红光发射碳点-羟基氧化钴纳米系统：α-葡萄糖苷酶活性检测与抑制剂筛选的新型"开关"传感器

本研究针对2型糖尿病(T2D)治疗中α-葡萄糖苷酶(α-Glu)检测方法灵敏度不足和天然抑制剂筛选效率低的问题，开发了基于红光碳点(R-CDs)与羟基氧化钴纳米片(CoOOH NSs)的荧光纳米传感器。通过FRET效应构建R-CDs@CoOOH复合体系，利用α-Glu催化底物AAG生成抗坏血酸(AA)触发荧光恢复，实现0.0037 U mL-1的超高检测灵敏度。结合HPLC-DAD-FC与UHPLC-Q-TOF-MS/MS技术，从虎杖(Polygonum cuspidatum)中鉴定出85种成分，发现7种强效抑制剂（如(-)-表儿茶素没食子酸酯IC50 0.87 μM），为天然降糖药物开发提供了新策略。

　　

糖尿病作为全球性健康威胁，2型糖尿病(T2D)患者常面临餐后血糖失控的难题。α-葡萄糖苷酶(α-Glu)作为调控葡萄糖释放的关键酶，其抑制剂（如阿卡波糖）虽能控制血糖，但长期使用会导致腹胀、恶心等副作用。传统检测方法如对硝基苯酚比色法存在灵敏度低、干扰大等问题，而天然产物中抑制剂的筛选又受基质自发荧光干扰。如何建立高灵敏度检测体系并高效挖掘天然抑制剂，成为糖尿病治疗研究的迫切需求。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Materials Today Bio》发表创新成果，开发了基于红光碳点(R-CDs)和羟基氧化钴纳米片(CoOOH NSs)的"开关式"荧光传感器。研究通过F?rster共振能量转移(FRET)效应构建R-CDs@CoOOH复合纳米材料，利用α-Glu催化底物L-抗坏血酸-2-O-α-D-吡喃葡萄糖苷(AAG)生成抗坏血酸(AA)的特性，触发CoOOH NSs还原为Co²⁺，从而恢复被淬灭的红色荧光（发射波长625 nm）。结合高效液相色谱-二极管阵列-馏分收集系统(HPLC-DAD-FC)与超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF-MS/MS)，实现了从虎杖中高效筛选α-Glu抑制剂。

关键技术方法包括：1）溶剂热法合成高量子产率红光碳点(R-CDs)；2）共沉淀法制备二维羟基氧化钴纳米片(CoOOH NSs)；3）基于FRET原理构建荧光淬灭体系；4）HPLC-DAD-FC实现虎杖提取物的自动化分离；5）UHPLC-Q-TOF-MS/MS进行化合物结构鉴定；6）分子对接模拟抑制剂与α-Glu的相互作用。

3.1 纳米复合材料的合成与表征
研究团队以柠檬酸和尿素为前体，在180°C下溶剂热合成发射红光的碳点(R-CDs)，其具有2.0 nm粒径和4.66 ns荧光寿命。XPS和FTIR分析显示表面富含羧基和氨基，确保水溶性。CoOOH NSs通过NaClO氧化CoCl₂制备，呈现84 nm片状结构。两者通过静电作用自组装形成R-CDs@CoOOH复合材料，荧光淬灭效率达87.33%。

3.2 检测机制与条件优化
AA可将CoOOH NSs还原为Co²⁺，破坏FRET效应使荧光恢复。在pH 6.8 PBS中，体系对AA的检测限达0.048 μM。通过优化反应比例(R-CDs:CoOOH NSs=5:2)和孵育时间(40 min)，建立最佳检测条件。

3.4 α-Glu的荧光定量检测
该传感器对α-Glu的线性范围为0.01-15 U mL^-1，检测限0.0037 U mL^-1，较传统方法灵敏度提升10倍。特异性实验表明，β-葡萄糖苷酶等类似酶无交叉反应。

3.5-3.7 抑制剂筛选与活性评价
从虎杖中分离的16个馏分中，7个显示>50%抑制率。(-)-表儿茶素没食子酸酯抑制活性最强(IC₅₀ 0.87 μM)，优于阿卡波糖(IC₅₀ 0.11 μM)。分子对接揭示这些化合物通过氢键与α-Glu的HIS-280、TYR-158等关键氨基酸结合，结合能(-8.3至-9.9 kcal/mol)与药效正相关。

这项研究创新性地将纳米荧光传感与天然产物分离技术结合，不仅为α-Glu检测提供了高灵敏度工具，更建立了从复杂基质中筛选抑制剂的标准化流程。发现的虎杖活性成分如emodin-8-O-β-D-glucoside等，为开发新型天然降糖药物提供了候选分子。该策略可扩展应用于其他酶活性监测与药物发现研究，具有重要的转化医学价值。