Anal. Chem. | 一種基於多巴胺的過氧化氫酶和類過氧化氫酶納米酶的通用分析方法
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*本文首發於“納米酶Nanozymes”公眾號，2022年9月12日
*編輯：俞紀元
過氧化氫酶(Catalase , CAT）是細胞抗氧化系統的重要組成部分，可以作為許多疾病或藥物誘導毒性的生物標誌物。所以，CAT活性的測定對於精確評估生物體的生理和病理條件以及合理高效地設計CAT納米酶至關重要。近日，南京大學現代工程與應用科學學院的魏輝教授在Analytical Chemistry上發表了題為“A Dopamine-Enabled Universal Assay for Catalase and Catalase-Like Nanozymes”的研究工作，該文章第一作者為博士生林安琪。作者設計了一種基於多巴胺(Dopamine, DA)的通用檢測方法，通過測定分解產生的氧的水平來測定CAT活性。DA作為敏感分子探針，在低氧條件或H2O2存在時，DA的自聚合受到抑制；而當存在CAT時，H2O2分解釋放的O2促進了DA的聚合。在優化的條件下，作者實現了多種典型樣品的CAT活性檢測。
圖1 基於DA的CAT分析方法的應用
首先，作者對天然CAT進行了一系列測試。如圖2a所示，在富氧條件下，DA水溶液可以自發進行聚合反應，但過程較慢。而在乏氧環境下，DA聚合受到強烈抑制。此外，H2O2的存在使DA在有氧條件下的聚合也被抑制。如圖2b所示，與乏氧條件相比，在有氧條件下培養30分鐘後，DA在大約405 nm處出現了一個寬吸收峰，這源於着色產物聚多巴胺(PDA)，並且當檢測系統中存在CAT時，在405 nm處觀察到的吸光度(O.D.405 nm)更高，證實了該方法對CAT的可行性。如圖2c所示，CAT和H2O2的存在導致了溶液顏色變深，且O.D.405 nm值較高。此外，如圖2d所示， CAT的O.D.405 nm與其濃度(0.5~5U/ml範圍內)呈線性關係。
圖2 天然CAT的傳感機制及檢測方法。(a)乏氧環境下CAT增強DA自聚合示意圖；(b)不同條件下DA聚合的紫外-可見光吸收光譜；(c) CAT的DA激活分析的定量條形圖；(d) CAT濃度與O.D.405 nm的線性關係圖
然後，作者選擇了12種具有明顯類CAT活性的納米酶進行標準化比較。為了建立有效類CAT納米酶的比較，定義了ΔO.D.405 nm，消除納米酶類OXD活性的影響，如eq 1所示：
其中x1為O.D.405 nm (DA)，x2為O.D.405 nm (DA+H2O2)，x3為O.D.405 nm (DA+H2O2+樣品)，x4為O.D.405 nm (DA+樣品)。
如圖3a所示，在相同的條件下，ΔO.D.405 nm有利於對不同的納米酶進行客觀和標準化的比較。此外，作者將A405 nm/A480 nm作為衡量指標，以確定納米酶CAT/POD的選擇性。如圖3b所示，根據以下標準可以很好地對以上測試的各種納米酶進行分類。基於上述結果，本檢測方法不僅能檢測類CAT納米酶的活性，還能檢測納米酶對CAT/POD活性的選擇性 (圖3c)。
接下來，為了評估本方法在實際應用中的可行性，選取了不同動物組織進行測試。如圖3d所示，O.D.405 nm的高低可以反映不同組織中CAT的含量，肝臟中CAT含量最高，肌肉中CAT含量最低。這一結果與文獻報道一致。
此外，作者還收集了10名健康受試者在不同時段的非刺激唾液，計算了ΔO.D.405 nm，並將其總結為圖3e所示的熱圖。ΔO.D.405 nm能反映唾液CAT活性，且隨時間在合理範圍內變化。
根據動物組織和人唾液的結果，本檢測方法在不同類型的樣品中具有通用性，適用於生物樣本的離體分析(圖3f)。
圖3 對類CAT納米酶，動物組織和人唾液中的CAT分析。(a)不同類CAT納米酶的活性比較；(b)根據A405 nm/A480 nm值對不同材料進行分類；(c)體外分析示意圖；(d)對ICR小鼠製備的不同組織勻漿進行試驗；(e)對在不同時間收集的健康受試者唾液進行試驗；(f)生物樣本離體分析應用示意圖。
與常用方法相比，本文提到的測試方法在靈敏度、特異性和通用性等方面具有較大優勢，有助於制定CAT及類CAT納米酶的測定標準。
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撰稿：張涵潔
審閱：劉全藝
編輯：王嘉正
