《Current Transplantation Reports》：From Spectra to Clinical Insight: Raman Spectroscopy in Kidney Transplant Monitoring and Donor Assessment
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综述目的：拉曼光谱（Raman spectroscopy）与表面增强拉曼散射（SERS）是用于非侵入性评估肾移植健康的分析技术。通过非弹性光散射产生分子指纹，它们能够检测与移植物损伤、免疫激活及其他相关病理生理变化相关的生化改变。本综述整合了拉曼
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综述目的：拉曼光谱（Raman spectroscopy）与表面增强拉曼散射（SERS）是用于非侵入性评估肾移植健康的分析技术。通过非弹性光散射产生分子指纹，它们能够检测与移植物损伤、免疫激活及其他相关病理生理变化相关的生化改变。本综述整合了拉曼技术在肾移植三个关键领域中的现有证据：移植监测、供体器官评估以及同种异体反应性免疫激活的评估。
近期发现：近期研究表明，SERS可应用于生物体液，并能够准确区分不同的移植状态。此外，基于拉曼技术的供体来源样本分析显示出预测移植结局及在高风险特征下识别可用器官的潜力。研究还证明该方法能够区分活化与未活化的T淋巴细胞。
总结：拉曼光谱与SERS代表了强大的非侵入性方法，有望减少对侵入性活检的依赖。
论文主体内容专业总结
引言
拉曼光谱是一种利用激光照射样本以产生代表被分析材料分子组成的分子指纹的分析技术。在肾脏病学移植领域，拉曼光谱作为一项新兴技术，已被用于检测移植物损伤、慢性移植物功能障碍以及抗体介导的排斥反应。研究表明，拉曼光谱特征能够检测胶原含量改变、细胞外基质重塑、免疫复合物沉积以及氧化应激等变化。这些参数均与急性和慢性排斥反应中的重要现象相对应。拉曼光谱可能在标准活检显示病理改变之前即可检测到上述因素，因此其作为移植物恶化的早期预警工具具有显著潜力。
SERS同样已成为监测肾移植受者健康状态的一种有前景的非侵入性工具。与传统拉曼光谱不同，SERS利用纳米结构金属表面将拉曼信号放大数个数量级，使其能够检测到比传统拉曼光谱更低水平的生物分子。SERS还可应用于尿液和血液等易于获取的生物体液，在减少对侵入性活检依赖的同时，提供近乎实时的移植物状态评估。尽管具有上述优势，SERS仍存在局限性：该技术需要仔细标准化以确保不同样本间结果的一致性；此外，复杂光谱数据的解读需要机器学习等先进计算方法，这可能限制其即时临床转化。
总体而言，随着该领域的发展，拉曼光谱与SERS有望比活检等当前使用的传统评估方法提供更快、更精确、更灵敏的移植物损伤检测。
利用尿液或血液SERS进行非侵入性监测
过去二十年间的大量研究表明，对尿液或血液的拉曼分析可检测与移植物功能障碍、免疫激活及缺血性损伤相关的多分子光谱特征。
Lee等人报道了一种利用SERS和机器学习分类检测肾移植排斥反应的新型非侵入性诊断方法，研究聚焦于抗体介导的排斥反应和T细胞介导的排斥反应。研究者开发了一种纳米传感芯片，采用金包覆氧化锌纳米棒以增强SERS信号灵敏度。从肾移植受者中采集血清（5μL），根据同期活检、Banff评分和免疫组化结果分为三组：抗体介导的排斥反应组（n=7）、T细胞介导的排斥反应组（n=3）和无重大异常组（n=7，作为对照组）。SERS分析捕获了胶原、肌酐、氨基酸等已知与肾损伤和移植物功能障碍相关的生物标志物。应用主成分-线性判别分析（PC-LDA）和主成分-偏最小二乘判别分析（PC-PLS-DA）对基线校正后的光谱数据进行分类，结果显示PC-LDA的分类准确率为93.53%，PC-PLS-DA为98.82%。这些发现表明SERS捕获了与移植排斥相关的复杂分子信号，仅使用血清即可可靠区分移植物所属组别。
Wang等人应用SERS技术分析肾移植患者的尿液样本，以检测移植后尿液分子组成与肾功能、免疫状态等变化的关系。研究从20名肾移植患者中采集了60份尿液样本，分别在移植前一天、术后第一天和术后第七天三个时间点收集。研究采用两种SERS策略：第一种以胶体银膜作为SERS基底；第二种使用4-巯基吡啶探针以增强对羟基等小代谢结构的检测灵敏度。主要分析的代谢物为胆碱、肌酐和尿素。通过机器学习算法处理SERS光谱数据，构建了区分不同移植阶段的分类模型。结果显示SERS光谱呈现明显的阶段依赖性差异：术后样本中与氨基酸和脂质相关的信号增强，而与肌酐和核酸相关的信号较术前减弱。分类模型的准确率高达96–100%，表明对时间点之间具有强区分能力。该研究提示SERS在尿液活检中作为快速、准确、非侵入性工具监测肾移植健康的潜力，但该研究缺乏健康个体或慢性肾病患者等生物学对照组，仅在不同移植时间点间进行比较，限制了关于特异性的结论。
Feng等人应用SERS技术分析尿液样本，作为两种肾脏疾病大鼠模型中肾损伤和功能的非侵入性测量手段。第一组为肾同种异体移植物受者Lewis大鼠（每组n=10），移植后接受抗TGF-β抗体或非特异性对照抗体治疗；第二组为肥胖、遗传性糖尿病ZSF1大鼠，喂食对照饲料（n=10）或添加葡萄的饲料（n=11）。SERS测量采用银纳米颗粒基底，并应用PC-DLA和偏最小二乘（PLS）回归分析光谱。在肾移植模型中，PC-DLA区分抗体治疗组与对照组达到90%的敏感性和70%的特异性；在糖尿病肾病模型中，区分葡萄饲喂组与对照组的敏感性和特异性分别为72.7%和60%。受试者工作特征分析显示移植模型和糖尿病模型的曲线下面积分别约为0.85和0.80。结果表明，来自遗传或实验诱导肾疾病大鼠尿液产生的SERS光谱特征反映了移植和糖尿病肾病模型中与肾功能障碍相关的生物学改变。
Huang等人研究了肾移植受者尿液经SERS分析后能否用于监测移植物功能。研究在移植后前三天内采集了110名移植受者的尿液和血液样本，血液样本分析血清肌酐和血尿素氮，尿液样本测定蛋白和肌酐水平。SERS分析中，尿液与银纳米颗粒混合并在室温下风干一小时后进行扫描，光谱数据经PLS回归处理。结果显示SERS光谱与尿肌酐（R2=0.8106）、尿蛋白（R2=0.4660）和尿尿素（R2=0.7808）相关；对于血液标志物，SERS光谱预测血清肌酐（R2=0.7628）和血尿素氮（R2=0.6539），两者均具有统计学显著性（p<0.01）。这些发现证明尿液来源的SERS光谱可非侵入性地反映肾功能的尿液和血液生化标志物，支持其在移植监测中的潜在临床应用价值。
总体而言，这四项研究表明SERS结合适当的分析模型，应用于尿液、血液或血清时，可有效反映与移植物健康和功能相关的生物学标志物。
利用拉曼光谱与SERS进行供体器官评估
拉曼技术可能用于移植前评估供体器官的健康状况。多项研究表明SERS技术可通过追踪与排斥和损伤病理相关的特定生物标志物来预测移植结局。这在应对全球供肾短缺挑战、通过减少废弃来扩大死亡供体池方面可能极为重要。
Chi等人探讨了死亡供体尿液经SERS分析后能否预测肾移植结局。研究分析了30名死亡供体的尿液样本，分为三组（每组n=10）：经活检证实的急性肾小管坏死（ATN）组、受者发生移植物功能延迟恢复（DGF）组，以及既无ATN也无受者DGF的对照组。SERS分析采用碘化物修饰的银纳米颗粒以增强尿液蛋白检测，光谱经PC-LDA分析。结果显示SERS光谱在各组间呈现明显区分，区分ATN组与DGF组及对照组的敏感性超过90%。此外，DGF组与对照组样本间也观察到光谱差异，表明SERS特征反映了移植物功能的潜在差异。值得注意的是，尽管ATN组代表高风险肾损伤供体，但其中许多肾脏仍获得了可接受的移植结局，提示SERS分析能够识别尽管存在传统风险标志物但仍可能具有活力的器官。这些发现表明SERS来源的尿液特征在不同供体条件下存在差异，可用于移植风险分层并指导供肾选择。
Vuiblet等人研究了供体复苏期间使用的容量扩张剂羟乙基淀粉（HES）能否在移植后数月的肾同种异体移植物活检中通过无标记拉曼光谱检测，以及其蓄积是否与移植物质量相关。研究者对26名移植受者移植后三个月的活检样本应用了拉曼成像。供体均为脑死亡，根据采器官前72小时内是否接触HES分组（HES组n=20；对照组n=6，未使用胶体）。HES暴露移植物的拉曼光谱在约480 cm?1处显示对应HES大分子骨架振动模式的振动带，而对照组中不存在该峰。约40%的HES暴露活检样本显示出高于阳性阈值的信号，而对照组无一显示。在HES组内，更强的拉曼信号与三个月时更好的移植物功能相关：HES信号与估算肾小球滤过率呈正相关（r=0.88，p<0.001），与肾脏供体风险指数呈负相关（r=?0.72，p<0.001），表明信号越强，移植物衰竭风险越低。该关联可能反映了潜在移植物质量而非HES本身的有益效应，因为功能更好的肾脏可能更有能力在肾小管细胞中重吸收和保留HES。因此，拉曼光谱提供了一种将供体复苏暴露与移植后移植物质量联系起来的非侵入性方法。
Chen等人利用SERS检测供体血清中分泌性白细胞蛋白酶抑制剂和白细胞介素18这两种肾损伤的重要生物标志物。研究者采用金纳米颗粒与黑磷二维纳米材料混合的SERS基底，该基底增强了对目标生物分子的拉曼信号亲和力。该技术对分泌性白细胞蛋白酶抑制剂的检测限低至1.5×10?? mg/mL，对白细胞介素18的检测限为0.23×10?? mg/mL。血清样本的回收实验显示该方法可回收高达97%的生物标志物分子。
利用拉曼光谱评估同种异体反应性免疫激活
器官移植会激活并调节受者的免疫系统，可能导致急性排斥等问题。急性排斥由T淋巴细胞活化介导。目前确定T淋巴细胞活化的标准方法仍为侵入性活检，而拉曼光谱可能是一种可行的替代方案。
Brown等人假设拉曼光谱能够检测由同种异体抗原激活的T细胞，而非以非特异性方式激活的T细胞。研究者从健康参与者的外周静脉血中分离人类T淋巴细胞，分为三群：静息T细胞、CD3/CD28激活的T细胞和同种异体抗原激活的T细胞。CD3/CD28激活的T细胞代表由非特异性刺激引起的泛化激活T细胞，采用CD3/CD28包被磁珠和白细胞介素-2诱导多克隆激活；同种异体抗原激活的T细胞则通过涉及无关个体T细胞和抗原呈递细胞的双向混合淋巴细胞培养生成，以模拟同种异体免疫应答。研究测量了75个未激活样本、75个CD3/CD28激活样本和40个同种异体抗原激活T细胞的拉曼光谱，并在特定波数（903、1031、1069、1093、1155、1326和1449 cm?1）处比较峰位。这些拉曼峰归属对应关键生物分子变化：核酸（903、1093、1449 cm?1）、氨基酸如苯丙氨酸/酪氨酸（1031、1155 cm?1）以及蛋白质-核酸混合贡献（1326 cm?1）。激活与未激活T细胞之间在这些位置的峰幅存在一致性差异：CD3/CD28激活T细胞相对未激活细胞在这些位置峰幅降低约4.3%–32%，表明激活过程中发生了可测量的生化重塑。在区分CD3/CD28激活与同种异体抗原激活T细胞时，拉曼光谱分析的敏感性和特异性均为100%。这些结果表明拉曼光谱能够可靠检测与同种免疫T细胞激活相关的生化变化，可作为急性肾同种异体移植物排斥早期检测的非侵入性准确诊断工具。
同样，Brown等人在另一项研究中假设拉曼光谱能够检测激活与未激活T淋巴细胞之间的差异。研究从健康人类供者新鲜外周静脉血中分离T细胞，通过Ficoll密度离心分离单个核细胞并经阴性选择富集T细胞。人类外周血淋巴细胞分为三群：静息T细胞、失活（丝裂霉素C处理）T细胞以及通过混合淋巴细胞培养刺激同种免疫激活的T细胞。拉曼光谱分别产生35个静息T细胞光谱、28个失活条件和51个同种免疫激活条件的光谱。1182 cm?1和1195 cm?1处的峰位在激活与失活T细胞之间显示显著差异，这些峰主要与氨基酸振动相关，特别是酪氨酸和苯丙氨酸的C–H弯曲模式以及酰胺III蛋白质结构。这些波长反映了T细胞激活过程中蛋白质组成和细胞表面受体表达的变化。研究对光谱进行了统计分析和判别函数分析，可将样本分类为激活、失活和静息三类。统计分析敏感性为95.7%，特异性为100%；判别函数分析敏感性为89.3%，特异性为93.8%。这些发现表明拉曼光谱可根据分子振动指纹区分激活与未激活的T淋巴细胞。
这些研究表明，拉曼光谱能够合理捕获T细胞中与免疫激活相关的生化变化，凸显了其在功能衰退前作为急性同种异体移植物排斥非侵入性筛查工具的潜在应用价值。
结论
拉曼光谱与表面增强拉曼光谱（SERS）是评估肾移植健康的有前景的非侵入性方法，尤其适用于检测与疾病及移植操作相关的生化改变。所综述的研究表明，拉曼技术能够灵敏且特异性地识别与移植物损伤、免疫激活及供体器官潜在功能衰退相关的改变。在大多数情况下，这些改变可在传统临床标志物或组织病理学出现异常之前被检测到。随着持续发展，拉曼光谱有望成为当前供肾健康监测和移植后结局管理策略中的重要辅助工具。
