表观遗传是指DNA序列不发生改变的情况下而引起的表型产生可遗传变化的现象。表观遗传修饰通常发生在DNA碱基、组蛋白或者RNA的化学修饰上，彼此间相辅相成，构成复杂的遗传信息调控网络，指挥着细胞的正常运作。表观遗传信息网络一旦发生异常，会导致免疫系统紊乱，心血管疾病，神经退行性疾病和癌症等。发育早期的表观遗传学错误能够影响终生，很可能引发疾病，在健康组织中也存在着表观遗传学多样性。由此，单细胞水平表观遗传学研究可以认识不同细胞之间的表观遗传差异，以及这些差异对发育或疾病状态所产生的影响，为临床提供更加精准的诊断和治疗策略。然而目前研究手段非常有限，因此，开发用于单细胞水平表观遗传学研究的工具备受科研工作者的关注。

近日，南京大学化学化工学院徐静娟教授和赵伟伟副教授团队报道了一种单细胞水平表观遗传酶响应的DNA酶纳米工具，通过在纳米毛细管内引入N6-甲基腺嘌呤（m⁶A）修饰的DNA酶，该DNA酶可被细胞内去甲基化酶（FTO）特异性激活，导致DNA酶的底物链被金属离子切割，从而引起含有反义寡核苷酸链的DNA片段脱落。将其反馈注射到细胞后，与FTO基因链互补，下调FTO水平，最终诱导细胞凋亡。

该双功能纳米工具经过性能筛选后，能够用于检测单细胞内FTO含量。FTO引起的管内壁DNA序列的脱落能够被离子电流整流（ICR）现象反映，该现象是纳米毛细管的固有现象，受纳米毛细管内壁电荷密度控制。

利用该纳米工具研究并比较了FTO在正常乳腺上皮细胞、转移性乳腺癌细胞和高转移性乳腺癌细胞中表达水平，并发现癌细胞中FTO含量高于正常细胞。以MCF-7细胞作为研究对象，将掉落DNA序列中添加反义寡核苷酸链，由纳米毛细管内腔室进行皮升水平的细胞内注射后，反义寡核苷酸链导致FTO基因沉默并降低FTO的含量，进而促进细胞凋亡。

这项工作制备了一种基于DNA酶的单细胞表观遗传学研究工具，并在DNA酶上添加响应型药物反义寡核苷酸序列用于基因治疗，该诊疗一体化平台为疾病早期诊断和治疗提供了新的思路和策略。同时，本研究还可将基因编辑系统、化疗药物、光动力学光敏剂等通过恰当方式连接到平台上应用于生物多样化调控。