近日，分子医学研究院王鹏飞团队联合仁济医院检验科李敏团队在《Advanced Science》（IF：14.1）期刊发表题为“Allosteric DNAzyme-Enabled Sensitive and Multiplex Detection of Biomarkers for Rapid Diagnosis of Urinary Tract Infections”的最新研究成果。该研究开发了一种名为SMART（Sensitive and Multiplex detection of ATP and miRNAs for UTI diagnosis）的新型单分子DNAzyme生物传感体系，实现了尿液中小分子与核酸标志物的高灵敏、多重、一锅检测，为尿路感染（UTI）的快速精准诊断提供了全新技术方案。

尿路感染（UTI）是临床最常见的感染性疾病之一，目前临床UTI诊断金标准为尿培养法，但存在检测周期长（24–48小时）、灵敏度有限、对苛养/厌氧菌检出率低等问题，难以及时指导临床用药。近年来，ATP、microRNA等宿主反应分子逐渐被认为是潜在的诊断标志物。然而，现有方法难以实现ATP与miRNA等不同类型标志物的一锅同步检测，通常需多平台、多步骤处理且依赖精密仪器，难以满足快速临床检测需求；同时，传统DNAzyme体系受多组分设计限制，存在背景泄漏和催化效率低等问题，检测灵敏度难以满足超痕量标志物分析。

针对上述问题，研究团队创新性构建了一种单分子变构DNAzyme传感体系SMART。该体系将“靶标识别模块”和“DNAzyme催化模块”集成于一条单链DNA中，通过结构设计引入自锁定（self-locked）机制：在无靶标时体系处于关闭状态；当ATP或miRNA等目标分子结合后，引发分子构象重排，激活DNAzyme催化活性，实现对荧光底物的高效切割，从而产生可检测信号。该设计将传统多组分DNAzyme体系升级为单分子可编程系统，有效避免了组分比例失衡、背景泄漏等问题，大幅提升检测效能。

在性能方面，SMART体系展现出显著优势：对ATP检测灵敏度达到皮摩尔（pM）水平，对miRNA检测灵敏度达到飞摩尔（fM）水平；同时可在单一反应体系中实现4种标志物的并行检测，且无需核酸提取或扩增步骤，整体检测时间约2.5小时。进一步地，研究团队将SMART应用于164例临床尿液样本分析，并结合机器学习模型建立诊断体系，实现了95.5%的诊断准确率，显著优于传统检测方法的时效性和综合性能。

该研究的核心创新在于提出了“单分子变构DNAzyme”新范式，突破了传统DNAzyme体系依赖多组分组装的限制，为多标志物一体化检测提供了通用平台。该策略不仅适用于尿路感染诊断，还具有向肿瘤、代谢疾病等多种疾病标志物检测拓展的潜力，在分子诊断和即时检测（POCT）领域具有广阔应用前景。

本研究共同第一作者为分子医学研究院博士生沈彦哲、史辰致与仁济医院检验科副主任技师马硝惟，分子医学研究院研究员王鹏飞、副研究员杨栋磊与仁济医院检验科主任李敏为共同通讯作者。该技术由分子医学研究院与检验科联合开发，本研究得到了国家重点研发计划、国自然面上项目以及上海市地方高水平大学创新团队等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.75417