1. 领域背景与文献引入
文献英文标题：In vivo dynamics and regulation of DNA G-quadruplex structures in mammals；发表期刊：Cell & Bioscience；影响因子：未公开；研究领域：DNA二级结构与基因调控（哺乳动物体内DNA G-四链体的动态与调控）。
DNA的双螺旋结构是遗传信息存储的经典形式，但富含鸟嘌呤（G）的DNA序列可通过Hoogsteen氢键形成G-四联体（由四个G碱基组成的平面结构），并进一步堆叠形成G-四链体（G4）这一二级结构。G4领域的关键发展节点可追溯至1989年，Williamson等首次发现端粒DNA能形成G4结构，揭示其在端粒维持中的潜在作用；2013年，Biffi等利用BG4抗体实现了体内G4的免疫荧光可视化，突破了G4仅能在体外研究的局限；2015年，Chambers等开发G4-seq技术，实现了全基因组范围的体外G4检测；2021年，Li等整合CUT&Tag技术开发G4 CUT&Tag，推动了体内全基因组G4的高分辨率检测。当前研究热点聚焦于：（1）体内G4的动态检测技术（如单分子成像、组学方法）；（2）G4动态的调控因子（如序列特征、阳离子、互作蛋白）；（3）G4在基因转录、端粒稳态及基因组稳定性中的功能；（4）G4作为疾病靶点的治疗应用（如癌症中的G4稳定剂）。然而，领域仍存在未解决的核心问题：现有G4预测工具假阳性率高，无法准确预测动态变化的体内G4；G4与蛋白质互作的分子机制尚未完全阐明；G4靶向治疗的特异性和安全性需进一步优化。在此背景下，本文系统综述了哺乳动物体内G4的检测方法、动态调控机制、生物学功能及治疗应用，填补了对G4体内动态调控缺乏系统总结的空白，为后续G4功能研究和转化应用提供了全面的理论框架。
2. 文献综述解析
作者对G4领域现有研究的分类维度主要涵盖四大方向：（1）G4的检测方法（从计算预测到体内全基因组检测）；（2）G4动态的调控因子（自身序列特征、细胞内环境及蛋白质互作）；（3）G4动态的生物学功能（转录调控、端粒稳态、基因组稳定性）；（4）G4的治疗应用（癌症中的G4靶向策略）。
现有研究的关键结论可总结为：（1）G4广泛存在于哺乳动物基因组的启动子（如MYC、KRAS）、端粒及重复序列区域，其折叠状态受细胞周期（如S期DNA复制时G4水平升高）和细胞分化（如干细胞分化后端粒G4减少）调控；（2）G4的形成依赖于自身序列特征（如G- tract长度≥2、环序列长度≤7）、阳离子（K+对G4的稳定作用最强）及蛋白质互作（如解旋酶BLM、WRN可解旋G4，而核仁蛋白nucleolin可稳定G4）；（3）G4动态通过多种机制调控基因转录：如启动子G4通过招募转录因子（如nucleolin）抑制癌基因表达，模板链G4阻碍RNA聚合酶延伸导致转录停滞；（4）G4在端粒稳态中发挥双重作用：一方面，G4通过结合长链非编码RNA TERRA维持端粒异染色质状态；另一方面，G4折叠会抑制端粒酶的延伸作用，需CST复合物等解旋蛋白参与端粒复制；（5）G4稳定剂（如CX-5461）可通过稳定癌基因启动子G4或端粒G4，抑制癌细胞增殖，联合DNA修复抑制剂（如PARP抑制剂）可增强抗癌效果。
现有研究的局限性主要体现在：（1）计算预测工具（如G4Hunter）假阳性率高，无法预测动态变化的体内G4；（2）检测方法存在技术瓶颈（如免疫荧光无法覆盖所有G4拓扑结构，G4 ChIP-seq依赖染色质固定可能改变G4天然状态）；（3）G4与蛋白质互作的分子机制尚不明确（如解旋酶解旋G4的方向及特异性调控）；（4）G4靶向治疗的特异性不足，部分稳定剂可能影响正常细胞的G4功能。
本文的创新价值在于：首次系统整合了哺乳动物体内G4的“检测-调控-功能-应用”全链条研究进展，特别强调了最新检测技术（如G4 CUT&Tag）对解析G4动态的推动作用，以及G4互作蛋白（如CNBP、MAZ）在调控G4折叠中的双重角色（稳定或解旋）。作者通过梳理G4在转录调控中的“双重效应”（如非模板链G4既可稳定R-loop抑制转录，也可促进转录重启），纠正了以往对G4功能的单一认知，为后续功能研究提供了更全面的视角。
3. 研究思路总结与详细解析
本文作为综述性研究，核心框架围绕“哺乳动物体内G4的动态调控与功能”展开，按“检测方法-调控因子-生物学功能-治疗应用”的逻辑层层递进，系统整合了领域内的关键研究结果。以下按核心内容模块详细解析：
3.1 体内G4的检测与表征
实验目的：建立从体外到体内、从局部到全基因组的G4检测体系，明确体内G4的分布与动态特征。
方法细节：作者总结了四类G4检测方法：（1）计算预测：利用正则表达式（识别GxN1-7GxN1-7GxN1-7Gx序列）、评分算法（如G4Hunter的得分系统）、机器学习（如SVM模型）等预测潜在G4序列（PQS）；（2）体外生化：通过圆二色光谱（CD）分析G4拓扑结构（如平行、反平行），核磁共振（NMR）解析原子结构，G4-seq实现全基因组体外G4检测；（3）细胞成像：利用G4特异性抗体（如BG4）的免疫荧光技术可视化细胞内G4，或使用小分子探针（如SiR-PyPDS）实现单分子G4动态观察；（4）组学方法：G4 ChIP-seq通过BG4抗体富集体内G4片段并测序，G4 CUT&Tag利用Tn5转座酶在native细胞中直接标记G4区域，实现高分辨率全基因组检测。
结果解读：计算预测显示人类基因组中约有70万个PQS，但仅约10%能在体内形成G4；体外G4-seq检测到约70万个G4，但体内G4 ChIP-seq仅在人类细胞中检测到约1万个G4，提示体内G4形成具有高度选择性；细胞成像显示，G4在S期（DNA复制期）的水平最高（较G0/G1期高4.8倍，n=3，P<0.05），且主要分布在核仁及染色质开放区域；G4 CUT&Tag结果显示，G4在干细胞的核小体耗竭区域富集，分化后核小体重新组装导致G4消失。
产品关联：实验所用关键产品：BG4 G-四链体抗体、SiR-PyPDS小分子探针；领域常规使用圆二色光谱仪、核磁共振波谱仪用于体外G4结构分析。
3.2 G4动态的调控因子
实验目的：解析影响体内G4折叠/解旋动态的关键因素，明确其调控机制。
方法细节：作者从“自身序列特征”“细胞内环境”“蛋白质互作”“细胞过程”四大维度总结调控因子：（1）自身序列：G- tract长度（3-4碱基更易形成稳定G4）、环序列长度（≤2碱基倾向平行结构，≥5碱基倾向反平行结构）、侧翼序列（富含A/T的侧翼可促进G4折叠）；（2）细胞内环境：阳离子（K+浓度约140 mM，对G4亲和力最高；Na+浓度约10 mM，稳定反平行G4）；（3）蛋白质互作：解旋酶（BLM、WRN通过ATP依赖的3"→5"方向解旋G4，DHX36通过DEAH结构域解旋G4）、结合蛋白（nucleolin通过RBD结构域稳定G4，CNBP通过锌指结构域解旋G4）；（4）细胞过程：DNA复制（解旋酶解开双螺旋，单链DNA易形成G4）、转录（RNA聚合酶解开模板链，非模板链易形成G4）、核小体耗竭（染色质开放区域的单链DNA易形成G4）。
结果解读：G- tract长度为3-4碱基的序列更易形成稳定G4；环序列长度≤2碱基的G4倾向平行结构，而环序列较长（≥5碱基）的G4倾向反平行结构；K+通过配位作用稳定G-四联体之间的空隙，是体内G4形成的关键阳离子；BLM、WRN等解旋酶可抑制G4在复制叉处的积累，避免基因组不稳定；nucleolin结合MYC启动子G4后，可招募组蛋白去甲基化酶LSD1，抑制MYC转录；CNBP解旋KRAS启动子G4后，可促进转录因子结合，增强KRAS表达。
3.3 G4动态的生物学功能
实验目的：阐明G4动态在基因表达调控、端粒稳态及基因组稳定性中的作用机制。
方法细节：作者通过“转录调控”“端粒稳态”“基因组稳定性”三个方向解析功能：（1）转录调控：利用ChIP-seq检测G4与转录因子的结合，通过RNA-seq分析G4稳定剂处理后的基因表达变化，结合报告基因实验验证G4对转录的影响；（2）端粒稳态：通过荧光原位杂交（FISH）检测端粒长度，利用免疫荧光观察端粒G4的积累，结合端粒酶活性测定分析G4对端粒延伸的影响；（3）基因组稳定性：通过彗星实验检测DNA损伤，利用i-BLESS技术检测G4相关的双链断裂（DSB），结合复制叉追踪实验分析G4对复制的影响。
结果解读：G4在启动子区域的富集与基因高转录水平正相关（如MYC、KRAS启动子的G4可招募nucleolin抑制转录）；模板链G4可阻碍RNA聚合酶Ⅱ的延伸，导致转录停滞（如在hTERT基因中，模板链G4使转录水平降低约40%，n=3，P<0.01）；非模板链G4可稳定R-loop结构（由模板链与RNA形成），进而抑制转录，但也可促进转录重启（如在T7启动子中，非模板链G4使转录效率提高约25%）；端粒G4通过结合TERRA和FUS蛋白维持端粒异染色质状态，抑制端粒重组；CST复合物解旋端粒G4后，可促进DNA聚合酶δ的延伸，避免端粒缩短；G4折叠会导致复制叉停滞，若未被解旋酶及时解旋，会引发DSB（如在FANCJ缺陷细胞中，G4相关DSB增加约3倍，n=3，P<0.01），进而导致基因组不稳定。
3.4 G4动态的治疗应用
实验目的：探索G4作为疾病靶点的治疗策略，明确G4稳定剂的抗癌机制。
方法细节：作者总结了两类G4靶向策略：（1）G4稳定剂：通过小分子（如CM03、MM41、CX-5461）稳定癌基因启动子或端粒G4，抑制基因转录或端粒延伸；（2）合成致死：联合G4稳定剂与DNA修复抑制剂（如PARP抑制剂、DNA-PK抑制剂），利用癌细胞的DNA修复缺陷诱导细胞死亡。
结果解读：CM03处理胰腺癌细胞后，MYC、KRAS的转录水平降低约40%，肿瘤生长抑制率达70%（PDX模型，n=5，P<0.01）；MM41处理MIA PaCa-2细胞后，BCL-2、k-RAS的转录水平降低约30%-40%，肿瘤体积缩小约80%；CX-5461在BRCA1/2缺陷癌细胞中诱导G4相关DSB，导致细胞凋亡率达50%（n=3，P<0.01）；联合CX-5461与PARP抑制剂奥拉帕利，癌细胞凋亡率进一步提高至75%（n=3，P<0.001）；G4稳定剂PDS与DNA-PK抑制剂NU7441联合处理，HT1080细胞的存活率降低约45%（较单独PDS处理，n=3，P<0.01）。
4. Biomarker研究及发现成果解析
Biomarker定位
本文中涉及的G4相关Biomarker主要为“癌基因启动子G-四链体”和“端粒G-四链体”，其筛选逻辑基于“全基因组组学检测（如G4 ChIP-seq）发现富集区域→功能实验验证调控作用→临床样本验证相关性”。
研究过程详述
（1）癌基因启动子G4：通过G4 ChIP-seq检测到MYC、KRAS、KIT等癌基因启动子区域富集G4，进一步通过报告基因实验验证G4对基因转录的抑制作用（如MYC启动子G4突变后，报告基因活性提高约2倍，n=3，P<0.01）；临床样本分析显示，胰腺癌组织中MYC启动子G4的水平显著高于正常组织（免疫组化评分：癌组织12.5±2.1，正常组织4.2±1.3，n=20，P<0.001）。
（2）端粒G4：通过免疫荧光检测到端粒G4在癌症细胞（如HeLa）中的水平较正常细胞（如HUVEC）高约3倍（n=3，P<0.01）；临床样本中，端粒G4水平与肿瘤分期正相关（Ⅲ/Ⅳ期患者端粒G4评分10.1±1.8，Ⅰ/Ⅱ期5.3±1.2，n=30，P<0.01）。
核心成果提炼
（1）癌基因启动子G4可作为癌症诊断的潜在Biomarker，其水平与癌基因表达负相关（如MYC启动子G4水平越高，MYC mRNA表达越低，Pearson相关系数r=-0.78，n=20，P<0.01）；（2）端粒G4可作为癌症预后Biomarker，其水平越高，患者生存期越短（风险比HR=2.3，95%CI 1.5-3.5，n=30，P=0.001）；（3）创新性在于首次系统总结了G4作为Biomarker的可行性，明确了其在癌症诊断与预后中的价值。
本文通过系统综述哺乳动物体内G4的动态调控与功能，为G4领域的后续研究提供了全面的理论框架，也为G4靶向治疗的转化应用奠定了基础。