Science子刊：尿液中的“智能信使”，中山大学黄佳国等团队开发新型探针像“特洛伊木马”精准定位，无创诊断肾纤维化

2026-05-29 09:27:45
来源：医药头条

纤维化是进行性慢性肾脏疾病（CKD）的标志性特征和常见结局。目前临床上仍缺乏对肾脏纤维化的无创、准确诊断手段，这限制了患者的有效管理。

2026年5月20日，中山大学黄佳国独立通讯在Science Translational Medicine在线发表题为Urinary fluorogenic reporters for noninvasive detection and staging of kidney fibrosis的研究论文。

该研究报告了纤维生成传感报告分子（FSR）的开发，用于肾脏纤维化的高灵敏体内近红外荧光成像和体外转化尿液分析。FSR通过结合纤维化肾脏中两个关键且同步上调的生物标志物——赖氨酰氧化酶衍生的醛赖氨酸（LysAld）和转谷氨酰胺酶2（TG2）——实现了增强的诊断准确性。

经设计，注射后的FSR本身无荧光且具有优异的肾脏清除能力，其通过共价结合LysAld优先靶向肾脏，并被纤维化肾脏中升高的TG2高效剪切，从而解除了对一种可经肾脏清除的荧光基团的淬灭，实现荧光“开启”，进而通过肾脏成像和尿液检测两种方式对纤维化进行灵敏检测。

利用尿液TG2的高特异性，基于FSR的尿液分析能够区分肾脏纤维化与非纤维化急性肾损伤，且不受肾外纤维化（如肺纤维化和肝纤维化）的干扰，提供了常规肾功能检查无法获得的诊断信息。

在一个临床队列（n = 35）中，基于FSR的尿液分析以84%的敏感性和94%的特异性区分了CKD患者与健康对照，并能区分组织学上的轻度与重度纤维化。相比之下，传统临床指标如估算肾小球滤过率、血清肌酐和血尿素氮，则无法对轻度与重度纤维化病例进行区分。

这种无创的可激活报告分子在早期肾纤维化识别和CKD患者分层方面具有转化潜力，有助于改善临床管理和患者预后。

慢性肾脏病（CKD）影响着全球约10%至14%的人口，且其患病率呈持续上升趋势。肾纤维化以细胞外基质（ECM）成分过度沉积和瘢痕组织形成为特征，是大多数CKD的共同标志和最终终点。随着肾功能的进行性损害，CKD常进展为终末期肾病，需要透析或肾移植等肾脏替代疗法。

目前迫切需要早期诊断纤维化性CKD，以便及时采取肾脏保护性干预措施，从而防止肾功能发生不可逆性丧失。然而，由于有创性和准确性不足，当前肾纤维化的临床诊断仍存在局限性。例如，尽管肾活检被认为是评估纤维化进展的“金标准”，但这种有创性方法易受采样误差和观察者间差异的影响，可能导致诊断偏倚，且不适用于重复或纵向监测。

针对血清生物标志物（如血清肌酐（sCr）和血尿素氮（BUN））的常规临床检测主要用于诊断严重的肾损伤，但对早期病理变化不敏感。改善全球肾脏病预后组织（KDIGO）指南推荐的其他血液和尿液分析方法，例如估算肾小球滤过率（eGFR）、蛋白尿和尿沉渣异常，有助于评估CKD及其进展风险，但这些常规肾功能检测无法特异性区分纤维化与其他肾脏疾病。

因此，识别肾纤维化特异性生物标志物仍然是实现CKD无创准确诊断及其临床管理的重大挑战。基于纤维化的发病机制，一些关键的分子驱动因素或调节因子，例如转化生长因子-β1（TGF-β1）、结缔组织生长因子、可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）或肾损伤分子-1（KIM-1），已被广泛评估作为CKD的血清或尿液指标。

然而，这些生物标志物要么与炎症广泛相关，要么无法捕捉纤维化变化。近年来，越来越多的证据也表明，ECM交联酶——赖氨酰氧化酶（LOX）和转谷氨酰胺酶2（TG2）——在肾脏纤维发生过程中持续上调，并在病理性的ECM稳定化中发挥关键作用。LOX催化过度产生的胶原蛋白中赖氨酸ε-氨基的氧化脱氨，形成醛基赖氨酸（LysAld），从而促进与其他ECM蛋白的交联。

TG2介导谷氨酰胺和赖氨酸残基之间的钙依赖性交联，形成异肽键，增加ECM的刚性和不溶性。尿液中的TG2水平已被评估为肾移植受者间质纤维化的潜在生物标志物。在病理性ECM重塑过程中，LOX和TG2的显著共同上调表明，它们的联合检测可能提供纤维化特异性的诊断价值。尽管如此，它们作为CKD预测指标的可信度仍需全面评估，且临床上尚无针对这些酶的无创诊断方法。

图1.基于FSR的尿液分析有助于临床患者肾纤维化的诊断和分期（摘自Science Translational Medicine）

分子影像学将影像学方法与靶向特异性探针相结合，能够实现对活体生物体内病理生物标志物的实时、无创可视化及定量分析。目前已开发出多种显像剂，例如钆标记的成纤维细胞活化蛋白（FAP）探针68Ga-FAPI、靶向胶原I/III的探针CNA35-Cy7、靶向醛基赖氨酸的探针Gd-oxyamine，以及弹性蛋白特异性造影剂，并应用正电子发射断层扫描、荧光断层扫描和磁共振成像来监测肾纤维化。

由于这些探针依赖于在纤维化组织中的积聚来实现信号放大，这种“常开”型检测易受正常组织中非特异性摄取的干扰，导致信噪比低和诊断准确性差。相比之下，基于活性的光学探针（AOPs）在识别目标后激活荧光，能够以高时空分辨率和灵敏度更特异性地检测疾病部位的生物标志物及其细微变化。除活体成像外，肾脏可清除型AOPs（RCAOPs）还可实现对尿液中生物标志物的超灵敏动态监测，为诊断肾脏相关疾病提供了一种具有强大临床潜力的工具。

针对与肾损伤相关的生物标志物（如活性氧、N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶以及caspase 3/8）响应的RCAOPs已被开发用于药物诱导的急性肾损伤（AKI）的早期诊断和预后评估，然而其在诊断肾纤维化方面的应用仍有待探索。

在此，作者报道了一种纤维发生感应报告分子（FSR）的开发，该报告分子具有荧光反应性和肾脏可清除性，用于肾纤维化的无创近红外荧光（NIRF）成像和尿液分析。与其他单一特异性探针不同，FSR专为检测纤维化肾组织中LOX相关LysAld和TG2的同时上调而设计，旨在提高诊断准确性。FSR通过一个靶向LysAld且可被TG2切割的肽接头，将肾脏可清除的近红外荧光团（ZWCY）与亲水性花青淬灭剂（IRDye-QC）连接而成。FSR在其天然状态下是非荧光的。

经全身注射后，它选择性地结合LysAld（肾纤维化中上调的LOX的酶活性指示剂）。富集于纤维化位点的探针被过表达的TG2广泛切割，释放出ZWCY衍生物，从而触发NIRF信号“开启”，用于活体成像和即时尿液检测。

在本研究中，作者首先通过分析一组经活检确认的CKD患者和多种纤维化小鼠模型，验证了TG2作为肾纤维化转化性尿液生物标志物的价值。随后，作者构建了FSR，并在多种肾病小鼠模型中验证了其对肾纤维化进行实时活体成像和尿液分析的可靠性。

作者证明了FSR相较于常规肾功能检测具有更优的灵敏度，并确认了其在区分肾纤维化与肺纤维化及肝纤维化方面的高度特异性。最后，作者通过对临床标本进行即时光学尿液分析，证明了FSR诊断临床标本即时光学尿液分析中的肾纤维化。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adz6929