外泌体是一类由细胞分泌的纳米级(30 - 150nm)胞外囊泡，通常会自身携带亲本细胞蛋白质、脂质、核酸等物质。肿瘤来源的外泌体与肿瘤发生、发展、转移和增殖等病理密切相关，在肿瘤液体活检方面具有巨大潜力。由于外泌体的分子组成因亲本细胞的类型、稳态和条件不同而不同，所以精确定性、定量这些高度异质性的生物分子有助于外泌体分型及探究肿瘤的发生发展等分子机制。相对于外泌体内部生物分子，外泌体表面蛋白作为靶向分子用于激活式荧光成像更容易实现，且无需破坏外泌体完整性，有助于获取更为全面的肿瘤生物学信息。目前，基于表面蛋白的外泌体分析已经取得很大进展，但由于缺乏高效的反应速率和可控的激活策略，难以精确区分肿瘤来源的外泌体上低丰度蛋白表达的细微差异性，从而影响了基于外泌体成像的肿瘤液体活检技术的可靠性。
杂交链式反应(HCR)是由具有适当序列的启动分子通过识别并连接暴露的终端序列，从而介导两个亚稳态探针自发组装形成一条长DNA双链。这种无酶信号放大方法现已广泛用于生物膜表面蛋白的原位荧光成像。然而，由于生物膜和DNA探针都携带大量负电荷，因此生物膜与探针间强静电排斥限制了膜表面HCR动力学和效率。此外，典型的HCR体系常以“始终活跃”的方式响应目标，其中燃料探针一旦遇到与靶标相关的启动子探针时，就会从“关闭”状态切换到“打开”状态。由于缺乏有效的时空控制策略，典型的HCR体系检测准确度相对不高。因此，开发具有高反应效率和高时空分辨率的HCR体系，对于高效和准确的外泌体成像是非常有必要的。
近日，广西师范大学赵书林教授课题组提出利用生物膜的流动性来提高膜表面锚定的能量探针相互间碰撞的概率，结合光控激活策略，构建了一种新型光激活的膜定向HCR(MOHCR)体系，用于乳腺癌来源的外泌体的高效准确荧光成像，研究成果以“Fluidic Membrane Accelerating the Kinetics of Photoactivatable Hybridization Chain Reaction for Accurate Imaging of Tumor-Derived Exosomes”为题发表在Anal Chem上(doi: 10.1021/acs.analchem.2c04392)(图1)。
作为概念验证实验，该研究选择外泌体表面上皮细胞粘附分子(EpCAM)作为模型靶点。结果表明，相较于传统的生物膜表面HCR体系，该文提出的MOHCR体系反应速率提高了11.6倍（图2）。最后，该MOHCR可实现正常人与乳腺癌患者外泌体的准确区分，并初步验证外泌体在肿瘤液体活检应用中的可能性。
图1 用于高效和准确分析乳腺癌来源的外泌体的光激活的膜定向杂交链式反应示意图
图2 比较膜表面HCR与MOHCR动力学
参考文献：
Fluidic Membrane Accelerating the Kinetics of Photoactivatable Hybridization Chain Reaction for Accurate Imaging of Tumor-Derived Exosomes, Anal Chem. 2022 Dec 7. doi: 10.1021/acs.analchem.2c04392.
外泌体资讯网 Anal Chem | 广西师范大学赵书林教授课题组: 流体膜加速光激活杂交链反应动力过程用于肿瘤源性外泌体的精确成像
