《Analytica Chimica Acta》：Rapid Colorimetric Assay-Guided Discovery of α-Glucosidase Inhibitors from Natural Products Using a MOF-818@Pt Nanozyme
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作者：张贝婷、陈沐、黄洋、 Mou Siyi、秦淑蕾、杨硕、江正进、黄胜峰中国广东省广州市，广州医科大学药学院，分子靶点与临床药理学国家重点实验室、国家药品监督管理局重点实验室（邮编：511436）摘要背景α-葡萄糖苷酶（α-Glu）抑制剂是治疗2型糖尿病的重要药物。然而，从天然
作者：张贝婷、陈沐、黄洋、 Mou Siyi、秦淑蕾、杨硕、江正进、黄胜峰
中国广东省广州市，广州医科大学药学院，分子靶点与临床药理学国家重点实验室、国家药品监督管理局重点实验室（邮编：511436）
摘要
背景
α-葡萄糖苷酶（α-Glu）抑制剂是治疗2型糖尿病的重要药物。然而，从天然产物中快速发现这类生物活性化合物仍然具有挑战性。
结果
在本研究中，我们开发了一种基于MOF-818@Pt纳米酶的比色筛选策略，用于高效地从天然来源中发现α-Glu抑制剂。MOF-818@Pt复合材料通过原位还原-沉积法合成，表现出优异的过氧化物酶样活性，并经过了全面表征。以α-阿鲁丁为底物，该纳米酶系统能够灵敏地检测α-Glu活性，在0.05–120 U/L的浓度范围内显示出良好的线性关系（R2 = 0.991），同时具有很强的抗干扰能力、满意的可重复性和长期稳定性。该方法成功应用于Myrciaria cauliflora的生物活性导向分离，得到了十个具有显著α-Glu抑制活性的亚组分（GH1–GH10）。基于特征的分子网络分析表明，这些亚组分主要由黄酮醇、萜类化合物、多酮类和倍半萜类组成。分子对接研究表明，每个类别中的代表性化合物都能与α-Glu的活性位点结合，与Arg213、Asp215、Glu277、Gln279和Asp352等关键残基形成氢键。
意义
本研究建立了一种快速、简单且高通量的方法，用于从复杂的天然产物基质中筛选α-Glu抑制剂，为基于天然产物的药物发现提供了一个有前景的技术平台。
引言
α-葡萄糖苷酶（α-Glu）在碳水化合物代谢中起着关键作用，它催化寡糖水解为葡萄糖[1]。过高的α-Glu活性会加速肠道中葡萄糖的释放，从而导致餐后高血糖，这与2型糖尿病和肥胖等代谢性疾病密切相关[2]。因此，抑制α-Glu已成为控制血糖水平的有效治疗策略[3]。几种α-Glu抑制剂（如阿卡波糖和米格列醇）已被临床用于糖尿病治疗；然而，这些药物常常会引起胃肠道副作用[4]、[5]。因此，发现具有更好安全性和疗效的新α-Glu抑制剂仍然是一个重要的研究目标。
天然产物被广泛认为是生物活性分子的重要来源，并为药物发现提供了许多先导化合物[6]、[7]。许多植物来源的代谢物已被报道具有α-Glu抑制活性[8]、[9]。然而，由于结构多样性和生物活性成分含量低，从复杂的天然提取物中鉴定活性抑制剂仍然具有挑战性[10]、[11]、[12]。传统的天然产物发现策略通常遵循“分离–结构鉴定–活性评估”的工作流程，这既费时又费力[13]。此外，在此过程中可能会忽略一些虽然活性较低但效果显著的抑制剂。
利用特定底物触发荧光或电化学产物的生成已成为检测α-Glu活性和筛选抑制剂的主流方法[14]、[15]。荧光和电化学技术可以快速灵敏地检测酶活性[15]、[16]，但由于与复杂天然产物组分的兼容性有限，它们通常不适合高通量筛选。同时，许多研究人员专注于将α-Glu固定在各种载体材料上来提高底物识别效率，然后通过洗脱和HPLC-MS分析结合的抑制剂。例如，Lei等人制备了一种三维有序的ZIF-8固定化酶微反应器，用于从绿茶中筛选α-Glu抑制剂[17]，Zhou等人构建了ZIF-8功能化的海藻酸-壳聚糖混合微球，用于高通量抑制剂筛选[18]。尽管这些固定化酶策略非常可行，但它们通常涉及多个实验步骤，需要复杂的仪器和训练有素的人员[19]，并且可能会受到载体材料的非特异性吸附，导致背景干扰。因此，一种简单、快速且高通量的方法是非常需要的[20]、[21]。
比色法由于其视觉读数、低成本以及与微孔板高通量分析的兼容性，为酶活性检测提供了一种简单方便的替代方法[22]、[23]、[24]、[25]。当与催化信号放大策略结合使用时，比色检测可以在保持操作简便性的同时提高灵敏度[26]、[27]、[28]。近年来，具有酶模拟催化活性的纳米酶在生物传感应用中引起了广泛关注[29]、[30]、[31]、[32]。这些纳米材料表现出优异的稳定性和强大的催化性能，能够在比色系统中实现高效的信号放大[33]、[34]。
在本研究中，我们开发了一种基于纳米酶的比色筛选策略，用于快速高效地从天然产物中发现α-葡萄糖苷酶抑制剂。合成了具有增强过氧化物酶样活性的MOF-818@Pt纳米酶，并将其用作比色检测中的催化信号放大剂[35]。与单组分PtNPs或原始MOFs等传统的过氧化物酶模拟物相比，MOF-818@Pt具有多个优势：(i) MOF基质防止PtNPs聚集，为底物富集提供了较大的表面积；(ii) Pt纳米颗粒表现出强而稳定的催化活性；(iii) 该复合材料比天然HRP具有更好的稳定性和重复使用性，特别适合用于可重复的比色生物传感应用。在该系统中，α-Glu产生的水解产物调节了纳米酶催化的TMB氧化，从而产生可测量的比色响应。这种视觉和微孔板兼容的检测格式使得酶活性和抑制剂筛选能够快速进行。通过将这种比色传感平台与色谱分离结合，建立了一种基于活性的工作流程，从而快速从复杂的植物提取物中鉴定出具有生物活性的组分。以Myrciaria cauliflora作为模型天然产物来源，所提出的策略能够高效筛选并富集出具有显著α-Glu抑制活性的组分。随后的基于特征的分子网络分析和分子对接分析进一步揭示了负责观察到的活性的潜在生物活性化合物。这项工作展示了一种快速、简单且高通量的天然产物抑制剂发现策略，为探索复杂天然基质中的生物活性分子提供了一种实用的方法。
章节片段
实验部分
试剂和仪器、植物材料的提取与分离、LC-MS/MS分析及基于特征的分子网络分析、分子对接，相关细节见补充材料。
MOF-818@Pt纳米酶的合成与表征
MOF-818@Pt纳米酶的合成策略如图1a所示。首先，按照先前报道的方法[37]合成MOF-818纳米材料。随后，通过原位沉积将Pt纳米颗粒负载到MOF-818表面，得到具有过氧化物酶样活性的MOF-818@Pt纳米酶[38]。为了优化过氧化物酶（POD）活性，设计并合成了五种不同Pt与MOF-818负载比的MOF-818@Pt复合材料。
结论
本研究首次应用基于MOF-818@Pt纳米酶的比色平台，从天然产物中快速筛选α-葡萄糖苷酶抑制剂。合成的MOF-818@Pt复合材料（1:4比例）表现出优异的过氧化物酶样活性，使用α-阿鲁丁作为底物时，能够在0.05–120 U/L的线性范围内灵敏地检测α-Glu。该方法成功应用于Myrciaria cauliflora的生物活性导向分离，从而
CRediT作者贡献声明
黄胜峰：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、监督、项目管理、资金获取。江正进：监督。杨硕：项目管理、研究。张贝婷：撰写 – 原稿、方法学、概念化。秦淑蕾：验证。Mou Siyi：软件。黄洋：正式分析、数据管理。陈沐：撰写 – 原稿、数据管理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
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致谢
本工作得到了国家自然科学基金（82304444、82404472）、广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515110641）以及广州市教育局的 tertiary Education 科学研究项目（2024312081）的支持。感谢广州医科大学科研中心提供的仪器分析和测量支持。
