Nature子刊：苏佳琪等开发基于牛奶的水凝胶，用于酒精中毒的解毒剂

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

尽管酒因为具有社交和放松的效果而广受欢迎，但喝酒对公众健康构成重大危害。事实上，仅在2016年，喝酒相关死亡人数就高达近300万。对于酒精中毒，现有的缓解或治疗方法主要依靠内源性酶，但这只能暂时缓解恶心和头痛等症状，无法解决其他潜在问题，例如嗜睡、疲惫和慢性酒精中毒。因此，迫切需要临床策略来减少酒精中毒的短期和长期有害影响。

含有多种肝酶的纳米复合物已成为加速人体酒精代谢的有效方法。尽管前景令人期待，但存在一个重大障碍——商业上可用的酶活性不足，导致更危险的酒精代谢中间体乙醛的积累，这可能对人体器官造成损害。此外，天然酶还存在成本高、物理化学稳定性差和储存困难等主要缺点，这些缺点迄今为止阻碍了这些复合物在酒精解毒方面的实际应用。

2024年5月13日，苏黎世联邦理工学院Raffaele Mezzenga、苏佳琪等人在 Nature 子刊Nature Nanotechnology上发表了题为：Single-site iron-anchored amyloid hydrogels as catalytic platforms for alcohol detoxification 的研究论文。

该研究开发了一种口服的、基于牛奶蛋白的水凝胶——FeSA@FibBLG，或可作为急性酒精中毒的有效解毒剂，能够稳定耐受胃酸消化且持续显著降低酒精中毒小鼠血液中的酒精水平，同时避免额外积累有毒的乙醛，还可增强肝脏保护，并显著减轻肠道损伤和生态失调，强调了其作为酒精相关疾病的新疗法的潜力。

苏佳琪博士

论文第一作者兼共同通讯作者苏佳琪博士，现为瑞士苏黎世联邦理工学院博士后，本科及硕士和博士毕业于中国农业大学食品科学与营养工程学院。

过去几十年来，纳米技术的进步推动了人工酶向纳米材料的进化，即纳米酶（nanozyme） 的发展，这在包括体外生物传感和检测在内的众多领域引发了巨大的科学兴趣。

受天然酶结构的启发，研究人员主要关注的是原子级分布的金属催化剂，其中天然酶的催化中心在原子水平上被复制。这些单位点催化剂具有明确定义的电子和几何结构，具有出色的催化能力，作为天然酶的可行替代品，具有巨大的潜力。鉴于这些令人鼓舞的前景，研究人员尝试利用诸如石墨烯量子点或金属有机框架纳米酶等外源性支撑物上的天然酶来开发仿生纳米酶，用于酒精解毒。然而，这些方法仍然要么依赖天然酶，要么只产生间接效果，这凸显了进行重大设计改进的潜力。

开发用于酒精解毒的纳米酶，关键且具有挑战性的方面是设计高效的单位点催化剂，能够将酒精（乙醇）转化为毒性较小的乙酸，或者进一步转化为二氧化碳和水，同时尽量减少乙醛的生成。此外，这种纳米酶还需要经过口服后在在胃肠道环境中存活，且没有额外的毒性。

在这项研究中，研究团队开发了一种仿生纳米酶淀粉样水凝胶，这种凝胶是用β-乳球蛋白制造的，这是一种大量存在的乳清蛋白，是奶酪制作过程中的食品级副产品。为了催化酒精氧化，研究团队生产出纳米级的单位点铁锚定β-乳球蛋白原纤维——FeSA@FibBLG，以模拟天然辣根过氧化物酶的配位结构，这种纳米酶凝胶能分解体内的酒精。

Fe SA @FibBLG

由于蛋白原纤维在胃肠道中短暂停留并被消化（通常在4小时内），因此，研究团队进一步制造了附着金纳米颗粒（AuNP）的Fe SA @FibBLG淀粉样水凝胶——Fe SA @AH，以实现在胃肠道内的长时间滞留，从而增强氧化酒精的总体能力。

研究团队在小鼠中进行了测试，发现它能保持稳定、耐受胃酸消化环境，并持续且显著降低酒精中毒小鼠血液中的酒精水平（在酒精摄入300分钟后降低了55.8%），同时避免额外积累有毒的乙醛。

最后，该研究还证明了这种纳米酶凝胶还可增强肝脏保护，并显著减轻肠道损伤和生态失调，强调了其作为酒精相关疾病的新疗法的潜力。该研究为高效和具有靶向性的酒精解毒剂的开发提供了有前景的新见解。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-024-01657-7