《核酸适配体手册》全书围绕功能性寡核苷酸及其应用，系统介绍了核酸适配体的体外筛选原理、技术方法以及近年来在基础医学、临床诊断、药物研究等方面的应用。主要包括各种靶分子的适配体体外筛选技术；用核酸适配体作为药理探针在体内和体外确定靶标、蛋白功能分析、活体成像和适配体在临床治疗研究中的应用等。书中内容均为该领域研究成果，其介绍的内容和方法对于国内适配体研究工作者具有指导意义和良好参考价值。
《核酸适配体手册》以功能性寡核苷酸及其应用为核心，系统介绍了核酸适配体的体外筛选原理、技术方法以及近年来在基础医学、临床诊断、药物研究等方面的应用。本书姊妹篇《生物分析中的适配体》于2011年出版后，受到业内读者的广泛好评。这两本书的出版着重于适配体在生物分析化学中的应用。
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译者：屈锋，北京理工大学，教授，研究方向为生物医学分析检测和生物分离。研究内容涉及：蛋白质与核酸分析及相互作用；核酸适配体筛选；蛋白质组学分析方法；细胞活性分析及毒性物质评价；微生物特性及分析检测。主持和承担科研项目：973《蛋白质分析鉴定新技术与新方法》；科技部"十一五"科技支撑计划《高通量蛋白质分离检测系统的研制与开发》；国家自然科学基金面上项目《基于模式病原菌全细胞核酸适配体的毛细管电泳筛选方法研究》等。
第1篇历史和理论背景
第1章体外筛选功能性寡核苷酸及其生物化学活性的起源
James M.Carothers 和 Jack W.Szostak著；屈锋 译
1.1引言
1.2体外筛选的简短历史
1.3体外筛选产生适配体、核酶、脱氧核酶的启示
1.4合成学方法用于理解功能核酸的自然起源
1.5近期的技术发展和未来的方向
1.6小结
致谢
参考文献
第2章RNA进化的数学模型、计算机模拟和体外筛选的概念
Peter Schuster 著；宋丹丹 译
2.1从早期的实验和理论到中性网络的概念
2.1.1试管中的进化
2.1.2分子进化的动力学理论
2.1.3序列空间和形状空间
2.2RNA结构、热力学和动力学折叠
2.2.1最小自由能的二级结构
2.2.2逆折叠
2.2.3次优构象与动力学折叠
2.2.4共折叠和DNA参数
2.3中性网络和计算机模拟分子进化
2.3.1序列空间中的中性网络
2.3.2计算机模拟RNA进化
2.3.3计算机模拟进化的经验教训
2.4设计的和天然的RNA开关
2.5RNA设计未来存在的问题展望
致谢
参考文献
第3章适配体进化中的适应性曲面，错误阈值和辅助因子
.dám Kun，Marie.Christine Maurel，Mauro Santos and E.rs Szathmáry 著；
宋丹丹 译
3.1引言
3.2从实例中推导的函数曲面
3.2.1适应性曲面
3.2.2核酶参与的损伤筛选实验
3.2.3适应性曲面的构建
3.2.4案例研究：脉孢菌VS核酶的适应性曲面
3.3从函数曲面推断的错误阈值：脉孢菌VS核酶的"真实"错误阈值
3.4寻找催化的伴侣：辅助因子和适配体
3.4.1联合.核酶(辅助因子辅助的核酶)
3.4.2适配体酶
3.5辅酶的运用：通过翻译和遗传密码，从RNA世界到蛋白质世界
3.6展望
致谢
参考文献
第2篇靶标结合的寡核苷酸的体外筛选
第4章小分子的适配体
Heiko Fickert，Iris G.Fransson和Ulrich Hahn 著；赵新颖 译
4.1引言
4.2核苷酸、核苷和碱基的适配体
4.3辅助因子的适配体
4.4氨基酸的适配体
4.5糖的适配体
4.6天然产物的适配体
4.7有机或荧光染料的适配体
4.8嵌合的适配体筛选方法
4.9小结
致谢
参考文献
第5章抗生素的适配体
Christina Lorenz和Renée Schroeder 著；赵新颖 译
5.1引言
5.2与RNA结合的抗生素
5.3四环素的适配体
5.4链霉素的适配体
5.5氨基糖苷的适配体
5.6氯霉素的适配体
5.7肽类抗生素紫霉素的适配体
5.7.1肽类抗生素紫霉素作为初始的前导分子
5.8从抗生素结合的适配体中我们学到了什么？
致谢
参考文献
第6章蛋白质的适配体
Shahid M.Nimjee，Christopher P.Rusconi and Bruce A.Sullenger 著；吕雪飞 译
6.1前言
6.2蛋白质抑制剂适配体的性质
6.3细胞因子/生长因子
6.3.1血管内皮生长因子(VEGF)
6.3.2人干扰素γ
6.3.3血管生成素.
6.3.4碱性成纤维细胞生长因子
6.3.5血小板衍生生长因子
6.4核酸结合蛋白
6.4.1HIV.1 Tat
6.4.2HIV.1 Rev
6.4.3HIV反转录酶
6.4.4转录因子 E2F
6.4.5核因子 Kappa B
6.5丝氨酸蛋白酶
6.5.1丙型肝炎病毒.NS3(HSV.NS3)
6.5.2人嗜中性粒细胞弹性蛋白酶
6.5.3凝血酶
6.5.4Ⅶa因子
6.5.5Ⅸa因子
6.6抗体/免疫球蛋白
6.6.1抗胰岛素受体的抗体MA
6.6.2乙酰胆碱受体的单克隆抗体(MAb)
6.6.3免疫球蛋白E
6.6.4细胞毒性T细胞抗原
6.7细胞表面受体/细胞黏附分子
6.7.1P.选择素
6.7.2L.选择素
6.7.3前列腺特异性膜抗原
6.7.4克氏锥虫
6.8补体蛋白——人补体C
6.9细胞外膜蛋白——肌腱蛋白C
6.10脂蛋白——人非胰腺分泌的磷脂酶A
6.11阮病毒蛋白——阮病毒蛋白PrPSc
6.12多肽类
6.12.1Ghrein/胃促生长素
6.12.2神经肽降钙素基因相关肽
6.12.3促性腺激素释放激素
6.12.4神经肽痛敏肽/孤啡肽FQ
6.13小结
参考文献
第7章核酸结构的适配体
Jean.Jacques Toulmé，Fabien Darfeuille，Carmelo Di Primo 和 Eric Dausse 著；
吕雪飞 译
7.1引言
7.2双链核酸的适配体
7.3环.环间的相互作用
7.3.1RNA.RNA "亲吻"复合物
7.3.2DNA.RNA"亲吻"复合物
7.3.3双RNA.RNA"亲吻"环作用
7.3.4顶环.内环相互作用
7.4化学修饰的适配体识别RNA靶标
7.5基于核酸靶标的适配体的生物学特性
7.6小结
致谢
参考文献
第8章核糖开关：天然的代谢物结合RNA调控基因表达
Adam Roth，Rüdiger Welz，Ronald R.Breaker 著；张小莉 译
8.1引言
8.2核糖开关的基因调控
8.3核糖开关的适配体结合域
8.4特异性识别鸟嘌呤和腺嘌呤的天然适配体
8.5适配体结构的高分辨分析
8.6甘氨酸核糖开关
参考文献
第3篇具有催化活性的短链寡核苷酸的体外筛选
第9章具有催化活性的RNA分子：有机化学中的工具
Barbara.Sylvia Weigand，Andreas Zerressen，J.rg C. Schlatterer，Mark Helm
和 Andres J.schke 著；高培峰 译
9.1引言
9.2具有催化活性的生物大分子
9.3核酶的从头构建
9.4核酶的催化谱
9.5小结
参考文献
第10章脱氧核酶：具有催化活性的DNA分子
Kenny Schlosser，Simon A.McManus，Yingfu Li 著；屈锋，高培峰 译
10.1DNA催化能力的最初证明
10.1.1剪切RNA的DNA核酶
10.1.2连接DNA的脱氧核酶
10.1.3催化卟啉金属化的DNA
10.2两种剪切RNA的脱氧核酶的故事
10.2.110.23和8.17的体外筛选及二级结构
10.2.210.23用于基因治疗
10.2.310.23的其他用途
10.2.48.17的功用
10.2.5体外筛选实验中8.17的重现
10.3其他的脱氧核酶
10.3.1其他剪切RNA的脱氧核酶
10.3.2催化RNA连接的脱氧核酶
10.3.3催化DNA剪切的DNA核酶
10.3.4修饰DNA的DNA核酶
10.3.5催化磷酸二酯键形成的DNA酶
10.3.6催化胸腺嘧啶二聚体修复的脱氧核酶
10.3.7具有外来功能的DNA酶
10.4展望
参考文献
第4篇应用和展望
第11章核酸适配体作为药理探针的体内外靶标确认
P.Shannon Pendergrast 和 David M.Epstein著；李玉娟 译
11.1引言
11.2核酸适配体作为药理探针用于靶标确认
11.3基因或mRNA敲除对靶标确认的限制
11.4核酸适配体用于靶标确认
11.4.1适配体用于细胞内靶标的体外确认
11.4.2适配体用于细胞内外靶标的体内确认
11.5小结
参考文献
第12章用于蛋白功能分析和药物发现的内配体
Michael Famulok 和 Günter Mayer著；屈锋 译
12.1引言
12.2内配体：细胞内的适配体
12.3适配体作为抑制剂筛选的探针
12.4小结
致谢
参考文献
第13章适配体酶：别构核酶和脱氧核酶作为生物传感器
Scott M.Knudsen 和 Andrew D.Ellington 著；屈锋 译
13.1引言
13.1.1寡核苷酸依赖的适配体酶
13.1.2非核酸效应子的激活
13.2通过合理设计和体外筛选的方法创建适配体酶
13.2.1合理设计适配体酶
13.2.2体外适配体酶筛选
13.3效应子激活
13.4适配体酶结构和功能的多样性
13.5生物学和生物技术应用中的适配体酶
13.5.1作为生物传感器的适配体酶
13.5.2适配体酶作为分子的逻辑门
13.5.3适配体酶阵列
13.5.4适配体酶的体内应用
致谢
参考文献
第14章适配体转化为小分子先导化合物
Andreas Jenne 著；李玉娟 译
14.1引言
14.2合理的药物设计
14.3生化筛选
14.4小结
致谢
参考文献
第15章适配体作为配体在亲和色谱和毛细管电泳中的应用
Eric Peyrin 著；赵新颖 译
15.1引言
15.2亲和液相色谱(和电色谱)中的配体
15.2.1亲和色谱的一般原理
15.2.2蛋白质的分离/纯化
15.2.3小分子的分离
15.2.4特定靶标的手性分离
15.3亲和毛细管电泳中适配体作为配体
15.3.1亲和毛细管电泳的一般原理
15.3.2亲和毛细管电泳用于靶蛋白的定量分析
15.4小结
参考文献
第16章用于体内成像的适配体
Sandra Borkowski 和 Ludger M.Dinkelborg 著；屈锋，乐胜锋 译
16.1体内成像：模式和要求
16.1.1成像模式
16.1.2成像的要求
16.2体内成像用适配体
16.2.1体内应用的寡核苷酸性质
16.2.2不同类型的靶向试剂比较
16.2.3用于成像的适配体靶
16.3适配体的标记
16.3.1SPECT所用的同位素
16.3.2PET所用的同位素
16.4SPECT和PET成像中的寡核苷酸
16.4.1非靶向适配体
16.4.2反义寡核苷酸
16.4.3靶向适配体
16.5展望
参考文献
第17章治疗用适配体的性质
Sharon T.Cload，Thomas G.McCauley，Anthony D.Keefe，Judith M.Healy和
Charles Wilson著；李玉娟 译
17.1引言
17.2适配体靶标
17.2.1细胞表面的靶标
17.2.2细胞内的靶标
17.2.3细胞外靶标
17.3适配体结合的特点
17.3.1适配体的亲和性
17.3.2适配体的特异性
17.3.3适配体结合动力学
17.3.4结合与功能
17.4适配体的化学修饰
17.4.1 2′－修饰
17.4.2 3′－端加帽
17.4.3 5′－端加帽
17.4.4磷酸盐取代
17.4.5碱基修饰
17.4.6聚乙二醇
17.4.7脂质标签
17.4.8肽标签
17.5适配体的给药途径
17.5.1非肠道
17.5.2与生物制剂比较
17.6替代适配体制剂的机遇
17.6.1储库给药
17.6.2局部给药
17.6.3口服给药
17.6.4肺部给药
17.6.5眼部给药
17.7适配体的药物动力学和生物分布
17.7.1关键的药物动力学和生物分布的参数
17.7.2控制适配体药物动力学和代谢稳定性的因素
17.7.3适配体的生物分布
17.7.4适配体定量的生物分析方法
17.7.5适配体的药物动力学和生物分布性质的总结
17.8适配体的毒性曲线
17.9适配体的免疫原性
17.10适配体的生产
17.10.1对适配体合成成本的贡献
17.10.2生产设施
17.10.3化学合成与生物合成的优势
17.11研发中的治疗用适配体实例
17.11.1抗凝血酶适配体ARC1
17.11.2抗补体C5的适配体ARC1
17.11.3L.选择素的适配体
17.11.4PDGF.BB 的适配体 ARC1
17.12治疗用适配体的前景
参考文献
第18章镜像异构体的治疗应用——进化筛选技术中手性原理的运用
Dirk Eulberg，Florian Jarosch，Stefan Vonhoff和Sven Klussmann 著；吕雪飞 译
18.1进化筛选技术
18.2手性
18.2.1自然中手性的发现和阐释
18.2.2镜像蛋白
18.2.3镜像核酸
18.3镜像进化技术：筛选.反射
18.3.1D.型肽适配体
18.3.2功能性的镜像寡核苷酸：Spiegelmers
18.4小结
致谢
参考文献
第19章临床应用：抗VEGF适配体
Tony Realini，Eugene W.M.Ng和Anthony P.Adamis著；屈锋，陈尔凝 译
19.1引言
19.2VEGF选为靶标的理由
19.3VEGF与人类疾病
19.3.1癌症
19.3.2年龄相关的黄斑变性
19.3.3糖尿病性视网膜病变
19.4VEGF治疗的两难境地
19.4.1VEGF与人体生理
19.4.2克服两难困境
19.5VEGF抑制剂
19.6进入Macugen
19.6.1临床前研究
19.6.2Macugen的临床试验
19.7展望
参考文献
后记我的个人观点：15年后的适配体
Larry Gold著;屈锋译
开篇
及时个专利
NeXagen和NeXstar的创立
诊断成像
适配体治疗药物
SomaLogic公司基于适配体的诊断试剂
天然的适配体存在吗？
总结——药物开发的SELEX一课
致谢
参考文献
16.1.2 成像的要求
与小分子、肽和抗体片段一样，适配体是分子成像中有前景的工具。研究中，适配体已成功用于核酸和蛋白质分子靶标。与具有对靶标的高特异性和亲和性一样，合适的化学稳定性，快速的药代动力学，无免疫原性和毒副作用也是适配体作为有效的成像试剂的先决条件。正如已经在"escort"适配体概念中所描述的那样，为了尽早获得高信噪比，快速的组织渗透和对靶标的高亲和结合是排在首位的要求(Hicke 等，2000)。
与干预治疗相比，成像中不需在疾病过程中直接干涉，如活化或抑制酶或其他信号通路。 疾病器官或组织中的放射标记靶试剂的积累，能仅通过结合以及通过肾或肝胆排泄去除未结合的部分后发生。总之，快速的组织渗透和靶向累积结合快速排泄是SPECT和PET应用的材料， 主要使用半衰期短的同位素，如SPECT中的99mTc(t1/2=6 h)和PET中的18F(t1/2=2 h)。因此，在常规的核医学诊断中，需要尽早时间点的高信噪比。这方面的重要参数是指肿瘤与血液之比高，肿瘤与正常组织之比高， 出现的尿液排泄比肝胆清除快(表16.2，癌症放射诊断中体内靶标示踪剂的性能)。 相对于治疗应用，诊断成像中，靶位处的高浓度的放射标性记的适配体不如高信噪比更重要，因为当健康器官和组织中的示踪剂消除快速发生时，低浓度的示踪剂甚至可通过疾病器官自身吸收而获得高信噪比。
16.2 体内成像用适配体
16.2.1体内应用的寡核苷酸性质
利用SELEX过程已经产生了一些受人关注的靶标的适配体，它们具备很有前途的体外特性。然而，目前只有少量的成功用于体内成像实验的适配体的报道。因为通常不可能根据寡核苷酸和其它靶标试剂的体外数据进行体内情况的推断，所以在放射标记后研究寡核苷酸的生物分布和成像特点是表征它们体内行为的有益方法，这也与利用寡核苷酸作为药物开发的工具以及开发寡核苷酸药物本身有关。
两个关键的性质-在生物体液中的稳定性和系统性的清除-决定了适配体的生物利用度。开发这类化合物作为药物的主要障碍仍然是它们对于血浆中核酸内切酶和核酸外切酶的不稳定。适配体在血液中的快速降解阻止了它与靶的结合，导致成像中的信噪比不足。在这方面，RNA适配体被证明比DNA适配体更稳定。寡核苷酸骨架(如磷酸二酯， 硫代磷酸，甲基二酯)的后SELEX修饰，或在核糖位置上引入2`-氨基， 氟或甲氧基团能够显著提升寡核苷酸的稳定性。必需确定在适配体序列中的合适的位置进行这些后SELEX修饰，因为它们能显著影响结合的亲和性或适配体的体内性质(Schmidt 等，2004)。硫代磷酸寡核苷酸表现出对血浆蛋白的高结合性和持续的被肝脏和肾脏吸收(Tavitian等，1998)， 并且发现它们的代谢物排泄进入尿液。相反，2`-甲氧基RNA或2`-氟嘧啶适配体的主要排泄完全通过肾脏。核苷酸的取代或其它修饰，如通过聚乙二醇化增加分子大小也严重影响体系的清除速率。此外，选择放射性同位素(见表16.3)以及它的螯合物对放射性标记寡核苷酸的生物分布有重要的影响(Zhang等 2000和Kühnast等， 2000)。
一般用来阻止血浆中3`-核酸外切酶降解的3`-帽子(Dougan等，1997)可使适配体在血液中的稳定性显著增加。其它欲获得更高的体内稳定性的策略产生了合成的镜像异构体，锁核酸(LNAs)和肽核酸(PNAs)。由于具有更高的稳定性和可快速在体内清除，PNA是成像中最受关注的。此外，它们能被设计成具有跨细胞膜的性质(Mier等，2000)，这开启了它们用于细胞内靶标成像的可能性(参见Tung的综述，2000)。
尽管前面提到的一种或多种策略得到的适配体的稳定性是它们在体内应用的前提，但是不得不考虑到高的稳定性可能也导致高的背景活性，因而却导致成像中的低信噪比。例如，适配体TTA1的LNA衍生物在经99mTC标记后已经用于体内的肿瘤靶标研究(Schmidt等，2004)。尽管更高的血浆稳定性导致小鼠内肿瘤的吸收增加，但观察到的组织的背景增加和肾及肝胆排泄的减慢现象则导致更低的信噪比(表16.4)。 此外，TTA1的2`-甲氧基和LNA骨架修饰使鼠类的生物分布向更高的尿液清除和肾脏吸收移动，而未修饰的TTA1则表现出更高的肠道吸收和更快的粪便排泄。总之，适配体的两种关键性质的平衡——稳定性，允许充分的靶标定向和体内清除，以及在不含靶标的器官和组织中的低背景活性——针对每种适配体必须进行优化。 快速的肾脏清除可以在用药后很快引起非常高的信噪比，只要能够实现特异性的分子在靶标处的滞留。
在动物中已经观察到适配体有非特异性的吸附血清蛋白或细胞的倾向， 在系统给药后，适配体保留在非靶组织如排泄器官。适配体骨架的高负电荷似乎是这个现象的原因，因为它增加了成像过程中背景的活性。
适配体到它们的靶标的有效传输是它们在体内应用的另一个主要障碍， 已经进行了一些提升灌注穿透内皮细胞层和提升细胞的吸收和内化的尝试。如阳离子脂质，多胺或合成载体已经用于克服大多数寡核苷酸的高度电荷化的骨架，这可以阻止它们与细胞内的靶标结合。然而，适配体在成像中有关载体的成功应用还没有报道。
16.2.2 不同类型的靶向试剂比较
适配体的分子量大约为10-15 kDa，介于肽和抗体片段之间。与抗体和抗体片段(scFv，Fab)相比，适配体的一些特色在成像中是优势：
与抗体相比，由于适配体分子尺寸更小，它能更快的扩散进入组织和器官，产生更快的靶向定位(和成像)。
适配体的分子量更小，导致在体内循环时间更短，体内的清除更快，成像时背景噪音低。
快速的体内清除减小了病人的辐射剂量(全身的剂量)
适配体不会引起免疫反应
由于全部是合成的，适配体产品价格便宜
肽是比适配体更小的适配体，已经用于定位细胞表面的蛋白如G-蛋白偶联受体。 与小分子一样， 它们代表了一种有用的工具，特别是在PET成像领域。由于多数PET同位素的半衰期短，所以成像应用时需要有快速的药代动力学。由于适配体库的高通量筛选通过SELEX过程是可行的，以及适配体的高亲和性和特异性和它们的自动合成，针对体内成像，适配体结合了抗体和肽的优势(Hicke和Stephens, 2000)。根据它们的分子量， 适配体似乎仍然是足够小的分子，用于PET成像很有吸引力。尽管寡核苷酸似乎是合理药物设计的非常好的工具，但它们的系统性治疗药物的使用还很少有转换到体内的应用。 产生这种情况的原因是它们固有的脆弱性、较低的生物利用度和非特异性作用的倾向(Younes 等， 2002)。 与系统性的治疗药物使用的限制相反，在成像中寡核苷酸总体的适用性已经被证明，今后越来越多的特别是成像中放射标记的适配体的使用是可以预见的。
……
