摘要：细胞内的动态反应网络，如代谢通路、信号转导和基因调控，依赖于复杂且精密的分子相互作用，这些网络通过瞬时的、耗散性的化学过程实现功能调控。近年来，合成生物学和系统化学的兴起推动了人工模拟天然动态网络的发展，旨在构建具有自适应、反馈和级联功能的合成系统。核酸分子因
细胞内的动态反应网络，如代谢通路、信号转导和基因调控，依赖于复杂且精密的分子相互作用，这些网络通过瞬时的、耗散性的化学过程实现功能调控。近年来，合成生物学和系统化学的兴起推动了人工模拟天然动态网络的发展，旨在构建具有自适应、反馈和级联功能的合成系统。核酸分子因其可编程性和特异性识别能力，成为构建此类动态网络的理想材料。适配体（aptamer）和DNAzyme等核酸元件能够通过特定配体或环境刺激实现结构的动态重构，为设计智能分子网络提供了丰富工具。然而，现有研究多局限于均相溶液体系，如何在类细胞环境（如原始细胞）中集成并调控这些动态网络，仍是亟待突破的挑战。
近日，中国地质大学黄福建教授、西南大学欧阳煜教授、以色列耶路撒冷希伯来大学Itamar Willner院士等人开发了一种由腺苷（AD）触发的瞬时适体基核酸动态网络，如图1所示，并成功整合到脂质体原始细胞中。通过原始细胞外的小分子AD渗透至原始细胞内并引发多个适体基DNAzyme的有效组装形成动态网络（CDN），并且该网络通过腺苷脱氨酶（ADA）催化转化AD为无结合活性的肌苷，能够实现在原始细胞内动态网络瞬态演化过程。
图1. 由AD触发的四种核酸组分组成的反应模块组装示意图，以产生瞬时运行的AD稳定的组成动态网络CDN
进一步，通过设计光响应笼状DNA发夹，实现光控释放动态网络组分，并利用AD精确调控CDN的时空组装与解离。利用荧光共振能量转移（FRET）和动力学模型验证了AD触发下DNAzyme的瞬态催化活性及CDN的动态演化规律，揭示了AD、ADA浓度对网络耗散速率的调控规律。最终，该体系被拓展至靶向基因治疗领域：通过胆固醇-DNA适配体（AS1411）介导的脂质体-癌细胞融合，将光控释放的ATP响应型DNAzyme递送至乳腺癌细胞（MCF-7）内，如图2所示，利用癌细胞中高浓度ATP激活DNAzyme特异性切割致癌基因EGR-1 mRNA，诱导选择性凋亡（效率达80%），而正常上皮细胞（MCF-10A）未受显著影响。
图2. 负载系链x修饰的脂质体的ATP响应性光激活发夹HEE'与x'-AS 1411功能化的MCF-7癌细胞的融合示意图
该研究通过“小分子/适配体-酶动态驱动—原始细胞集成—精准治疗应用”的创新链条，为合成生物学提供了可编程的细胞模拟平台，同时为癌症治疗开发了高选择性基因编辑工具，兼具基础研究与临床转化价值。
本研究提出的策略具备广泛的基因治疗拓展潜力。例如，可构建由miRNA等生物标志物变构调控的光激活DNAzyme系统，通过识别特定疾病相关miRNA激活酶切功能，实现多样化疾病相关mRNA的精准剪切。此外，基于x/x'互补链与适配体协同的脂质体-细胞靶向融合机制，可进一步扩展应用于CRISPR-Cas系统、动态DNA网络等复杂合成生物工具的定向递送，为多类型基因编辑及智能诊疗系统的开发提供模块化递送平台。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是耶路撒冷希伯来大学博士后欧阳煜（目前入职于西南大学），通讯作者为Itamar Willner院士、黄福建教授。
Adenosine-Triggered Dynamic and Transient Aptamer-Based Networks Integrated in Liposome Protocell Assemblies
Yu Ouyang, Yang Sung Sohn, Xinghua Chen, Rachel Nechushtai, Eli Pikarsky, Fan Xia, Fujian Huang* and Itamar Willner*
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c05090
欧阳煜教授简介
欧阳煜，西南大学化学化工学院教授，国家级青年人才。2020年于南京理工大学取得博士学位，2020年至2011年在以色列耶路撒冷希伯来大学Itamar Willner课题组从事博士后研究工作，2025年3月起就职于西南大学。
研究方向：1.DNA纳米技术与生物传感；2.人工细胞与生物仿生技术；3.核酸功能化纳米催化及其应用。目前共发表SCI论文65篇，其中发表SCI论文19篇，包括Sci. Adv. (1篇)，Nat. Commun. (1篇)，J. Am. Chem. Soc. (5), Adv. Mater. (1篇), Angew. Chem. Int. Ed. (2篇), ACS Nano (1篇) 等国际权威期刊，总引用次数3000余次，h-index 29。
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黄福建教授简介
黄福建，中国地质大学（武汉）材料与化学学院教授，国家级青年人才。黄福建教授主要从事响应性核酸器件相关的生命分析检测，DNA纳米技术及DNA凝聚体相关的研究工作。目前为止在Chem. Rev. (1篇)，Sci. Adv. (1篇), Nat. Commun. (2篇)，J. Am. Chem. Soc. (5篇)，Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)，Nano Lett. (2篇)，ACS. Nano (2篇)等期刊发表SCI论文40余篇。主持国家自然科学基金委青年项目1项，面上项目2项，浙江省自然科学基金1项，以课题骨干参与申请并获批自然科学基金委中-以国际合作项目1项、科技部重点研发计划项目1项，湖北省重点研发项目青年项目1项。2022年获得国家青年人才项目资助。
来源：X一MOL资讯
