来源：Toxins (Basel) | 编译：DNA Lab Space
毒素污染检测的准确性与灵敏度，始终是食品安全、环境监测与公共卫生领域的一块硬骨头。传统分析方法成本高昂、现场稳定性欠佳，面对痕量新兴污染物的检测需求更是捉襟见肘。一篇发表于《Toxins》的最新综述系统梳理了以核酸适配体为核心的SELEX技术体系，将九种筛选变体、计算辅助设计与后筛选优化策略整合为一幅完整的毒素检测技术图谱。
研究背景
传统毒素检测高度依赖仪器分析方法，如高效液相色谱、质谱及其联用技术。这些方法灵敏度高、特异性强，但仪器昂贵、操作复杂，难以满足现场快速检测的需求。免疫学方法虽在一定程度上弥补了便携性的短板，但抗体制备周期长、批次差异大，对温度变化敏感，在复杂环境基质中的稳定性同样令人头疼。
核酸适配体在此背景下走入研究者视野。这类由SELEX技术筛选获得的短链DNA或RNA分子，能通过三维结构特异性结合靶标分子，亲和力与特异性可媲美抗体，却具备体外化学合成、易于修饰、热稳定性好等独特优势。然而，传统SELEX流程耗时费力，筛选成功率受多种因素制约，如何针对毒素这类小分子靶标高效获得高性能适配体，一直是领域内的核心难题。
这篇综述的亮点在于，它不止步于罗列已有技术，而是将九种SELEX变体按筛选原理系统分类，梳理各自的适用场景与局限，并引入人工智能辅助序列生成和分子对接等计算手段，以及环化、多价组装、结构转换等后筛选优化策略，勾勒出从"方法驱动"向"需求驱动"转型的适配体开发新范式。
研究方法
综述对适用于毒素检测的九种SELEX变体进行了系统分类，涵盖靶标固定化、文库固定化、非固定化、细胞水平以及高通量平台等多种筛选模式。以下按技术路线逐一展开。
靶标固定化SELEX。 这类方法将毒素靶标通过共价或非共价方式固定在固相载体表面，如磁珠、琼脂糖凝胶或微孔板。固定化后的靶标可反复用于多轮筛选，便于通过洗涤去除未结合序列。磁珠固定化是其中应用最广的形式，磁性纳米颗粒的引入使分离步骤大幅简化——结合了适配体的磁珠可在外加磁场作用下快速沉降，数分钟内完成分离，摆脱了离心或层析等繁琐操作。该技术路线已被成功应用于多种海洋毒素的适配体筛选。
文库固定化SELEX。 与靶标固定化相反，这类方法将随机寡核苷酸文库固定在芯片或磁珠表面，靶标分子游离于溶液中。固定化文库的优势在于，每轮筛选后可通过测序直接解析保留在固相上的序列信息，便于追踪富集过程。微阵列平台可同时进行数百个平行筛选，通量显著高于传统试管操作。
非固定化SELEX。 这类方法完全摒弃固相载体，利用靶标与适配体结合前后在物理化学性质上的差异实现分离。氧化石墨烯（GO）是其中最具代表性的介质。GO对单链DNA具有较强的非特异性吸附能力，但当DNA折叠成特定三维结构并与靶标结合后，其与GO的亲和力显著下降，从而可从溶液中释放。这一机制使筛选过程无需固定化靶标，尤其适用于小分子毒素——这类靶标体积小、表面化学修饰位点有限，固定化往往会影响其天然构象。该技术路线已成功用于T-2毒素、冈田酸（OA）和膝沟藻毒素（GTX）的适配体筛选。
细胞-SELEX。 以活细胞为靶标进行筛选，适用于靶标蛋白在细胞膜上以天然构象存在的场景。对于毒素检测而言，这类方法多用于识别作用于特定细胞受体的毒素，筛选得到的适配体可识别毒素与受体结合的结构域。不过，细胞-SELEX的操作复杂度和非特异性吸附问题较为突出，在毒素检测领域应用相对有限。
高通量SELEX平台。 将微流控、自动化液体处理系统与下一代测序技术相结合，可在单轮筛选中获取海量序列信息，并通过生物信息学分析追踪各序列的富集动力学。这类平台大幅缩短了筛选周期，但设备投入和数据分析门槛较高。
材料创新与多靶标筛选。 综述特别强调了新型纳米材料对SELEX的推动作用。氧化石墨烯作为高效吸附介质支持非固定化筛选，已应用于T-2毒素、OA和GTX等靶标。金纳米颗粒（GNPs）提供比色读出信号，通过消光比变化即可实时目视监测文库富集进程，无需复杂仪器，该平台已成功应用于双酚A（BPA）等靶标。磁性纳米颗粒则加速分离过程，已被整合进MB-SELEX和MRGO-SELEX等多种筛选格式，用于海洋毒素适配体的高效筛选。
多靶标筛选策略挑战了传统的"一个靶标一次SELEX"范式。利用多重GO-SELEX，Nguyen等人曾在一轮筛选中同时获得针对三种农药的十个不同适配体，解离常数（Kd）在10至100 nM之间，其中还包含能同时结合两个或三个靶标的交叉反应序列。这类交叉反应适配体为开发识别结构相似毒素家族成员的广谱适配体提供了可能，对结构相近的毒素家族尤为有价值。
计算方法辅助适配体发现。 综述讨论了基于人工智能的序列生成和分子对接在适配体筛选中的应用。AI序列生成可基于已知适配体数据训练模型，预测具有高结合潜力的新序列；分子对接则通过计算适配体与靶标的三维结构互补性，筛选候选序列并预测结合模式。这些计算工具可在实验筛选前进行虚拟预筛选，缩小候选文库规模，也可用于解析实验筛选所得适配体的结合机制。
后筛选优化策略。 实验筛选获得的适配体往往需要进一步优化才能满足实际检测需求。环化修饰通过连接适配体两端，增强其抗核酸酶降解能力和结构刚性；多价组装将多个适配体单元连接成二聚体或多聚体，提高整体亲和力；结构转换设计则使适配体在结合靶标后发生构象变化，产生可检测的信号，这是多种传感器设计的核心机制。
研究结果
综述的核心成果在于构建了一个完整的毒素检测适配体技术框架，以下按技术层面分述关键发现。
九种SELEX变体的系统分类。 综述将现有SELEX变体归纳为五类平台：靶标固定化、文库固定化、非固定化、细胞水平和高通量平台，涵盖九种具体变体。每种变体均有其适用的靶标类型和检测场景：靶标固定化适用于易修饰的毒素分子；非固定化GO-SELEX适用于小分子毒素；细胞-SELEX适用于作用于细胞受体的毒素；高通量平台则适合需要大规模平行筛选的场景。
纳米材料驱动的分离与信号转导创新。 氧化石墨烯作为非固定化筛选的吸附介质，省去了靶标固定化步骤，已成功用于T-2毒素、OA和GTX的适配体筛选。金纳米颗粒的比色读出功能使文库富集过程可通过消光比变化实时目视监测，无需复杂仪器，已应用于双酚A等靶标。磁性纳米颗粒的引入使分离时间从数小时缩短至数分钟，并被整合进MB-SELEX和MRGO-SELEX等多种筛选格式。
多靶标筛选的效率突破。 传统SELEX一次只能针对一个靶标，而多重GO-SELEX在单轮筛选中同时针对三种农药，获得十个不同适配体，Kd值在10至100 nM之间。更值得注意的是，其中存在交叉反应序列，能同时结合两个或三个靶标。这一结果证实了广谱适配体开发的可行性——对于结构相似的毒素家族，单个适配体即可识别多个成员，大幅拓展了检测覆盖范围。
计算辅助设计的介入节点。 AI序列生成和分子对接并非取代实验筛选，而是在两个关键节点介入：筛选前，通过虚拟筛选缩小候选文库规模，降低实验轮次；筛选后，通过结合模式分析指导适配体的理性优化。这种"计算预筛-实验验证-计算优化"的闭环模式，有望缩短适配体开发周期。
后筛选优化的三种策略。 环化修饰增强适配体的抗降解能力和结构刚性，对实际样品检测环境中的稳定性至关重要；多价组装通过增加结合位点提高整体亲和力，适用于灵敏度要求高的检测场景；结构转换设计将靶标结合事件转化为可检测的构象变化，是多种传感器信号转导的基础。
技术整合趋势。 综述指出现有SELEX技术正从单一方法向集成策略演进——将不同筛选变体、计算工具和优化手段组合使用，以应对复杂毒素检测需求。这种整合的核心逻辑是：筛选阶段追求高效获得候选序列，计算阶段辅助理解结合机制，优化阶段针对应用场景定制适配体性能。
讨论与展望
这篇综述最值得注意的判断是：适配体开发正在经历从"方法导向"到"需求导向"的范式转变。过去，研究者往往从某一种筛选方法出发，看它能否用于某个靶标；现在，人们开始从检测需求倒推——需要什么样的灵敏度、选择性、稳定性，再选择或组合相应的筛选与优化策略。多靶标筛选获得交叉反应适配体的结果，也提示我们重新审视"特异性"这一概念——在某些场景下，恰当地"不特异"反而能扩展检测覆盖面。
当然，该领域仍面临一些现实挑战。计算辅助设计的预测准确性依赖训练数据的质量和数量，而目前公开的适配体-靶标结合数据仍相对有限。多靶标筛选虽提高了效率，但交叉反应序列的靶标谱往往难以精确控制，可能引入额外的选择性风险。此外，从筛选获得的适配体到实际传感器件的转化，中间还隔着固定化方式、信号转导设计、基质效应消除等一系列工程化问题。
原文摘要未详述这些挑战的具体应对方案，但综述明确指出了未来方向：通过集成SELEX策略与AI辅助设计，构建更高效、更智能的适配体开发流程。对于毒素检测而言，这意味着更快地获得针对新型污染物的识别元件，也意味着更可靠地应对复杂环境基质中的痕量检测需求。从方法到需求，这条转型路径值得持续关注。
参考来源
Shang X, Yang C, Deng H, Wang L, Sun M. SELEX-Based Aptamer Technologies for Toxin Analysis: Screening, Optimization, and Computational Assisted Design. Toxins (Basel). PMID: 42506713.
PMID: 42506713