基于镀银底物和催化发夹组装扩增的乳腺癌 BRCA-1 基因智能手机比色双模诊断方法：早期诊断新希望

《Journal of Nanobiotechnology》：A smartphone-colorimetric dual-mode diagnosis method for breast cancer detection of BRCA-1 gene base on silver plated substrate and catalytic hairpin assembly amplification

为解决乳腺癌早期诊断难题，研究人员开展基于镀银底物（SPS）和催化发夹组装（CHA）的 BRCA-1 基因检测研究。结果显示该方法检测限低至 0.6 pM，在实际样本分析中表现出色，对早期乳腺癌诊断意义重大。

　　在当今社会，乳腺癌已然成为女性健康的一大 “劲敌”。随着社会的快速发展，乳腺癌的发病率逐年攀升，且发病年龄越来越趋于年轻化。据 2020 年的数据显示，乳腺癌占所有癌症诊断的 11.7%（220 万例） 。由于早期诊断方法的限制，约 75% 的患者在晚期才被确诊，生存率仅 15%；而早期乳腺癌患者的生存率却高达 78% 。由此可见，早期检测、诊断和治疗对于乳腺癌患者至关重要。

循环游离 DNA（cfDNA）作为潜在的癌症早期诊断生物标志物，受到了广泛关注。其中，乳腺癌基因 1（BRCA-1）是乳腺癌重要的 cfDNA 之一，其突变显著增加乳腺癌风险，尤其是早发性和三阴性乳腺癌，对患者预后影响重大 。因此，检测和管理 BRCA-1 突变对乳腺癌高危人群的早期诊断和个性化治疗意义非凡。

然而，目前检测 BRCA-1 的 “金标准” 定量聚合酶链反应（qPCR）存在诸多弊端，如耗时久、对专业人员要求高，这限制了其实际应用和临床诊断性能 。近年来，虽然也有一些敏感、便捷的检测方法问世，但均存在一定缺陷，比如基于等温核酸扩增技术的比色生物传感器存在背景泄漏等问题，传统异质体系则成本高、操作复杂 。

为了解决这些问题，广东医科大学附属湛江中心医院的研究人员开展了一项研究。他们成功设计出一种基于 G - 四链体 DNAzyme（G₄ DNAzyme）的无标记、无酶可视化检测 BRCA-1 的异质体系，并将其与智能手机辅助分析相结合 。

研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：首先是利用镀银底物（SPS），通过 Ag-S 相互作用将 H1 固定在其表面；其次是催化发夹组装（CHA）技术，BRCA-1 基因可引发 CHA 循环；最后，利用 G₄/Hemin DNAzyme 的类过氧化物酶活性，加入 ABTS 和 H₂O₂实现多信号输出 。在检测过程中，还涉及到样本处理、多聚 acrylamide 凝胶电泳（PAGE）、比色测定等操作。

研究结果如下：

• 检测原理验证：在 BRCA-1 存在时，H1 发夹结构打开，与 H2 结合引发 CHA 循环，生成大量 H1-H2 双链复合物，释放 G₄序列，加入 Hemin 后形成 G₄/Hemin DNAzyme 。通过异质分离技术去除未反应溶液，加入 ABTS 和 H₂O₂后可实现多信号输出，包括视觉比色检测、智能手机辅助 RGB 值检测和 UV 吸光度测量 。
• 可行性评估：实验表明，SPS 相分离技术能显著降低背景干扰，同时保持高灵敏度。PAGE 分析显示，BRCA-1 可触发 CHA 反应，且 DNA 修饰后的 SPS 亲水性显著增加，证明 SPS-H1 制备成功 。
• 实验参数优化：研究发现，最佳反应温度为 25℃，最佳 CHA 反应时间为 120 min，H1 最佳修饰水平为 1 μM，H1/H2 最佳比例为 1:2 。
• 方法灵敏度：该方法检测限低至 0.6 pM，在 1 - 50 pM 范围内，吸光度与目标浓度呈良好线性关系（A = 0.09C + 0.205，R² = 0.99） 。通过智能手机检测 RGB 值，在 0 - 100 pM 范围内，G/R 比与目标浓度也呈线性关系（Y = 0.00773C + 0.96929，R² = 0.999），检测限为 4.6 pM 。
• 特异性分析：碱基错配研究表明，该方法对目标 DNA 具有高特异性，且系统在 - 4℃下 5 天内保持高灵敏度 。
• 人血清样本检测：在 5% 血清样本中检测 BRCA-1 的实验显示，该方法能有效区分癌组织和健康组织样本，受试者工作特征曲线下面积（AUC）为 0.9825 。与 qPCR 的对照实验表明，该方法在检测灵敏度、特异性和实际样本分析方面与 qPCR 相当，但操作更简单、成本更低 。

综上所述，该研究开发的无酶 BRCA-1 检测传感器，利用 CHA 信号放大结合 G₄ DNAzyme，无需昂贵的荧光团、猝灭剂或酶修饰 。SPS 的使用有效消除了基质干扰，显著降低背景信号，提高了检测灵敏度 。该方法特异性强、灵敏度高，在实际样本分析中表现出色，为大规模无创乳腺癌筛查和早期诊断提供了一种经济有效的新途径，有望在临床实践中得到广泛应用，为乳腺癌的防治带来新的希望。