创造新型分子识别工具是分析化学的中心任务和重要挑战。核酸适体（aptamer）是通过指数富集的配体系统进化技术（SELEX）获得和靶标高亲和、高特异性结合的寡核苷酸。相比于抗体这类天然识别分子，核酸适体因具有靶标广泛、分子量小、热稳定性高、免疫原性低、批次差异小、可化学合成修饰等诸多优点，是一类具有优异性能的分子识别工具。但目前核酸适体研究应用通常只集中在几种靶标，大大限制了该领域发展。为了丰富核酸适体种类，杨朝勇团队发展了多种适体高效筛选甄定新策略，例如基于单分子液滴扩增表明展示筛选（Anal. Chem., 2014, 86, 5881-5888），滑动芯片高通量表征新方法（Anal. Chem., 2016, 88, 8294-8301）等。

适体和靶标的自发结合（ΔG＜0）可由焓变（ΔH）或熵变（ΔS）驱动，焓变主要反应适体和靶标的成键（氢键、离子键、范德华力等），熵变主要反应分子运动自由度的变化。因此在相同自由能变化情况下，焓驱动适体和靶标之间会形成更多特异键，从而在复杂体系中具有较强抗干扰能力，是一种高亲和力和高特异性的理想识别分子。但目前适体筛选方法无法选择性富集焓驱动核酸适体。

近期，杨朝勇（点击查看介绍）团队提出分子拥挤筛选新方法（Molecular Crowding SELEX）定向进化获得焓驱动核酸适体。该团队以血浆作为筛选条件，血浆中存在大量的蛋白、生长因子等物质形成了分子拥挤环境减少了分子自由度，因此在该条件下仍能自发发生的很大可能是焓驱动反应。该团队以循环肿瘤细胞通用型标志物上皮细胞粘附分子（EpCAM）作为筛选靶标，通过Molecular Crowding SELEX筛选获得的主要三个家族的代表序列经热力学分析证明均由焓驱动，从而验证了Molecular Crowding SELEX定向进化焓驱动适体的可行性。通过适体结构的三维模拟，进一步截短优化获得44个碱基的焓驱动适体SYL-H2C，其亲和力是用常规方法获得的熵驱动适体SYL-3C（Anal. Chem., 2013, 85, 4141–4149）的6.5倍，因此SYL-H2C适体能更高效地识别循环肿瘤细胞。在真实病人样本（无前处理全血）分析中， SYL-H2C适体因具有优异的热力学性质，仅需1 mL全血就可有效区分肿瘤患者（10/10）和正常人（4/4），检出率远高于SYL-3C适体（2/10）。Molecular Crowding SELEX具有操作简单、定向进化焓驱动适体等优点，为筛选适用于多种生物医学实际应用的核酸适体提供了一个新方向。此外，通过分子拥挤效应定向进化焓驱动结合分子的策略，也为药物筛选、多肽展示、抗体筛选等方向带来了新思路。

图1. 焓驱动核酸适体定向进化原理。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry上，论文的第一作者为博士研究生黄梦娇，该工作得到宋彦龄副教授的悉心指导，通讯作者为宋彦龄副教授和杨朝勇教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Molecular Crowding Evolution Enables Discovery of Enthalpy-Driven Aptamers for Robust Biomedical Applications

Mengjiao Huang, Jia Song, Peifeng Huang, Xiaofeng Chen, Wei Wang, Zhi Zhu, Yanling Song*, Chaoyong Yang*

Anal. Chem., 2019, 91, 10879-10886, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02697

导师介绍

杨朝勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/14060