DNA酶:筛选、生物传感及展望

佟宗轩，胡沁沁，顾宏周

（复旦大学附属中山医院心血管疾病研究所,复旦大学生物医学研究院,上海200032）

DNA酶又称为脱氧核酶（Deoxyribozymes，DNAzymes），通常由一定长度（几十个碱基）和特定序列的单链DNA通过折叠成某些二维和三维空间结构而获得催化功能.第一个DNA酶出现在1994年，Breaker等［1］利用指数富集的配体进化技术（SELEX），在试管内首次获得了可以在特定位点切割核糖核酸（RNA）的脱氧核糖核酸（DNA）序列［图1（A）］，这项工作揭开了DNA酶的面纱.此后的系列研究发现，DNA酶可以像RNA酶（Ribozyme）和蛋白酶一样高效催化DNA/RNA连接、DNA磷酸化、DNA腺苷化、DNA脱嘌呤化及狄尔斯-阿尔德反应等生化反应［2～6］.从化学的角度来看，DNA只比RNA少了1个2′-OH，其它化学官能团几乎完全相同，因此DNA像RNA一样具备多种催化功能.与RNA酶和蛋白酶相比，DNA酶具备一些天然的优势：因其构成为DNA，故稳定性极佳，且易于化学合成修饰、易于操作和储存且制备成本低. 这些优势推动了其在生物传感［7，8］、基因治疗［9～11］和生物成像［12，13］等领域的发展与应用.尽管已有数十种DNA酶在试管内进化分离出来，但迄今尚无很强的证据显示DNA酶在自然界中也存在.

除了一类可催化RNA连接反应［14］和一类可催化RNA切割反应［15］的DNA酶的工作机理在原子精度上得到了阐释之外，目前绝大多数DNA酶的工作机理尚未知，但DNA酶的催化方式有一定的共性.通常，DNA酶由非保守序列区和保守序列区两部分组成，前者的主要功能是通过碱基互补配对识别并作用于底物，在这个过程中后者与底物之间的距离拉近并可……