胶质母细胞瘤（GBM）是最致命的脑肿瘤，其分子分型需要高度侵入性的脑活检。来自新加坡国立大学邵慧琳课题组的研究人员开发了一个专用的分析平台，实现了细胞外囊泡（EV）循环RNA的直接和多重分析，用于基于血液EV的GBM表征。这项技术被称为“用于RNA的再生和催化数字检测的酶/ZIF-8复合物（EZ-READ）”，利用RNA响应传感器再生转化和催化增强微量RNA靶标的信号。该EZ-READ平台可以直接在样品裂解物中对不同大小的RNA亚型（miRNA和mRNA）进行可编程和可靠的RNA检测，并能够建立了精确的基于血液EV的GBM诊断和亚型的复合特征。相关内容以“Multiplexed RNA profiling by regenerative catalysis enables blood-based subtyping of brain tumors”为题于7月17日在线发表在Nature子刊、国际综合性学术期刊Nature Communications杂志上。
在肿瘤患者分级和治疗选择中，疾病亚型的识别十分重要。例如，原发性成人胶质母细胞瘤（GBM），作为最常见的恶性脑肿瘤类型，在形态上是相同的。然而，最近的合作研究已经证明了肿瘤中广泛的分子异质性，并强调了其在调节患者间治疗差异中的潜在作用。特别是，根据转录特征的不同，GBM可以分为三种胶质瘤亚型，即前神经元型、经典型和间充质型。这些亚型已被证明与不同的预后和治疗反应有关。最值得注意的是，与没有间充质亚型转换的患者相比，表现出从非间充质亚型（即前神经元型和经典型）到间充质亚型转换的患者生存率较低。鉴于GBM亚型的动态特性及其预后差异，能够表征和监测疾病亚型的微创方法可能为个性化治疗带来临床机会。然而，目前的GBM亚型分型需要侵入性脑活检进行RNA分析。对于连续监测，重复活检的复杂性和致病性使该方法在临床上不可接受。
细胞外囊泡（EVs）最近成为GBM肿瘤的一种有吸引力的循环生物标志物。EVs是由多种细胞分泌，特别是快速分裂的癌细胞积极分泌的纳米级膜囊泡。作为一种很有前途的血液生物标志物，EV很容易穿过血脑屏障，并携带来自亲本细胞的多种核酸（如短链miRNA和长链mRNA）。尽管基于血液的GBM亚型有丰富的RNA组成，但它们的临床转化一直具有挑战性，主要是由于现有技术在测量这些循环RNA靶标的低浓度和多变性方面的局限性。例如，为了检测稀缺的RNA生物标志物，传统的分析（如聚合酶链反应PCR）主要依赖于靶向扩增，其中靶核酸序列需要在检测前大量复制。该方法需要详细的序列设计（例如短链miRNA延伸和扩增）和广泛的样品处理（例如逆转录和基于热循环的序列扩增），因此对可靠的测量和多通道检测提出了挑战，特别是对于不同长度和序列的不同RNA靶点。为了提高检测适应性，已经开发了几种基于杂交的方法，以减少对核酸扩增的依赖。然而，这些检测通常灵敏度有限，并且不容易用于分析罕见的RNA靶点。
因此，研究人员开发了一种专门的分析技术来直接转导RNA靶标并催化增强信号反应，从而能够可靠地定量分析各种循环RNA，用于GBM的表征。该技术被命名为用于RNA的再生和催化数字检测的酶/ZIF-8复合物（enzyme ZIF-8 complexes for regenerative and catalytic digital detection of RNA，EZ-READ），利用RNA响应传感器实现直接激活和催化数字量化。每个传感器包括混合纳米颗粒复合物、包裹在金属有机框架内的蛋白质酶、配置强大的催化活性和强大的保护，即使在复杂的生物环境中也能抵抗潜在的信号抑制。传导模块识别目标RNA并再生激活，在RNA与传导模块杂交后，催化复合物被释放，以靶可回收的方式，导致增强的信号转导。释放的配合物能单催化强的化学荧光反应，当它们在分形分支微流控芯片中单独分割和反应时，它们可以对不同的RNA目标进行数字量化。
利用其再生转导和催化检测，EZ-READ平台消除了对目标扩增的需要。EZ-READ可以实现可编程和可靠的RNA检测，跨越不同大小的RNA亚型（miRNA和mRNA），直接在最低限度处理的样品裂解物中实现检测。该技术建立了灵敏的检测限（<10个RNA拷贝），可在30分钟内完成。
利用EZ-READ平台，研究人员测量了GBM患者和对照组血液样本中的EV miRNA和mRNA靶点。利用这些临床测量结果，研究人员构建了一个多层决策模型，建立了GBM诊断和分型的循环RNA特征。该技术不仅能准确诊断GBM患者，还能有效区分不同的肿瘤亚型。
参考文献：Multiplexed RNA profiling by regenerative catalysis enables blood-based subtyping of brain tumors. Nat Commun. 2023 Jul 17;14(1):4278.
