经类固醇改性的荧光/比色介导的中孔纳米平台：将食品保鲜技术与槲皮素辅助的胰腺β细胞功能保护相结合

《Food Bioscience》：Steroid-Modified Fluorescence/Colorimetric Mesoporous Nanoplatform: Combining Food Freshness Monitoring with Quercetin-Mediated Preservation of Pancreatic β-Cell Function

氧化应激诱导的线粒体功能障碍是1型糖尿病（T1DM）β细胞凋亡的关键因素，而生物胺（如组胺）是蛋白质丰富食品腐败的敏感指标。本研究开发了一种具有双功能特性的钴基介孔有机框架复合材料（OH-steroid@CP1），通过荧光比色法定量检测生物胺，并负载天然抗氧化剂槲皮素实现β细胞线粒体保护。机制研究表明，材料能带结构调控、OH-steroid与CP1的能量转移以及CP1催化氧化生成苯醌衍生物协同作用产生双重检测信号。实验证实该纳米平台可同时用于食品安全监测和糖尿病治疗，为开发多功能纳米材料提供新思路。

　　

姜朝阳|刘娇|胡阳新|潘成|张磊

中国江苏省连云港市连云港医科大学临床学院，连云港市第一人民医院

摘要

1型糖尿病（T1DM）的特点是胰腺β细胞的自身免疫性破坏，其中氧化应激引起的线粒体功能障碍在细胞凋亡中起着关键作用，而食物中的生物胺（BAs），如组胺，是蛋白质丰富食物变质和潜在健康风险的关键指标。本文报道了一种经过类固醇改性的钴基介孔配位聚合物（OH-steroid@CP1），作为一种多功能纳米平台，将生物胺检测与β细胞保护结合在一起。类固醇中间体和所得复合材料的结构通过核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和光物理表征进行了确认。OH-steroid@CP1作为组胺的双模式探针，表现出比率荧光（I₄₂₇/I₆₁₆）和比色响应，具有宽线性范围、亚微克每毫升（μg mL^-1）的检测限以及明显的肉眼可辨的颜色变化。机制研究表明，带结构工程、OH-steroid与CP1之间的能量转移以及CP1催化的类固醇配体氧化为醌类染料协同产生了比率荧光/比色输出。此外，将槲皮素加载到OH-steroid@CP1中（OH-steroid@CP1@Que，Que-NPs）显著提高了INS-1 β细胞的存活率，并上调了SIRT1、PGC-1α和INS的表达，表明其增强了线粒体调节和β细胞的功能保护。这项工作建立了一种类固醇改性的钴基MOF纳米平台，将敏感的生物胺检测与槲皮素递送相结合，为将食品安全监测与T1DM干预的β细胞保护策略联系起来提供了一种概念验证策略。

引言

1型糖尿病（T1DM）是一种慢性自身免疫性疾病，由于胰腺β细胞的逐渐丧失而导致胰岛素绝对缺乏[1]。尽管胰岛素替代疗法是标准治疗手段，但保护剩余的β细胞免受自身免疫攻击仍然是一个重要的治疗挑战[2]。最近的研究表明，促炎细胞因子会引发严重的线粒体功能障碍和活性氧（ROS）积累，这些都是β细胞凋亡的关键因素[3, 4]。激活SIRT1/PGC-1α信号轴以增强线粒体生物生成和抗氧化防御已成为促进β细胞存活和恢复力的有希望的策略[5, 6]。槲皮素是一种天然存在的膳食类黄酮，通过这一途径显示出显著的细胞保护和代谢调节作用[7, 8]。然而，其较差的水溶性和有限的生物利用度严重限制了其治疗潜力，这突显了需要有效的纳米级递送方法[9, 11]。

与此同时，食品安全是公共卫生中一个重要但常常被低估的方面。蛋白质丰富食物的变质会导致生物胺（BAs）的形成，如组胺，这些物质被广泛认为是新鲜度的指标，并与潜在的健康风险相关[12]。尽管它们很重要，但由于依赖于昂贵的色谱方法或易受环境干扰的单模式比色传感器，常规的生物胺检测仍然具有挑战性[13, 14]。因此，开发一种灵敏且视觉上易于识别的生物胺监测策略具有重要的实际意义。

基于钴的金属有机框架（Co-MOFs）由于其可调的孔隙率、丰富的配位环境和良好的光学性质而成为多功能材料[15, 16]。这些特性使得小分子分析物的有效富集成为可能，并为生物活性化合物的加载提供了合适的载体[17, 18]。然而，大多数报道的Co-MOF系统都是为食品相关检测或药物递送设计的，而它们在同一材料框架内同时支持这两种应用的潜力在很大程度上尚未被探索[19]。

在这项工作中，我们报道了一种经过类固醇改性的钴基介孔配位聚合物（OH-steroid@CP1），作为一种具有双重应用潜力的多功能纳米平台。引入天然类固醇基团提高了生物相容性和功能多样性，同时保持了Co-MOF框架的结构和光学特性。所得材料能够实现生物胺的比率荧光和比色双重模式可视化，用于食品新鲜度监测。比色检测提供了快速且直观的肉眼读数，适用于现场筛查，而荧光检测则提供了更高的灵敏度和定量准确性，从而提高了整体检测的可靠性。此外，加载槲皮素（OH-steroid@CP1@Que）在体外增强了胰腺β细胞的线粒体调节和功能保护。这项研究不仅展示了“监测-保护”功能的同时实现，还提出了一个双场景、可扩展的纳米平台，为食品安全监测与β细胞导向的代谢干预之间的概念性联系提供了见解，并为公共卫生和生物医学研究领域的多功能材料设计提供了思路。

材料与仪器

材料与仪器

所有化学品和溶剂均为试剂级质量，无需进一步纯化即可使用。类固醇中间体和基于配位聚合物的复合材料（CP1、OH-steroid@CP1和OH-steroid@CP1@Que）的结构通过一维和二维核磁共振（NMR）光谱（Bruker AVANCE III 400 MHz，Bruker，德国）、粉末X射线衍射（XRD，D8 ADVANCE，Bruker，德国）和傅里叶变换红外光谱（FTIR，Nicolet 6700）进行了表征。

OH-steroid的表征

为了进一步验证OH-steroid的化学结构，在CDCl₃中记录了¹H NMR（图1a）和¹³C NMR（图1b）光谱。在¹H NMR光谱中，δ 7.26 ppm处的信号归属于氘代溶剂CDCl₃的残余质子峰，而不是分析物。此外，δ 5.82和5.30 ppm处的双峰归因于C-1位置的烯丙基质子，证实了预期的结构特征。δ 4.35和4.13 ppm处的信号可以归属于

结论

总之，我们构建了一种经过类固醇改性的钴基介孔配位聚合物OH-steroid@CP1，作为一种多功能纳米平台，可用于食品安全监测和β细胞调节的双重应用。OH-steroid@CP1能够实现高灵敏度和选择性的组胺比率荧光和比色检测，具有较低的检测限和清晰的视觉读数，机制分析将双重模式响应归因于带结构调节和能量转移的协同作用。

CRediT作者贡献声明

潘成：资金获取。姜朝阳：数据整理。张磊：概念构思。胡阳新：正式分析。刘娇：正式分析

伦理批准

不适用。

利益冲突

作者声明在本文的发表中没有利益冲突。

数据和材料的可用性

如需本研究结果的支持数据，请联系相应的作者。

资助

该研究得到了江苏省自然科学基金（BK20231231）的一般项目和江苏省卫生健康委员会关键研究项目（K2023065）的支持。

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财务利益或个人关系。