南开大学Nature子刊：防止肝功能损伤

　　

生物通报道：来自南开大学，加州大学洛杉矶分校等处的研究人员发表了题为“Biomimetic enzyme nanocomplexes and their use as antidotes and preventive measures for alcohol intoxication”的文章，采用了一种新技术组合多种功能酶，从而能用于减少血液中的酒精浓度，以及肝脏损伤。相关成果公布在Nature Nanotechnology杂志上。

文章的通讯作者分别是南开大学的史林启教授，北京生物技术研究院陈伟（Wei Chen，音译），美国南加州大学计程（Cheng Ji，音译），以及加州大学洛杉矶分校的卢云峰教授。

真核细胞中大多数的酶都无法在细胞质内自由运动，这些功能蛋白都被精心定位在亚细胞结构细胞器内，或者与其它酶紧密结合在一起，这样就能最小化有毒中间产物的扩提高整体的催化效率和应反的特异性。研究人员由此受到了启发，开始在实验室里尝试构建类似的复合物，但是经过多年努力，还是难以控制一个集簇中酶的数目，大小和类型，也难以确保这一复合物不会被被机体降解或清除掉。

在最新这项研究中，研究人员成功实现了稳定酶集团的构建。为了将三种不同的酶结合在一起，他们将底物连接到一个单链DNA支架的末端上，当这一支架与酶连在一起后，酶就能结合到其相应各个底物上。接着研究人员利用一种聚合物网把酶包裹起来，形成一层薄薄的，可渗透外壳，保护这个复合物。最后再将DNA支架去除，释放酶的结合位点，从而这些酶就能连接到新的底物上，发生催化反应了。

利用这种方法，研究人员将三种小鼠体内介导蔗糖和葡萄糖连续反应的酶结合在一起，发现这种复合物具有良好的催化作用和稳定性，之后他们又构建了一种由乙醇氧化酶（AOX）和过氧化氢酶（CAT）组成的纳米复合物，希望能将其用于预防酒精中毒和防止肝功能损害。

为此研究人员进行了深入实验，他们给小鼠喂食酒精，以及这种纳米复合物（AOX-CAT），结果发现了其血液内酒精浓度BAC在四十五分钟内降低了10％，一个半小时后又降低了32％，三个小时后减少了37％。这相比于仅只有一种酶（被聚合物外壳包裹或没有包裹），效果显著。

此外，已经“醉”了的小鼠，经AOX-CAT处理30分钟后，也会出现丙氨酸转氨酶（ALT）含量降低至最低水平，这种酶是肝功能损伤的生物标志物。“我们研究证明，通过这种方法可以稳定结合这两种酶，并且在动物模型中，这种复合物也表现出激活状态，能用于降低BAC和肝功能损害”，文章作者表示。

不过酒精氧化过程中也会产生另一种有毒的中间产物——乙醛，目前还没有酶能有效地降低这种成分的含量。但是一旦科学家们发现这种功能的酶，就能应该这种方法，构建出更有效的解毒剂来，卢教授表示，“我认为这其中不存在什么主要的障碍。”

考虑到目前可获取的酶种类众多，卢教授有信心可以将这种新技术用于构建用途广泛的酶纳米复合物，事实上，他也已经与总部位于加州的一家生物制药公司：Kythera展开了合作，设计纳米复合物，用以构建能消除会引起脱发的雄性激素的复合物。

 

（生物通：张迪）

原文摘要：

Y. Liu et al., “Biomimetic enzyme nanocomplexes and their use as antidotes and preventive measures for alcohol intoxication,” Nature Nanotechnology, doi: 10.1038/nnano.2012.264, 2013.

Organisms have sophisticated subcellular compartments containing enzymes that function in tandem. These confined compartments ensure effective chemical transformation and transport of molecules, and the elimination of toxic metabolic wastes1, 2. Creating functional enzyme complexes that are confined in a similar way remains challenging. Here we show that two or more enzymes with complementary functions can be assembled and encapsulated within a thin polymer shell to form enzyme nanocomplexes. These nanocomplexes exhibit improved catalytic efficiency and enhanced stability when compared with free enzymes. Furthermore, the co-localized enzymes display complementary functions, whereby toxic intermediates generated by one enzyme can be promptly eliminated by another enzyme. We show that nanocomplexes containing alcohol oxidase and catalase could reduce blood alcohol levels in intoxicated mice, offering an alternative antidote and prophylactic for alcohol intoxication.