岭南师范大学周国华课题组实现高灵敏度的蛋白质检测，Microchemical Journal | 用户成果速递

HORIBA（中国）

2024/09/27 10:38

“为了提高蛋白检测的灵敏度，研究者们都尝试将蛋白检测转换成核酸检测，然后利用众多的核酸检测信号放大方法来提高检测灵敏度。核酸酶是利用核酸检测各种靶标的有效工具，可以利用核酸酶的催化特性来放大响应信号，从而实现高灵敏度的检测。我们的研究利用 Exo III 设计促进靶分子循环利用的策略，以实现对核酸靶标的信号放大和灵敏检测。相比其它核酸酶的利用，这种扩增策略很简单，只需要一种酶和一个发夹 DNA 作为反应物来产生扩增的信号。重要的是，Exo III 表现出与序列无关的活性，这体现出其与其他扩增策略中使用的内切酶的区别以及优势。将 Exo III 辅助信号放大与结合诱导的 DNA 组装相结合，则实现了 Exo III 辅助信号放大作为通用型平台应用于蛋白质高灵敏检测。”张华昌表示。张华昌师从岭南师范大学周国华副教授，上述研究已经发表在《Microchemical Journal》上。

研究背景

核酸酶已成为利用核酸检测各种靶标的有效工具。可以利用核酸酶的催化特性来放大响应信号，从而实现高灵敏度的检测。核酸外切酶III (Exo III) 专门催化从双链 DNA 的平端或凹陷3'-羟基末端顺序去除单核苷酸。因此，Exo III 被设计为促进目标分子的“循环利用”，从而实现信号放大和核酸目标的灵敏检测。

某些蛋白质标志物的灵敏检测对于疾病和癌症的早期诊断、治疗和预后具有重要意义。在生命科学研究中，定量测定蛋白质的水平（尤其是痕量表达的蛋白质）对于理解复杂的生命过程非常重要。目前，异质酶联免疫吸附测定（ELISA）和生化测试主要用于蛋白质检测。不幸的是，这些方法除了特别耗时之外，还需要使用昂贵的实验室设备和训练有素的人员。而且生物样品中蛋白质的丰度较低，往往超出高科技仪器的检测限，并伴有高浓度的共存干扰物。所以，将 Exo III 介导的信号放大纳入通用蛋白质检测中，提供一种高灵敏度且省时的方法，将对生命科学研究以及疾病的诊断、治疗和预后产生重大影响。

研究成果

岭南师范大学周国华团队将 Exo III 辅助信号放大与结合诱导的 DNA 组装相结合，以实现高灵敏度的蛋白质检测。两条独立的单链 DNA 在与同一靶标结合后会杂交，并触发 Exo III 辅助的靶标循环扩增。该策略可以实现所有蛋白质的均质检测，并讨论了检测条件和性能。以人附睾蛋白 4（HE4）为例，线性检测范围为0.01~50 ng/mL，LOD 为3 pg/mL，可实现快速检测。值得注意的是，长时间孵育可以获得0.05~1 pg/mL 范围内的线性关系。该方法将对生命科学研究、疾病诊断、治疗和预后产生积极影响。

高灵敏度的蛋白质检测方法示意图

仪器贡献

通过设计含目标蛋白与无目标蛋白的对照组，接着对对照组进行荧光强度的测定，通过对含目标蛋白与无目标蛋白的荧光强度差的分析，从而判定本方法的可行性。研究使用 HORIBA FluoroMax-4 荧光光谱仪检测生物素与链霉亲和素（SA）结合后 MB（文中一段 DNA 序列）的荧光变化。由于 FAM（一种荧光素）和淬灭剂之间存在较强的荧光共振能量转移（FRET），MB 的荧光最初较低。探针和 Exo III 的加入只会带来微不足道的荧光变化。但是，SA 的存在会导致荧光显著增加，从而证实了该检测策略的有效性。此外，与没有 Exo III 的情况相比，荧光增强了 324%，这证实了 Exo III 促进了循环信号放大。

使用 HORIBA FluoroMax-4 荧光光谱仪表征荧光强度

此外，研究还使用 DNA 组装策略实现对不同浓度 HE4 的检测，从而判断检测方法的泛用性以及灵敏度。在 37°C 和 4°C 条件下，使用 FluoroMax-4 得到线性响应范围分别为 0.01 ~ 50 ng/mL 和 0.05 ~ 1 pg/mL。与大多数报道的蛋白均相分析相比，该方法表现出更高的灵敏度。

a）蛋白质的均相免疫检测示意图；

b) 和 c) 分别是在 37◦C 和 4◦C 下荧光信号与 HE4 浓度的线性关系曲线

'FluoroMax-4 荧光光谱仪的高灵敏度高、稳定性好，对我们的研究很有帮助。'研究人员表示。

FluoroMax+ 高灵敏一体式荧光光谱仪

未来科学

'通过修饰特异性抗体，这种改进的技术如预期的那样扩展了 Exo III 辅助扩增方法对所有蛋白质的高灵敏度检测。我们相信，它将在生命科学研究和疾病诊断中对蛋白质的检测运用广泛。'研究人员表示。

作者简介

周国华

副教授，毕业于武汉大学，师从何治柯教授

现在就职于岭南师范学院化学化工学院，主要进行医学诊疗、生命分析领域创新光谱分析方法的研究。

引用文章

Zhou G ,Luo C ,Huang J , et al. Binding-induced DNA assembly makes Exo III-aided signal amplification universal for highly sensitive protein detection[J]. Microchemical Journal, 2024, 200110371.

联系作者

周国华：ghzhou@lingnan.edu.cn

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撰稿人 | 张华昌（岭南师范大学）

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