全球癌症发病率不断攀升，国家癌症中心发布了2024年全国癌症报告。文章介绍了癌症的严峻形势，早期癌症的症状以及预防癌症的关键措施是早诊早治。同时，介绍了miRNA作为癌症早筛的隐形信号的作用机制，以及如何通过设计DNA截锥体纳米结构捕捉这些信号，从而达到早期检测癌症的目的。最后强调了预防癌症的重要性。
文章中介绍了miRNA的作用机制，即充当基因开关的角色，控制特定基因的表达。其存在于每个细胞中，并可以稳定地流通于血液中，作为身体中的健康信号源。
文章详细描述了如何通过设计DNA截锥体纳米结构来捕捉miRNA的信号。通过引入纳米概念，解释了该方法的精确性和高效性。
文章最后强调了该策略的优势，即具有生物相容性、检测时间短、结果准确等优点，并呼吁人们重视预防癌症的重要性。
近年来，由于饮食、环境、人口老龄化等因素，全球癌症发病率不断攀升，癌症逐渐成为夺取人们生命的最大“杀手”。近期，国家癌症中心发布 2024 年全国癌症报告，此次报告提供了 2022 年中国新发癌症病例和死亡率的最新统计数据。
调查数据显示，2022 年，中国癌症新发病人数约 482.47 万，新增癌症病例约 257.42 万，
排名前五的新发癌症分别为：肺癌、结直肠癌、甲状腺癌、肝癌、胃癌。
看完这则数据不禁使人毛骨悚然！更可怕的是，一部分早期癌症的前兆是鼻塞、出血性鼻涕、流鼻血、耳鸣、耳痛、不明原因的持续性低烧、异常肿块、溃疡不愈等突出症状。
然而，大多数癌症早期通常没有明显的症状，并且癌症的发展进程大多非常迅速。倘若等到症状出现时再去寻求医疗帮助，癌症可能已经进展到晚期，此时的治疗难度和复杂性会大大增加。
如果我们能在癌症早期阶段及时诊断出来，就可通过手术等方法将其完全治愈。
因此，预防癌症最关键的措施是“早诊早治”。
常见的癌症早筛方法有 X 光片、超声、胃镜、肠镜等。然而，这些方法不仅使被检测者痛苦不堪，还存在灵敏性低、时间长、价格昂贵等缺点。
那么，有什么好的办法能够高效灵敏地检测出人们是否患有癌症呢？
在这里不得不介绍下“miRNA”，又称为 microRNA，是一种非常微小的核酸。2024 年诺贝尔生理学或医学奖颁发给维克托·安布罗斯
（Victor Ambros）
和加里·鲁夫昆
（Gary Ruvkun）
，以表彰他们发现 miRNA 及其在转录后基因调控中的作用。
可能会有很多小伙伴们疑惑什么是 miRNA，它们有什么作用，能干什么？为什么给发现者授予那么高的殊荣？
我们都知道，人类是具有语言、思考、认知能力的高级动物，但是
人与鸭、苍蝇甚至香蕉等的基因数量是差不多的！
许多朋友可能大为震惊，是什么导致了如此大的差异呢？这些绝大部分就是 miRNA 的功劳。
生物体中的每一个基因就像房间中的一盏盏闪光灯，可以打开、关闭灯光，也可以调控灯光强度，
尽管闪光灯的数量一样，但是不同的开灯情况及不同的灯光亮度最终会导致房间明暗不一。物种的差别也类似于此道理，miRNA 扮演着基因开关的角色，控制着特定基因的表达，我们身体里的每个细胞都在各司其职，微小核糖核酸也不例外。
miRNA 存在于每个细胞，并且可以稳定地流通于血液中，它们是身体中的健康信号源，
倘若我们身体受到细菌感染、病毒侵害等损伤，miRNA 的水平便会发生显著改变，以告知危险来临，
特别是在预防癌症疾病方面，只要接收到 miRNA 发出的异常信号，我们就可以在疾病发生前预知风险。
那么，如何准确地获知 miRNA 发出的信号与特定疾病之间的关联呢？
我们就需要研发出一种灵活、高效、精确的检测系统。
我们团队（中国科学院苏州医工所缪鹏课题组）多年来致力于研究与癌症相关的 miRNA 的检测工作，通过对核酸结构的精细研究，巧妙地设计出一种“分子钓钩”，
即“DNA 截锥体纳米结构”，此结构能够灵敏快速捕获癌症的隐形信号——“猎物分子”miRNA。
在这里需要引入“纳米”的概念，如果把一根头发沿着直径切开再分成 10 万份，每一份新发丝的直径就是 1 纳米。因此，DNA 纳米结构是非常小的，能够在生物体内诸多场景下自由流通。
那么，纳米级别的 DNA 截锥体结构是如何组装的呢？
大多数小伙伴们都玩过乐高的搭建游戏，通过将不同形状的积木按照不同的组装方式搭建出不同的几何模型。DNA 截锥体的组装也类似此原理，
我们需要设计出不同的 DNA 分子用以代替各种积木，并按照一定的规则形成截锥体的空间结构。
“分子吊钩”捕捉“隐形信号”的过程图。图片来源：参考文献
[2]
我们首先用四条链
（TPF1,TPF2,TPF3,TPF4）
组装成一个 DNA 三角形，固定在金电极表面，其中 TPF1、TPF2、TPF3 这三条链都带有一个叫作 DBCO 的基团标签。我们还有一条特殊的链
（TPF5）
，它作为捕获“猎物”miRNA 的“诱饵”链，
其特定区域能够与 TPF1、TPF2、TPF3 三条链结合，从而将 DBCO 基团密封在“分子钓钩”截锥体中。
因为 TPF5 对 miRNA 有更强的结合力，miRNA 会优先与 TPF5 结合。因此，当“猎物”miRNA 出现时，TPF5 就像是一个“诱饵”。
当 TPF5 与 miRNA 结合时，原本封闭的截锥体顶部就会打开，恢复为开放的三角形结构。
这时，就会有一种叫作 DSN 的双链特异性的核酸酶，它就像一把剪刀，能够切割已结合的 TPF5 与 miRNA 杂合链，让 miRNA“重获自由”。这样，释放出来的 miRNA 又能再次与另一个截锥体上的 TPF5 结合，从而捕获到更多的 TPF5。
经过多次循环后，几乎所有的截锥体都变为开放的三角形结构。这时，“猎物” miRNA 也捕获了足够多的“诱饵”，
当 TPF5 丧失过多时，那些带有 DBCO 标签的链（TPF1、TPF2、TPF3）就会暴露出来，这时，它们会与另一条一端带有 N3 基团的探针链 P1 结合，
从而在金电极表面形成特殊的发夹结构。
由于探针 P1 链的另一端携带有信号分子二茂铁，通过电化学工作平台，我们可以观察到电流峰值的显著变化。当 miRNA 的浓度增加时，电流曲线的峰值就会越来越高。
这样，我们就可以
通过测量曲线的峰值来间接测定“隐形信号” miRNA 的含量了，从而实现提前预知疾病。
相反，当 miRNA 未出现时，DBCO 基团就被封闭在截锥体中，TPF 链不能与 P1 链结合，电极表面不能形成发夹结构，伏安曲线中就不能观察到明显的峰值。
这种用“分子钓钩”捕捉癌症“隐形信号”的策略，构思先进、设计精巧，且有助于早期检测多种高风险的癌前病变。
作为“分子钓钩”的截锥体是由人体中的核酸链组装而成的，具有高度的生物相容性，有望应用于临床癌症早筛。
检测时只需取少量被检测者血清，等待反应 30 分钟便可获得结果。如果 miRNA 的值超出标准范围，则预示着被检测者可能有患癌症的风险，应及时到医院进一步检查，达到早发现、早治疗、早恢复健康的目的。
生命是未知的，但是我们可以借助科技的力量，尽早发现风险，尽早治疗。与其“谈癌色变”，不如防患于未然，让我们一起行动，为健康加油！
[1]Han, B. F.; Zheng, R. S.; Zeng, H. M.; Wang, S. M.; Sun, K. X.; Chen, R.; Li, L.; Wei, W. Q.; He, J. Cancer Incidence and Mortality in China, 2022. Journal of the National Cancer Center 2024, 4, 47-53.
[2]Wang, T. T.; Zheng, X. Y.; Chai, H.; Miao, P. DNA Nanostructure Disintegration-Assisted SPAAC Ligation for Electrochemical Biosensing. Nano Letters 2024, 24, 12233-12238.
[3]Lee, R. C.; Feinbaum, R. L.; Ambros, V. The C. Elegans Heterochronic Gene Lin-4 Encodes Small RNAs with Antisense Complementarity to Lin-14. Cell 1993, 75, 843-854.
出品丨科普中国
作者丨王婷婷 缪鹏 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
监制丨中国科普博览
责编丨董娜娜
审校丨徐来 林林
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