1 引言

近红外（NIR）荧光成像凭借较深的组织穿透、较低的自发荧光背景和良好的时空分辨率，已成为生物医学研究与临床术中导航的重要工具。吲哚菁绿（Indocyanine Green, ICG）是唯一获美国食品药品监督管理局批准的七甲川花菁类近红外染料，数十年的临床应用已充分验证其安全性。然而，天然ICG缺乏可供共价修饰的官能团，难以与抗体、多肽等靶向配体偶联，严重限制了其在靶向分子成像中的应用。

ICG羧酸（ICG-carboxylic acid）通过在ICG骨架的苯并吲哚鎓环上引入羧基（-COOH），使染料可经EDC/NHS活化后与含氨基的生物分子形成稳定酰胺键。这一修饰将ICG从“非靶向血池显像剂”转变为“可编程的靶向探针平台”，为肿瘤特异性成像、荧光引导手术及诊疗一体化提供了新的分子工具。本文围绕其化学基础、偶联策略及前沿应用展开综述。

2 七甲川花菁染料的结构修饰策略

七甲川花菁染料由两个吲哚鎓环经含七个次甲基的共轭链连接而成，吸收与发射通常位于700–900 nm近红外窗口。传统对称型花菁（如ICG）两端基相同，分子内π-π堆积倾向强，在水溶液中易形成H-聚集体，导致荧光猝灭和量子产率下降。

近期研究系统探讨了非对称七甲川花菁作为构建非聚集荧光团通用策略的潜力（文献[1]）。该工作指出，打破分子对称性可有效抑制聚集体形成，从而提升荧光亮度与成像质量。这一思路对ICG衍生物的分子工程具有启示：ICG羧酸本身即是一种“轻度非对称”衍生物——羧基的引入改变了其中一个苯并吲哚鎓环的电子密度与空间位阻，虽不足以完全消除聚集，但为后续非对称修饰提供了化学起点。

羧基的引入位置会影响光学性质与偶联效率。已有研究比较了在苯并吲哚鎓部分引入磺酸基和羧基的ICG衍生物在抗体靶向肿瘤成像中的表现（文献[2]）。结果表明，羧基衍生物可通过常规EDC/NHS化学与抗体偶联，而磺酸基衍生物需不同的偶联策略；两类衍生物偶联后均保持近红外荧光特性，但药代动力学与肿瘤靶本比存在差异。这提示羧基修饰在提供偶联手柄的同时，也可能改变分子的亲疏水平衡与体内分布行为，需针对具体应用优化。

3 ICG羧酸的偶联化学与探针构建

ICG羧酸的应用核心在于羧基的活化与偶联。标准流程为：在pH 5.5–6.5缓冲液中以EDC活化羧基形成O-酰基异脲中间体，加入NHS生成稳定NHS酯，再与含伯氨基的分子（蛋白质赖氨酸残基、多肽N端、氨基化纳米颗粒表面）反应形成酰胺键。该反应条件温和，适合对有机溶剂敏感的生物分子。

实际偶联面临若干挑战。其一，ICG骨架在强酸或强碱下易降解，共轭链断裂导致吸收光谱蓝移和荧光丧失，故反应需在近中性pH完成。其二，ICG疏水性较高，在纯水相中易聚集，而EDC/NHS活化通常需一定比例有机共溶剂（如DMF或DMSO）维持溶解性，这可能影响生物分子活性。其三，游离染料与偶联产物的分离纯化需借助尺寸排阻色谱或超滤，对蛋白偶联物尤为关键。

尽管存在上述挑战，ICG羧酸已被成功用于构建多种靶向探针。文献[2]报道的抗体-ICG衍生物偶联物在肿瘤靶向成像中展现出特异性摄取，验证了羧基偶联策略的可行性。此外，ICG羧酸还可标记多肽、蛋白质及氨基化纳米载体，形成具有近红外信号的靶向递送系统。

4 纳米探针与诊疗一体化应用

ICG羧酸的价值不仅在于偶联能力，更在于其可作为功能模块嵌入纳米探针体系，实现成像与治疗的协同。

在寄生虫感染性疾病领域，一项研究构建了靶向诊疗纳米探针，用于肺泡棘球蚴病的NIR-II荧光成像引导手术治疗（文献[3]）。该工作将靶向配体与近红外荧光团整合于纳米平台，实现病灶精准识别与术中导航。虽然其具体荧光团不一定是ICG羧酸，但“靶向配体-近红外染料-纳米载体”的模块化设计思路与ICG羧酸的应用逻辑高度一致。ICG羧酸在此类体系中可充当荧光报告单元，通过羧基与载体表面氨基共价连接，确保体内稳定性、避免提前泄漏。

在肿瘤诊疗领域，活性氧（ROS）响应型纳米探针是另一热点。文献[4]报道了ROS响应性纳米探针用于双模态成像引导的癌症靶向联合治疗，利用肿瘤微环境高ROS水平触发药物释放与成像信号变化，实现化疗与光疗协同。ICG羧酸作为近红外荧光团，其信号可受聚集状态调控——包载于纳米颗粒疏水内核时荧光部分猝灭，释放后恢复，这一特性可用于监测药物释放。该文献虽未明确使用ICG羧酸，但其设计原理为ICG羧酸在刺激响应型探针中的应用提供了可借鉴的范式。

5 荧光引导手术与靶向成像

荧光引导手术的核心需求是术中实时、高对比度区分肿瘤与正常组织。ICG本身已用于多种肿瘤术中成像，但非靶向性导致假阳性率较高；通过ICG羧酸与靶向配体偶联可显著提升特异性。

在胶质母细胞瘤模型中，研究者比较了分子靶向蛋白酶激活探针与5-氨基乙酰丙酸的成像效果（文献[5]）。该研究强调，胶质母细胞瘤的高度浸润性生长使肿瘤与正常脑组织边界模糊，荧光引导手术有助于提高切除精度。蛋白酶激活探针在到达肿瘤部位后被肿瘤相关蛋白酶切割、释放荧光信号，实现“可激活”成像。ICG羧酸可作为此类探针的荧光基团，通过羧基与蛋白酶底物肽偶联，构建在特定蛋白酶作用下释放荧光的智能探针，有望弥补ICG非靶向性的不足。

在免疫治疗评估方面，文献[6]报道了一种靶向PD-L1的双模态NIR-II/MRI纳米探针，用于准确评估三阴性乳腺癌的免疫治疗疗效。该探针整合靶向PD-L1的配体、NIR-II荧光团与MRI造影剂，实现治疗前靶点表达的无创评估与治疗后疗效的动态监测。ICG羧酸主要发射位于NIR-I窗口，但其作为可偶联荧光模块的设计思路与上述工作一脉相承。未来通过将ICG羧酸与NIR-II染料或磁性纳米颗粒共组装，有望构建多模态探针，实现优势互补。

6 挑战与展望

ICG羧酸的实际应用仍面临若干关键挑战。首先是光学性能的平衡：ICG在水相中荧光量子产率本身较低（约0.1），羧基修饰与生物偶联可能进一步影响亮度。非对称花菁设计（文献[1]）为提高量子产率提供了结构层面的思路，但如何在不牺牲偶联效率的前提下实现非对称修饰仍需系统研究。其次是稳定性：ICG骨架对光、热和氧化敏感，ICG羧酸同样需避光、干燥、低温保存；体内应用中ICG衍生物易与血浆蛋白结合并被肝脏快速清除，限制靶向成像时间窗口，PEG化或纳米载体包载可延长循环半衰期，但可能掩盖靶向配体的识别能力，需精细调控。第三是临床转化距离：目前应用多停留在临床前阶段，缺乏系统的药代动力学、毒理学与安全性评价数据，文献[2]的抗体-ICG衍生物研究虽展示靶向成像可行性，但距临床应用仍有较长路程。

展望未来，ICG羧酸的发展可能呈现以下趋势：与非对称花菁设计结合，开发兼具高亮度与可偶联性的新一代近红外染料；与NIR-II荧光团或MRI造影剂整合，构建多模态探针以提升成像深度与分辨率；与刺激响应型纳米载体结合，实现“可激活”成像与药物释放的实时监测；拓展至光热与光动力治疗领域，利用ICG的近红外吸收特性实现诊疗一体化。随着偶联化学优化与纳米技术进步，ICG羧酸有望在精准医学与影像引导治疗中发挥更重要作用。

7 结语

ICG羧酸通过引入羧基官能团解决了天然ICG无法共价偶联的难题，为近红外荧光探针的模块化构建提供了通用化学手柄。从抗体偶联到纳米探针组装，从靶向成像到荧光引导手术，其应用边界不断拓展。光学性能、稳定性与临床转化方面的挑战仍需正视，未来研究应在分子结构优化、多模态整合与系统生物学评价等方面协同推进，以充分释放这一经典染料衍生物在生物医学成像中的潜力。

参考文献

• Unsymmetric Heptamethine Cyanines as a General Strategy to Construct Nonaggregating Fluorophores for Biomedical Imaging.

Emilia Gomez, Mohan Kodisana, Asma Harun, Alfredo Cardenas-Rivera, Yuntao Li, Alyssa Kornegay, Daniel Wherritt, Mohammad A Yaseen, Kirsten K Hanson, Indrajit Srivastava, Syed Muhammad Usama · Bioconjugate chemistry · 2026

DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6c00026

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供

• Evaluation of Indocyanine Green Derivatives with Sulfonic Acid and Carboxylic Acid Groups at the Benzoindolenine Moiety for Antibody-Based Tumor Imaging.

Kohei Nakajima, Hirotaka Maeta, Hideo Takakura, Koki Tsuchiya, Takayuki Ohira, Mikako Ogawa · Molecular imaging and biology · 2025

DOI: 10.1007/s11307-025-02041-0

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供

• Targeted Theranostic Nanoprobes Assisted In Vivo NIR-II Fluorescence Imaging-Guided Surgery Therapy for Alveolar Echinococcosis.

Chi Zhang, Li Jun, Yuxiang Gao, Le Guo, Jiayi Ding, Lijun Zhu, Zhong Du, Jiabao Xiong, Xueliang Zhang, Wenbao Zhang, Biao Dong, Nuernisha Alifu · ACS applied materials & interfaces · 2025

DOI: 10.1021/acsami.4c19558

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供

• ROS-Responsive Nanoprobes for Bimodal Imaging-Guided Cancer Targeted Combinatorial Therapy.

Fujie Jiang, Shuling Liu, Lu Wang, Huifang Chen, Yao Huang, Ying Cao, Xiaoxia Wang, Meng Lin, Jiuquan Zhang · International journal of nanomedicine · 2024

DOI: 10.2147/IJN.S467512

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供

• Molecularly targeted protease-activated probes for visualization of glioblastoma: a comparison with 5-ALA.

Dora Konečná, Petr Výmola, Nikola Ternerová, Barbora Výmolová, Elena Garcia-Borja, Rosana Mateu, Filip Šroubek, Jan Pankrác, John C Widen, Matthew Bogyo, David Netuka, Petr Bušek, Aleksi Šedo · Journal of neurosurgery · 2024

DOI: 10.3171/2024.1.JNS231137

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供

• Novel Dual-Mode NIR-II/MRI Nanoprobe Targeting PD-L1 Accurately Evaluates the Efficacy of Immunotherapy for Triple-Negative Breast Cancer.

Wan-Ling Liu, Yong-Qu Zhang, Xiang-Jie Luo, Yuan-Yuan Zhu, Liang Song, Zi-He Ming, Li-Xin Zhang, Meng-Jun Li, Rui-Chan Lv, Guo-Jun Zhang, Min Chen · International journal of nanomedicine · 2023

DOI: 10.2147/IJN.S417944

产品相关性评分: 未评分

关联性分析: 未提供