納米酶是一類自身具有催化活性的納米材料。由于具有比傳統(tǒng)酶穩(wěn)定性更好、制備過程簡單、成本低廉等特點，納米酶在生物檢測和疾病治療等領(lǐng)域得到了研究者們的廣泛關(guān)注，也因此涌現(xiàn)出一系列基于納米酶催化活性的疾病診療新策略。盡管如此，納米酶對機體代謝穩(wěn)態(tài)及其相關(guān)疾病影響的研究還鮮有報道。
2020年10月05日，Advanced Materials在線發(fā)表了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院宋海云研究員、上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院樊春海院士以及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院王慧教授等人合作完成的題為An Organelle-Specific Nanozyme for Diabetes Care in Genetically or Diet-Induced Models的論文。該研究發(fā)現(xiàn)，一種常見的納米酶四氧化三鐵納米粒子（Fe3O4NPs）可以通過在酸性細胞器（如溶酶體）中的類似過氧化物酶的活性，局部調(diào)節(jié)能量傳感器腺苷5'-單磷酸蛋白激酶（AMPK），促進葡萄糖代謝和胰島素響應(yīng)，從而揭示了它在緩解糖代謝異常疾病癥狀方面的潛在功效。
Fe3O4NPs具有pH依賴性的雙重酶活性。在中性pH條件下，F(xiàn)e3O4NPs體現(xiàn)類似過氧化氫酶（catalase）的活性，能夠起到清除活性氧物質(zhì)（ROS）的作用。在酸性條件下，F(xiàn)e3O4NPs體現(xiàn)類似過氧化物酶（peroxidase）的活性，能夠產(chǎn)生ROS。宋海云、樊春海和陳楠等人在之前的合作工作中發(fā)現(xiàn)進入細胞的Fe3O4NPs絕大多數(shù)定位于中性的胞漿中，從而在細胞整體水平上發(fā)揮ROS的清理功能和細胞保護作用，并在動物模型中展示了延緩衰老和緩解神經(jīng)退行性疾病癥狀的功效（Advanced Materials, 2016）。在本項工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)少數(shù)定位于溶酶體中的Fe3O4NPs能夠在細胞局部產(chǎn)生接近生理水平的ROS。由于胞漿中Fe3O4NPs的存在，這不會影響細胞整體的ROS水平，但是能夠引發(fā)AMPK在溶酶體膜上的激活，增強各種代謝旺盛的細胞以及胰島素抗性細胞模型中的葡萄糖吸收。
糖尿病是一種以高血糖為特征的慢性非傳染性代謝疾病，被視作是二十一世紀面臨的最大的全球衛(wèi)生危機之一。在眾多糖尿病藥物的研發(fā)策略中，改善胰島素抗性細胞攝取葡萄糖的能力是研究者們的重點考慮方案之一。基于細胞水平的發(fā)現(xiàn)，研究人員進一步考察了四氧化三鐵納米粒子在糖尿病疾病模型中的糖代謝調(diào)節(jié)功效。實驗結(jié)果表明，膳食中Fe3O4NPs在遺傳因素或高糖飲食引起的糖尿病果蠅模型中顯示出對高血糖和高胰島素血癥的治療作用。更重要的是，在2型糖尿病小鼠模型中注射Fe3O4NPs可刺激代謝組織中的AMPK活性，降低血糖水平，提高小鼠的葡萄糖耐受性及胰島素敏感性。該研究表明Fe3O4NPs在AMPK活化、血糖控制和胰島素抗性改善中具有內(nèi)在的細胞器特異性，揭示了它在糖尿病治療中的潛在療效。
助理研究員周炎烽、博士研究生劉唱和于韻為該論文的并列第一作者，宋海云研究員、樊春海院士和王慧教授為該論文的共同通訊作者。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003708
