研究论文介绍

AC:可直接高特异性分析癌症患者异常蛋白水平的核酸适配体-肽偶联物的内在SERS指纹

作者:苏打水

导读:

近期,合肥工业大学的刘洪林课题组在Anal. Chem.中发表论文,该工作将适配体-肽偶联物发展为一种新型SERS探针,用于直接高特异性地分析癌症患者异常的蛋白质水平,为未来的SERS传感策略提供了新的思路。

Intrinsic SERS Fingerprints of Aptamer-Peptide Conjugates for Direct High-Specific Profiling Abnormal Protein Levels in Cancer Patients

M. Su, S. Yang, M. Xu, S. Du, L. Zheng, X. Wang, C. Qu, H. Liu, Anal. Chem.,2023. Doi: 10.1021/acs.analchem.3c01988

正文:

核酸和多肽作为生物分子都具有良好的生物相容性,核酸-肽偶联物通常具有更高的稳定性和信号识别功能,是用作生物传感的良好探针。这里,通过使用谷胱甘肽(GSH)和凝血酶适配体-TBA合成了一个三肽-适配体共轭体(探针1,Scheme 1a),其SERS谱图可以区分癌症患者和健康人血液样本中的凝血酶(TB)浓度[1]。由于谷胱甘肽的活性基团和独特的结构,其被选为生物信号分子,并与适配体共价连接,形成了核酸-肽偶联物,实现了在高盐含量的实际血液样本中对凝血酶的检测。另一个针对凝血酶的适配体-HD22与传统的拉曼标记物4-巯基苯甲酸(4-MBA)耦合,作为对照探针(探针2,Scheme 1a)。当向一定数量的探针中加入凝血酶时,它能够有效地与探针结合,并减少溶液中的游离探针数量。在随后加入银纳米颗粒(AgNPs)后,随着凝血酶浓度的增加,探针的信号强度逐渐降低(Scheme 1b和1c)。这种三肽-适配体偶联物极大地提高了体系的稳定性和生物相容性,且三肽的SERS信号并没有消除适配体的SERS信号,为稳定分析提供了更多的信息[2]

首先,作者采用AgNPs聚集体中的等离子热点放大SERS信号,分别测量了两种TB适配体,即TBA和HD22的SERS特征,并生成了清晰的核酸指纹。通过多次平行实验,证明结果的可重复。通过修饰TBA的3’端氨基,与GSH的羧基形成酰胺键,成功构建了TBA-GSH偶联物,即探针1。对TBA-GSH偶联物和TBA进行了电泳,证明该适配体与GSH的成功偶联(Figure 1)。

为了证明此探针的优越性,作者将常见的拉曼报告基因4-MBA作为一个信号标签与相同的适配体TBA结合起来,名为探针C。结果显示,无论TBA是否结合,SERS谱都只产生了更强的4- MBA特征峰(Figure S6)。

之后,作者使用一些常见的蛋白,包括人血清白蛋白(HSA)、牛血清白蛋白(BSA)和纤维蛋白(FIB)作为对照,对探针1和探针C的靶向特异性进行了检测。结果显示,探针1在其他蛋白存在下是稳定的,但探针C很容易受到其他蛋白的影响,进一步说明传统的小分子拉曼标签的高信号易受测量环境的影响,且信号波动很大,特别是在生物样品环境中。探针1在检测其他蛋白含量高的样本时,比传统的探针C具有更高的特异性。GSH作为一种三肽,可以成为生物样本中稳定的信号源。因此,适配体-GSH作为一种生物探针,在生物样品的检测中具有更大的吸引力(Figure 2 a,b)。

进一步的,作者对TB进行SERS检测,从而对探针1和探针2进行了比较性检验(Figure 2 c,d)。在TB浓度相关的SERS检测中,比较了探针1和探针2的检测性能(Figure 3)。

最后,作者分别使用探针1和探针2直接检测16名癌症患者和8名健康个体的血液样本中的TB。使用基于SERS光谱的DD-SIMCA方法对样本数据进行分析,为了区分每个样本的稳定性,在一个样本上多次收集SERS数据。对16个健康样本进行了训练集的分析,选择最佳分析模型,灵敏度为100%,且数据证明该模型具有较高的特异性(Figure 4)。

总结:合肥工业大学的刘洪林团队首次设计了一种稳定的三肽-适配体偶联探针,用于有效地和直接地检测血液样本中的TB蛋白水平。使用一个短肽与TB适配体连接作为探针,其产生的SERS信号实现了对血液样本中TB的灵敏性和特异性传感。DD-SIMCA分类模型显示,该生物探针能100%区分癌症患者与健康个体,且检测效果明显优于传统探针。

参考文献:

[1] T. Arai, J. Miklossy, A. Klegeris, J.-P. Guo, P. L. McGeer, J. Neuropath. Exp. Neur., 2006, 65, 19-25. doi: 10.1097/01.jnen.0000196133.74087.cb.

[2] A. K. Rha, D. Das, O. Taran, Y. Ke, A. K. Mehta, D. G. Lynn, Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 358-363. doi: 10.1002/anie.201907661.

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