东北大学理学院徐章润教授团队《自然·通讯》：癌症诊断新方法

4月10日，东北大学理学院徐章润教授团队在国际权威学术期刊《自然—通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了题为“FRET imaging of glycoRNA on small extracellular vesicles enabling sensitive cancer diagnostics”的研究论文。徐章润教授团队提出一种双识别Förster共振能量转移技术（drFRET），首次实现生物体液中新型癌症标志物——小细胞外囊泡上糖基化RNA（glycoRNA）的灵敏检测，为癌症早筛与精准分型提供了新工具！东北大学为该论文的第一作者单位，东北大学理学院化学系博士研究生任廷举为该论文的第一作者，徐章润教授为该文的唯一通讯作者。

2021年，斯坦福大学Carolyn R. Bertozzi教授（2022年诺贝尔化学奖得主）团队在《Cell》发表突破性成果，揭示了细胞表面存在一类新型生物分子——糖基化RNA（glycoRNA），首次证实RNA不仅能被糖基化修饰，还可锚定于细胞膜表面参与生物识别。GlycoRNAs是一类兼具 RNA 序列信息与聚糖修饰的新型膜锚定分子，由含有唾液酸的聚糖修饰的小RNA组成，具有潜在的重要生理功能。这类由 RNA 与 N-糖链共价连接形成的生物分子，通过聚糖末端的 N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac）等结构，参与细胞黏附、信号传递等关键生理过程。然而，由于缺乏高效且特异性的成像技术，人们对glycoRNA的认知仍十分有限。

为了解决这一问题，徐章润教授研究团队开发了一种基于双识别Förster共振能量转移的glycoRNA原位成像方法。这种方法首次直接原位观测小细胞外囊泡（sEVs）上的glycoRNA，并具有极高的灵敏度和特异性。研究团队首先通过代谢标记与点击化学等技术，证实了 sEVs 表面存在 Neu5Ac 修饰的 glycoRNAs，并验证了不同糖基化修饰的 glycoRNAs 在 sEVs 中的存在。drFRET 技术的核心在于构建“聚糖-核酸”双识别探针系统，通过分子间近场能量转移实现 glycoRNAs 的原位可视化。drFRET技术通过两种功能化DNA探针协同作用：糖链识别探针，设计偶联Cy3供体荧光染料的DNA 适配体，利用其空间折叠特性精准识别 glycoRNAs 末端的Neu5Ac；RNA 原位杂交探针，针对目标 glycoRNA 序列设计互补寡核苷酸链，标记受体荧光染料 Cy5，通过碱基配对实现 RNA 组分的特异性锚定。当两类探针在 sEVs 表面形成空间近场（1–10 nm）时，激发态的 Cy3 通过偶极-偶极耦合向 Cy5 传递能量，产生非辐射能量转移信号。通过敏化发射校正技术消除光谱串扰，确保信号仅来源于聚糖与 RNA 的共价结合位点，有效规避了传统单探针检测的非特异性干扰。

图  drFRET方法原位成像小细胞外囊泡表面的glycoRNAs

研究团队利用drFRET技术分析了来自7种癌症细胞系及100例临床样本的sEVs glycoRNAs。通过对血清来源的 sEVs 表面 5 种glycoRNAs的信号进行无监督层次聚类分析，癌症与非癌症样本形成完全分离的聚类簇，其诊断灵敏度与特异性均达 100%（95% CI）。进一步通过主坐标分析构建癌症精准分型模型，6 种癌症类型的总体分类准确率达 89%（95% CI）。研究表明，肿瘤sEVs表面glycoRNA的异常表达与癌症进展高度相关，这为癌症液体活检提供了全新分子靶标。研究还揭示了 glycoRNAs 可能通过糖-蛋白相互作用介导 sEVs 与靶细胞的黏附及内吞过程，并最终可能在肿瘤细胞向远端器官递送信息、构建转移前微环境中发挥关键作用。

本研究工作得到了国家自然科学基金资助。参与该工作的还有中国医科大学第一附属医院/国家医学检验临床医学研究中心张潆之博士、东北大学理学院化学系王月副教授和杨春光副教授等。王建华教授、于永亮教授等对该工作提供了大力支持与帮助。

原文链接：