乳酸是碳水化合物和非必需氨基酸代謝過程中重要的中間代謝產(chǎn)物之一，在體內(nèi)幾乎完全以離子化的乳酸根狀態(tài)存在。臨床測定的乳酸根濃度正常值通常為1-2 mM，當激烈運動體內(nèi)氧氣供給不足時，葡萄糖通過無氧酵解生成乳酸，此時乳酸根的濃度高達20 mM。一些具有缺氧癥狀的疾病也會導致乳酸根濃度升高，例如敗血癥、細菌感染、心肌梗塞，甚至癌癥等?；诖?，乳酸根已作為重要的疾病標志物被廣泛研究。此外，乳酸在食品工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測等方面也發(fā)揮重要作用。目前，乳酸根的檢測主要通過乳酸氧化酶或乳酸脫氫酶實現(xiàn)，其原理與葡萄糖的檢測類似，即將酶固定在電極表面間接檢測雙氧水等反應產(chǎn)物。然而，葡萄糖氧化酶等也會產(chǎn)生雙氧水，使得多重檢測變的困難，且受限于酶活性和檢測環(huán)境的影響，基于酶的生物傳感器的可靠性仍有提升空間。
核酸適配體能可逆地結(jié)合靶標分子，不需要其他反應物參與，在小分子檢測方面有獨特的優(yōu)勢。然而乳酸根只有3個碳原子，僅有一個羧基和一個羥基與DNA相互作用，其核酸適體的篩選難度較大。加拿大滑鐵盧大學劉玨文教授課題組通過固定DNA文庫的方法，以L-乳酸根為靶標進行了20輪篩選，最終得到兩個代表性的適配體：Lac201和Lac202（如下圖）。
作者通過鏈取代反應發(fā)現(xiàn)Lac201和Lac202均可特異性地結(jié)合L-乳酸根。其中，Lac201的結(jié)合能力較強，解離常數(shù)大約0.4 mM，與等溫熱滴定實驗得到的結(jié)果一致；Lac201對L-乳酸根的選擇性大約是D-乳酸根的7倍。此外，Lac201對其他結(jié)構(gòu)類似的小分子也有很好的區(qū)分（如下圖）。與Lac201相比，Lac202的選擇性更好，可以實現(xiàn)對L-乳酸根和D-乳酸根約50倍的區(qū)分。 作者分別在乳酸根適配體和葡萄糖適配體末端修飾綠色熒光基團（FAM）和紅色熒光基團（Cy5）構(gòu)建雙檢測體系的適配體傳感器。向體系中加入乳酸根后，只有綠色熒光增強（如下圖），而加入葡萄糖后只有紅色熒光增強。并且這兩個傳感器都表現(xiàn)出了即時響應的特點，表明此傳感器具有同時檢測多個目標物的能力。此外，作者發(fā)現(xiàn)血清并不影響乳酸根的檢測。 本工作證明了核酸適配體在乳酸根等小分子檢測方面的可行性，有望推廣至其他類似小分子的檢測。鑒于核酸適配體的高選擇性、快速響應和強穩(wěn)定性等特點，此類探針在體內(nèi)連續(xù)監(jiān)測多種分析物和可穿戴設備等方面展示出較好的應用前景。 論文信息 Simultaneous Detection of L-Lactate and D-Glucose Using DNA Aptamers in Human Blood Serum Po-Jung Jimmy Huang and Juewen Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212879
