Aptamer：开始于生物化学,得宠于化学生物学

说起aptamer,得从1989年的诺贝尔化学奖说起，上世纪80年代初，University of Colorado的Thomas Cech和Yale的Sydney Altman分别发现四膜虫第一类内含子和RNase P的RNA部分具有催化活性，从而证明了RNA不仅仅是DNA到蛋白质的信号员，而且也可以像蛋白质一样催化化学反应，并因此获得了1989年的Nobel化学奖。这就引出了RNA是否参与了生命的起源的问题，那么RNA到底是不是生命的起源呢？几亿年前的事情很难找到直接的证据，但是，有几件事可以支持RNA为生命起源这个假说：一、如果我们能找到完全或者主要依赖RNA进行生命活动的生物；二、如果在现存生物的基因组里找到负责基本生命活动的功能性RNA的\"痕迹\"；三、如果我们能够从随机RNA序列库中筛选到能够完成基本生命活动的RNA序列。两件事比较难，我了解的也不多，这里就不说了。现在主要说说第三个。就拿30个碱基长度的RNA来说，理论上的序列就有十的八次方个，从这么多的随机序列中找出具有特定功能的序列实非易事。人们当然从最简单的事情做起。什么生物学功能最简单呢？--Binding! 如果对于任意给定的粒子（包括离子、生物小分子、寡肽、蛋白质等），如果我们都能找出一个有相当强亲和性和特异性的RNA序列，那我们就向证明\"RNA起源说\"迈出了一步。90年代开始，许多人用不同分子作为 target 筛选了和它们特异性结合的RNA分子，并把这种RNA叫做aptamer。比较著名的是90年science杂志和Nature杂志几乎同时发表的两篇文章（1Tuerk C, Gold L. 1990. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase. Science 249:505–10；

2 Ellington AD, Szostak JW. 1990. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature 346:818–22）它们用T4 DNA polymerase与几种有机染料做靶分别筛选出了aptamer。紧接着，在92年Ellington和Szostak又用相似的方法筛选出了可以和靶分子特异性结合的单链DNA分子，从而证明了单链DNA也可以折叠成特殊的三维结构，并暗示DNA可能也会具有催化活性。到目前为止人们已经筛选出了多种具有催化活性的DNA分子。而这种筛选Aptamer的方法叫做SELEX或in vitro selection。

在DNA和RNA的筛选工作得已发明之后，科学家们看到了其巨大的应用背景，比如说，首先想到的就是aptamer可以做为抗体的替代品，因为aptamer是经过层层筛选，且与配体高度特异结合。因为aptamer就是一段核酸序列，所以比较抗体来优势明显，那就是合成简单，廉价，稳定性好等。aptamer另外一个潜在的用途就是可以作为一种核酸药物来治疗疾病，因为特异性的aptamer可以bind到靶蛋白上而抑制其功能。90年代筛选出了HIV病毒蛋白的aptamer，让科学界兴奋了一阵子，以为爱滋病的治疗有望解决，但最后的治疗效果显然并不理想，一个问题就是HIV病毒的变异速度非常之快，而aptamer是特异性的，对变异后的蛋白并不起作用。

到今天，aptamer的发明已经有了17年了，其研究领域仍然十分红火，只不过红火的不是生物化学家，而是化学生物领域的分析家。尽管2005年的医学年鉴发表了题为APTAMERS: AN EMERGING CLASS OF THERAPEUTICS（.Annu. Rev. Med. 2005. 56:555–83）的文章，阐述了这十几年来aptamer 在医学应用领域的进展，但是起发展仍然困难重重，基因疗法（包括RNA干扰）的前景仍然一片阴影，今年美国的几次因为基

因治疗而导致病人致死的事件更导致了人们重新考虑是否还应该继续支持此类的研究。 相反，化学生物学家们则把aptamer捧的非常红火，因为aptamer应用于检测，诊断领域潜力无穷，于是，各种基于aptamer的分析方法，传感器不断报道出来，各大主流刊物如JACS，ANAL.CHEM，Angew. Chem. Int. Ed,，Nucleic Acids Research，PNAS，NATRUE METHODS，NATRUE BIOTECHENOLOGY，以及ELSVIER期下一些杂志更是不遗余力，接收了大量的关于aptamer在分析领域的论文， 国际排名第一的分析化学杂志Anaytical chemistry几乎每期都有关于aptamer的文章出来。aptamer的发明者之一，大牛人Andrew Ellington在Annual Reviews系列中的新刊分析化学年鉴（2008年7月出版）早早就被邀请拽文，题目为Analytical Applications of Aptamers(Andrew D. Ellington .Annual Review of Analytical Chemistry (2008). Volume 1, Jul 2008). 我在2005年曾经做过关于aptamer的课题，但是由于当时实验室老板的研究兴趣不在于此，且课题遇到一些小麻烦，老板已经没有耐心给出时间和资助，所以就不了了之。去年到今年国内的几个小组研究aptamer非常活跃，最好的属于中科院长春应用化学所，湖南大学生物计量学实验室，华东师范大学，陕西师范大学的电化学实验室以及此前华中科技大学徐顺青教授和军事医学院的一些小组，基本上也都属于分析化学的范围。