来源：Toxins (Basel) | 编译：DNA Lab Space
毒素污染检测的准确性与灵敏度，始终是食品安全与环境监测领域悬而未决的难题。传统分析方法成本高、现场稳定性差，对痕量新兴污染物的灵敏度也常常力不从心。核酸适配体凭借其独特的分子识别能力，正在成为毒素检测领域的焦点工具。2025年发表于《Toxins》的一篇综述，系统梳理了基于SELEX技术的毒素适配体筛选全流程——从九种SELEX变体的分类，到计算辅助设计，再到后筛选优化策略，勾勒出该领域从"方法驱动"向"需求驱动"转型的清晰脉络。
研究背景
毒素污染对食品安全、环境完整性和公共健康构成持续威胁。黄曲霉毒素、海洋生物毒素、农药残留等痕量污染物，即便浓度极低，也可能通过食物链富集并引发严重后果。传统检测手段如高效液相色谱、质谱联用等技术，虽然精度可观，却存在仪器昂贵、操作复杂、难以现场部署等先天不足。免疫学方法虽便捷，但抗体生产周期长、批次差异大、对温度敏感，在复杂环境基质中的表现同样受限。
适配体——这条由SELEX技术筛选出的单链DNA或RNA——因其可化学合成、热稳定性好、修饰灵活等特性，被视为抗体的理想补充。SELEX全称"指数富集的配体系统进化"，通过多轮结合-分离-扩增循环，从随机文库中富集对靶标具有高亲和力的核酸序列。然而，毒素分子多为小分子，缺乏可供固定的官能团，给传统SELEX筛选带来独特挑战。这篇综述正是聚焦于此，系统梳理了针对毒素检测的SELEX技术变体、计算辅助设计工具及后筛选优化策略。
研究方法
该综述对SELEX技术体系的梳理，建立在系统分类的框架之上。作者将适用于毒素检测的SELEX变体划分为五大类、九种具体形式：靶标固定化平台、文库固定化平台、非固定化平台、细胞水平平台以及高通量平台。每一类平台的核心差异，在于靶标与文库的物理接触方式及分离机制的不同。
靶标固定化SELEX是最经典的筛选模式。毒素分子通过共价偶联或亲和吸附固定到固相载体上，如磁珠、琼脂糖凝胶或微孔板。磁珠-based SELEX（MB-SELEX）利用磁分离的便捷性，显著缩短了筛选周期。对于缺乏活性官能团的小分子毒素，通常需要先合成毒素-载体偶联物，再固定到磁珠表面。这种策略的局限在于，偶联过程可能遮蔽毒素的关键表位，导致筛选出的适配体在实际检测中识别游离毒素的能力下降。
文库固定化SELEX则反其道而行之。将随机核酸文库固定在芯片或磁珠表面，让游离毒素与文库杂交。这种模式规避了毒素固定化的难题，尤其适用于难以化学修饰的小分子毒素。但文库固定化可能影响核酸的空间构象，进而改变其与靶标的结合模式。
非固定化SELEX是近年来的研究热点。氧化石墨烯（GO）作为高效吸附介质，可实现对未结合核酸的吸附分离，从而实现免固定化筛选。该综述明确指出，GO-SELEX已成功应用于T-2毒素、冈田酸（OA）和膝沟藻毒素（GTX）的适配体筛选。金纳米颗粒（GNPs）则提供比色读出信号，通过消光比变化实时监测文库富集程度，无需复杂仪器即可目视判断筛选进程——这一平台已被用于双酚A（BPA）的适配体筛选。磁性纳米颗粒同样被整合进多种SELEX平台，包括MB-SELEX和MRGO-SELEX，用于海洋毒素的高效适配体筛选。
多靶标SELEX打破了传统"一个靶标一次SELEX"的范式。在一次筛选实验中同时分离针对多个靶标的适配体，极大提升了筛选效率。该综述引用了一项代表性工作：Nguyen等人利用多重GO-SELEX技术，一次获得了十条针对三种农药的适配体，解离常数（Kd）在10–100 nM范围内，其中还包括能同时结合两种或三种靶标的交叉反应序列。这种交叉反应性，恰恰为开发识别结构相似毒素家族的广谱适配体提供了契机。
计算辅助设计是该综述着重强调的前沿方向。基于计算的序列生成方法，可通过训练现有适配体数据库，生成具有潜在结合能力的新型核酸序列。分子对接技术则能在原子水平模拟适配体与毒素分子的结合模式，预测关键结合位点，从而为序列优化提供理性指导。该综述明确指出，计算辅助设计并非要取代实验筛选，而是与之形成互补——先用计算工具缩小候选序列范围，再用实验验证候选序列的实际结合性能。
后筛选优化策略是适配体走向实际应用的关键一环。环化（cyclization）通过连接核酸链两端，提高适配体的抗核酸酶降解能力及热稳定性；多价组装（multivalent assembly）将多个适配体单元串联，提升整体结合亲和力；结构转换设计（structure-switching design）则利用靶标结合诱导构象变化，为传感信号转导提供机制基础。该综述将上述策略统称为"实验性后筛选优化"，强调其在提升适配体实际性能中的不可替代性。
原文摘要未详述各SELEX变体的具体操作参数，如缓冲液组成、筛选轮数、温度及孵育时间等。上述方法学描述基于综述的分类框架与代表性案例，具体数值以原文引用为准。
研究结果
该综述的核心成果，在于构建了一个从筛选到优化再到传感器集成的完整技术图谱。
在SELEX变体分类层面，九种变体的系统化归类，为研究者提供了清晰的技术选择路线图。靶标固定化平台适合含活性官能团的毒素，文库固定化平台适合难修饰的小分子，非固定化平台则兼顾了筛选效率与靶标天然构象的保留。细胞-based SELEX虽在毒素检测中应用相对有限，但在复杂生物基质中识别毒素作用靶点方面具有独特价值。高通量平台则通过微流控或自动化技术，实现了多条件平行筛选。
在计算辅助设计层面，该综述强调了计算序列生成与分子对接的协同效应。计算模型可从已知适配体序列中学习结合规律，生成全新的候选序列；分子对接则能预测这些候选序列与靶标毒素的结合构象与亲和力排序。这种"生成-筛选-验证"的计算流程，有望将适配体发现周期从数月缩短至数周。但该综述同时指出，计算预测的准确性高度依赖训练数据的质量与数量，毒素适配体的公开数据库仍相对有限，这构成了当前计算辅助设计的主要瓶颈。
在实验优化层面，多靶标SELEX的代表性数据——Nguyen等人获得的十条适配体，Kd值10–100 nM，涵盖三种农药靶标——证明了多靶标筛选策略的可行性。交叉反应序列的存在，提示了开发广谱识别元件的可能性。对于结构相似的毒素家族，如海洋生物毒素类，广谱适配体可实现对多种毒素的同时检测，大幅降低检测成本与复杂度。
该综述还重点讨论了从"方法导向"向"需求导向"的范式转型。传统SELEX研究多从技术可行性出发，先选择一种筛选方法，再看能筛到什么适配体。需求导向的开发逻辑则相反——先明确实际检测场景的需求，如灵敏度要求、现场部署条件、检测通量等，再倒推选择最合适的SELEX策略与优化路线。这一转型的核心驱动力，正是集成式SELEX策略与计算辅助设计的成熟。当多种筛选平台与计算工具可供灵活组合时，研究者便能根据应用需求定制适配体开发流程，而非受限于单一技术路径。
该综述将适配体传感器的集成视为最终落点。从筛选出的适配体到可实际使用的传感器，中间还需完成固定化策略选择、信号转导设计、样品前处理优化等一系列步骤。GO的荧光猝灭特性、GNPs的比色读出、磁珠的富集分离功能，均可与适配体识别能力相结合，构建多种信号输出模式的生物传感器。原文摘要未提供各传感器构型的定量检测性能数据，如检出限、线性范围等具体数值。
讨论与展望
适配体技术在毒素检测领域的应用，正站在从实验室走向现场的关键节点。SELEX技术的多样化发展，使研究者拥有了丰富的筛选工具；计算辅助设计的介入，则有望突破传统筛选的效率瓶颈。但该综述揭示的挑战同样不容回避：多靶标SELEX虽能获得交叉反应适配体，但如何精确调控其交叉反应谱，使其恰好覆盖目标毒素家族而非过度宽泛，仍缺乏成熟的理性设计规则。计算辅助设计的预测精度，也受限于现有适配体数据库的规模与多样性。
该综述的贡献在于，它没有停留在技术罗列层面，而是提出了一个整合性视角——将SELEX变体选择、计算设计、实验优化与传感器集成视为一个连续的整体。这种框架性思考，对于该领域从"能筛出适配体"走向"按需设计适配体"的转型，具有直接的参考价值。未来，随着更多高质量适配体数据的积累，以及计算模型与实验验证的迭代融合，需求导向的适配体开发有望成为毒素检测领域的标准范式。
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). 2025. PMID: 42506713.
PMID: 42506713