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我是核酸，也是酶——DNAzyme核酶简介
1982年，美国科学家T.Cech在研究中发现了核酶（ribozyme），自身剪接内
含子的RNA具有催化功能[1]。这揭示了酶不仅有蛋白一种组成形式，也有可能是核
酸。无独有偶，GeraldJoyce在1994年发现了脱氧核酶（DNAzyme），可以催化
单个核糖核苷酸磷酸酯的Pb2+依赖性切割[2]。迄今为止已经发现了数十种
DNAzyme。
DNAzyme一般是通过SELEX体外筛选技术获得。下面以RNA切割活性的
DNAzyme为例，简单介绍体外筛选的过程。如图1所示，用于筛选的DNA文库包
含一段60个随机碱基的部分（图中绿色部分），两侧是能与PCR产物结合的序列（黑
色部分），PCR产物结合序列的上游包含RNA位点，作为DNAzyme的底物。在文
库DNA的5’端修饰有生物素，与链酶亲和素结合从而固定在固相表面。金属离子存
在时，小部分文库DNA序列可以折叠形成带有酶活性的结构，切割RNA位点，这
部分文库得以从固相表面释放下来。切割下来的产物通过两轮PCR进行富集，第一
轮PCR扩增全长序列，第二类PCR通过引物再次引入RNA位点和生物素标签。通
过5~10轮的重复直到文库达到饱和。接下来对文库测序以鉴定出那些活性最高的序
列[3]。
图1：RNA切割活性的DNAzyme体外筛选获得的方法
核酶的种类
根据催化功能的不同，可以将DNAzyme分为5大类：RNA切割活性的
DNAzyme、DNA切割活性的DNAzyme，具有连接酶功能的DNAzyme，过氧化物
酶活力的DNAzyme，修饰胸腺嘧啶二聚体的DNAzyme[4]。下面分别介绍这五类
DNAzyme。
1.RNA切割活性的DNAzyme
这类DNAzyme是发现最早，也是研究的最深入的一类DNAzyme。比较早被研
究的是8-17和10-23两种DNAzyme，它是在1997年由SELEX（指数富集的配基
系统进化技术）发现的，命名来源于体外筛选的过程，8-17是筛选过程的第8轮的
第17个克隆获得，而10-23是筛选过程的第10轮的第23个克隆获得[5]。
图2：8-17和10-23两种DNAzyme的结构
如图2所示，为8-17和10-23两种DNAzyme的结构。其中反义链为DNAzyme
链，正义链为DNAzyme的底物链，两者通过碱基互补配对形成部分双链的结构。
DNAzyme在未配对的位置形成一个环状结构，是其进行催化反应的中心。DNAzyme
催化箭头所示位置核苷酸之间的磷酸二酯键发生断裂，形成3’端带有2’，3’-环磷酸
结构和5’端带有羟基的两条核苷酸链[3]（图3）。
图3：RNA切割活性的DNAzyme的切除产物
2.DNA切割酶活性的DNAzyme
脱氧核酶不仅仅对RNA有活性，在一定的条件下也可以完成DNA的切割。在
铜（II）离子和抗坏血酸钠（SA，Sodiumascorbate）存在的条件下，Cu-DNAzyme
可以对图4箭头所示位置的G碱基位置的磷酸二酯键发生断裂，而二价的铜（II）离
子也被还原成一价的铜（I）离子。如果体系中存在组氨酸，则铜
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