癌癥治療的有效性和安全性監測一直是醫學研究的重點。抗腫瘤藥物雖然在改善癌癥患者預后方面取得了顯著進展，但其毒性和潛在的致命并發癥常常被低估。這些不良事件不僅嚴重影響患者的生活質量和生存率，還限制了患者接受和耐受推薦劑量的能力。因此，在整個治療過程中同時監測治療效果和相關不良事件對于改善癌癥患者的預后和整體治療效果至關重要。
尿液檢測作為一種非侵入性、方便且成本效益高的診斷方法，具有很大的潛力。然而，由于尿液中生物分子的數量和濃度非常有限，動態和縱向尿液檢測在評估癌癥治療的有效性和安全性方面尚未得到充分探索。生物正交化學能夠在生物環境中快速選擇性地進行反應，成為一種強大的生物化學工具。
成果簡介
近日，南洋理工大學浦侃裔等人通過使用肺癌小鼠模型和化療處理，開發了一種尿液熒光測試方法，用于同時監測腫瘤標志物（組織蛋白酶B）和化療引起的腎損傷標志物（N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶）的水平。該測試涉及兩種通過氣管內給藥的尿液報告分子，利用籠式生物正交點擊手柄進行標志物依賴性激活和腎臟清除，并在收集的尿液中與配對的熒光指示劑進行生物正交點擊反應。
圖 1 | 生物正交尿液測試（BOUT）的設計和機制
合成與體外檢測
研究中合成了癌癥報告分子BURC和腎損傷報告分子BURK。BURC由全氟芳基疊氮化物單元、CTSB可切割肽和透明質酸骨架組成，而BURK則設計為PEG化的苯基取代二氫四唑，次級胺被NAG可切割的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶籠罩。通過高效液相色譜（HPLC）和液相色譜-質譜（LC-MS）研究確認了BFIs在相應BURs和標志物存在下完全轉化為活化的BFIs。
圖 2 | 體外傳感評估和活細胞成像
體內藥代動力學和排泄
在活體小鼠中測試了BURs的藥代動力學和生物分布。結果顯示，BURC和活化BURC在注射后25分鐘內迅速吸收，隨后以半衰期26分鐘（活化BURC為12分鐘）被消除。24小時后，67%的活化BURC被尿液排泄，而BURC的排泄量不到10%。HPLC分析表明，BURC處理的小鼠尿液中檢測到一些活化BURC，可能是由于健康肺組織中的基礎CTSB表達。
圖 3 | 藥代動力學研究和BURs的排泄
癌癥檢測
在正交肺癌模型中應用BOUT檢測內源性標志物CTSB。結果顯示，腫瘤植入后2周，BOUTC顯著增強，并在6周后達到最大值，與CTSB表達的增加一致。相比之下，接受CTSB抑制劑治療的腫瘤小鼠未顯示出顯著增強。
圖 4 | BOUT用于正交肺癌檢測
AIKI檢測
在順鉑（CIS）誘導的腎損傷模型中應用BOUT檢測疾病標志物NAG。結果顯示，藥物治療后9小時，BOUTK顯著增強，并在后續時間點繼續增加。BOUTK的變化與sCr和BUN水平呈正相關，且BOUTK的診斷準確性高于傳統的血清標志物。
圖 5 | BOUT用于檢測抗腫瘤藥物引起的腎損傷
同時監測療效和安全性
在癌癥治療中，BOUT被用于同時檢測癌癥和治療相關的腎損傷。結果顯示，BOUTC和BOUTK分別在第二次和第三次劑量時顯著增強，且BOUTC的變化與觀察到的腫瘤面積呈正相關。BOUT指數（BOUTC ?1/BOUTK）提供了對整體治療效果的綜合評估，顯示出與小鼠體重增加、總生存期和生存率的強正相關性。
圖 6 | BOUT用于精準癌癥治療診斷
圖 7 | 手機輔助BOUT用于患者即時檢測
小結
本研究開發了一種基于生物正交化學的尿液測試方法（BOUT），用于同時監測癌癥治療的有效性和治療相關的腎損傷。該方法結合了生物標志物激活的生物正交反應和腎臟清除，以及生物正交觸發的熒光開啟，具有高特異性、超高靈敏度和快速檢測的優點。通過手機輔助的光學讀數，BOUT提供了一種非侵入性的高通量藥物篩選方法，并有潛力在癌癥治療過程中用于方便的治療效果-安全性監測。此外，BOUT作為一種通用平臺，可用于多種生理病理過程的實時監測，突破了組織穿透的限制。希望這項工作能夠激發新的尿液測試方法，并促進生物正交化學在疾病診斷中的應用。
參考文獻：
Cheng, P., Zeng, Z., Liu, J. et al. Urinary bioorthogonal reporters for the monitoring of the efficacy of chemotherapy for lung cancer and of associated kidney injury. Nat. Biomed. Eng (2025).
https://doi.org/10.1038/s41551-024-01340-1
