近日，国家纳米科学中心李乐乐课题组在炎症相关mRNA成像研究中取得重要进展。相关研究成果以Spatially resolved in vivo imaging of inflammation-associated mRNA via enzymatic fluorescence amplification in a molecular beacon为题，发表在《自然-生物医学工程》（Nat. Biomed. Eng. 2022, DOI: 10.1038/s41551-022-00932-z）上。
炎症与中风、心肌病和癌症等疾病密切相关。炎症过程监测对于疾病早期诊断和干预具有重要意义。然而，常规临床诊断方法只能对单个时间点测量，无法实时、动态检测炎症过程。研究发现RNA在炎症的起始、发展和消退中发挥重要作用，是炎症的关键调节者。因此，利用RNA为标志物对炎症进行原位成像具有非常重要的意义。
近年来，DNA生物技术的发展为放大RNA检测信号提供了有力的工具，被探索用于细胞内RNA高灵敏检测和成像。然而，这些信号放大策略往往缺乏空间分辨率和细胞选择性，易在正常组织中产生非特异性的信号倍增，制约其在体成像应用。李乐乐课题组长期致力于开发时空选择性分子成像方法，例如在前期研究中，通过构建光敏性分子信标并结合上转换发光技术，实现了时空可控的活细胞RNA成像（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7056）。然而，该方法中一个分子信标只能识别一个靶标RNA，导致其检测灵敏度不足。此外，光有限的组织穿透深度制约了其活体应用。
在前期工作的基础上，该团队设计并构建了一种基于酶触发型分子信标的炎症细胞特异性信号放大方法，通过空间选择性的放大炎症相关RNA成像信号，实现了炎症的实时动态成像及早期诊断。该分子信标可精准识别靶标mRNA，并在人脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1的特异性胞质迁移和切割作用下，诱导靶标识别-酶切释放的循环，从而特异性倍增炎症细胞内的应答信号，实现了炎症相关mRNA的高信背比成像。研究团队进一步利用该方法，在活体内实现了对急性炎症和药物引起的急性肝损伤的原位检测和早期诊断。该工作为炎症相关RNA高灵敏成像提供了一种新方法，有望应用于炎症相关疾病的早期诊断及治疗过程的实时评价。
国家纳米科学中心博士生盛传归和赵健副研究员为该文章的共同第一作者，李乐乐研究员为通讯作者，北京理工大学黄渊余教授和国家纳米科学中心赵宇亮院士提供了大力支持。上述研究工作获得国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技B类专项等项目的支持。
图. 酶促信号放大实现炎症相关mRNA在体空间分辨成像
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