基于DNA纳米结构的细胞间相互作用的调控

胡 灵，殷 垚，柯国梁，张晓兵

（湖南大学化学化工学院,化学生物传感与计量学国家重点实验室,长沙410082）

细胞之间通过化学信号、电子交换和直接接触的方式进行“对话”，互相交换彼此之间的物质和信息，以维持生命体的基本功能并调节生命体的生长发育［1~3］.细胞与细胞之间的相互作用是多细胞生物维持正常生命进程和功能调控的关键，是合成多细胞组织结构和多细胞聚集体的基础，能够进一步实现高阶生物学功能（如细胞的增殖与分化、组织和器官的发育以及免疫反应）在体内的正常进行［4~6］.如，精子和卵子之间通过识别与结合，并进一步通过核的融合形成新的细胞，从而开始孕育出一个新的生命；除此之外，高等植物细胞通过胞间连丝、动物细胞通过间隙连接等通道来实现彼此之间的物质交换和信息交流.细胞间的相互作用一般依赖于膜上受体蛋白的特异性指导和调控，以适应细胞内外环境的变化［7，8］.不同种类的细胞通过聚集可形成形态各异、功能多样的集群，在生命体内和体外发挥着独特的生理功能.而细胞间的作用一旦遭到阻断或破坏，就会引起正常生理功能的紊乱，导致自身免疫系统疾病和细胞的癌变等［9~11］.因此细胞间相互作用的研究与调控，尤其是研究细胞间作用的强度和特异性，有助于了解细胞间的行为，在细胞功能的机制研究和疾病的诊断和治疗方面具有非常重要的意义.

调控细胞间的相互作用首先需要在细胞表面工程化设计具有识别功能的分子［12］，如核酸［13］、蛋白质［14］及糖类［15，16］等.脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）是遗传信息的载体.1869年，Miescher分离出了DNA［17］；1953年，Watson和Crick［18］确定了DNA双螺旋结构，开启了现代分子生物学的研究时代.同时，Watson-Crick碱基互补配对原则赋予了DNA独特的识别和组装能力，使DNA除了作为遗传信息载体外，还能作为一种新颖的材料应用到各个领域.DNA具有易合成、易修饰、可编程性以及生物安全性高等优点，且通过化学反应共价修饰［19，20］、两亲性基团修饰核酸结构［21，22］，或者直接引入亲和标记物（核酸适体）［23，24］等方法，DNA可以锚定在细胞膜表面，从而模拟细胞膜表面天然受体的功能，实现细胞表面的信号识别和响应，并精确调控细胞与细胞间的相互作用.相比于对细胞进行基因改造，基于DNA的调控策略具有操作简单和破坏性小等优点，同时DNA结构也能对细胞内外环境的变化做出智能响应，以精确调控细胞间的组装行为［25~27］，因此近年来引起了广泛关注.

本文综述了基于DNA调控细胞间相互作用的应用研究（图1）.首先，总结了寡核苷酸链杂交、受体-配体结合、核酸适体靶向识别等操纵多细胞组装行为的策略；其次分别介绍了调控细胞间相互作用的外部手段，包括pH、金属离子、DNA激活链等调控手段；最后，总结了基于DNA调控细胞间相互作用在各个领域的应用，主要包括测量和成像细胞间作用力、体外构建三维（3D）聚集体、细胞通讯以及细胞免疫治疗4个方面.通过系统地介绍和总结基于DNA调控细胞间相互作用的研究，有助于拓展该领域的研究空间，为智能操纵细胞间行为、定制组织工程、模拟细胞信号网络以及细胞免疫治疗提供新的思路.

Fig.1 Diagram of the regulation of cell⁃cell in⁃teractions based on DNA nanostructures

1 组装策略

在细胞膜表面组装各类分子或结构，以诱导细胞主客体之间的识别和相互作用，此过程模拟了自然界中细胞间的组装过程.通过人为操纵细胞间的相互作用，有助于更深入地了解和研究多细胞生物中细胞聚集在生理和病理过程中的功能和命运，并将其拓展应用到各个细胞和组织层面.利用人工合成DNA链来实现细胞间的相互作用是一种有前景的非基因手段.本文总结了以下几种基于DNA的细胞间相互作用调控策略：寡核苷酸链杂交、受体-配体识别以及核酸适体靶向识别.

1.1 寡核苷酸链杂交

基于Watson-Crick碱基互补配对原则和细胞膜表面工程技术，通过将DNA链修饰到细胞膜表面，利用DNA杂交实现细胞间的连接，从而实现自下而上的细胞组装.如图2（A）所示，Gartner等［28］开发了一种DNA程序化的细胞组装方式（DPAC），他们将两条互补的寡核苷酸单链通过疏水作用插入到不同的细胞膜表面，通过DNA杂交实现细胞间的组装.相比于依赖细胞膜表面有限的受体的相互作用，利用DNA杂交控制细胞间直接物理接触的方法能在细胞膜表面锚定大量DNA分子，从而能在一定程度上提高细胞间的组装效果［29］.寡核苷酸的序列复杂度和长度都被证实对细胞间的组装效果有很大影响.因此，为了保证细胞之间的作用效果，针对不同的细胞类型需要对膜表面寡核苷酸链的长度进行优化.通常，对大多数哺乳动物细胞而言，20个碱基左右的长度就能满足膜表面的有效组装［30，31］.但是对于膜表面存在糖萼的细胞（如Jurkat细胞［32］），由于糖萼具有一定厚度（＞20 nm），其空间位阻会影响膜表面寡核苷酸之间的杂交，从而降低细胞的组装效率，所以在设计DNA序列时需要选择更长的寡核苷酸链（如60~80个碱基），以实现细胞间的有效连接.序列的复杂程度对细胞组装效率也有一定影响，往往复杂的杂交序列会导致组装效率降低［30］.同时，细胞的密度和细胞膜表面DNA的密度也会影响细胞间的组装效率，因此在进行研究时需要对这两个条件进行优化，以保证最佳的作用效果.

虽然借助于寡核苷酸链的碱基配对原则可实现相同或不同细胞系的连接，但是目前基于该设计的研究主要集中于单价体系，即在细胞膜表面修饰的DNA链往往是单链DNA，在研究过程中容易导致以下问题［33］.首先，单链DNA在细胞膜上不稳定，容易从细胞膜表面脱落，因此在细胞膜上的保留时间短，不利于长时间研究；其次，通过疏水作用插入磷脂双分子层中的两亲性DNA共轭物（如胆固醇-DNA）会自发形成胶束，从而影响细胞膜上DNA的密度；同时，细胞膜锚定的单链DNA容易通过内化进入细胞，且易被降解，影响其功能的实现.借助DNA纳米结构，可以设计出多价体系，产生优于单价体系的性能，这在一定程度上能够克服上述问题.Shi等［34］发展了一种两步法实现细胞膜表面的多价分子标记：第一步将DNA引发链通过点击反应修饰在细胞膜上，第二步再加入DNA发卡链单体在细胞膜表面进行杂交链反应（Hybridization chain reaction，HCR），从而获得多价的DNA标记［图2（B）］.通过HCR引入多价修饰，该方法可使细胞与细胞间的相互作用效率显著提高.

细胞膜上的DNA探针往往受细胞膜的流动性、复杂的细胞外环境的影响，导致稳定性不够理想、定向性较差，从而影响了细胞间的相互作用.DNA自组装纳米结构，如DNA四面体［35］、DNA折纸［25，26］（即DNA origami）等，具有机械刚性大及几何稳定性高等优点，有望解决这些问题.Castro等［25］将DNA折纸结构引入到细胞膜表面，并通过DNA序列特异性杂交实现了细胞的组装［图2（C）］.DNA折纸有以下优势：（1）DNA折纸的可寻址性能定义连接位点的数量、方向和种类；（2）DNA折纸的刚性大结构有利于提高细胞间的组装效率和细胞间交流的稳定性；（3）DNA折纸可作为一种细胞表面的具有识别功能的“突触分子”，模拟功能大分子的作用调控各种复杂生物过程.此外，Tan等［35］选择了成本更低、操作更简单的两亲性DNA四面体，构建了一种更稳定、有效的、多功能的膜锚定纳米平台，以专门调节细胞间的相互作用［图2（D）］.实验数据表明，具有3个疏水顶点的DNA四面体在细胞膜表面的锚定效果更好，稳定性更高，并具有更低的内化率.他们［35］在DNA四面体纳米平台上，通过DNA杂交实现细胞间的直接物理接触，从而启动细胞间的通讯.因此，得益于DNA强大的可编程性和DNA纳米结构的多样性，细胞膜表面功能化的DNA能作为一种分子识别探针，用于指导和调控细胞间的组装，从而进一步探究细胞间的相互作用在生理和病理条件下对单细胞和多细胞生物命运和功能的影响.

Fig.2 Scheme of cell assembly methods based on complementary hybridization of oligonucleotide chains

1.2 受体-配体识别

细胞膜上的蛋白受体丰富，具有识别并结合环境中特异性化学分子的功能，是细胞与外界环境交流的通道之一.与蛋白受体结合的化学分子统称为配体，如神经递质、药物分子和抗原等，它们与蛋白受体之间的结合具有高度的特异性.当配体结合到靶细胞上的受体时，有的能改变靶细胞膜功能，有的能引发靶细胞内下游的生理化学反应，以保证细胞的正常生理功能.随着细胞膜表面工程的兴起，合理设计并调控细胞膜表面受体-配体结合行为有利于进一步了解其生理意义，也大大促进了人为控制细胞间相互作用的发展［12］.目前，人为改造细胞膜表面受体来调控细胞间的行为已经运用到细胞迁移、细胞治疗及组织工程等领域［3，28，36］.如，著名的CAR-T细胞疗法（嵌合抗原受体T细胞疗法）［37，38］通过基因工程改造免疫细胞，使免疫细胞表面表达嵌合抗原受体，从而增强免疫效应细胞对癌细胞的杀伤作用.但是基因工程也存在一系列挑战.如工程的操作难度大，而且直接对细胞进行的改造不可逆，可能引起不可预测的临床安全问题.因此人们将研究方向转向对细胞的非基因改造，尤其是引入生物安全性更高的合成DNA链来人为操纵细胞间的行为［14，16］.单纯的寡核苷酸链杂交仅仅依赖于序列的杂交，缺乏细胞之间作用的特异性.图3（A）所示的连接方法是目前一种常用的替代策略［39~45］，将配体共价或非共价修饰到细胞膜表面，由表面修饰的配体特异性作用靶细胞上的受体，进而调控下游的细胞间作用.另外，也可将配体修饰在合成DNA链或DNA纳米结构上［39，40，42，44，45］，该DNA探针插入细胞膜中，通过配体-受体的结合，拉近与特定靶细胞之间的距离，一方面能通过荧光量化和成像特定受体-配体介导的细胞间相互作用力，另一方面也能调控细胞间的通讯和交流［图3（B）］.

Fig.3 Scheme of cell assembly methods based on receptor⁃ligand interaction［39］

1.3 核酸适体靶向识别

虽然特定的受体-配体能决定细胞间相互作用的类型，但是在细胞膜上修饰可特异性靶向的表面分子可以人为拓展细胞间相互作用的应用范围.核酸适体（Aptamer）被称为化学抗体，是一类在体外筛选出的具有靶向性的寡核苷酸分子片段，具有特异性强、亲和力高等优点，且识别范围非常广泛（从小分子、离子、蛋白到细胞、组织等）［46，47］.同时，相比于抗体，核酸适体的分子量更小，具有更好的组织穿透深度和更小的免疫原性，且核酸适体容易进行化学修饰，可以满足不同应用中的靶向需求.因此，在细胞间特异性相互作用的调控方面具有独特的优势.Tan等［48］提出了一种基于核酸适体靶向癌细胞的方式来诱导细胞的组装，以模拟自然过程中细胞与细胞间的通讯交流［图4（A）］.为了进一步提高亲和力，Liu等［49］在DNA双链支架延伸多价双功能的核酸适体以增强细胞间相互作用［图4（B）］.实验结果表明，多价适配体比单价适配体的稳定性更强，靶向细胞的能力也更强，能达到与双特异性抗体相同的细胞间相互作用效率［50］，为后续细胞层面的应用提供更稳定、更有效的人工操纵手段.

Fig.4 Scheme of cell assembly methods based on aptamer targeting strategy

综上所述，寡核苷酸链杂交、受体-配体识别以及核酸适体靶向识别3种细胞之间的连接方式都依赖于DNA强大的功能，不同的方式具有各自的优势和局限，因此需要根据具体研究场景选择最合适的体系.寡核苷酸链杂交策略的优势在于设计简单、易修饰、易合成以及成本较低，但是也存在易内化、易降解、锚定稳定性差和易自发形成胶束的缺点；受体-配体识别策略具有特异性好，亲和力强等优点，但是存在配体多为蛋白、不稳定、易发生降解等不足；核酸适体靶向识别策略的优势在于易合成、易修饰、特异性强以及种类多，但是容易受到盐离子等环境的影响，且容易降解.

2 调控手段

在研究细胞相互作用的过程中，拉近细胞间的距离可以通过在细胞膜上锚定各种DNA识别探针或在DNA上修饰识别分子来实现，但是细胞间相互作用的可激活式调控也是研究细胞间作用的重要方向，如，细胞间的通讯交流往往会因为微环境的变化而做出相应的刺激反应［51，52］.目前，已有报道利用细胞膜表面的天然受体或人工受体的识别功能来探究细胞对微环境刺激所作出的响应信号［53，54］，尤其是，借助在细胞膜表面构建的DNA纳米平台，在外部刺激下DNA结构产生相应的结构变化来调控细胞间的相互作用，这些研究有助于进一步理解和思考外部刺激对细胞间相互作用的影响.因此，本文总结了基于DNA纳米结构调控细胞间相互作用的几种外部刺激方式.

2.1 pH值

细胞外pH值是维持细胞正常生理功能的关键因素，而肿瘤细胞具有与正常细胞不同的微酸性外环境，并且这种特异的肿瘤细胞外微环境有利于其不断生长、增殖，有效逃脱免疫系统对它的杀伤［55，56］.同时，在肿瘤细胞的生长过程中，其外环境中pH值也会发生细微的变化.借助DNA纳米结构设计，可利用细胞外微环境实现细胞间相互作用的调控.三链DNA螺旋结构［57］是双链杂交（通过Watson-Crick碱基配对形成）的基础上，与第3条DNA链通过Hoogsteen氢键配对的方式形成的，其中三链DNA中至少有一条DNA链全部为嘌呤序列或嘧啶序列.由于三链结构中的Hoosgteen键需要胞嘧啶被质子化，因此在酸性环境中更有利于该结构的生成.基于此，引入DNA三链螺旋结构来构建对pH敏感的纳米机器，可实现细胞间相互作用的响应调控.Hou等［55］利用该结构实现了DNA三链体到双链的转变，通过细胞外微环境pH值的变化来调控细胞间的通讯和货物运输［图5（A）］.他们将三链DNA纳米开关通过疏水作用锚定在细胞表面，在酸性条件下形成的三链结构能随着细胞外pH值的增大而转换为双链结构，并在互补单链DNA的配对下连接两个细胞.同时，他们进一步利用pH响应的结构变化诱导了细胞间信号的转导和货物运输，为细胞治疗提供了一种响应型的药物传递机制.

Fig.5 Regulation of cell⁃cell interactions based on different stimulus

2.2 金属离子

生物体内的金属离子具有非常重要的调节功能，是生物化学和生命科学领域的研究热点［58~62］.大多数细胞信号转导和生命代谢过程都与金属离子的调节密切相关［63］，因此，研究细胞外微环境中金属离子对细胞生命活动的影响非常关键.2021年，Lu等［53］首次采用脱氧核酶（即DNAzyme）策略实现了在金属离子触发下的多细胞球体相互作用［图5（B）］.他们巧妙地将对金属离子具有特异性识别能力的DNAzyme分子通过疏水作用锚定在细胞膜上，利用DNAzyme在金属离子存在下对底物链的切割行为来控制细胞间的组装和解组装.同时，他们利用Zn2+，Mg2+特异性DNAzyme偶联，设计了双因素协同调控的双链分子开关，成功构建了“AND”和“OR”逻辑门.最后，他们利用该设计成功地实现了T细胞球体和肿瘤细胞球体之间的相互作用，为未来细胞迁移治疗提供了新的可参考的策略.同样，Tan等［44］在细胞膜表面构建的动态DNA纳米结构能感知外界环境的变化，诱导下游的细胞间相互作用［图5（C）］.他们将DNA四面体结构作为膜锚定平台，为探针识别外界环境变化打下了稳定的“地基”.他们的设计策略是先在DNA四面体上延伸出一段被识别三磷酸腺苷（ATP）的核酸适体捕获的DNA链.在K+的刺激下，PC12细胞分泌的ATP结合其核酸适体链，从而将原本被捕获的DNA片段暴露出来，再通过HCR反应串联多个功能分子来操纵细胞间的相互作用.该设计的巧妙之处在于：一方面，利用HCR的多价效应和四面体的稳定性来增强细胞间作用的效果；另一方面，又将改造后的细胞在K+的诱导刺激下产生激活信号，诱导下游对特定细胞的杀伤作用.因此，他们所构建的纳米平台可以运用到各种刺激响应的生理事件中，如细胞间的通讯交流、细胞的杀伤效应等，有利于细胞生物学和细胞生命工程的发展.

2.3 DNA激活链

生物体是一个复杂的反应体系，多细胞行为是维持生命体正常功能进行的基础，人为操纵调节细胞间相互作用为多细胞组装提供了有效的借鉴方法［64，65］.如，Pei等［66］开发了DNA反应电路可以用来调节多细胞之间的组装，精确控制通过直接物理接触的多细胞行为.如图5（D）所示，在他们的设计中，通过引入具有发卡结构的探针，加入DNA变构剂选择性激活细胞组装途径，依靠DNA序列可编码的特点可实现对组装路线的可控性.同时，他们进一步将该反应电路应用于改造自然杀伤细胞，通过变构激活反应电路控制自然杀伤细胞对癌细胞进行靶向免疫治疗.这种设计不仅能增强细胞间相互作用的可控性，而且对细胞免疫治疗的效果具有促进作用，为多细胞行为的调控和应用开创了简单有效的策略.尽管上述方式能够一定程度上实现细胞间相互作用的调控，但是仍然亟需发展更多刺激手段（如光调控、新型的离子调控、蛋白调控等）和智能调控策略，以进一步丰富和理解环境对细胞间相互作用的影响.

3 应 用

在研究细胞间相互作用的过程中，DNA分子已成为强有力的调控平台和调控手段.借助于DNA的可编程性、结构可预见性、易修饰、易合成以及生物安全性等优势，在人为操纵细胞行为方面开展了一些有益的探索［30，43］.利用DNA纳米结构在细胞表面工程化所奠定的基础，将DNA结构作为人工受体锚定在细胞膜上，通过识别并结合相邻细胞来调控细胞间的相互作用，并尝试将这一工程运用到测量和成像细胞间作用力、3D组织构建、通讯交流及细胞治疗等方面.

3.1 测量和成像细胞间作用力

细胞间的机械作用力对于多细胞行为具有重要的调节意义，力的强弱和方向都可能对细胞间的信号转导产生影响，从而影响细胞的生物学功能的正常作用［67，68］.精确测量和高分辨成像细胞间作用机械力有助于进一步了解这些作用力对生物功能的调节行为.目前有几种测量细胞间作用力的方式，但其应用均受到一定限制.单层应力显微镜［69］利用测得的细胞与基质的连接作用力来判断细胞与细胞间的作用力，但其作用对象局限于单层细胞；第2种方式是利用微悬臂来测量单个细胞对之间的作用［70］，对仪器的精密程度要求较高，且通量较低；第3种方法需要将荧光蛋白整合到细胞膜上的连接蛋白中，利用荧光蛋白对之间的荧光共振能量转移（FRET）作为分子张力探针进行测量［71，72］，但是这种方法需要对细胞进行改造，且荧光蛋白的标记效率也会受到细胞自身的影响.因此，为了开发出有效的、方便的测量细胞间作用力的方法，将标记荧光的DNA探针锚定在细胞膜上，以荧光强度的变化指示细胞间作用力的强度变化［39，69］.如图6所示的方式或类似的策略，You等［39，41，43］采用DNA张力探针可以有效实现成像和量化细胞间的作用力.基于以DNA发卡为基础的分子张力探针，发卡链在细胞间分子张力的作用下被拉开，其中伴随着荧光/猝灭对之间的分离，以荧光团的信号强弱来量化细胞间的张力.同时，DNA发卡的序列和长度设计也可以调节力的作用大小，通过改变所连接的配体-受体对即可用该通用的探针实现不同细胞之间作用的机械力测量和成像.该方法与前面提到的几种测量方法相比，不需要对细胞进行改造，对仪器的精密度要求不高，同时细胞间的机械力可以完全通过荧光信号来转换，无需大量的数据分析，使得测量细胞间作用力的方法更方便可靠，可用于研究力学特性在多细胞作用引起的生理和病理过程中的影响，如癌症的产生和胚胎的发育等.

Fig.6 Schematic of measuring and imaging of intercellular tension[43]

3.2 体外构建3D组织

组织在三维空间中的结构和功能是在多细胞相互作用的基础上建立的，细胞之间依赖接触的信号交流使组织行为有序进行，一旦细胞间的作用受到破坏就可能会导致正常组织的病变.研究组织结构功能和多细胞行为的联系有助于组织工程在生命医学中的应用.Gartner等［73］利用DNA碱基对互补杂交在体外自下而上重建了由细胞直接接触作用形成的3D微组织模型，并致力赋予该组织模型功能性［图7（A）］.如图7（B）所示，他们［30］在此基础上合成了旁分泌网络信号，指导不同功能的细胞系层级连接构成一个3D微组织，其中一个细胞系分泌的生长因子白介素-3（IL-3）是另一个功能模块——未转化的造血祖细胞系（FL 5.12）所依赖存活的分子，当两个细胞发生物理接触后就能促进FL 5.12细胞的生长.为信号刺激的免疫细胞扩增和癌细胞在炎症部位的富集增殖提供了体外模拟的参考，同时也有助于多细胞聚集体作为一个整体的功能应用研究，促进多细胞作用的疾病研究.

Fig.7 Schematic of in vitro 3D tissue construction

3.3 细胞间通讯交流

细胞间的相互作用能交换彼此之前的信息，调节生命体内的生理和病理过程，细胞间的信息交流依靠物质传递、膜接触传递以及通道传递［74］.物质传递方式依赖于分泌的化学因子作用于靶细胞以调节靶细胞下游的功能；膜接触传递方式则需要细胞膜表面的识别分子识别并特异性结合邻近的细胞，如精子和卵子的结合、T细胞和B细胞的结合等；通道传递是细胞间通过连接管道（连接蛋白）来传递信号和物质.DNA结构功能化的细胞膜已经被证明可以用来指导体外细胞聚集体的形成，同时不会对细胞的正常生理功能产生影响.为了更好地了解并研究细胞间信息交流的方式，Fan等［75］利用锚定在膜上的DNA折纸纳米管道（DON）作为细胞聚集的连接分子，拉近细胞间的距离，使相同或不同种的细胞之间连接成簇，实现细胞-细胞的可编程空间排列.在该设计中，DNA纳米管上延伸出的DNA单链通过杂交连接多个细胞，形成具有不同拓扑结构的细胞簇.最后，通过间隙连接［图8（A）］、隧道纳米管［图8（B）］以及T细胞免疫反应［图8（C）］的方式来证明了该DNA折纸纳米管介导的细胞间可接触交流的通讯过程.其中，细胞可以通过间隙连接实现相邻细胞间分子、离子和电信号的交换，也可以通过隧道纳米管来实现一些大分子和细胞器在细胞间的运输.同时，通过拉近细胞与细胞之间的距离也可以实现T效应细胞对肿瘤细胞的杀伤作用.因此，基于DNA折纸纳米管道作为连接两个或以上细胞的媒介，能大大促进细胞间通讯的研究，为研究细胞间复杂信号通路提供了通用的工具，同时也为将来DNA纳米结构工程应用到更复杂的生理体系中奠定了基础.

Fig.8 Several approaches of DNA nanostructures⁃based cell communication[75]

Fig.9 Scheme of TLS11a and PDL1 aptamers⁃modified NK cells for cell immunotherapy[82]

3.4 细胞免疫治疗

癌症是当今世界威胁人类健康的主要杀手之一，对癌症的早期诊断和治疗一直是生物医学和生物化学的研究热点.免疫治疗方式是一种人为控制（增强或减弱）机体免疫功能来达到治疗目的的疗法，其通过对自身免疫系统的激活和改造来增强自身免疫系统对肿瘤的杀伤作用，目前已经成为肿瘤治疗的一个热门方向［76，77］.其中，自然杀伤（NK）细胞［78，79］是一种应用比较多的先天性免疫细胞，能够对癌细胞产生天然的杀伤作用，常用于过继细胞免疫疗法中.过继细胞转移（ACT）技术是将体外培养的免疫细胞转移到病患体内，用以抵抗和治疗体内的疾病.但是由于NK细胞表面缺乏靶向癌细胞的受体，导致基于NK细胞的免疫治疗效率还有待提升.核酸适体已经被证明是一种高效的分子识别工具，能够识别癌细胞，并具有高特异性、高亲和力、低免疫原性和高效的组织渗透性等优势.目前，已经筛选得到免疫治疗相关生物分子（如CTLA-4、PDL1适体等）的核酸适体［80，81］，将核酸适体作为人工受体锚定在免疫细胞上，有望通过细胞间的特异性作用提高肿瘤免疫治疗的效率.如，2020年Tan等［82］提出采用双核酸适体的策略标记NK细胞（图9），无需进行基因层面的改造，就能达到肿瘤免疫治疗的目的，避免了基因手段所带来的副作用.他们选用了靶向HepG2细胞的TLS11a适体和PDL1核酸适体作为靶向分子，其中TLS11a主要负责靶向肝癌细胞，PDL1适体负责调节PD1/PDL1信号通路.这一简单设计展示出了双功能的超级NK细胞具有过继性免疫治疗的潜力，为进一步实现基于核酸适体的临床免疫治疗提供了模型.

4 总结与展望

细胞间的相互作用是多细胞生物中重要的生理过程.本文对近年来基于DNA调控细胞间相互作用进行了分类总结.首先，总结了基于DNA链或DNA纳米结构的多细胞组装策略，分别介绍了寡核苷酸链杂交、受体-配体结合和核酸适体靶向识别等策略的原理及其优缺点.其次，为了进一步理解和思考外部刺激对细胞间相互作用的影响，介绍了pH调控、金属离子调控和DNA链激活等几种调控细胞间相互作用的外部刺激手段.最后，从测量和成像细胞间作用力、体外构建3D聚集体、细胞通讯以及细胞免疫治疗4个方面展开，系统总结了基于DNA纳米结构的细胞间相互作用研究的应用价值，展现了其在生物医学和生命科学研究中的应用潜力.

尽管该领域取得了系列进展，基于DNA纳米结构调控细胞间相互作用的发展仍存在以下挑战.首先，细胞间相互作用的效率有待提高，需要寻找细胞结合效率更高的方法和设计.这一缺点主要是由于在细胞膜上锚定的人工表面受体存在易脱落、易内化的风险，而且DNA容易受到核酸酶的降解.虽然本文已经提到一些增强表面DNA受体锚定稳定性的方法（如引入四面体和DNA折纸作为支架），但是仍需开发出更稳定可靠的策略来指导细胞间的高效率组装.其次，生物体内的复杂环境也会对细胞的组装和解组装行为产生影响.一方面需要借助DNA分子工具对这些外部环境的影响进行探究，得到优化的离子浓度、pH等环境条件下，增强细胞间组装和解组装的效率；同时，还需要探索更多内源刺激（如蛋白）和多因素外部刺激（如光调控）手段，以进一步丰富和理解环境对细胞间相互作用的影响.最后，基于DNA纳米结构在细胞间相互作用的应用研究目前主要集中在模型的构建上，还未真正应用到更复杂的生物体系中.因此，需要进一步拓展此领域的应用范围（尤其是在肿瘤的早期诊断和治疗方面），为相关生物医学的应用研究提供新工具和新方法.