中国青年学者一作兼通讯，最新Nature Nanotechnology：解酒水凝胶问世！

解酒水凝胶，原自牛奶蛋白：保护肝脏，解酒+解毒！

浮世事，俱难必，人纵健，头应白，何辞更一醉，此欢难觅。虽然酒能让人们暂时忘却烦恼，可饮酒也会带来一些痛苦后果。

大部分酒精通过胃肠粘膜层进入血液，会损害人们的注意力和反应能力，增加发生事故的风险。经常大量饮酒会有害身体健康，比如包括肝病、胃肠道炎症和癌症。据世界卫生组织统计，每年约有300万人死于过度饮酒。

那么，如果您只需服用一颗药丸就可以避免喝酒带来的痛苦后果，这不是很好吗？

研究人员现在离这一现实又近了一步，他们开发了一种凝胶，可以帮助小鼠快速、安全地分解酒精。相关研究成果以题为“Single-site iron-anchored amyloid hydrogels as catalytic platforms for alcohol detoxification”发表在最新一期《Nature Nanotechnology》上。Jiaqi Su为本文第一作者兼通讯作者，中国农业大学Wang Pengjie为共同一作。

Jiaqi Su

详细而言，研究人员提出了一种有效的酒精解毒解决方案，采用仿生纳米酶淀粉样水凝胶作为口服催化平台。利用β-乳球蛋白衍生的淀粉样原纤维作为纳米载体来稳定原子分散的铁（以亚铁为主），β-乳球蛋白是一种容易获得的牛奶蛋白，富含可配位的氮原子。通过模拟辣根过氧化物酶的配位结构，单点铁纳米酶表现出选择性催化酒精氧化成乙酸的能力，而不是毒性更大的乙醛。对患有酒精中毒的小鼠施用凝胶状纳米酶可显着降低其血液酒精水平（饮酒后300分钟降低55.8%），而不会导致额外的乙醛积聚。该水凝胶进一步证明了对肝脏的保护作用，同时减轻了与长期饮酒相关的肠道损伤和生态失调，为有效的酒精解毒引入了一种有前景的策略。

【单点铁锚定 β-乳球蛋白原纤维的合成】

研究人员介绍了一种新型仿生纳米酶，来自β-乳球蛋白的淀粉样原纤维被用作铁的纳米载体，利用了蛋白质天然丰富的氮原子，这对于与铁的配位至关重要。通过湿法浸渍法引入铁，形成蛋白质在乙醇和聚乙二醇中的分散体，然后添加硝酸铁。这一过程导致淀粉样原纤维上铁-氮-碳活性位点的形成。这种设计利用了蛋白质稳定原子分散铁的能力，从而提高了其催化效率和稳定性。这种设计的目的是催化酒精氧化成危害较小的乙酸而不是乙醛。图1说明了纳米酶的合成过程和形态特征，显示了铁配位前后的淀粉样原纤维，确认了结构完整性和成功的功能化。

图1.FeSA@FibBLG的合成和形貌表征

【FeSA@FibBLG的结构分析】

合成了FeSA@FibBLG后，作者使用多种分析技术对材料进行了全面表征。图2详细介绍了铁位点的原子级表征，包括X射线吸收光谱和显微图像，揭示了原纤维内铁原子周围的环境。TEM、AFM和HAADF-STEM确认了BLG原纤维内铁的结构完整性和分布。这些分析表明，铁原子沿着原纤维均匀分布，而不改变原纤维的形态或形成任何结晶铁结构。元素分析表明，铁主要保持Fe2+状态，这对其催化活性至关重要。

图2.FeSA@FibBLG的原子结构表征

【FeSA@FibBLG的过氧化物酶样活性】

纳米酶的催化活性特征在于其能够模拟天然酶的过氧化物酶样活性。该研究详细介绍了纳米酶将乙醇氧化为乙酸的有效性，强调了与其他合成纳米酶相比其优越的催化效率。动力学研究表明，FeSA@FibBLG具有高亲和力和周转数，表明其有效解酒毒的潜力。图3展示了催化活性结果，比较了纳米酶氧化各种底物（包括乙醇和乙醛）的效率。

图3.单位点铁锚定BLG原纤维的过氧化物酶样活性

【对急性酒精中毒的保护潜力】

AuNPs已表现出与葡萄糖氧化酶类似的异常高效和持久的催化活性，它可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸，同时产生足够的H2O2（补充图21）。由于蛋白质原纤维短暂保留并大部分在胃肠道20中被消化（通常在4小时内），其中大部分酒精被吸收，因此采用盐诱导技术来制造附着AuNP的Fe SA@FibBLG淀粉样蛋白水凝胶（Fe SA@AH以实现在胃肠道内的长时间滞留，从而增强乙醇氧化的整体能力。所得的FeSA@AH表现出典型的自支撑能力、明显的纳米纤维结构（偏振光下异常的双折射）和良好的可注射性。研究人员在仅饮酒一次的小鼠以及连续十天定期饮酒的小鼠上测试了这种新型凝胶的有效性。单次饮酒30分钟后，预防性使用凝胶可将小鼠体内的酒精含量降低40%。饮酒后5小时，与对照组相比，他们的血液酒精含量下降了56%。这些小鼠体内有害的乙醛积累较少，肝脏的应激反应大大减少，这反映在更好的血液数值上。图4是体内测试结果报告，显示该材料在降低小鼠血液中酒精含量方面的功效及其对肝脏保护的影响。

图4.FeSA@AH作为急性酒精中毒预防剂的效果

【对慢性酒精中毒的预防作用】

纳米酶的长期给药显示出其减轻长期饮酒影响的潜力。在连续十天饮酒的小鼠中，研究人员不仅能够证明酒精含量较低，而且还能够证明凝胶的持久治疗效果：每天除了酒精之外还给予凝胶的小鼠体重减轻明显减少，肝脏损伤更少，因此肝脏中的脂肪代谢更好，血液价值也更好。小鼠的其他器官，如脾脏或肠道，以及它们的组织也显示出酒精造成的损伤要小得多。这些发现表明，纳米酶可能是管理慢性酒精相关健康问题的有效策略。

图5.FeSA@AH作为慢性酒精中毒预防剂的效果

【总结】

本文展示了单点铁锚定淀粉样蛋白水凝胶的设计，该水凝胶对酒精具有显着的催化氧化能力，可以作为体内酒精代谢的高效催化平台。这项工作为基于仿生纳米酶的水凝胶作为口服酒精中毒解毒剂的可行性提供了令人信服的证据。FeSA@AH表现出对乙酸产生的特殊偏好，能够快速降低血液中的酒精含量，同时减轻乙醛过量积累的风险，并且明显超过依赖于天然酶组合的现有酒精中毒解毒剂的有效性。与主要以肝脏为中心的人体内在酒精代谢不同，口服Fe SA@AH将该过程引导至胃肠道，从而提高了肝脏的安全性。此外，尽管酒精代谢部位发生了这种转变，但没有表现出额外的不良胃肠道症状；事实上，FeSA@AH显着减轻了饮酒引起的肠道损伤和菌群失调，进一步证明了其临床转化的潜力。研究结果概述了合成多种口服仿生纳米酶的通用且有效的策略，并为未来的研究奠定了基础，旨在最大限度地发挥人工酶设计在不同治疗应用中的潜力。

来源：高分子科学前沿

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