研究团队设计生物标志物与生物正交双锁化学发光探针用于癌症尿液检测

化学发光成像无需外部激发、背景低，是活体肿瘤检测的重要工具：笼蔽的苯氧-二氧杂环丁烷探针可在NQO1^[5]或γ-谷氨酰转肽酶^[6]等标志物作用下“点亮”，高亮度近红外化学发光体已被用于肿瘤成像与开腹手术导航^[3]，光动力化学发光探针DBPOL还可无创监测肺转移^[4]。在无创读出端，尿液检测同样受到关注：前列腺癌领域已有多种基于尿液DNA、RNA和外泌体的标志物用于临床^[1]，口服报告探针HATS则证明可在结肠肿瘤处释放经肾清除的四嗪片段，再以生物正交反应获得荧光读出^[2]。但两条线索一直难以交汇：生物正交激活成像多以荧光为读出^[2]，而化学发光体去笼蔽形成苯酚盐后便发光^[5][6]，缺乏可被第二把分子锁控制的暗态，化学发光因此很少进入生物正交激活成像。

这项研究给出了把两者接起来的分子方案：将四嗪受体经π共轭亚乙烯桥连到苯氧-1,2-二氧杂环丁烷供体上，得到化学发光四嗪探针CLTZ。与传统化学发光体不同，四嗪通过“内转换进入暗态”的机制猝灭发光，即使苯酚盐形成也不发光；只有当苯酚盐与双环壬炔（BCN）发生生物正交反应、生成含哒嗪的供体-π-受体发光体后，强化学发光才恢复。据此构建的H2O2与生物正交双锁探针HBCP需要H2O2和BCN同时在场才发光，配套的癌症激活型尿液报告分子CBUR则在肿瘤中释放可经肾清除的BCN。这对分子在小鼠体内实现了肿瘤成像，信背比达438；早期尿液检测中，肺转移鼠的信号较健康鼠最高增强23.9倍。

相对已有认识，推进主要体现在两方面。暗态设计使化学发光探针由“单锁”变为“双锁”：此前可激活探针只需一种标志物触发即发光^[5][6]，CLTZ则必须等到生物正交反应这一第二分子事件才输出信号，为降低假阳性提供了机制基础。同时，读出端从在体成像走向尿液：相比以荧光读出的HATS^[2]和以成像方式监测肺转移的DBPOL^[4]，该工作把生物正交报告分子与化学发光配对，实现了无创尿液检测。这一“肿瘤释放报告分子、尿液读出”的思路也正被同行推进：2025年发表的尿液生物正交报告分子研究已能在肺癌化疗小鼠中用荧光尿液测试同步监测疗效^[7]；剑桥团队获英国癌症研究会资助开发的尿液测试也于2024年12月宣布可识别“僵尸”细胞、捕捉部分最早的肺癌迹象^[8]。

需要留意的是，438的信背比与23.9倍的信号增强均出自小鼠模型；H2O2作为肿瘤锁在人体不同癌种中的表达差异、BCN报告分子的体内药代与安全性，以及该策略能否推广到肺转移之外的场景，材料均未回答，从概念验证走向临床尿液检测仍有距离。