細(xì)胞骨架是一個(gè)精心構(gòu)建且動(dòng)態(tài)變化的框架，對(duì)細(xì)胞的完整性和功能至關(guān)重要。它由三種主要的纖維系統(tǒng)組成：肌動(dòng)蛋白絲、微管和中間纖維，每種纖維系統(tǒng)都具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)行為。肌動(dòng)蛋白絲能夠形成可適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生機(jī)械力，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、形態(tài)改變和組織修復(fù)等功能。微管是一種不可彎曲的管狀聚合物，有助于細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，并對(duì)有絲分裂紡錘體的形成至關(guān)重要。中間纖維主要提供機(jī)械韌性，在持續(xù)受到機(jī)械力作用的組織（如肌肉、皮膚和血管）中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（Hohmann, 2019）。除了各自的功能外，這些纖維系統(tǒng)相互作用，形成一個(gè)緊密且能快速重組的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞遷移、粘附、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)和極性形成等動(dòng)態(tài)細(xì)胞功能。細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)變化對(duì)人類(lèi)身體的發(fā)育、組織維護(hù)和穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的破壞與多種疾病有關(guān)，包括癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病和免疫缺陷（Ndiaye等人，2022；Pradeau-phélut和Etienne-manneville，2024）。

合成生物學(xué)領(lǐng)域?qū)θ斯ぜ?xì)胞骨架的需求推動(dòng)了其發(fā)展。天然細(xì)胞骨架蛋白（如肌動(dòng)蛋白和微管）在純化、重組和基因編碼方面存在顯著障礙，這使得體外生產(chǎn)類(lèi)似生命系統(tǒng)的過(guò)程變得復(fù)雜（Jahnke等人，2023）。

基于合成DNA的細(xì)胞骨架由模塊化的DNA單元組成，已被設(shè)計(jì)用于復(fù)制天然纖維的基本功能，包括可逆組裝、ATP誘導(dǎo)的聚合以及在微隔室內(nèi)的貨物運(yùn)輸。合成系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用：在細(xì)胞模擬中，它們作為人工細(xì)胞中的支架來(lái)復(fù)制細(xì)胞形態(tài)和動(dòng)態(tài)；在細(xì)胞內(nèi)工程中，它們?yōu)榉肿舆\(yùn)輸提供可編程的通道；在藥物遞送中，核酸框架可以作為生物相容性載體或可控釋放的支架（Zhan等人，2022）。本文中的“人工細(xì)胞骨架”指的是能夠模擬細(xì)胞骨架功能的工程系統(tǒng)，而不僅僅是一種單一材料。我們根據(jù)其功能將其分類(lèi)為：（i）用于空間組織的結(jié)構(gòu)支架；（ii）能夠進(jìn)行重塑的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；（iii）用于貨物運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸平臺(tái)；（iv）編碼結(jié)構(gòu)與生化控制之間信息的調(diào)節(jié)架構(gòu)（Fletcher和Mullins，2010）。

核酸納米技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)功能性角色的領(lǐng)先平臺(tái)，提供了一個(gè)可編程、可尋址且可基因編碼的框架，用于構(gòu)建功能性人工細(xì)胞骨架。DNA納米結(jié)構(gòu)，特別是DNA折紙技術(shù)，已被廣泛用于構(gòu)建納米級(jí)支架和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。最近，RNA折紙技術(shù)得到了發(fā)展，其中RNA序列被設(shè)計(jì)為在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)（如納米管），這些納米管可以在脂質(zhì)囊泡內(nèi)自組裝，形成類(lèi)似細(xì)胞骨架的網(wǎng)絡(luò)（Tran等人，2025）。與DNA結(jié)構(gòu)相比，RNA納米結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)勢(shì)。RNA納米結(jié)構(gòu)可以基因編碼并在原位轉(zhuǎn)錄，使合成細(xì)胞能夠自主生成其細(xì)胞骨架成分，而無(wú)需外部化學(xué)合成。

這種能力使得合成生物學(xué)領(lǐng)域朝著更加逼真和自主的人工細(xì)胞方向發(fā)展（Wu等人，2021；Zhan等人，2022）。

本文探討了基于RNA的納米結(jié)構(gòu)作為合成細(xì)胞骨架系統(tǒng)的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了使用RNA折紙技術(shù)構(gòu)建可編程支架的方法。內(nèi)容涵蓋了RNA折疊、設(shè)計(jì)策略和納米管組裝，以及復(fù)制微管和肌動(dòng)蛋白絲的技術(shù)。重點(diǎn)在于功能化，以增強(qiáng)動(dòng)態(tài)行為，并探索其在細(xì)胞內(nèi)支架、貨物運(yùn)輸、人工細(xì)胞工程和生物傳感中的潛在應(yīng)用，同時(shí)討論了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。隨著對(duì)人工細(xì)胞骨架興趣的增加，已經(jīng)研究了多種設(shè)計(jì)范式，包括基于蛋白質(zhì)的重組、DNA折紙支架和RNA折紙納米結(jié)構(gòu)，需要對(duì)比評(píng)估它們?cè)诳删幊绦浴��?dòng)態(tài)性和生物整合方面的差異。

人工細(xì)胞骨架的開(kāi)發(fā)已經(jīng)通過(guò)基于蛋白質(zhì)、DNA以及最近的基于RNA的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，每種方法都代表了獨(dú)特的設(shè)計(jì)領(lǐng)域�；�于蛋白質(zhì)的系統(tǒng)（包括重組的肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白網(wǎng)絡(luò)和微管）在ATP驅(qū)動(dòng)的力生成和動(dòng)態(tài)重塑方面表現(xiàn)出色；然而，它們需要復(fù)雜的純化過(guò)程，并且在基于自下而上的合成細(xì)胞中進(jìn)行基因編碼時(shí)存在挑戰(zhàn)（Abu Shah和Keren，2014；G?pfrich等人，2018）�；�于DNA折紙的細(xì)胞骨架具有顯著的結(jié)構(gòu)剛性、幾何精度和化學(xué)穩(wěn)定性；然而，它們通常依賴于外部組裝，并且與轉(zhuǎn)錄程序的兼容性較差（Jahnke等人，2023；Sherman和Seeman，2006）。

基于RNA折紙的細(xì)胞骨架提供了一種補(bǔ)充方法，強(qiáng)調(diào)基因編碼能力、轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的自組裝和動(dòng)態(tài)重構(gòu)。與蛋白質(zhì)纖維不同，RNA結(jié)構(gòu)不直接產(chǎn)生機(jī)械力，與DNA折紙相比，它們的機(jī)械強(qiáng)度和體內(nèi)穩(wěn)定性較低。RNA明顯更有利于形成自主、可編程的支架（Geary等人，2021；Poppleton等人，2023c）。

RNA納米管的架構(gòu)主要取決于螺旋重復(fù)單元的精心設(shè)計(jì)。這些是簡(jiǎn)短的單鏈或雙鏈RNA片段，作為整個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的基本組成部分。A形式RNA雙螺旋的固有幾何形狀決定了最終結(jié)構(gòu)的尺寸，如直徑和螺距。目標(biāo)是在指定方向上配置這些單元，以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)性——即軸向...

盡管RNA折紙細(xì)胞骨架不表現(xiàn)出肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)的ATP驅(qū)動(dòng)收縮特性，但從肌動(dòng)蛋白系統(tǒng)中獲得的原理對(duì)于RNA支架的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。這些原理包括纖維極性、膜錨定以及依賴于限制條件的組織方式。這些研究為設(shè)計(jì)作為極性化、與膜相關(guān)平臺(tái)的RNA納米管提供了信息，用于空間生化組織和馬達(dá)蛋白的招募，而不依賴于內(nèi)在...