核酸適配體技術在畜產品獸殘檢測中的應用

謝希楊，孫萬成，羅毅皓

（青海大學農牧學院，青海西寧810016）

畜產品，如肉類、牛奶和雞蛋等，是日常飲食的重要組成部分，由于它們是非常好的磷和蛋白質的來源，所以它們在世界范圍內的消費量正在迅速增加。同時，我國每年都有大量畜禽牲畜死于寄生蟲病或因病導致生長發育受阻，嚴重影響了相關畜產品的質量。在養殖牲畜時使用激素類、抗生素類和驅蟲抗蟲類獸藥，已成為難以避免的環節。正確合理地使用獸藥可以促進牲畜健康成長，提高畜產品整體質量。與此同時，對畜產品中的獸殘進行檢測是至關重要的。核酸適配體有“化學抗體”一稱，是由指數富集的配基系統進化技術（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）篩選出的一段寡核苷酸片段，可以識別并與靶分子特異性結合，作為一種分子識別元件，與傳統抗體相比具有靶分子廣、特異性高、親和性高、靈敏度高的特點，在檢測方面有廣闊的前景。該文圍繞畜產品，在獸殘傳統檢測方法的基礎上，綜述核酸適配體在各類獸殘檢測中的應用，以期為獸藥殘留快速檢測技術的深入研究提供理論參考。

1 獸藥概述

1.1 畜產品中獸藥殘留的污染

畜產品是農產品中至關重要的組成部分，通常指動物產品或其二次加工產品，本文主要圍繞可食用畜產品展開概述。獸藥是指用于預防、治療、診斷動物疾病或者有目的地調節動物生理機能的物質。牲畜接觸藥物的途徑有經皮膚、經消化道、經靜脈注射3種，藥物進入機體后會因蓄積作用而殘留在體內，對畜產品造成污染。污染程度受接觸劑量、接觸方式、給藥時間、個體差異等因素的影響。因毒性大、療效不確定、質量不穩定、不夠環保等原因，已有大量獸藥被禁用。同時，飼料在生產、加工、貯運過程中也有可能受到重金屬、除草劑、霉菌毒素的污染，這些物質進入機體后同樣會因蓄積作用而殘留在體內，進而污染畜產品。

1.2 獸殘的毒性作用

消費者誤食受污染畜產品會對健康造成不利影響，例如，長期攝入磺胺類藥物會引起腎損害，氨基糖苷類抗生素具有耳、腎毒性，誤食氯霉素則會造成再生障礙性貧血，經常食用含有青霉素、四環素等抗菌性藥物殘留的食品會造成過敏反應等。而β-受體激動劑、β-受體阻斷劑、鎮靜劑、血管擴張劑等藥物具有急性毒性，消費者誤食后會對機體健康造成嚴重威脅。鑒于獸殘的毒性和副作用，各國家監管機構對不同畜產品中的獸藥規定了最大殘留限量（maximum residue limit，MRL）。例如，歐盟在牛奶、肌肉和肝臟中建立的鏈霉素（streptomycin，STR）MRL 為 500 ng/g[1]。

1.3 傳統獸殘檢測方法的應用

獸藥殘留的檢測技術起步較早，涉及色譜、質譜、光譜、微生物學、免疫學等多個方面，已建立的檢測技術包括高效液相色譜、氣相-質譜聯用、液相-質譜聯用、生物發光-細菌分析、酶聯免疫吸附試驗等。這些方法具有高靈敏度、高準確性、操作簡便等優點，但也存在樣品預處理復雜、儀器價格昂貴等問題。

1.3.1 電泳技術

2008年，高楊菲等[2]利用毛細管區帶電泳法（capillary zone electrophoresis，CZE）成功地從肉制品中檢測出克倫特羅、沙丁胺醇、特布他林、萊克多巴胺等β-腎上腺素受體激動劑，檢出限為0.2 μg/mL。孟歡歡等[3]也從牛奶中檢測出氨芐青霉素、阿莫西林，檢出限分別為 0.12 μg/mL 和 0.23 μg/mL。此外，2012 年，鄧光輝等[4]采用膠束電泳體系從豬肉樣品中檢測出了3種β-受體激動劑，經數據分析，該方法重現度、精確度良好。電泳技術與其他技術聯用，在獸殘檢測方面也有較廣泛的應用。Moreno-González等[5]利用毛細管區帶電泳與四極飛行時間質譜聯用測定了牛奶樣品中15種抗生素殘留量（8種四環素和7種喹諾酮類），重復性良好。

1.3.2 免疫學方法

獸藥殘留免疫分析方法的建立包括待測物選擇、半抗原及人工抗原的合成、抗體制備及測定方法建立等步驟。Kabrite等[6]采用酶聯免疫吸附法檢測了黎巴嫩當地牛奶中四環素和青霉素的殘留量，兩項指標的平均值均低于酶聯免疫試劑盒的檢出限，最高標準濃度分別為 1.80 μg/kg 和 4.00 μg/kg。Baghani等[7]利用酶聯免疫吸附技術分別對伊朗當地雞肉和牛肉樣品中的四環素和環丙沙星進行了檢測，檢出的環丙沙星所占百分比除一份樣品外，均低于MRL，檢出四環素含量極低。徐蓓等[8]將新霉素連接辣根過氧化物酶作為酶標抗原，建立了新霉素酶聯免疫檢測方法，確立了抗體最佳工作濃度，為免疫學在獸殘檢測中的應用奠定了基礎。

1.3.3 色譜及色譜質譜聯用

1960年～1969年，氣相色譜的出現解決了先前化學分析檢測中許多痕量物質難以檢測分析的問題，檢測限一般為μg/kg級。但由于大多數獸藥沸點偏高，很大程度上限制了氣相色譜的應用。1970年之后，液相色譜和高效液相色譜的相繼出現大大擴展了色譜法在獸殘分析檢測中的應用。張恒等[9]利用氣相色譜-質譜聯用法對畜產品中的兩種β激動劑進行了研究，建立了一種高效、快速、高回收率的檢測方法。孫姝琦等[10]通過應用超高效液相色譜一串聯四極桿質譜聯用儀，同時分析牛肉中環丙沙星、恩諾沙星、沙拉沙星3種氟哇諾酮類獸藥，回收率良好，檢出限分別為5.0、2.0、5.0 μg/kg。液相色譜-串聯質譜法也是 GB/T 20752-2006《豬肉、牛肉、雞肉、豬肝和水產品中硝基呋喃類代謝物殘留量的測定液相色譜-串聯質譜法》中規定檢測畜產品中硝基呋喃類殘留的標準方法。

1.3.4 微生物學方法

早在1963年，Kavangh等就以表皮葡萄球菌作為測試菌株測定了血清和組織中的新霉素含量，靈敏度分別為 0.02 μg/mL 和 0.5 μg/mL。1970 年，Neff等[11]報道了一套測定飼料中新霉素含量的微生物學方法，以表皮葡萄菌作為測試菌，平均回收率達95.5%。隨后，該方法被美國分析化學家協會（Association of Official Analytical Chemists，AOAC）認定為測定飼料中新霉素的標準方法。2004年，溫芳等[12]以支氣管炎博代特氏菌作為檢測菌株，建立了一種靈敏快捷便于使用的硫酸粘桿菌素殘留檢測微生物學方法，在肌肉組織、肝臟和腎臟組織中的檢出限分別為0.15、0.20、0.20 μg/g，低于我國農業部和歐盟規定的最高殘留限量。

1.3.5 光譜法

秦堅源等[13]以畜產品藥物殘留中常見的4種四環素類抗生素作為檢測對象，應用太赫茲時域光譜技術，建立四環素類抗生素的檢測方法和定量分析模型，為獸殘檢測開辟了新的思路。2018年，Concei??o等[14]利用傅里葉變換近紅外光譜法（Fourier transform near infrared spectroscopy，FTNIR）成功檢測了牛奶中的抗菌藥物殘留，并結合化學計量方法快速檢測了注射藥物的奶牛牛奶中鹽酸頭孢噻福爾的含量，除了追蹤檢測，還能跟蹤動物體內的代謝過程。

1.4 新型獸殘檢測技術的應用

1.4.1 納米材料生物傳感器在獸殘檢測中的應用

Ramezani等[15]利用三螺旋分子開關（triple helix molecular switch，THMs）和金納米粒子（gold nanoparticles，AuNPs）制備了快速、選擇性、靈敏的四環素比色測定儀，根據AuNPs的不同顏色，可進行四環素的測定，最低檢出限為266 pmol/L。此外，該傳感器還能較好地檢測血清和牛奶中的四環素。

在檢測生長促進劑方面，Li等[16]提出了一種檢測17β-雌二醇的分子印跡電化學傳感器。在最佳條件下，該傳感器具有較低的檢出限（0.819 nmol/L）和較寬的線性范圍（0.05 μmol/L～10 μmol/L）。

在檢測抗寄生蟲藥時，Radi等[17]用循環伏安法在一次性絲網印刷碳電極上制備了聚吡咯膜，并制備了電化學傳感器，可用來測定氟哌啶醇的含量。

在檢測非甾體類抗炎藥時，Kianoush等[18]采用多壁碳納米管和離子液體修飾碳陶瓷電極，建立了能同時檢測雙氯芬酸（diclofenac，DFC）和吲哚美辛（indomethacin，IND）的傳感器，DCF和IND測定的線性范圍分別為 0.05 μ/L～50 μ/L 和 1 μ/L～50 μ/L。

1.4.2 量子點在獸殘檢測中的應用

量子點（quantum dot，QD）是由無機核和有機分子組成的納米晶，表面包覆在核表面，尺寸在1 nm到10 nm之間。在獸藥殘留檢測中，量子點通常用作光源和化學發光增強劑。與量子點結合的材料包括抗體、酶、適配體（aptamer，APT）和分子印跡聚合物（molecularly imprinted polymer，MIPs）等。

Chen等[19]首次報道了間接競爭量子點熒光免疫分 析 法 （quantum dot fluorescent immunoassay，QDFLISA）法測定雞體內恩諾沙星殘留量。雞體內恩諾沙星濃度越高，微板熒光強度越低，檢出限為2.5 μg/L。

QD抗體生物傳感器由電化學電極和固定在電極表面的量子點與抗體結合組成，而量子點和抗體通過活化酯或吸附法結合。Zhang等[20]建立了用該傳感器快速、靈敏地檢測沙丁胺醇（salbutamol，SAL）的增強化學發光免疫分析法（enhanced chemiluminescence，ECL），靈敏度高，操作簡便，適用于豬肉和肝臟樣品的檢測。

2 核酸適配體研究概況

2.1 核酸適配體簡介

Tuerk等[21]于1990年首次提出并使用SELEX技術，他們從隨機寡核苷酸文庫中成功篩選出了可與噬菌體T4DNA聚合酶（gp43）特異性結合的RNA寡核苷酸。同年，Ellington等[22]將這種篩選得到的寡核苷酸命名為aptamer，即核酸適配體，又被稱為適配體、適體等。核酸適配體是經SELEX技術從隨機單鏈寡核苷酸文庫中篩選出的單鏈寡聚核苷酸片段，即一段長度為20 nt～60 nt的DNA或RNA序列。篩選得到的適配體序列具有豐富的堿基組合和獨特的三維結構，可利用不同的空間結構和折疊模式特異性結合靶物質，是高特異性功能識別原件[23]，具有靈敏度高、靶物質廣、親和力強、易改造、易制備、運輸儲存成本低等優點。靶物質可以是蛋白質或者其它小分子物質，已研究報道的有細胞、病毒、金屬離子等。

2.2 核酸適配體作用原理

當適配體與靶物質共存時，靶物質能夠誘導適配體由自由構象折疊成假結、發卡、G-四分體、凸環等三維空間結構，并通過堿基對的堆積作用、靜電作用、氫鍵作用等與靶物質特異性結合[23]。

核酸適配體技術的核心在于如何獲得高親和性單一適配體序列。SELEX技術是目前最常用的適配體篩選手段。通常是將靶物質與一個1012～1014庫容量的隨機寡核苷酸文庫進行孵育，直至充分結合。然后利用親和層析法、硝酸纖維素膜過濾法、高速離心法或磁珠分離法洗脫掉沒結合的核苷酸序列，再利用聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）體外擴增技術對結合靶物質的核苷酸序列進行擴增，經8～20輪的篩選和擴增，即可能得到與靶物質特異性結合且高親和力的適配體[24]。

適配體能被熒光標記物、氨基、磷酸基等活性基團修飾而被開發成生物傳感器，用于檢測各種靶物質。

3 適配體技術在獸殘檢測方面的應用

3.1 獸藥適配體的篩選

目前為止，傳統獸殘檢測方法往往存在檢測周期長、場地要求高、設備昂貴、流程繁瑣等問題，相對而言，核酸適配體技術具有檢測周期短、場所不受限、簡便快捷等優勢。雖然核酸適配體技術起步較晚，仍在不斷地探索和研究當中，但已經有很多科研工作者篩選出了可用于檢測獸藥殘留的適配體序列見表1。其中，解離常數越小，代表適配體與靶物質的親和力越大。

表1 獸藥殘留適配體序列Table 1 Veterinary drug residue aptamer sequence

3.2 抗生素殘留

卡那霉素是一種氨基糖苷類抗生素，用于治療沙門氏菌感染、肺結核等，過量攝入機體會產生耳毒性或腎毒性。常見的氨基糖苷類抗生素有卡那霉素、鏈霉素、新霉素等。廖且根等[32]以卡那霉素適配體修飾納米銀粒子作為探針，用共振光散射技術檢測雞肉樣品中的卡那霉素，檢測線為1.0 μg/kg。馮榮榮等[33]分別利用納米金（gold nanoparticles，GNPs）/石墨烯（graphene，GR）復合納米材料和巰基自組裝作用針對氨基糖苷類抗生素研制了兩種電化學傳感器，成功檢出了卡那霉素和鏈霉素，檢出限分別為0.03、0.3 pmol/L。Alvarez等[30]通過將適配體與電極表面新霉素B相互作用固定，檢出了牛奶中25 mmol/L～2 500 mmol/L的新霉素B。

四環素是四環素族抗生素中的一種，因價格低、抗菌性好而被廣泛用于畜禽養殖，導致其在可食用畜產品中殘留普遍，給環境帶來了潛在的風險。許景月等[34]以核酸適配體作為識別元件、以插入型染料噻唑橙作為信號元件構建了一種非標記核酸適配體傳感器，根據噻唑橙的熒光強度變化進行判斷識別，對四環素進行檢測，檢出限為0.022 μg/mL。王賽等[35]針對蜂蜜中的四環素，分別創建了酶聯核酸適配體生物傳感器、納米金-核酸適配體生物傳感器、表面等離子共振-核酸適配體生物傳感器、電化學核酸適配體生物傳感器等4種用于快速檢測的生物傳感器，加標回收率均在85%～120%之間，有較高的準確性。羅葉麗[31]利用巰基乙胺修飾納米金粒子，根據粒子溶液的顏色和色譜，檢測牛奶中的四環素，檢出限為0.039 μg/mL。

在QD-APT傳感器中，APT通過活化酯、吸附或雜交方法與QD（或AuNPs）結合。用于農藥和獸藥殘留檢測的QD-APT傳感器的信號類型主要有：熒光共振能量轉移、熒光猝滅、電化學發光檢測法、光電化學分析法等。Alibolandi等[36]用活化酯法將巰基乙酸修飾的CdTe量子點與氯霉素APT的氨基端結合，制備氯霉素的APT-QD。然后，在APT-QD溶液中加入氧化石墨烯（graphite oxide，GO），APT-QD 與 Go的 Sp2雜化軌道之間通過π-π鍵結合。當Go/APT-QD溶液中的量子點被激發時，在由QD和GO組成的FRET體系中，激發能被氧化石墨烯吸收，在630 nm處量子點的熒光將被猝滅。當樣品加入該溶液時，氯霉素將與APT結合，與氯霉素結合的APT也會從石墨烯上脫落。由于熒光共振能量體系的解體，量子點的熒光將恢復。在0.1 nm～10 nm范圍內，熒光強度與氯霉素濃度成正比，檢出限為 9.8×10-11mol/L。

除了對單一抗生素的檢測方法的研究，許多科研人員研發出了可以檢測多種抗生素的檢測器。喬立新等[37]利用海藻酸鈉-淀粉凝膠將瑞士乳酸菌固定到兩片核微孔膜中間制成傳感膜，并將其固定于到玻碳電極上制成生物傳感電極，分別對青霉素、鏈霉素、四環素進行檢測，最低檢測限分別為 1×10－10、1×10－9、1×10－9g/mL，檢出時間為4 min，明顯優于國內外對抗生素殘留量的要求。周靈櫻等[38]在微芯片電泳檢測分離技術的基礎上創建了一種高通量、無標記的適體傳感器，可用于不同食品中氯霉素的檢測，具有良好的回收率。隨后，又開發了一種可同時檢測卡那霉素和氯霉素的適體傳感器，檢出限分別為0.002 5、0.006 0 nmol/L，該方法檢測快速，可在1 h內檢測48個樣品，在抗生素檢測方面有很好的應用前景。

3.3 激素殘留

殘留在食品中的激素多以性激素為主，有雌激素和雄激素，常見的雌激素有雌二醇等。付田等[39]以雌二醇核酸適配體的長度作為變量，以膠體金的顏色變化作為判斷依據，構建了一種基于核酸適配體序列的超靈敏比色法，對雌二醇的檢出限為2.7 pg/mL，可用于牛奶中雌二醇的檢測。17β-雌二醇是雌二醇反式構型，是一種重要的環境雌激素，進入人體后會干擾體內原有激素作用，于笑沨等[40]利用檸檬酸鈉和氯金酸制備出檸檬酸根包被的負電金納米粒子，通過監測識別金納米粒子的聚散狀態、相應的紫外吸收光譜的變化以及體系顏色的改變，建立了一種可用于快速檢測17β-雌二醇的方法，檢出限為3 ng/mL，該方法成本低廉、方便快捷，為小分子現場快速檢測提供了新的技術支持。

19-去甲基睪酮是一種雄激素，白文薈等[41]在研究適配體長度對適配體納米金比色法靈敏度影響時，意外發現原長度76個堿基的17β-雌二醇適配體在片段化后對19-去甲基睪酮具有很強的親和性，在此基礎上，他們建立了一種基于熒光共振能量轉移原理的夾心熒光檢測法，并實現了對19-去甲基睪酮的有效檢測，有良好的重復性和穩定性。

3.4 合成抑菌劑

抑菌劑可分為磺胺類和氟奎諾酮類，恩諾沙星是一種奎諾酮類抑菌劑，磺胺二甲嘧啶則是磺胺類抑菌劑的一種，長期攝入此類物質會導致耐藥性的產生。倪姮佳等[42]以恩諾沙星和磺胺二甲嘧啶為靶分子，首次篩選出能特異性識別這兩種抗菌藥的核酸適配體，相應建立了直接競爭化學發光分析方法，檢出限分別為2.26 ng/mL和0.92 ng/mL。建立針對磺胺二甲嘧啶的核酸適配體生物傳感器也是近幾年的熱點。杜家音等[43]利用液晶（liquid crystals，LCs）這種具有優異理化特性的軟物質材料，開發了一種基于三乙氧基丁醛硅烷/N，N-二甲基-N-十八烷基-3-氨丙基三甲氧基氯化物混合自組裝膜的液晶型生物傳感器并用于磺胺二甲氧嘧啶的檢測，該方法對磺胺二甲氧嘧啶檢測下限可低至10 μg/L，并具有非常好的選擇性。他們還在之前研究的基礎上構建了核酸適配體同時作為液晶的垂直取向分子和磺胺二甲氧嘧啶識別分子的液晶型生物傳感器，該方法檢測磺胺二甲氧嘧啶的濃度可進一步下降至 0.9 μg/L。

3.5 β-腎上腺受體激動劑

β-腎上腺受體激動劑是一類具有腎上腺素功能的苯乙醇胺類人工合成化合物，因其促進營養再分配等功效，常被用于非法養殖。萊克多巴胺是一種人工合成的β-腎上腺受體激動劑，有增長肌肉、減少脂肪蓄積的功效，是一種新型瘦肉精。許景月等[34]在核酸適配體與目標物的特異性結合以及羅丹明B和金納米粒子間的熒光共振能量轉移的基礎上，建立了一種檢測萊克多巴胺的非標記型核酸適配體傳感器，已成功應用于雞肝中萊克多巴胺殘留的測定。羅葉麗[31]利用檸檬酸根修飾納米金粒子，檢測豬尿樣中的鹽酸克倫特羅和萊克多巴胺，檢出限分別為0.015 8 μg/mL和0.029 9 μg/mL。

Lin等[44]通過在石墨烯全氟磺酸修飾的玻碳電極上電聚合酸鉻藍K，研制了一種可檢測8種不同β-激動劑的電化學傳感器，檢測限為0.58 ng/mL～1.6 ng/mL。Wang等[45]通過用納米銀鈀合金抗體修飾適配體，建立了一種電化學生物傳感器檢測方法，可以同時檢測萊克多巴胺、克倫特羅和沙丁胺醇，檢測限分別為1.52、1.44、1.38 pg/mL。楊敏等[46]通過等溫滴定量熱技術篩選出一條可特異性結合β-激動劑的單鏈DNA，相應地建立了一個電化學核酸適配體生物傳感器，可檢測萊克多巴胺、克倫特羅、沙丁胺醇、苯乙醇胺和丙卡特羅等多種 β-激動劑，檢測限分別為 0.04、0.35、0.53、1.0、1.73 pg/mL。

3.6 真菌毒素

赭曲霉素A（ochratoxin A，OTA）是一類分布較廣的真菌毒素，主要由曲霉菌屬和青霉菌屬代謝生成。OTA可以直接污染谷類，極易被動物間接攝入體內，并因蓄積作用進一步殘留在動物體內，最終作為畜產品影響人類的健康。根據現有研究可知，OTA對腎臟、肝臟和免疫毒性有較強的毒性。2017年，陳丹等[47]基于納米銀與碳量子點之間的熒光共振能量轉移作用，設計了一種快速檢測OTA的方法。該研究分別對納米銀和碳量子點進行功能化修飾，利用堿基互補配對作用，縮短兩者距離，以便于熒光能量共振的發生，導致熒光強度降低。加入目標物OTA后，由于OTA與納米銀上修飾物之間的特異性結合，使納米銀和碳量子點的距離增大，從而使碳量子點的熒光強度恢復，以此定量檢測OTA。在實驗最佳條件下，OTA最低檢出限為 8.7 nmol/L，線性范圍為 0～5 000 nmol/L。2019年，張立轉等[48]構建了一種基于聚多巴胺納米顆粒（polydopamine nanospheres，PDANPs）的熒光生物傳感器，標記有熒光團的核酸適配體可通過π-π堆積作用吸附于PDANPs表面，使適配體上熒光團的熒光猝滅。加入OTA后，OTA與核酸適配體特異性結合，使核酸適配體從單鏈狀態折疊為穩定的G-四鏈體結構。由于G-四鏈體與PDANPs之間的結合能力弱，導致傳感體系的熒光信號增強，從而實現了OTA的定量測定，檢出限為20 nmol/L。

4 總結

整體而言，核酸適配體技術在畜產品獸殘檢測方面的應用仍處于起步階段，各類獸殘的研究發展不夠平衡，現有研究多以抗生素、β-腎上腺受體激動劑等成分的檢測和傳感器研發為主，而少有在激素、驅蟲劑中的應用，大多數獸殘成分的檢測依舊以高效液相色譜等主流方式為主。根據查閱的文獻可以了解到，獸殘檢測對象主要是牛肉、豬肉、雞肉等畜產品，在羊肉中的應用幾乎為空白。核酸適配體在檢測方面具有很明顯的優勢，但目前為止，包括獸殘檢測在內，核酸適配體及其生物傳感器現有的應用多針對食品中的有害成分，包括霉菌毒素、重金屬、農藥殘留等，少有在有益成分或者常規成分檢測中的應用。核酸適配體技術作為一種新型檢測方式，具有相當廣闊的發展前景，相信在不久的未來，在廣大科研工作者的共同努力下，這項技術能夠更加普及，更加實用。