基于核酸适体L4的转移性结直肠癌的靶向成像

doi:10.7503/cjcu20260080

摘要/Abstract

摘要：

研究了核酸适体L4的靶向结合特性，并探讨了其作为分子探针对临床结直肠癌患者组织的靶向成像能力，旨在为转移性结直肠癌的靶向诊断提供潜在的分子工具. 采用流式细胞术分析了核酸适体L4的结合特异性、亲和性、温度稳定性和细胞选择性；通过酶处理实验探讨了核酸适体L4结合靶向分子的性质；基于生物素-链霉亲和素的结合原理，将核酸适体L4与量子点(Quantum dots， QDs)偶联形成了L4-QD探针，对临床结直肠癌患者组织进行了靶向成像，并分析了组织靶向性及与患者病理特征的相关性. 结果表明，核酸适体L4可高特异性和高亲和力地结合靶细胞HCT116，解离常数(K_d)值为(10.4±1.7) nmol/L，且具有良好的温度稳定性. 临床组织成像结果显示， L4-QD探针能够对结直肠癌组织实现靶向成像，且荧光强度与患者美国癌症联合委员会(American joint committee on cancer， AJCC)临床分期和生存预后不良呈显著正相关. 核酸适体L4对转移性结直肠癌细胞具有高特异性和高亲和力，与量子点偶联可实现结直肠癌组织的靶向成像，有望成为评估结直肠癌进展程度的潜在分子探针及转移性结直肠癌靶向诊断的新型工具.

关键词: 转移性结直肠癌, 核酸适体, 靶向成像, 量子点

Abstract:

To investigate the targeting and binding characteristics of aptamer L4 and evaluate its potential as a molecular probe for targeted imaging of colorectal cancer tissues in clinical samples， this study aimed to provide a novel tool for targeted diagnosis of metastatic colorectal cancer. Flow cytometry was employed to assess the binding specificity， affinity， thermal stability and cellular selectivity of aptamer L4. Enzymatic digestion assays were performed to determine the biochemical nature of the target molecule recognized by aptamer L4. Based on the biotin- streptavidin interaction， aptamer L4 was conjugated with quantum dots（QDs） to construct L4-QD probes， which were subsequently applied for targeted imaging of colorectal cancer tissues from clinical patients. The targeting specificity of the probes and their correlations with clinicopathological features were further analyzed. Aptamer L4 exhibited strong and specific binding to HCT116 cells， with a dissociation constant（K_d， nmol/L） of （10.4±1.7） nmol/L， and demonstrated favorable thermal stability. Aptamer L4 preferentially bound to tumor cells with metastatic potential， indicating that its target is likely a membrane-associated protein. Imaging of clinical specimens showed that L4-QD probes enabled specific visualization of colorectal cancer tissues， and the fluorescence intensity was significantly positively correlated with American joint committee on cancer（AJCC） stage and poor patient prognosis. In conclusion， aptamer L4 displays high specificity and affinity for metastatic colorectal cancer cells. Its conjugation with quantum dots allows effective targeted imaging of colorectal cancer tissues， highlighting its potential as a molecular probe for evaluating disease progression and as a novel tool for the targeted diagnosis of metastatic colorectal cancer.

Key words: Metastatic colorectal cancer, Aptamer, Targeted imaging, Quantum dots

中图分类号:

O652.7

TrendMD:

李欣岩, 孙诗涵, 苗滋伟, 耿文倩, 蒋彬, 孙志英, 李婉明. 基于核酸适体L4的转移性结直肠癌的靶向成像. 高等学校化学学报, 2026, 47(8): 20260080.

LI Xinyan, SUN Shihan, MIAO Ziwei, GENG Wenqian, JIANG Bin, SUN Zhiying, LI Wanming. Targeted Imaging of Metastatic Colorectal Cancer Based on Aptamer L4. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20260080.

图/表 11

Fig.1 Analysis of binding specificity of aptamer L4 to the target HCT116 cells（A） Secondary structure of aptamer L4；（B， C） flow cytometry analysis of aptamer L4 binding to HCT116（B） and CL187（C） cells；（D）quantitative analysis of mean fluorescence intensity， ****P<0.0001， n=3；（E） fluorescence microscopy images of aptamer L4 binding to the target HCT116 or non-target CL187 cells.

Fig.2 Affinity analysis of aptamer L4 binding to HCT116 cells（A， B） Flow cytometry histograms showing the binding of different concentrations（0—512 nmol/L） of aptamer Library（A） or aptamer L4（B） to HCT116 cells；（C） saturation binding curve of aptamer L4 to HCT116 cells with increasing concentrations of aptamer L4， and calculated Kd value， data are presented as mean±SD（n=3 independent experiments）.

Fig.3 Flow cytometry analysis of aptamer L4 binding to HCT116 cells before and after trypsin/proteinase K treatmentHistograms of trypsin（A） and proteinase K（B） treated cells with 2， 5 and 10 min；（C） quantitative analysis of mean fluorescence intensity（MFI） showing the relative binding of aptamer L4 after enzyme treatments； data are presented as mean±SD， **P<0.01， ***P<0.001， ****P<0.0001， n=3.

Fig.4 Flow cytometry analysis of aptamer L4 binding to HCT116 cells at different temperatures（A） Histograms；（B） quantitative analysis of mean fluorescence intensity， nsP>0.05， n=3.

Fig.5 Flow cytometry analysis of aptamer L4 binding to various normal(A—D) and tumor(E—R) cell lines（A） COS-7；（B） GES-1；（C） CHO；（D） HEK293；（E） CHT116；（F） SW620；（G） SW480；（H） HT29；（I） COLO 205；（J） HCT-8；（K） CloneA；（L） MCF-7；（M） BGC-823；（N） SMMC7721；（O） A549.

Fig.6 Targeted imaging of HCT116 cells by L4⁃QD probe（A） Schematic diagram of L4-QD probe；（B） fluorescence images of HCT116 cells attained by L4-QD probe.

Fig.7 Imaging analysis of colorectal cancer tissues and adjacent normal tissues by L4⁃QD probe（A） Fluorescence imaging of L4-QD；（B） comparison of L4-QD positivity rates.

Fig.8 Representative immunofluorescence images of L4⁃QD probe staining in colorectal cancer tissues（A） Negative；（B） weak-moderate positive；（C） strong positive.

Table 1 Correlation analysis of clinical and pathological characteristics of 90 patients with colorectal cancer and fluorescence intensity of L4-QD probe*

Feature		L4⁃QD fluorescence intensity， n（%）			Spearman’s correlation
		Negative	Weak⁃moderate	Strong	r	P⁃value
		34（37.8%）	34（37.8%）	22（24.4%）
Age	≤70	22（39.29）	19（33.93）	15（26.78）	-0.02248	0.8353
	>70	10（31.25）	15（46.88）	7 （21.87）
Gender	Male	26（44.8）	21（36.2）	11（19）	0.2170	0.0400
	Female	8（25）	13（40.6）	11（34.4）
Tumor size	≤5 cm	21（38.2）	19（34.5）	15（27.3）	-0.03909	0.7145
	>5 cm	13（37.1）	15（42.9）	7（20）
AJCC clinical stage	I	7（77.8）	1（11.1）	1（11.1）	0.5675	＜0.0001
	II	23（61.5）	13（30.8）	3（7.7）
	III	4（10.5）	20（52.6）	14（36.9）
	IV	0（0）	0（0）	4（100）

Fig.9 Representative immunofluorescence images of L4⁃QD probe staining in non⁃metastatic and metastatic colorectal cancer tissues at different magnifications

Fig.10 Overall survival curves of colorectal cancer patients with high(a) and low(b) aptamer L4 fluorescence intensities

参考文献 34

[1]	Cooray P. D.， Cooper N. J.， Med. Oncol.， 2025， 42（4）， 95
[2]	Kiri S.， Ryba T.， Mol. Cancer， 2024， 23（1）， 154
[3]	Ciracì P.， Studiale V.， Taravella A.， Antoniotti C.， Cremolini C.， Nat. Rev. Clin. Oncol.， 2025， 22（1）， 28—45
[4]	André T.， Shiu K. K.， Kim T. W.， Jensen B. V.， Jensen L. H.， Punt C. J. A.， Smith D.， Garcia⁃Carbonero R.， Alcaide⁃Garcia J.， Gibbs P.， de la Fouchardiere C.， Rivera F.， Elez E.， Le D. T.， Yoshino T.， Zuo Y.， Fogelman D.， Adelberg D.， Diaz L. A.， Ann. Oncol.， 2025， 36（3）， 277—284
[5]	Strickler J. H.， Bekaii⁃Saab T.， Cercek A.， Heinemann V.， Nakamura Y.， Raghav K.， Siena S.， Tabernero J.， van Cutsem E.， Yoshino T.， Ramos J.， Guan X. S.， Andre T.， Future Oncol.， 2025， 21（3）， 303—311
[6]	Yaqub S.， Longva A.， Angelsen J. H.， Brudvik K. W.， Carling U.， Edwin B.， Fretland Å. A.， Grünhagen D. J.， Line P. D.， Røsok B. I.， Smedman T. M.， Sparrelid E.， Syversveen T.， Villanger O.， Lassen K.， Scand. J. Surg.， 2025， 114（2）， 126—134
[7]	Zhai F. H.， Yun B. F.， Ming J.， Yu T. Y.， Li B. H.， Liu X.， Wang X. S.， Chen Z. H.， Song C. F.， Zhao M. Y.， Li W. L.， Liu Z. B.， Liang A. B.， Li J. Y.， Zhang F.， Adv. Mater.， 2025， 37（18）， 2501378
[8]	Tonini V.， Zanni M.， World J. Gastroenterol.， 2024， 30（3）， 211—224
[9]	Zygulska A. L.， Pierzchalski P.， Int. J. Mol. Sci.， 2022， 23（2）， 852
[10]	Sur D. K. C.， Brown P. C.， Am. Fam. Physician， 2025， 112（3）， 278—283
[11]	Dong Q.， Li Z. Q.， Peng T. H.， Chen Z.， Tan W. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（12）， 2648—2657
	董倩，李兆倩，彭天欢，陈卓，谭蔚泓. 高等学校化学学报， 2020， 41（12）， 2648—2657
[12]	Jin Z.， Li Y.， Yi H.， Wang M. H.， Wang C. F.， Du S. K.， Zeng W. J.， Zong Z.， Int. J. Oncol.， 2025， 66（3）， 22
[13]	Zhang Y.， Wang Y.， Zhang B. Q.， Li P. F.， Zhao Y.， Biomed. Pharmacother.， 2023， 163， 114786
[14]	Wu Z. W.， Li Y.， Zhang Y. B.， Hu H.， Wu T. W.， Liu S. Y.， Chen W. Q.， Xie S. G.， Lu Z. X.， Technol. Cancer Res. Treat.， 2020， 19， 1533033820980426
[15]	Liu S. C.， Zhang H.， World J. Gastroenterol.， 2024， 30（33）， 3818—3822
[16]	Li W. M.， Fang J.， Chem. J. Chinese Universities， 2016， 37（7）， 1262—1268
	李婉明，方瑾. 高等学校化学学报， 2016， 37（7）， 1262—1268
[17]	Tang J. L.， Shi H.， He X. X.， Wang K. M.， Li D.， Yan L. A.， Lei Y. L.， Liu J. B.， Chem. J. Chinese Universities， 2014， 35（10）， 2093—2100
	汤进录，石慧，何晓晓，王柯敏，李朵，颜律安，雷艳丽，刘剑波. 高等学校化学学报， 2014， 35（10）， 2093—2100
[18]	Lin N. Q.， Wu L.， Xu X.， Wu Q. Y.， Wang Y. Z.， Shen H. C.， Song Y. L.， Wang H. Y.， Zhu Z.， Kang D. Z.， Yang C. Y.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13（8）， 9306—9315
[19]	Loskutova A.， Seitkali A.， Aliyev D.， Bukasov R.， Int. J. Mol. Sci.， 2025， 26（14）， 6674
[20]	Liang H. X.， Wang M.， Zhang Y. C.， Bai L.， Li X. M.， Yu F. B.， Cheng Z. Y.， Zhao L. L.， Chem. J. Chinese Universities， 2025， 46（1）， 20240154
	梁惠闲，王淼，张雨璨，白丽，李雪妹，于法标，程子译，赵琳璐. 高等学校化学学报， 2025， 46（1）， 20240154
[21]	Bao Z. H.， Lu L. X.， Wang J. Y.， Zhu H. T.， Dang X. L.， Chen Y. C.， Yin X. Z.， Song Y. H.， Wen X. J.， J. Fluoresc.， 2025， 36， 785—816
[22]	Stephens C.， Goodey N. M.， Gubler U.， Anal. Biochem.， 2025， 703， 115890
[23]	Feng L. J.， Sun Y.， Jia W. S.， Yu Y.， Liu C.， Yang J.， Luan Y. X.， Chen J.， Wang F. C.， Biomolecules， 2025， 15（6）， 818
[24]	Chen C.， Zhou S.， Cai Y. Q.， Tang F. Q.， NPJ Precis. Oncol.， 2017， 1， 37
[25]	Li W. M.， Bing T.， Wang Q.， Li Y. X.， Sun S. H.， Li X. Y.， Ma Y. N.， Wang R.， Ba W.， Li X. Y.， Shangguan D. H.， Fang J.， Bioorg. Chem.， 2025， 165， 108989
[26]	Zhu G. Z.， Chen X. Y.， Adv. Drug Deliv. Rev.， 2018， 134， 65—78
[27]	Ji C. L.， Wei J. Y.， Zhang L.， Hou X. R.， Tan J.， Yuan Q.， Tan W. H.， Chem. Rev.， 2023， 123（22）， 12471—12506
[28]	Ochoa S.， Milam V. T.， ACS Synth. Biol.， 2025， 14（8）， 3049—3064
[29]	Ishizu K.， Sunose N.， Yamazaki K.， Tsuruo T.， Sadahiro S.， Makuuchi H.， Yamori T.， Biol. Pharm. Bull.， 2007， 30（9）， 1779—1783
[30]	Yang Z.， Wu D. J.， Chen Y. S.， Min Z. J.， Quan Y. J.， Cancer Biol. Ther.， 2019， 20（9）， 1195—1205
[31]	Vincent Z.， Urakami K.， Maruyama K.， Yamaguchi K.， Kusuhara M.， Genes Cancer， 2014， 5（7⁃8）， 250—60
[32]	Ji D. Y.， Feng H. X.， Liew S. W.， Kwok C. K.， Trends Biotechnol.， 2023， 41（11）， 1360—1384
[33]	Kordasht H. K.， Hasanzadeh M.， Talanta， 2020， 220， 121436
[34]	Chen S. Y.， Cui J. L.， Chen H. Y.， Yu B.， Long S. H.， Eur. J. Med. Chem.， 2023， 262， 115911