microRNA（miRNA）是一類長度約為20至25個(gè)核苷酸的內(nèi)源性小非編碼RNA，在真核生物中具有特定的調(diào)控功能（Fukunaga等人，2012年；Jouravleva和Zamore，2025年）。研究表明，miRNA的異常表達(dá)通常與多種人類癌癥的進(jìn)展和發(fā)展有關(guān)（He等人，2005年；He等人，2016年；McCoy等人，2018年）。例如，miRNA-30的下調(diào)與乳腺癌的發(fā)展相關(guān)（Croset等人，2018年；Mahlab-Aviv等人，2020年）。miRNA-21和miRNA-182的上調(diào)增加了癌癥發(fā)生和轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)（Lei等人，2014年；Meyer等人，2022年；Zhao等人，2019年）。因此，在臨床研究中，miRNA不僅被用作疾病診斷的潛在生物標(biāo)志物（Shin等人，2022年），還被用作惡性腫瘤治療的治療靶點(diǎn)（Lee等人，2024年；Schreiber等人，2024年）。

通過經(jīng)典方法如Northern印跡（Lai等人，2023年）、微陣列（Jet等人，2025年）和實(shí)時(shí)定量PCR（Yuan等人，2017年）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)體液中miRNA的高靈敏度檢測(cè)。然而，miRNA的細(xì)胞內(nèi)成像研究仍處于發(fā)展階段（Wei等人，2023年）。包括DNA納米機(jī)器（Liang等人，2017年；Song等人，2022年）、雜交鏈反應(yīng)（Wu等人，2015年；Yu等人，2025年）、DNA邏輯電路（He等人，2023年；Xiao等人，2024年；Xie等人，2025年）、催化發(fā)夾組裝（CHA）（Liu等人，2019年）、熵驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)（EDC）（Xing等人，2020年）、滾環(huán)擴(kuò)增（RCA）（Yue等人，2021年）、CRISPR-Cas系統(tǒng)（Hu等人，2025年；Liu等人，2025年）以及酶激活信號(hào)放大策略（Liu等人，2022年；Shang等人，2022年）在內(nèi)的各種先進(jìn)技術(shù)已被初步應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)miRNA的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的區(qū)分。盡管這些方法通常具有高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，但它們僅利用目標(biāo)miRNA的濃度信息來區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞。由于某些與癌癥相關(guān)的miRNA在正常細(xì)胞中也以相對(duì)較低的水平表達(dá)，這些方法的性能可能會(huì)受到影響。

最近在miRNA檢測(cè)方面的進(jìn)展表明，使用DNA納米技術(shù)和無酶擴(kuò)增策略（包括雜交鏈反應(yīng)HCR及相關(guān)等溫?cái)U(kuò)增系統(tǒng)）可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和多重分析（Liu等人，2022年；Wu等人，2021年；Yang等人，2023年）。特別是HCR因其可編程性和無酶操作而成為一種強(qiáng)大的信號(hào)放大平臺(tái)，并已被廣泛用于生物傳感和細(xì)胞內(nèi)成像應(yīng)用（Zhao等人，2021年；Yang等人，2025年）。

除了檢測(cè)之外，在miRNA驅(qū)動(dòng)的癌癥治療方面也取得了顯著進(jìn)展（Zhou等人，2021年）。例如，Morihiro等人報(bào)道了一種溶瘤RNA發(fā)夾對(duì)（oHP）（Morihiro等人，2024年）。癌細(xì)胞中高表達(dá)的miR-21可以與oHP結(jié)合并觸發(fā)雜交鏈反應(yīng)，生成長雙鏈DNA，激活p53-p21信號(hào)通路，導(dǎo)致細(xì)胞周期在S期停滯并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡�，F(xiàn)有的miRNA驅(qū)動(dòng)的癌癥療法通常由目標(biāo)miRNA激活，而這些miRNA在正常細(xì)胞中也可能以較低水平表達(dá)，因此它們不僅對(duì)癌細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，也對(duì)正常細(xì)胞具有毒性。因此，能夠選擇性殺死癌細(xì)胞的miRNA驅(qū)動(dòng)的癌癥療法非常受歡迎。

為了克服傳統(tǒng)miRNA驅(qū)動(dòng)的檢測(cè)和治療策略的局限性，我們開發(fā)了一種基于DNA分子減法的SHCR系統(tǒng)。該策略利用了腫瘤細(xì)胞（MCF-7）中miR-182上調(diào)而miR-30a下調(diào)的差異表達(dá)模式，從而實(shí)現(xiàn)不同的DNA分子減法結(jié)果（圖1）。在MCF-7細(xì)胞中，減法后剩余的miR-182觸發(fā)HCR反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的FRET信號(hào)和雙鏈DNA。相比之下，MCF-10A細(xì)胞中僅殘留少量miR-182，導(dǎo)致信號(hào)顯著減弱，從而提高了成像對(duì)比度。產(chǎn)生的雙鏈DNA進(jìn)一步激活cGAS–STING通路，誘導(dǎo)癌細(xì)胞的免疫細(xì)胞死亡，同時(shí)對(duì)正常細(xì)胞的毒性較低。本文提出的SHCR策略引入了一種基于減法的機(jī)制，在信號(hào)放大之前對(duì)兩種同源miRNA進(jìn)行化學(xué)計(jì)量級(jí)的分子減法。與產(chǎn)生布爾輸出或獨(dú)立的多重信號(hào)（Seelig等人，2006年）不同，SHCR定量反映了兩種miRNA之間的相對(duì)豐度差異。這一概念性的區(qū)別將SHCR定位為核酸計(jì)算框架內(nèi)的差異表達(dá)響應(yīng)放大系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的比率或雙發(fā)射傳感策略相比（后者產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)歸一化（Liu等人，2017年），SHCR在擴(kuò)增之前在反應(yīng)層面進(jìn)行分子減法。這種內(nèi)在的計(jì)算過程能夠直接將差異miRNA表達(dá)轉(zhuǎn)化為放大的輸出信號(hào)，從而減少來自正常細(xì)胞低水平表達(dá)的背景干擾。此外，與需要同時(shí)激活多個(gè)發(fā)夾以產(chǎn)生邏輯輸出的級(jí)聯(lián)多輸入HCR系統(tǒng)（Wu等人，2016年）不同，SHCR將減法和擴(kuò)增整合到一個(gè)統(tǒng)一的反應(yīng)框架中。因此，通過采用表達(dá)不平衡作為核心響應(yīng)機(jī)制，而不是依賴于單一觸發(fā)因子的絕對(duì)存在，該系統(tǒng)從根本上超越了傳統(tǒng)HCR的單輸入激活模式，建立了一種由相對(duì)表達(dá)差異驅(qū)動(dòng)的新分子計(jì)算范式，為差異表達(dá)導(dǎo)向的精準(zhǔn)治療提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)原理和技術(shù)框架。