本文要点：谷胱甘肽（GSH）在维持肾脏氧化还原稳态中起关键作用，因此实现肾脏GSH的实时动态监测对早期诊断与预防肾脏氧化还原失衡具有重要意义。本研究设计出智能激活型、肾脏可清除的近红外二区金纳米簇（Au NCs），用于肾脏GSH表达水平的实时动态监测。所设计的金纳米簇经血液运输至肾脏后，被肾内GSH快速激活并产生近红外二区荧光；更重要的是，成功实现了对茴三硫（ATT）和丁硫氨酸-亚砜亚胺（L-BSO）药物诱导的肾脏GSH变化的原位动态监测。此外，激活后的金纳米簇可通过尿液快速清除排泄。该成果为肾脏GSH表达水平的原位实时动态监测提供了新策略。

方案1. 肾脏GSH激活和可清除NIR-II荧光Au-NCs的设计图，用于原位监测肾脏GSH水平

本研究设计出快速响应型、肾脏可清除的金纳米簇（Au NCs），用于肾脏内谷胱甘肽（GSH）水平的实时动态近红外二区监测。该无近红外二区荧光特性的金纳米簇通过在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液中还原氯金酸制备而成。实验表明，该金纳米簇可被GSH快速激活，在808 nm光激发下产生浓度依赖性的近红外二区发射，其对GSH的检测限低至∼0.14 μM。更重要的是，体内近红外二区成像实验证实：肾脏内的GSH成功激活了金纳米簇的近红外二区荧光，其发射强度与肾脏GSH表达水平密切关联。此外，激活后的金纳米簇可快速代谢至膀胱，最终经尿液排出体外。

图1. Au NCs合成示意图和表征

金纳米簇（Au NCs）的制备过程如示意图1和图1a所示：在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液中利用NaBH4还原HAuCl4，制备出无近红外二区荧光的金纳米簇。透射电子显微镜（TEM）图像（图1b）表明成功制备出分散性和稳定性优异的金纳米簇，其尺寸约为2纳米，且在48小时内未观察到显著尺寸变化，证实其具有良好的稳定性。为探究金纳米簇与谷胱甘肽（GSH）的相互作用，测试了二者混合后的吸收光谱。结果显示混合后金纳米簇的光吸收能力增强（图1c）。通过TEM观测混合体系发现，金纳米簇与GSH结合形成了Au NCs-GSH复合物。进一步测量复合物的zeta电位表明：随着GSH浓度增加，复合物的zeta电位逐渐降低（图1d），这主要归因于更高浓度的GSH与金纳米簇结合。最后，利用X射线光电子能谱（XPS）研究了二者的结合机制：XPS谱图显示复合物中金呈现0价和+1价态，而硫元素形成了Au-S键（图1e-g），证实了金纳米簇与GSH的高效结合。

图2. 金纳米簇（Au NCs）的GSH激活NIR-II荧光研究

本研究设计的金纳米簇（Au NCs）本身不具备近红外二区发射特性。当与谷胱甘肽（GSH）结合后，其金属内核重构为金属-配体复合物，从而激活近红外二区荧光发射（图2a）。基于配体-金属-金属电荷转移（LMMCT）机制（46,47），荧光强度随GSH浓度梯度升高而增强。为验证该激活特性，测试了不同浓度GSH激活的金纳米簇近红外二区发射光谱：如图2b所示，其发射强度与GSH浓度呈正相关，发射峰位于1000 nm附近。利用近红外二区成像系统进一步考察GSH激活的荧光成像性能，图2c,d显示金纳米簇荧光强度与GSH浓度呈现优异线性关系，对GSH的检测限达0.14微摩尔/升，证实其卓越的GSH响应能力。为验证特异性，将金纳米簇与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）、半胱氨酸、H₂O₂、ClO⁻等活性物质混合后进行成像实验。如图2e,f及图S6所示，仅当GSH作为激活剂时金纳米簇才呈现明亮的近红外二区发射，表明该材料可被GSH特异性激活。通过延时成像考察响应速率：含GSH的金纳米簇溶液在数分钟内荧光强度迅速增强（图2g,h），10分钟后增速显著放缓，而对照组始终无荧光产生，证明GSH能快速激活其近红外二区发射。最后考察Au NCs-GSH体系的光稳定性：经808 nm激光持续照射10分钟后，金纳米簇仍保持稳定的近红外二区发射（图2i,j）。综上，该金纳米簇对GSH具有高响应性、快速响应速度、优异特异性及高光稳定性，在近红外二区成像检测体内GSH方面展现出良好潜力。

图3. 4T1肿瘤和肾脏NIR-II成像研究

为探究体内GSH的检测性能，研究团队对肿瘤及肾脏GSH进行了原位近红外二区成像（图3a）。在进行内源性GSH检测前，首先开展外源性GSH体内检测实验：将等体积PBS溶液与GSH溶液分别注射至小鼠背部左右两侧皮下，随后在注射部位注入等量金纳米簇溶液。如图3b,c所示，GSH注射部位在40分钟内近红外二区信号急剧增强，这很可能源于预先注射的GSH与金纳米簇快速结合；而PBS注射部位则未观察到明显荧光变化。通过体外细胞毒性实验和体内器官损伤评估进一步考察金纳米簇的生物安全性。图3d显示CCK-8实验表明金纳米簇对4T1细胞无显著毒性。此外，通过尾静脉注射金纳米簇前（0天）及注射后（1天、3天）采集小鼠血清样本，检测肾功能标志物肌酐（CREA）和血尿素氮（BUN）水平。

随后将金纳米簇用于4T1肿瘤检测（图3a）。原位注射金纳米簇溶液后，小鼠肿瘤部位出现明亮的近红外二区发射（图3e,f），表明肿瘤部位GSH成功激活了金纳米簇的荧光发射。鉴于金纳米簇尺寸仅约2纳米，其具备肾脏GSH原位近红外二区成像的潜力。研究者在注射金纳米簇溶液后对小鼠肾脏进行近红外二区成像（图3a）。本实验中，仅注射金纳米簇溶液的小鼠作为对照组，而行双侧肾动脉结扎术后注射金纳米簇的小鼠作为结扎组。图3g,h显示：注射金纳米簇30分钟后，对照组小鼠肾脏区域呈现强近红外二区荧光，膀胱区域也观察到类似发光现象，这可能是由于肾脏内GSH激活金纳米簇后代谢至膀胱所致；而结扎组小鼠的肾脏和膀胱区域均未检测到近红外二区信号，证实金纳米簇主要在肾脏内被激活。后续分别采集对照组与结扎组的肾脏、肝脏、血液及尿液样本进行成像分析。结果（图3i-k）表明：对照组肾脏与尿液样本显示出强近红外二区信号，而肝脏和血液样本几乎无信号；结扎组的肝脏、肾脏、血液及尿液样本均未观察到显著信号（图3i-k），进一步验证了金纳米簇的肾脏GSH激活特性。因此，本研究设计的金纳米簇探针可被肾脏GSH快速激活，并能通过尿液迅速排出体外。

图4. 利用金纳米簇原位监测肾脏GSH水平的近红外二区成像

为验证所设计金纳米簇对肾脏GSH水平的实时动态监测能力，研究通过茴三硫（ATT）和丁硫氨酸-亚砜亚胺（L-BSO）分别上调和下调GSH表达，构建了两种肾脏GSH水平不同的小鼠模型（图4a）。如图4b所示，L-BSO处理组小鼠肾脏GSH表达显著降低，而ATT处理组则显著升高，表明不同肾脏GSH水平的小鼠模型构建成功。随后向ATT组、L-BSO组及正常小鼠静脉注射等量金纳米簇溶液，监测其背部与腹部近红外二区成像：图4c,d显示ATT组小鼠肾脏信号显著强于正常组，而L-BSO组肾脏信号则弱于对照组；膀胱区域信号变化趋势与肾脏一致（图4e,f）。收集小鼠尿液检测发现，ATT组尿液近红外二区信号最强，L-BSO组最弱（图4g）。离体器官成像结果显示仅肾脏呈现显著信号，其强度变化趋势与前述实验结果相符（图4h,i），证实该金纳米簇能高效实现肾脏GSH水平的实时动态监测。

本研究设计出一种具有快速肾脏清除特性的激活型高灵敏度GSH特异性近红外二区荧光纳米簇（金纳米簇），用于实时监测肾脏GSH表达水平。当接触GSH时，金纳米簇迅速形成复合物（Au NCs-GSH）并开启近红外二区荧光，实现检测限达0.14微摩尔/升的GSH检测。该纳米簇可通过血液循环在肾脏快速激活并排泄。更重要的是，在药物诱导小鼠模型中成功实现了肾脏GSH的实时动态近红外二区荧光监测，其荧光强度与GSH表达水平密切关联，表明该技术能对肾脏GSH水平进行高精度特异性成像。

参考文献

Wen, Xingwang, et al. "Activatable and Renal Metabolizable NIR-II Emissive Au Nanoprobe for Real-Time Monitoring of Kidney GSH." Nano Letters (2025).

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