这篇文档属于类型b（科学综述论文），以下是针对该内容的学术报告：

作者与机构

本文通讯作者为新加坡南洋理工大学的Kanyi Pu教授（School of Chemistry, Chemical Engineering and Biotechnology 和 Lee Kong Chian School of Medicine），合作者包括Cheng Xu等。论文发表于未明确标注日期的期刊（根据引用文献推测为2023年左右）。

主题与背景

本文系统综述了**人工尿液生物标志物探针（Artificial Urinary Biomarker Probes, AUBPs）**的设计原理、检测方法及疾病诊断应用。传统尿液分析依赖内源性生物标志物，但其浓度低、特异性差，难以检测早期疾病或特定病理状态（如器官损伤、癌症）。AUBPs通过响应疾病相关生物标志物释放人工尿液标志物（AUBs），经肾脏排泄后实现高灵敏度、高特异性的无创诊断。

主要观点与论据

1. AUBPs的设计分类与原理

AUBPs分为两类：

• 内源性AUBPs（Intrinsic AUBPs）：小分子或超小纳米探针（<6 nm），可直接经肾小球滤过或通过肾小管转运蛋白分泌。例如：

  • 始终激活型探针（如ICG-PEG45）：依赖正常与病变组织清除率差异实现信号区分。

  • 可激活型探针：通过疾病标志物（如活性氧ROS、蛋白酶）触发荧光信号激活，例如半菁染料（hemicyanine）通过自降解连接子（如p-氨基苄醇）实现“光学开关”。

• AUB分泌型纳米探针（AUB-Secreting Nanoprobes）：大尺寸纳米结构（>6 nm）无法经肾清除，但可响应疾病微环境释放小分子AUBs。例如：

  • 铁氧化物纳米颗粒负载荧光镧系螯合剂，在炎症部位释放AUBs。

  • 铂纳米簇（PtNCs）通过硫缩酮连接ROS响应性解离。

支持证据：

• 表1列举了针对急性肾损伤、癌症等疾病的AUBPs材料设计，如MRP1-3探针通过检测超氧阴离子、NAG酶和caspase-3实现早期肾损伤诊断（灵敏度比临床标志物KIM-1提前12小时）[111]。

• 超小金纳米颗粒（2 nm）在肿瘤中滞留时间是小分子染料的15倍，且具有尺寸依赖性荧光发射[47]。

2. AUBs的检测技术

AUBs的检测基于其物理化学特性：

• 光学特性：

  • 比色法（如商用试纸）适合家庭检测，但受尿液颜色干扰。

  • 近红外荧光（NIR）可避免内源性物质干扰，灵敏度比紫外-可见光高数个数量级[75]。

  • 表面增强拉曼散射（SERS）利用金/银纳米颗粒放大信号，检测限低至飞摩尔级[83]。

• 质谱技术：

  • 同位素编码标签（如谷氨酸-纤维蛋白肽B）通过质量平衡设计实现多重蛋白酶检测[89]。

• 生物分子识别：

  • CRISPR-Cas12系统通过DNA条形码释放激活荧光，实现无仪器化检测（如试纸法）[95]。

• 催化活性：

  • 铂纳米簇的过氧化氢酶活性可驱动微流控芯片墨水移动，实现可视化诊断[99]。

支持案例：

• 拉曼探针Glu-RR-AuNCs通过肿瘤中葡萄糖醛酸酶触发信号释放，区分4 mm微小肿瘤[83]。

• 血栓检测纳米探针通过凝血酶切割肽段，单分子ELISA仅需飞升级尿液样本[119]。

3. 疾病诊断应用

AUBPs已应用于以下领域：

• 急性肾损伤（AKI）：

  • 可激活探针MRP1-3通过氧化应激、溶酶体损伤和凋亡标志物实现纵向监测，比血清肌酐提前48小时预警[111]。

• 癌症：

  • 多重蛋白酶检测纳米探针（15种标志物）区分KRAS/TP53突变肺癌，AUC达0.99[58]。

  • 工程化大肠杆菌通过分泌β-半乳糖苷酶激活荧光信号，检测肝转移灶[134]。

• 移植排斥：

  • 颗粒酶B响应性纳米传感器（APNG）在移植后3天预警排斥反应，优于AST/ALT指标[65]。

• 感染：

  • SARS-CoV-2主蛋白酶（Mpro）探针通过气管给药实现尿液检测，避免首过代谢[31]。

临床优势：

• 信号放大：单酶可催化生成数千AUBs拷贝，提升灵敏度。

• 多重检测：正交报告分子（如质谱标签、DNA条形码）提高特异性。

4. 挑战与展望

• 设计权衡：复杂探针提升特异性但增加合成难度（如多锁串联探针TAMPs需序贯激活）[146]。

• 临床转化：需解决探针体内毒性、长循环导致的器官蓄积问题[151]。

• 未来方向：

  • 结合生物信息学筛选疾病标志物，优化探针设计。

  • 开发兼容临床影像（如MRI）的AUBPs，或家用试纸集成智能手机分析[156]。

论文价值

本文首次系统总结了AUBPs这一新兴领域，其核心贡献在于：

1. 科学价值：提出“人工标志物”概念，突破内源性标志物的检测瓶颈。

2. 应用潜力：为早期疾病诊断、家庭监测和资源有限地区提供低成本解决方案。

3. 方法论创新：整合材料科学（如纳米探针）、医学（疾病标志物）和计算机科学（生物信息学），推动跨学科发展。

亮点：

• 提出AUBPs分类框架，涵盖从分子设计到临床应用的完整链条。

• 强调多重检测和信号放大策略，为高特异性诊断提供新范式。