癌症，目前全球死亡率最高的疾病之一，由各种遗传因素和表观遗传改变引起。在癌症的早期阶段和健康个体中，血浆游离DNA（cfDNA）的浓度非常低，在1.7 ng/mL到30.8 ng/mL之间。为了区分肿瘤来源的循环肿瘤DNA（ctDNA）和健康细胞的野生型DNA，必须对某些基因的DNA序列进行突变分析，提供速度快、灵敏度高的早筛检测手段。

PIK3CA基因，编码磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶的催化亚基p110，负责调节细胞的增殖和分化，多数情况下处于非激活状态。然而该基因极易发生突变，且会异常激活下游的AKT信号通路，相关蛋白过度表达，促使细胞发生癌变，如形成乳腺癌、结直肠癌、脑癌或子宫内膜癌。在乳腺癌中PIK3CA基因的突变比例高达35%，突变位点分别是H1047R、E545K和E542K，皆由单核苷酸变化引起。对PIK3CA点突变的特异性检测对乳腺癌早期筛查，预测抗癌治疗反应，以及癌症监测具有重要意义。

该文章于2022年9月发表在Talanta Open杂志，作者来自维也纳大学物理与化学学院的Peter Lieberzeit教授团队。

突变位点不同的寡核苷酸序列作为捕获探针与红色荧光标记的目的片段进行杂交，其中H1047R构建了9种突变探针（分别是5-10号位，基因序列中心位，3'端以及5'端），E545K设计了1种（5号位突变），E542K（5号位突变）1种以及1组对照寡核苷酸序列。使用ArrayJet微阵列生物芯片点样仪将捕获探针喷点在镀金芯片上，制备成核酸芯片。随后检测样本中突变的目的基因序列，和核酸芯片进行杂交，只有突变位点上两个碱基相互配对才能产生强烈的荧光信号以及电信号。作者采用两种方式进行检测分析，即高通量的核酸芯片实现突变筛选和电化学方式的电信号分析，具体流程见图1。

图1 突变位点检测： I.)核酸微阵列芯片分析A.镀金芯片作为载体，通过共价结合固定捕获探针，英国ArrayJet微阵列生物芯片点样仪在20℃温度和50%-60%湿度下进行野生型、突变型以及对照探针点印，样品浓度50μM，每张玻片包含8个相同的微阵列，每个样本重复点印三次，然后用含有0.01% Tween 20的SSPE溶液和超纯水进行清洗，干燥后保存在-20℃备用 B.使用Cy-3和Cy-5标记的目的探针进行杂交，通过荧光信号强度的差异进行突变序列的位点分析 II.)电化学分析A.检测传感器图片，每个检测器包含12个金属电极，1个参比电极和1个平衡电极 B.自制的检测装置图片，该装置由一个集成的加热系统、一个磁性的传感器支架和连接器组成 C.使用生物素标记的目的探针进行杂交，同时加入辣根过氧化物酶标记的链霉亲和素、四甲基联苯胺TMB以及过氧化氢，TMB在过氧化氢的作用下会产生明显的电化学还原电流信号，通过电流差异分析突变位点情况

采用不同长度的突变体和野生型靶DNA寡核苷酸（24-mer和80-mer），检测时发现完美杂交的归一化荧光强度均高于错配杂交，因此两者都可以区分突变型和野生型目的DNA。然而，80-mer的目的DNA荧光强度低于24-mer，可能由于长片段的目的DNA在5'端产生了空间位阻降低了两者的杂交效率，具体结果见图2。

图2 检测PIK3CA H1047R点突变不同长度的目的DNA寡核苷酸： (A)微阵列分析：荧光强度在波长635纳米（Cy5标记的突变目标DNA）和532纳米（Cy3标记的野生型目标DNA）归一化的信号与最大荧光强度的比值 (B)电化学分析：每个捕获探针与目的片段杂交的还原电流值。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.talo.2022.100150

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