核酸適體靶向的膜蛋白識(shí)別與功能調(diào)控研究進(jìn)展

劉學(xué)嬌，楊 帆，劉 爽，張春娟，劉巧玲

（湖南大學(xué)生物學(xué)院,長(zhǎng)沙410082）

膜蛋白是一類重要的生物活性分子，其功能異常是導(dǎo)致包括心血管疾病、腫瘤、代謝性疾病和神經(jīng)變性疾病等重大疾病的主要機(jī)制［1］.研究并調(diào)控細(xì)胞膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能有助于闡明生命活動(dòng)的基本規(guī)律，為開發(fā)針對(duì)相應(yīng)疾病的藥物以及構(gòu)建高性能生物傳感器提供理論依據(jù).采用化學(xué)方法調(diào)控蛋白的結(jié)構(gòu)及功能具有操作簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)勢(shì)，受到研究者的廣泛關(guān)注，相關(guān)技術(shù)已被用于研究蛋白相互作用等領(lǐng)域［2~4］.研究表明，以特定小分子作為誘導(dǎo)試劑，利用化學(xué)誘導(dǎo)法可以實(shí)現(xiàn)蛋白功能的精確調(diào)控.例如，Spencer等［5］發(fā)現(xiàn)利用雷帕霉素衍生物可誘導(dǎo)T細(xì)胞表面嵌合蛋白二聚，從而調(diào)控下游信號(hào)通路.然而，目前應(yīng)用于蛋白功能調(diào)控的小分子化合物種類十分有限［6］.此外，大部分化學(xué)誘導(dǎo)法的研究體系需要使用經(jīng)過基因改造的嵌合蛋白，同時(shí)還需要保持嵌合蛋白的生物活性，技術(shù)難度較高.因此，發(fā)展操作簡(jiǎn)單，無需基因改造，可以在生物友好條件下快速、可逆、特異性調(diào)控蛋白功能的新方法在研究膜蛋白生物學(xué)功能及相關(guān)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面具有重要意義.

核酸適體是通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化（SELEX）的組合篩選從包含多達(dá)1015個(gè)隨機(jī)序列的文庫中分離獲得的單鏈寡核苷酸［7~9］.核酸適體通過自身折疊成特定結(jié)構(gòu)與目標(biāo)分子結(jié)合［10］.因此，針對(duì)特定目標(biāo)分子，利用SELEX篩選技術(shù)獲得的核酸適體具有高親和力和高特異性的特點(diǎn).此外，核酸適體具有成本低、易于功能化修飾［11］以及靶標(biāo)范圍廣泛等優(yōu)勢(shì).采用合適的篩選技術(shù)，通過多輪篩選即可獲得特異性結(jié)合金屬離子、小分子、肽、蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、病毒甚至細(xì)胞的核酸適體［12，13］，由此獲得的核酸適體被廣泛用于生物傳感、生物成像及生物功能調(diào)控等領(lǐng)域［14］.

由于核酸適體是一種具有識(shí)別能力的功能核酸，因此，基于堿基互補(bǔ)配對(duì)原理可以方便地將核酸適體與DNA納米技術(shù)相結(jié)合，借助核酸適體特異性識(shí)別目標(biāo)分子的特點(diǎn)以及DNA分子可程序化設(shè)計(jì)、可功能化修飾等優(yōu)勢(shì)，拓展核酸適體在膜蛋白識(shí)別與功能調(diào)控中的應(yīng)用，為研究膜蛋白相互作用提供新途徑.本文介紹了基于核酸適體靶向的DNA納米技術(shù)在膜蛋白識(shí)別與功能調(diào)控中的研究進(jìn)展.首先簡(jiǎn)要介紹核酸適體識(shí)別膜蛋白的作用特點(diǎn)以及利用DNA納米技術(shù)調(diào)控膜蛋白相互作用的幾種方式；然后闡述靶向膜蛋白的核酸適體對(duì)細(xì)胞功能的調(diào)控；最后對(duì)核酸適體靶向的膜蛋白識(shí)別及功能調(diào)控面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望.

1 核酸適體靶向的膜蛋白識(shí)別

1.1 基于Cell-SELEX技術(shù)的核酸適體篩選與膜蛋白識(shí)別

利用SELEX技術(shù)可以從溶液中篩選得到特異識(shí)別小分子、多肽和蛋白的核酸適體.而活細(xì)胞篩選（Cell-SELEX）技術(shù)的開發(fā)則將核酸適體的靶標(biāo)范圍拓展到活細(xì)胞表面的生物分子［15］.Cell-SELEX技術(shù)是在指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化（SELEX）的基礎(chǔ)上，以活細(xì)胞為研究對(duì)象，通過篩選獲得與特定靶細(xì)胞結(jié)合的核酸適體的技術(shù)［圖1（A）］［16］.該技術(shù)可在目標(biāo)分子特征不明確的情況下為靶細(xì)胞篩選核酸適體.基于此，利用篩選得到的核酸適體捕獲與核酸適體特異結(jié)合的靶標(biāo)分子［17］.Tan等［18］篩選到可特異識(shí)別胰腺癌細(xì)胞膜蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（CD71）的核酸適體XQ-2d、可特異識(shí)別鼻咽癌細(xì)胞膜蛋白（CD109）的核酸適體S3［19］及可特異識(shí)別急性T淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞膜蛋白酪氨酸激酶-7（PTK7）的核酸適體Sgc8等［20］.通過篩選得到的核酸適體與靶標(biāo)膜蛋白之間具有親和力強(qiáng)、特異性和穩(wěn)定性好的特點(diǎn).如，核酸適體Sgc8與其靶標(biāo)蛋白PTK7之間的結(jié)合穩(wěn)定性好，親和力強(qiáng)（Kd=0.8 nmol/L、解離力為46 pN）［21，22］；核酸適體XQ-2d與其靶標(biāo)CD71之間的親和力（Kd=50.5 nmol/L）甚至比CD71抗體與CD71之間的親和力（Kd=635 nmol/L）更強(qiáng)［18］；核酸適體NX1838與其靶標(biāo)VEGF165之間的親和力強(qiáng)（Kd=50 pmol/L）、穩(wěn)定性好，可在含有培養(yǎng)基的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞表面穩(wěn)定存在20 h［23］.這些特異識(shí)別膜蛋白的核酸適體的發(fā)掘以及分析方法的建立為核酸適體靶向的膜蛋白功能分析和調(diào)控奠定了基礎(chǔ).

此外，借助核酸適體與膜蛋白的特異性識(shí)別作用，以核酸適體為向?qū)?，利用?jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)可以將生物分子（如單鏈DNA）與膜蛋白結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)核酸適體介導(dǎo)的膜蛋白靶向識(shí)別與功能化修飾.Cui等［24］發(fā)展了核酸適體模板合成法（Aptamer-templated synthesis，ATS）用于細(xì)胞膜蛋白的特異性識(shí)別和功能化修飾.他們利用堿基互補(bǔ)的原理，將核酸適體與修飾有活性反應(yīng)基團(tuán)的單鏈DNA相結(jié)合.核酸適體與膜蛋白的特異性識(shí)別作用使修飾在單鏈DNA上的活性反應(yīng)基團(tuán)與膜蛋白的氨基酸殘基相互靠近并發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)單鏈DNA對(duì)膜蛋白的識(shí)別［圖1（B）］.該研究為DNA分子選擇性修飾蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)提供了簡(jiǎn)單有效的方法，結(jié)合DNA納米技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)和功能的人工操控.

Fig.1 Scheme of aptamer screening utilizing cell?SELEX(A)[16]and membrane protein recognition and functional modification mediated by aptamer(B)[24]

1.2 基于DNA納米技術(shù)的核酸適體靶向膜蛋白識(shí)別與信號(hào)放大

基于核酸適體的質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)［25］、電化學(xué)技術(shù)［26~29］等由于其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已被用于膜蛋白分析研究.如，Mironov等［30］開發(fā)了基于核酸適體的質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù).在傳統(tǒng)流式細(xì)胞技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入生物素標(biāo)記的特異性識(shí)別膜受體PTK7的核酸適體Sgc8、金屬165Ho標(biāo)記的中性親和素、金屬141Pr標(biāo)記的PTK7抗體，當(dāng)靶標(biāo)細(xì)胞存在時(shí)，核酸適體Sgc8和抗體PTK7的金屬元素分析呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，可避免傳統(tǒng)流式細(xì)胞技術(shù)中光譜重疊問題，從而實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)細(xì)胞的鑒定和檢測(cè).Gai等［31］開發(fā)了基于生物燃料細(xì)胞（BFC）的超靈敏自供電電化學(xué)細(xì)胞傳感器.當(dāng)帶負(fù)電荷的CCRF-CEM細(xì)胞被負(fù)極核酸適體識(shí)別捕獲時(shí)，負(fù)極產(chǎn)生的空間位阻以及靜電斥力能有效阻止探針和陰極表面之間的電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)而引起B(yǎng)FC輸出功率的降低，從而靈敏地檢測(cè)急性白血病CCRF-CEM細(xì)胞.近年來，DNA納米技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅猛，除了靜態(tài)DNA納米結(jié)構(gòu)外，動(dòng)態(tài)DNA納米技術(shù)因其優(yōu)越的可控性及功能性而成為研究熱點(diǎn)［32］.將DNA納米技術(shù)與核酸適體相結(jié)合，發(fā)展基于DNA納米技術(shù)的核酸適體靶向的膜蛋白識(shí)別與分析檢測(cè)技術(shù)，有助于研究生命活動(dòng)和疾病發(fā)展過程中的相關(guān)分子作用機(jī)制.

雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（HCR）是一種基于DNA鏈取代反應(yīng)的等溫信號(hào)放大技術(shù).在HCR體系中，靶分子引發(fā)兩種DNA莖環(huán)交替開環(huán)，自組裝得到包含大量重復(fù)單元的線性雙鏈DNA納米結(jié)構(gòu)，具有恒溫、免酶、放大效率高等優(yōu)點(diǎn)［33］.將HCR與核酸適體結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)膜蛋白的特異性識(shí)別與信號(hào)放大［34，35］.如，將末端修飾HCR觸發(fā)鏈的核酸適體Sgc8作為識(shí)別單元，一旦核酸適體Sgc8與靶標(biāo)PTK7結(jié)合，識(shí)別單元暴露出的HCR觸發(fā)鏈即可引發(fā)膜蛋白表面HCR反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)膜蛋白PTK7的識(shí)別與信號(hào)放大［圖2（A）］［36］.DNA鏈置換反應(yīng)是利用DNA分子單鏈間的堿基互補(bǔ)配對(duì)原理，通過與引發(fā)鏈反應(yīng)，釋放出DNA單鏈產(chǎn)物.DNA鏈置換反應(yīng)具有自引發(fā)性、靈敏性和準(zhǔn)確性等特點(diǎn)［37］.將DNA鏈置換反應(yīng)與核酸適體相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)膜蛋白的動(dòng)態(tài)識(shí)別與信號(hào)放大［38］.如，Liang等［39］發(fā)現(xiàn)，通過細(xì)胞膜表面CY5熒光的有無實(shí)可現(xiàn)膜蛋白的動(dòng)態(tài)識(shí)別.當(dāng)細(xì)胞膜表面無膜蛋白Met存在時(shí)，溶液中雙鏈DNA中CY5熒光被其互補(bǔ)鏈DNA中的淬滅基團(tuán)淬滅；當(dāng)細(xì)胞膜表面存在Met蛋白時(shí)，F(xiàn)AM熒光基團(tuán)標(biāo)記的單鏈DNA連接的核酸適體作為識(shí)別單元識(shí)別膜蛋白Met，同時(shí)溶液中雙鏈DNA中CY5標(biāo)記的DNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合核酸適體，導(dǎo)致淬滅基團(tuán)標(biāo)記的DNA被釋放，CY5熒光恢復(fù)，此時(shí)細(xì)胞膜顯示FAM、CY5兩種熒光，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞膜表面Met蛋白的動(dòng)態(tài)識(shí)別［圖2（B）］.

Fig.2 HCR reaction based on aptamer targeting used for membrane protein recognition and signal ampli?fication(A)[36],DNA strand displacement reaction based on aptamer targeting used for membrane protein recognition and signal amplification(B)[39]and DNA logical computation based on aptamer targeting used for membrane protein precise detection and signal amplification(C)[42]

DNA邏輯運(yùn)算利用DNA分子堿基互補(bǔ)配對(duì)的性質(zhì)，將所要處理的問題編碼為特定的DNA分子鏈，當(dāng)輸入的DNA分子鏈與作為開關(guān)的特定DNA分子鏈進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，將產(chǎn)生輸出DNA分子鏈，且輸出DNA分子鏈的濃度與輸入DNA分子鏈的濃度呈正相關(guān)，上述過程稱為DNA邏輯運(yùn)算［40］.結(jié)合核酸適體，將核酸適體對(duì)膜蛋白的特異性識(shí)別作為輸入信號(hào)，當(dāng)多種核酸適體同時(shí)識(shí)別細(xì)胞表面對(duì)應(yīng)膜蛋白時(shí)，觸發(fā)核酸適體介導(dǎo)的DNA鏈雜交反應(yīng)，整合放大輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)膜蛋白的精準(zhǔn)識(shí)別與信號(hào)放大［41］.如，Li等［42］將胞外囊泡中膜蛋白泛腫瘤蛋白EpCAM的核酸適體EpCAM-S-T1和乳腺癌標(biāo)志物膜蛋白HER2的核酸適體HER2-S-T2相結(jié)合，當(dāng)膜蛋白EpCAM和HER2同時(shí)存在時(shí)，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)執(zhí)行“AND”的指令，在雜交鏈DNA（Connector）的驅(qū)動(dòng)下觸發(fā)HCR反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)膜蛋白的精準(zhǔn)識(shí)別與信號(hào)放大［圖2（C）］.

2 核酸適體靶向的膜蛋白分析與功能調(diào)控

2.1 基于核酸適體靶向識(shí)別的膜蛋白分析

熒光技術(shù)通常被用于示蹤和分析膜表面受體二聚或蛋白修飾［42］.目前，大多數(shù)熒光技術(shù)依賴于蛋白受體的遺傳改造，即體外拼接熒光蛋白與膜蛋白的基因，通過轉(zhuǎn)染技術(shù)導(dǎo)入細(xì)胞，借助細(xì)胞自身蛋白表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)融合蛋白.然而，這種策略雖然標(biāo)記方便，但對(duì)膜蛋白結(jié)構(gòu)和功能有一定的影響，例如會(huì)導(dǎo)致膜受體二聚化效率降低等［43］.因此，研究者開發(fā)多種非遺傳改造策略用于膜蛋白的結(jié)構(gòu)、功能調(diào)控.其中，基于蛋白的非遺傳改造策略雖然具有蛋白與膜受體間空間構(gòu)象天然匹配等優(yōu)勢(shì)，但存在蛋白活性低、蛋白/多肽穩(wěn)定性低等問題；基于小分子的非遺傳改造策略雖然具有小分子靈活設(shè)計(jì)、合成的優(yōu)勢(shì)，但存在小分子種類有限、通用性低等問題；基于物理刺激的非遺傳改造策略雖然具有遠(yuǎn)距離控制、時(shí)空調(diào)控等優(yōu)勢(shì)，但存在生物相容性低、副作用大等問題，上述問題限制了這些方法在膜蛋白功能調(diào)控中的應(yīng)用［44，45］.相比而言，核酸適體穩(wěn)定性好、生物相容性好［46］、兼容性強(qiáng)，易與DNA納米技術(shù)相結(jié)合［47］，可作為新型分子工具高效識(shí)別膜蛋白并靈活調(diào)控膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，在膜蛋白分析與功能調(diào)控方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值.現(xiàn)階段，核酸適體與膜蛋白的特異識(shí)別有助于開發(fā)新型分析檢測(cè)技術(shù)，用于獲取膜蛋白在細(xì)胞膜表面的相關(guān)信息，如，膜蛋白密度、膜蛋白分布狀態(tài)等.Chen等［48］利用熒光染料標(biāo)記的核酸適體實(shí)現(xiàn)了對(duì)膜蛋白的特異性標(biāo)記，并依據(jù)膜表面熒光強(qiáng)度的變化分析細(xì)胞表面膜蛋白的密度及其分布情況.基于生物正交反應(yīng)位點(diǎn)特異性標(biāo)記、生理?xiàng)l件下反應(yīng)高效等優(yōu)點(diǎn)，研究人員開發(fā)了一種核酸適體誘導(dǎo)的蛋白特異性生物正交修飾技術(shù)，用于生物大分子（包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類等）結(jié)構(gòu)、功能和相互作用研究［49］.Chen等［50］利用化學(xué)基團(tuán)Ac4ManNAz修飾的核酸適體作為識(shí)別單元，誘導(dǎo)Ac4ManNAz與細(xì)胞膜糖蛋白中的氨基發(fā)生生物正交反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膜蛋白的特異性標(biāo)記.Ambrosetti等［51］將特異識(shí)別膜蛋白的多種核酸適體進(jìn)行組合，對(duì)其相應(yīng)靶標(biāo)膜蛋白（HER2、HER3、EGFR）進(jìn)行識(shí)別.他們利用DNA納米技術(shù)將HER2膜蛋白納米簇中的組分信息轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA序列信息，從而獲得HER2膜蛋白納米簇的組分構(gòu)成及其相應(yīng)的時(shí)空排布等信息.

2.2 核酸適體靶向的膜受體蛋白功能調(diào)控

細(xì)胞膜上的膜蛋白簇作為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要調(diào)控因子，在細(xì)胞對(duì)外界刺激的響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用.免疫細(xì)胞中由不同種類固有免疫受體形成的信號(hào)簇是宿主-病原菌相互作用的重要調(diào)控機(jī)制，可作為多組分裝置用于病原體的檢測(cè)以及免疫響應(yīng)調(diào)控［52］.在T細(xì)胞識(shí)別抗原過程中，外源信號(hào)觸發(fā)單個(gè)T細(xì)胞受體聚集成簇促使T細(xì)胞活化，增強(qiáng)免疫應(yīng)答［53］.受此啟發(fā)，研究人員以核酸適體為T細(xì)胞受體識(shí)別單元，利用DNA納米技術(shù)誘導(dǎo)T細(xì)胞表面受體形成蛋白簇.McNamara等［54］通過將多價(jià)核酸適體與小鼠T細(xì)胞表面的T細(xì)胞共刺激受體蛋白4-1BB結(jié)合，體外誘導(dǎo)T細(xì)胞表面4-1BB蛋白成簇.Li等［55］在核酸適體末端引入可互補(bǔ)的DNA鏈，利用DNA鏈之間發(fā)生的DNA鏈雜交反應(yīng)誘導(dǎo)膜受體蛋白Met聚集.基于此，Chen等［56］利用特異識(shí)別Met的核酸適體和特異識(shí)別CD71的核酸適體，采用DNA鏈置換反應(yīng)誘導(dǎo)膜受體蛋白Met與CD71結(jié)合，從而調(diào)控膜受體蛋白Met在細(xì)胞膜上的分布狀態(tài)［圖3（A）］.

膜受體蛋白作為細(xì)胞與外界溝通的橋梁，是細(xì)胞生命活動(dòng)的門控開關(guān).目前，針對(duì)膜蛋白相互作用的研究方法，Snider等［57］對(duì)利用膜酵母雙雜系統(tǒng)在生物體內(nèi)研究膜蛋白相互作用的相關(guān)工作進(jìn)行了綜述；Ma等［58］對(duì)利用鄰近標(biāo)記方法研究細(xì)胞間膜蛋白相互作用的相關(guān)工作進(jìn)行了綜述；Fan等［59］對(duì)利用不同類型識(shí)別單元以及DNA納米技術(shù)構(gòu)筑細(xì)胞表面受體以及調(diào)控細(xì)胞功能的相關(guān)工作進(jìn)行了綜述.本文則從核酸適體的特異性識(shí)別性能出發(fā)，聚焦利用DNA分子工具調(diào)控膜蛋白結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)研究，對(duì)該領(lǐng)域的研究工作進(jìn)行綜述.如，利用核酸適體特異識(shí)別目標(biāo)分子的特性，研究者將核酸適體作為膜蛋白配體類似物，用于調(diào)控膜受體蛋白功能，從而激活/抑制下游信號(hào)通路.Ueki等［60，61］將核酸適體作為肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子HGF的類似物，利用核酸適體對(duì)Met的特異性識(shí)別，誘導(dǎo)Met二聚，激活下游Erk或Akt信號(hào)，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化、遷移.為了進(jìn)一步提高核酸適體在體內(nèi)的穩(wěn)定性，該課題組［62］將DNA鏈雜交反應(yīng)與核酸適體TD0結(jié)合，組裝成功能類似于堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（bFGF）的DNA納米組裝體，利用核酸適體TD0與纖維生長(zhǎng)因子受體（FGFR）的特異性識(shí)別，介導(dǎo)FGFR二聚，觸發(fā)FGFR磷酸化，選擇性激活PKC信號(hào)通路、Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路、JAK/STAT信號(hào)通路，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的自我更新及多能性恢復(fù)［圖3（B）］.

在細(xì)胞膜受體蛋白中，膜受體蛋白Met功能異常通常與細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)，已成為腫瘤治療的重要靶點(diǎn)［63］.以Met作為研究對(duì)象，研究人員采用核酸適體靶向膜蛋白識(shí)別策略操控膜受體蛋白Met的聚集狀態(tài)進(jìn)而調(diào)控其蛋白功能.如，Wang等［64］利用特異性識(shí)別膜蛋白Met的核酸適體Apt-Met和特異性識(shí)別膜蛋白TfR的核酸適體Apt-TfR，借助DNA雜交反應(yīng)，誘導(dǎo)膜蛋白Met與TfR二聚，阻礙下游信號(hào)分子Erk和Apt磷酸化，抑制細(xì)胞增殖和遷移［圖3（C）］.

Fig.3 Analysis and regulation of membrane protein based on aptamer targeting(A)[56],regulation of dimerization of membrane receptor proteins based on aptamer targeting(B)[62]and regulation of cell proliferation and migration based on aptamer targeting(C)[64]

雖然上述研究證實(shí)核酸適體可作為配體類似物用于激活膜受體蛋白，但復(fù)雜的細(xì)胞乃至活體環(huán)境往往不利于核酸適體高效、精準(zhǔn)識(shí)別和調(diào)控膜蛋白功能.對(duì)此，研究者開發(fā)了基于核酸適體靶向的光操控膜蛋白活性的新策略，從而實(shí)現(xiàn)了膜蛋白的高效識(shí)別與功能調(diào)控.Chen等［65］在核酸適體與DNA納米技術(shù)聯(lián)用的基礎(chǔ)上，利用DNA鏈修飾的光敏基團(tuán)（PC Linker）對(duì)紫外光的響應(yīng)，觸發(fā)膜受體蛋白Met表面DNA鏈雜交反應(yīng)，誘導(dǎo)Met二聚，激活c-Met信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移.雖然上述研究工作驗(yàn)證了基于核酸適體靶向的光控策略可以有效調(diào)控細(xì)胞功能，但是紫外光穿透深度有限，無法對(duì)深層組織中的細(xì)胞發(fā)揮作用.針對(duì)此問題，Wang等［66］開發(fā)了利用近紅外光調(diào)控膜蛋白活性及細(xì)胞功能的新策略，他們首先在金納米棒表面修飾單鏈DNA，利用近紅外光照射產(chǎn)生的光熱效應(yīng)釋放金納米棒表面修飾的單鏈DNA，借助單鏈DNA與特異性結(jié)合RTK的核酸適體之間的雜交反應(yīng)，觸發(fā)膜表面受體蛋白R(shí)TK二聚，激活RTK介導(dǎo)的信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞極化和遷移，實(shí)現(xiàn)活體水平上細(xì)胞行為的精準(zhǔn)調(diào)控.此外，利用核酸適體對(duì)靶蛋白的識(shí)別性能，研究者已成功實(shí)現(xiàn)表皮生長(zhǎng)因子EGFR、EGFR和整合素等膜受體蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞功能調(diào)控.Ramaswamy等［67］報(bào)道了二價(jià)核酸適體調(diào)控血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-2（VEGFR2）二聚的策略.VEGFR2結(jié)合二價(jià)核酸適體形成二聚體，發(fā)生自磷酸化而活化，激活下游Akt信號(hào)通路，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)NO合酶活性，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞毛細(xì)血管的生成.Baig等［68］報(bào)道了基于核酸適體的DNA納米裝置調(diào)控膜蛋白EGFR和integrin（α6β4）活性的策略.利用核酸適體aptamer-1對(duì)膜蛋白integrin（α6β4）特異性識(shí)別的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可同時(shí)靶向膜蛋白EGFR和integrin（α6β4）的DNA納米裝置，激活膜蛋白EGFR及integrin（α6β4）活性，上調(diào)磷酸化的integrin-β4、EGFR、Akt和Erk1/2蛋白表達(dá)水平，引起細(xì)胞收縮，同時(shí)啟動(dòng)生化反應(yīng)通路，改變細(xì)胞分裂、內(nèi)吞及胞吐過程，進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖和凋亡.這些研究顯示了核酸適體與DNA納米技術(shù)聯(lián)用策略在細(xì)胞功能調(diào)控中潛在的應(yīng)用價(jià)值.

3 總結(jié)與展望

細(xì)胞膜蛋白是一類重要的生物分子，在細(xì)胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞等生命過程中發(fā)揮著重要作用.作為具有識(shí)別能力的功能核酸，核酸適體與DNA納米技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為精準(zhǔn)、高效調(diào)控膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能提供了新策略，有助于研究生命活動(dòng)和疾病發(fā)展過程中的分子機(jī)制.核酸適體靶向膜蛋白識(shí)別與功能調(diào)控在藥物開發(fā)和疾病治療等方面具有廣泛的應(yīng)用前景.然而，拓展核酸適體靶向的膜蛋白功能調(diào)控的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用仍面臨核酸適體在體內(nèi)易被核酶降解、穩(wěn)定性差及篩選周期長(zhǎng)等問題.另外，目前可特異識(shí)別膜蛋白的核酸適體數(shù)量仍十分有限，一些具有重要研究意義的蛋白仍然缺乏相應(yīng)的核酸適體用于開展研究.發(fā)展提高核酸在體內(nèi)穩(wěn)定性的新方法、開發(fā)高效獲取疾病相關(guān)膜蛋白的核酸適體的新技術(shù)以及將核酸適體靶向調(diào)控疾病相關(guān)膜蛋白功能的策略拓展到臨床應(yīng)用有望成為未來重要的發(fā)展趨勢(shì).