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顾宏周团队报道可用于阿尔兹海默症相关小分子血液检测的RNA传感器

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  责编丨兮

  阿尔兹海默症(Alzheimer disease,AD)是一种神经系统退行性疾病,以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害等为主要症状。据世界卫生组织统计,截止2018年底,全球痴呆人数已经超过5000万人,其中AD患者约占70%,AD已成为影响全球的重大公共健康问题。

  硫胺素(维生素B1)是人体中一种重要的化合物,许多神经系统疾病都与体内硫胺素的缺乏有关。在生物体内,硫胺素的活性形式是硫胺素焦磷酸(thiamine pyrophosphate,TPP or TDP),其作为辅酶参与代谢中的许多重要反应。在AD进展过程中,脑硫胺素水平显著低于正常,导致与TPP相关的酶活性下降,进而引起脑内葡萄糖代谢障碍。近期的临床研究发现外周血中的TPP浓度在健康人群和AD人群间存在一个明显的分界线:健康人群的TPP血液浓度通常大于120 nM,而AD人群的TPP血液浓度小于90 nM,且血液中TPP的降低在AD进展的初期(认知障碍期)即已出现。因此对血液中TPP的精准检测具备无创(无需腰穿抽取脑脊液)、早期诊断AD,从而及时干预AD进程的重要价值。然而当前TPP的检测主要依靠高效液相色谱法(HPLC),虽然其精准度足够,但是较高的专业操作和设备要求、低通量等缺点限制了其在大规模临床检测和社区人口健康普查中的应用。

  2021年2月26日,复旦大学生物医学研究院顾宏周研究团队在Analytical Chemistry杂志发表了题为Engineering Allosteric Ribozymes to Detect Thiamine Pyrophosphate in Whole Blood的论文,报道了一种人造的RNA传感器,其对TPP的亲和力EC50值达到68 nM,可在6-600 nM范围内线性特异感知TPP并作出特定位点的RNA自我切割;研究人员将TPP引发的RNA探针切割事件构筑到等温扩增信号放大的环路中,进一步实现了在nM范围内对血液中TPP的高灵敏度荧光检测(图1)。

  

  在多份血液样本中,该RNA探针检测出的TPP浓度与HPLC给出的数据基本一致(图1),但前者操作难度低,可在多孔板上(如96或384孔板)利用常规设备通过简单的“混合-读取”操作实现全血TPP含量的高通量检测,具备用于大规模筛查的潜力。此项研究为与硫胺素缺乏相关的疾病的早期诊断和干预提供了一种新方法,也对构建类似的RNA探针用于临床样品中的其它生物靶标分析起到了示范作用。

  

  图1编辑适体核酶RNA探针用于高灵敏地检测血液中的TPP浓度

  复旦大学生物医学研究院博士生杜鑫雨和复旦大学附属中山医院神经内科住院医师程小芹为论文共同第一作者,顾宏周研究员为本文通讯作者。这项研究得到了上海交通大学樊春海院士及复旦大学附属中山医院钟春玖教授的大力支持。

  原文链接:

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05276

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