Z/Ce@hemin 复合酶：帕金森病氧化应激模型监测与筛选的新利器

为精准监测帕金森病（PD）氧化应激模型，研究人员开发 Z/Ce@hemin 复合酶，可有效检测 H2O2，助力相关研究。

　　帕金森病（Parkinson’s disease，PD），这一神秘的神经退行性疾病，如同隐匿在人体中的 “暗箭”，悄然威胁着人们的健康。它是世界上第二大常见的神经退行性疾病，仅次于阿尔茨海默病。在中国，PD 患者数量已达 200 万，约占全球 PD 患者总数的 50%。随着人口老龄化的加剧，PD 对老年人身心健康的威胁日益凸显。

PD 患者不仅会出现运动障碍，如动作迟缓、肢体僵硬和震颤等，还伴有感觉障碍、认知功能障碍等非运动症状。其主要病理变化包括中脑黑质多巴胺能神经元的恶化和丢失，以及路易小体的形成和 α - 突触核蛋白在剩余神经元中的积累。尽管科研人员对 PD 进行了大量研究，但目前其病因仍未完全明确，普遍认为遗传因素、环境毒素、衰老等多种因素与 PD 的发病相关。

为深入研究 PD 的发病机制，探索新的临床治疗方法，建立和监测有效的 PD 模型至关重要。目前，PD 模型主要分为神经毒素模型和基因编辑模型，其中神经毒素模型应用最为广泛。这些神经毒素，如 6 - 羟基多巴胺（6 - OHDA）、1 - 甲基 - 4 - 苯基 - 1,2,3,6 - 四氢吡啶（MPTP）和鱼藤酮（ROT）等，可使多巴胺能神经元中过氧化氢（H₂O₂）水平升高。过量的 H₂O₂会引发氧化应激反应，导致细胞损伤，进而诱发 PD。因此，开发一种能够快速、灵敏、特异性地分析 H₂O₂的方法，对于准确评估神经毒素诱导的 PD 模型至关重要。

传统检测 H₂O₂的技术，如色谱法、化学发光法、电化学法和光谱分析法等，往往需要先进的设备、复杂的样品处理过程或繁琐的材料制备步骤，这限制了它们的广泛应用。相比之下，分光光度法，尤其是比色分析法，因其操作简便、灵敏度高、选择性好，且有多种传感材料和系统可供选择，受到了广泛关注。

受天然酶结构的启发，贵州医科大学的研究人员开发了一种新型人工酶 ——Z/Ce@hemin 复合酶。该复合酶通过将血红素（hemin）锚定在沸石咪唑酯骨架结构 - 8（ZIF - 8）包裹的二氧化铈（CeO₂）纳米颗粒上制备而成。研究成果发表在《npj Parkinson's Disease》杂志上。

在研究方法上，研究人员首先通过多种化学合成方法制备了 Z/Ce@hemin 复合酶，具体包括 CeO₂纳米多面体、PVP - CeO₂复合材料、Z/CeO₂纳米材料以及最终的 Z/Ce@hemin 复合酶的合成。接着，运用多种仪器对其进行表征，如利用 UV - vis 吸收光谱、荧光光谱、透射电子显微镜（TEM）等技术对 Z/Ce@hemin 复合酶的结构、形貌和光学性质进行分析。同时，采用多种实验方法对复合酶的性能进行研究，包括检测其类过氧化物酶活性、优化反应条件、进行稳态动力学分析、利用该复合酶进行 H₂O₂的比色检测，以及在细胞培养和秀丽隐杆线虫（C. elegans）模型中检测 H₂O₂水平变化等。实验样本来源包括大鼠嗜铬细胞瘤（PC12）细胞、野生型秀丽隐杆线虫 Bristol（N2）菌株等。

在研究结果方面：

• Z/Ce@hemin 复合酶的合成与表征：成功合成了 Z/Ce@hemin 复合酶，通过多种表征手段证实了 hemin 成功负载到 Z/CeO₂复合材料上，且该复合酶具有良好的稳定性，在多种生理条件下均未出现沉淀，其流体动力学直径和多分散指数变化极小，这表明它在血液循环和体内应用方面具有潜在的适用性。
• Z/Ce@hemin 复合酶的类过氧化物酶活性：Z/Ce@hemin 复合酶在 TMB - H₂O₂反应系统中表现出类过氧化物酶催化功能，能使 TMB 氧化生成蓝色产物。与单独的 hemin 或 Z/CeO₂复合材料相比，Z/Ce@hemin 复合酶的催化效率最高，且其催化活性呈浓度依赖性。通过计算，其比活性为 1.679 U/mg。
• 反应条件优化：对影响 Z/Ce@hemin 复合酶催化效率的关键因素进行优化，确定了最佳反应条件为 TMB 浓度 4 mM、反应时间 10 min、温度 35°C、pH 5.0。在此条件下，复合酶能保持较高的催化活性，且在较宽的 pH 范围（4.0 - 7.0）和温度范围（20 - 55°C）内都具有良好的适应性。
• 稳态动力学研究：稳态动力学实验表明，Z/Ce@hemin 复合酶对 TMB 的亲和力比 hemin 更强，其 Km 值更低，周转数（Kcat）更高，催化效率（Kcat/Km）比游离 hemin 高 2.78 倍。这说明 Z/CeO₂复合材料作为固定化载体，不仅增加了 hemin 对 TMB 氧化的催化效率，还防止了 hemin 的二聚化，为 TMB 提供了更多的活性结合位点。
• H₂O₂检测：基于 Z/Ce@hemin 复合酶建立的比色检测方法对 H₂O₂具有较高的灵敏度，检测限低至 1.3 μM，在 1 - 60 mM 范围内呈现良好的线性关系。该方法可用于检测 PD 细胞模型（PC12 细胞经 6 - OHDA、MPTP、ROT 处理）和 PD 线虫模型（C. elegans 经 6 - OHDA、MPTP、ROT 处理）中的 H₂O₂水平变化。研究发现，6 - OHDA 在 PD 细胞模型和线虫模型中均能诱导产生最高水平的 H₂O₂，这一结果与商业 ROS 荧光探针 DCFH - DA 检测结果一致。

综上所述，Z/Ce@hemin 复合酶展现出优异的类过氧化物酶活性和稳定性。基于该复合酶建立的比色检测方法灵敏度高、选择性好，能够快速、准确地检测 H₂O₂，为研究人员开发和评估 PD 氧化应激模型提供了有力工具，有望推动 PD 发病机制研究和治疗方法的探索。不过，该研究目前主要在细胞和线虫模型中进行，未来还需要进一步在更复杂的动物模型及人体研究中验证其有效性和安全性，以实现从基础研究到临床应用的转化。