前景的转化方法。

引言

急性缺血性中风（AIS）是导致死亡和长期残疾的主要原因之一，给全球的医疗系统带来了巨大的社会经济负担[1]，[2]。尽管诊断和治疗方法有所进步，但由于明显的生物学异质性[3]，[4]，[5]，AIS的临床结果仍然不尽如人意。这种异质性使得风险分层变得复杂，并限制了个性化疗法的发展，因此需要可靠的生物标志物来改善患者分层并指导针对性干预。

已经提出了一些循环生物标志物，如胶质纤维酸性蛋白（GFAP）[6]、S100钙结合蛋白B（S100B）[7]或基质金属蛋白酶9（MMP9）[8]用于AIS的诊断和预后评估，但它们的诊断准确性和特异性仍然有限[9]。高通量组学技术与生物信息学分析相结合为生物标志物的发现提供了一种系统而有效的策略[10]。然而，仅依赖单组学数据可能会引入偏差，许多候选生物标志物在临床前模型和独立临床队列中的验证仍然不足[11]，[12]，[13]。转化缺血性中风研究的另一个主要挑战是开发可靠且高效的检测技术。传统方法，包括ELISA、流式细胞术和质谱法，耗时较长、依赖实验室环境，并且对低丰度目标的敏感性不足[14]，[15]，这与其在AIS护理中的“时间就是大脑”原则不符，限制了其在资源有限环境中的应用。

电化学免疫传感器为这些分析限制提供了解决方案。通过将特定的抗原-抗体相互作用直接转换为可测量的电信号（例如电流或阻抗的变化）[16]，这些传感器本质上具有超高的灵敏度、快速响应、便携性、低成本以及样品和试剂的消耗量极少[17]，[18]。通过纳米材料工程可以进一步提高其性能，其中具有高电催化活性和大表面积的纳米复合材料的合理设计能够实现复杂生物基质中的超灵敏检测[19]，[20]，[21]。

铂铜纳米花（PtCu NFs）由于其树枝状结构和合金效应而表现出优异的电催化活性，这提供了丰富的活性位点，提高了催化效率并减少了铂的消耗。然而，在单组分配置中，它们的催化性能和稳定性仍然有限。金属有机框架（MOFs）凭借其大表面积和多孔结构，为分散贵金属纳米催化剂提供了理想的平台。特别是NH₂-MIL-88B能够有效负载PtCu纳米颗粒，并通过Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原活性提供额外的催化贡献，从而促进电子转移并放大电化学信号。

在这项研究中，我们提出了一种综合策略来应对AIS中生物标志物发现和检测的双重挑战。具体而言，我们通过多组学生物信息学分析确定了SLC2A3作为一个新的候选生物标志物，并使用互补的实验方法验证了其表达。我们进一步开发了基于机器学习的模型用于AIS的预后评估，并构建了一个超灵敏的免疫传感平台用于其检测。这项工作建立了一个综合框架，整合了生物标志物的发现、验证和灵敏检测（如图1所示）。这样的平台能够快速可靠地检测SLC2A3，有助于早期风险分层、明智的治疗决策和预后评估，特别是在资源有限的临床环境中。

部分摘录

候选生物标志物的多组学筛选

转录组数据来自GSE58294数据集，从基因表达组学（GEO）数据库获取（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）。使用血浆低丰度蛋白富集试剂盒对空腹血浆样本进行了蛋白质组学分析，随后在Astral质谱平台上采用数据独立获取（DIA）技术进行了深度蛋白质鉴定。所有参与者均来自重庆医科大学第一附属医院，南充

SLC2A3表达的多组学分析和实验验证

转录组分析在缺血性中风后识别出1093个下调基因和1975个上调基因（图1A）。蛋白质组学数据集包括30个血浆样本，其中10个来自健康对照组（HC），20个来自AIS患者，样本收集于症状出现后的72小时内。在该数据集中，10种蛋白质在AIS患者的血浆中表达减少，而364种蛋白质表达增加（图1B）。转录组和蛋白质组学数据的综合分析确定了53个核心差异表达蛋白（DEPs）（图1C）。

结论

本研究确定SLC2A3是AIS的预后生物标志物，并开发了一种基于MOF的PtCu纳米复合电化学免疫传感器用于其超灵敏检测。这些发现弥合了生物标志物发现与临床测试之间的差距。在独立临床队列中的进一步验证对于将基于SLC2A3的检测方法转化为AIS患者的风险分层临床应用至关重要。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

CRediT作者贡献声明

黄俊成：方法学、数据管理。傅青：撰写——初稿、数据管理。余仁：撰写——初稿、方法学、研究、概念化。安娟娟：方法学、概念化。杜成英：方法学、概念化。曹杜：撰写——审稿与编辑、监督、概念化。杨秦：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

7. 致谢

本研究得到了重庆医科大学第一附属医院的博士创新项目（资助编号：CYYY-BSYJSKYCXXM202427）和兰州大学第一医院的学术基金（资助编号：ldyyyn2025-231）的支持。