基于电化学转导的β-葡萄糖苷酶活性定量及其抑制剂筛选平台开发

本研究针对β-葡萄糖苷酶(BGL)活性检测方法的局限性，开发了基于对苯二酚-β-D-吡喃葡萄糖苷(p-arbutin)水解反应的电化学传感器。通过将BGL固定于二氧化硅基质，首次实现酶活性电化学定量，并成功检测到糖类化合物和阿卡波糖(acarbose)对BGL的抑制率(13-87%)，为糖尿病药物筛选提供了新型高效检测平台。

　　

在生物医药和工业催化领域，β-葡萄糖苷酶(BGL)作为关键水解酶，其活性检测对疾病诊断和生物转化至关重要。然而传统检测方法如荧光光谱法和色谱法存在设备昂贵、操作复杂等局限，特别是现有电化学检测多依赖难以直接检测的对硝基苯酚产物。更棘手的是，BGL抑制剂作为糖尿病等代谢疾病的重要治疗靶点，缺乏高效筛选手段。这些瓶颈严重制约了相关研究和应用发展。

针对这些挑战，研究人员在《Bioelectrochemistry》发表的研究中，创新性地采用天然产物对苯二酚-β-D-吡喃葡萄糖苷(p-arbutin)作为底物，开发出新型电化学检测系统。通过将BGL封装在二氧化硅基质并集成到丝网印刷碳电极(SPE)表面，建立了一种简便、灵敏的酶活性定量方法。研究证实该技术可有效评估多种糖类和阿卡波糖对BGL的抑制效果，为药物开发提供了重要工具。

关键技术包括：1) 荧光光谱表征BGL浓度效应；2) 二氧化硅溶胶-凝胶法固定化酶；3) 循环伏安法监测对苯二酚生成动力学；4) 稳态荧光各向异性分析酶分子运动性；5) 抑制调整产物收率(IPY)量化抑制剂效应。

3.1 溶液酶活性
通过荧光光谱确定10 μM为BGL最佳工作浓度。使用p-arbutin为底物时，循环伏安法在3个扫描周期后即可检测到对苯二酚特征氧化峰(0.38 V)，水解速率达0.153 mM/min，证实该底物适用于电化学检测。

3.2 二氧化硅固定化酶的谱学表征
荧光光谱显示固定化BGL发射峰蓝移2 nm，各向异性值从0.08升至0.16，表明二氧化硅基质限制酶分子运动但未导致变性。旋转扩散系数降低3.3倍，提示固定化酶可能具有差异化的催化特性。

3.3 固定化酶活性
当BGL浓度提升至28 mg/mL时，初始高反应速率(HRR)达溶液酶的4倍(0.7 mM/min)。但6-8分钟后转入低反应速率阶段(LRR)，可能与底物扩散限制或产物抑制有关。该现象揭示了固定化酶的双相催化特性。

3.4 抑制研究
24小时抑制剂孵育实验显示，葡萄糖内酯表现最强抑制(活性保留13%)，阿卡波糖抑制率17%，其他糖类抑制效果在13-87%之间。创新性提出的IPY指标可稳定区分不同抑制剂效应，12分钟后信号趋于稳定。

这项研究的重要意义在于：首次将p-arbutin开发为BGL电化学检测底物，突破传统硝基苯酚体系的局限；建立的二氧化硅固定化方法使酶活性检测灵敏度提升4倍；验证的抑制剂筛选平台为糖尿病药物开发提供新工具。Catalina Farcas等的工作不仅推进了酶活性检测技术的发展，更为代谢疾病治疗策略的创新研究奠定了基础。特别值得注意的是，该方法对临床常用药物阿卡波糖的检测能力，直接证明了其在转化医学中的应用潜力。这些突破性进展将显著促进从基础研究到工业应用的跨领域发展。