在无预设目标知识的情况下，对复杂生物环境因素进行探查的能力是化学传感领域的一项关键挑战。传统方法在发现先前未知的生物标志物方面存在局限性。
2026年5月29日，湖南大学黄晋和郭秋平共同通讯在Science Advances在线发表题为CEMs-SELEX: DNAzyme-powered de novo biomarker discovery and noninvasive cancer diagnosis的研究论文。
该研究开发了细胞外混合物-指数富集的配体系统进化（CEMs-SELEX）技术，这是一种全新的筛选平台，用于筛选针对疾病特异性细胞外混合物（CEMs）具有响应活性的功能DNAzyme。
将该技术应用于舌鳞状细胞癌（TSCC）研究，作者鉴定出C502——一种由肿瘤分泌物激活的DNAzyme，其具有高亲和力（解离常数Kd = 24.49纳摩尔）和快速催化转换率（转换数Kcat = 47.56/秒）。通过整合多组学分析与亲和垂钓实验，作者确定膜联蛋白A2（ANXA2）为其靶标，并结合分子对接与诱变实验阐明了其识别机制。
将C502改造为DNA Walker后，实现了对临床血清和唾液中ANXA2的超灵敏检测。在80例受试者的检测中，该检测方法能够明确区分舌鳞状细胞癌患者与健康捐赠者，凸显了其作为无创诊断框架的应用潜力。综上所述，本研究实现了从功能性探针发现到临床检测的全流程闭环，为癌症无创诊断提供了通用化平台。
生物标志物的发现是癌症诊断中一个关键但充满挑战的前沿领域，尤其对于舌鳞状细胞癌（TSCC）这类缺乏明确分子靶标以实现无创检测的恶性肿瘤而言尤为突出。传统方法，包括质谱（MS）和基于抗体的检测技术，通常需要预先了解候选靶标的身份，这将其应用局限于假设驱动的验证，并限制了在复杂生物环境因素中发现此前未识别的生物标志物的能力。
功能性核酸，特别是脱氧核酶，为这一难题提供了独特的化学解决方案。作为具有催化活性的DNA分子，脱氧核酶能够以序列依赖性方式切割RNA底物，并且通过体外筛选，它们可以进化出对特定分子靶标的别构响应能力。这种靶标识别与信号扩增的内在耦合使其成为无需先验靶标信息即可进行全新生物标志物发现的强大工具。
开创性研究在推动这一范式方面发挥了重要作用。例如，AptaBiD技术展示了基于适配体从全细胞裂解液中直接发现生物标志物的能力；李团队开发的功能筛选策略（例如，切割RNA的荧光脱氧核酶（RFDs））利用了诸如分泌组等复杂靶标；基于亲和力与催化的分子识别（MORAC）平台，通过基于活性的脱氧核酶筛选结合基于质谱的靶标去卷积，建立了靶标识别与分子识别之间的关键联系。这些基础研究牢固确立了超越预定义靶标这一原则。
图1.TSCC分泌组反应的RNA切割荧光DNA酶的筛选（摘自Science Advances）
然而，要将这一原则转化为一个完全集成的流程——即无缝统一地从天然分泌组中进行全新脱氧核酶筛选、明确靶标去卷积，以及工程化一个可部署于无创生物体液中的、经临床验证的基于扩增的诊断系统——仍有待实现。对于TSCC等缺乏明确分子特征以实现无创检测的癌症而言，这一空白尤为关键。
为填补这一空白，作者提出了CEMs-SELEX（细胞外混合物-指数富集配体系统进化）作为一个集成平台，它将基于活性的发现范式扩展至天然肿瘤分泌组。应用于TSCC时，该平台可实现完整的诊断工作流程：（i）从TSCC分泌组中直接筛选出高性能脱氧核酶C502；（ii）通过整合代谢组学与蛋白质组学分析以及亲和力下拉法，鉴定其特异性蛋白靶标——膜联蛋白A2（ANXA2）；（iii）工程化一个由C502驱动的DNA Walker系统，用于在临床血清和唾液样本中超灵敏检测ANXA2。
总体而言，本研究将基于分泌组的功能筛选概念转化为切实的诊断成果，为无创癌症诊断提供了一条可推广且集成化的路径。
参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee7184