研究背景

环状RNA（circRNA）是一类具有闭合环状结构的非编码RNA，因其高稳定性、组织特异性表达及在癌症中的关键调控作用（如作为miRNA海绵、调控基因转录）而备受关注。例如，circSATB2在非小细胞肺癌（NSCLC）中显著高表达，且与肿瘤生长、迁移和侵袭密切相关，是潜在的肺癌诊断标志物。现有circRNA检测技术（如Northern blot、RNA测序、qRT-PCR）普遍存在操作复杂、耗时长（数小时至数天）、灵敏度低（纳摩尔级）或设备依赖性强等问题，难以满足临床快速、精准诊断的需求。例如，基于杂交链式反应的荧光传感器需3小时完成检测，而电化学传感器甚至需要长达35小时的制备流程。

研究原理

研究团队设计了一种回文序列自组装的DNA纳米球（DS）（图1A）。该结构仅需单链DNA（含4段回文序列）通过简单退火即可形成，无需复杂序列设计或外源性探针。DNA纳米球不仅具有高密度和抗降解性，还能作为支架锚定功能化发夹探针（HP），形成DS-HP复合物（DSH）。

circSATB2触发的级联信号放大主要包括：

1. 靶标识别：circSATB2通过反向剪接位点（BSJ）与HP杂交，暴露HP中原被封闭的回文序列（图1B）。 

2. 交联与延伸：相邻DSH的回文序列通过分子间杂交形成自锁结构，随后在Klenow Fragment（KF）聚合酶作用下启动延伸反应，释放circSATB2并循环触发下一轮反应，最终形成网状交联的DNA纳米聚集体（图1D）。 

3. 信号输出：HP上标记的Cy5荧光基团与淬灭剂BHQ2分离，荧光恢复，信号强度与circSATB2浓度正相关。 

图1：DNA纳米球的自组装及circSATB2检测原理

研究亮点 

1. 极速检测：30分钟完成，灵敏度达飞摩尔级

- 检测时间：传统方法需3小时以上，而该技术仅需30分钟（图2B）。 

- 灵敏度：检测限低至77.56 fM，较qRT-PCR（皮摩尔级）提升千倍（图3A-B）。

图2：DSH纳米探针的动力学行为与抗降解能力

图3 检测性能

- 单细胞灵敏度：可检测单个肺癌细胞中的circSATB2（图4C）。 

图4 细胞中的检测应用

2. 精准区分肺癌分期与亚型 

- 临床样本验证：成功区分健康人群与肺癌患者（AUC=1），并精准识别I/II/III期及IA1/IA2/IA3亚型（图5D-E）。 

- 肿瘤大小相关性：circSATB2表达水平与肿瘤直径正相关（IA1<1 cm < IA2<2 cm < IA3<3 cm < IB<5 cm）（图5G-H）。 

3. 卓越的抗降解能力与稳定性 

- 抗血清降解：DSH纳米结构在5%胎牛血清（FBS）中稳定12小时，而游离探针3小时即降解（图2C-D）。 

- 长期储存：DNA纳米聚集体在4°C下保存24小时信号无衰减（RSD=2.51%）。 

效果及展望 

该研究具有极大的临床应用潜力，比如高灵敏度与快速检测特性适用于肺癌高危人群的早期筛查；也可以对疗效进行检查监测，比如通过circSATB2水平动态评估化疗或靶向治疗响应（图4E-F）；也可辅助病理学实现肺癌的精准分型，指导个性化治疗方案。后续研究可以考虑多标志物联检，通过设计不同HP探针，可同步检测多种circRNA或mRNA；也可探索与其他癌症的适配使用，调整靶标序列后，有望应用于乳腺癌、结直肠癌等circRNA相关癌症的检测。

图5：临床样本中circSATB2的检测与肺癌分期

这项研究通过巧妙的DNA纳米工程，突破了传统circRNA检测的技术瓶颈，为肺癌的精准诊断提供了高效、可靠的工具。未来，随着临床验证的推进和技术优化，该平台有望成为癌症分子诊断领域的“规则改变者”，推动液体活检和精准医疗的进一步发展。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117564