基于生物层干涉术的免疫测定法，用于表征复杂食品基质中BoNT/E结合域的相互作用

《Microchemical Journal》：Bio-layer interferometry–based immunoassay characterization of BoNT/E binding domain interactions in complex food matrices

本研究旨在探索催化酶（CAT）在延缓肌肉衰老中的作用机制，揭示电化学传感器在实时监测氧化应激和抗氧化酶活性中的应用价值，为代谢性疾病防治和运动干预提供技术支持。

　　

Xu Ruonan|吴晓军|侯卫华|徐德久

哈尔滨医科大学第二附属医院心脏康复中心，中国黑龙江省150086

摘要

本研究旨在探讨过氧化氢酶（CAT）在此过程中的关键调控机制。随着人口老龄化问题的加剧，与肌肉老化相关的功能退化已成为一个重大的公共卫生问题，而氧化应激失衡是其核心病理机制。在这种背景下，电化学传感器作为一种重要的医学检测工具，在实时和原位监测活性氧（如H?O?）及抗氧化酶活性方面展现了显著的应用价值，这得益于它们的高灵敏度、快速响应能力以及对复杂生物样本的适用性。基于现有研究，本文系统回顾了电化学传感技术在医学检测中的发展现状，重点分析了其在评估CAT活性和动态检测H?O?方面的技术路径，包括基于纳米材料修饰电极的非酶传感器和固定化酶生物传感器的设计原理与性能特点。研究表明，电化学方法可以有效克服传统分光光度法的局限性（如易受干扰且难以连续监测），为肌肉组织或体液的氧化还原状态提供定量和动态评估方法。在耐力运动干预模型中，该技术有助于揭示运动诱导的CAT表达上调与H?O?清除效率提高之间的相关性，从而客观反映机体抗氧化能力的改善。因此，电化学传感器不仅为骨骼肌老化机制的研究提供了可靠的技术支持，还具有潜力应用于临床即时检测（POCT）和可穿戴健康监测领域，有望成为老年人代谢疾病早期筛查及运动干预效果评估的重要工具。

引言

随着全球老龄化问题的加剧，骨骼肌老化以及葡萄糖和脂质代谢紊乱已成为公共卫生挑战。骨骼肌对维持代谢平衡至关重要，而老化会导致肌肉质量和功能的下降（肌肉萎缩综合征），严重影响老年人的生活质量并增加患病风险。GLUT4蛋白是葡萄糖转运的关键介质，其表达和转运能力直接影响肌肉对葡萄糖的摄取效率，这对维持全身葡萄糖稳态和脂质代谢至关重要[1]。

耐力运动是一种有效的非药物干预手段，能够增强骨骼肌和肝脏中CAT的活性，降低氧化应激水平，从而延缓肌肉老化。耐力运动还能促进GLUT4的表达和功能，使更多GLUT4从细胞内部转移到细胞膜上，提高葡萄糖摄取效率，并增强胰岛素敏感性[2]。这对于预防和治疗老年人的代谢综合征（如糖尿病和肥胖症）具有重要意义。深入研究耐力运动中CAT和GLUT4的调控机制有助于理解肌肉老化的机制，并为制定科学合理的运动干预策略提供理论支持[3]。推广适合老年人的科学运动计划有助于改善整体健康状况和生活质量，减轻社会医疗负担，促进健康老龄化的发展。

电化学传感器凭借其高灵敏度、快速响应、微型化及低成本特点，在生物医学检测领域展现出广阔的应用前景。特别是在实时监测氧化还原活性物质方面，电化学传感技术已成为分析细胞代谢状态和氧化应激水平的关键工具。过氧化氢（H?O?）作为一种重要的活性氧（ROS），不仅是细胞信号转导的介质，也是氧化损伤的核心效应物。其浓度的动态变化直接反映了组织的抗氧化能力和病理过程。尽管传统的比色法或荧光探针可以检测H?O?，但存在操作繁琐、易受干扰或难以实现原位连续监测等局限性。相比之下，基于纳米材料修饰电极的电化学传感器能够直接催化H?O?的氧化或还原反应，从而在生理或病理微环境中实现高选择性和高时空分辨率的浓度检测。通过将过氧化氢酶（CAT）固定在金纳米粒子/石墨烯复合电极表面，可以构建酶-电极耦合系统，该系统不仅保持了酶的高特异性，还通过电子介导增强了信号输出的稳定性，适用于体液、组织匀浆液或细胞培养上清液中H?O?的定量分析。在骨骼肌老化研究中，肌肉组织中H?O?的积累是氧化应激增加的重要标志，而CAT活性的下降进一步削弱了清除能力。因此，开发高稳定性的CAT功能化电化学传感器不仅可用于评估个体的抗氧化状态，还可作为运动干预前后氧化还原平衡变化的客观指标，为精确评估耐力训练对延缓肌肉老化的生物学效应提供可靠的技术支持。此类传感平台的建立有助于将分子机制研究与临床前筛查有效结合，促进老年人代谢疾病的早期预警和个性化干预策略的制定。

相关研究

近年来，电化学传感器在医学检测领域的应用受到了广泛关注。相关研究系统探讨了这些传感器在疾病生物标志物检测、代谢物分析、酶活性评估及实时生理监测等方面的技术原理、材料设计及临床转化潜力。总体而言，电化学传感技术因其高灵敏度等优势

分子作用

电化学传感器在酶活性检测和代谢物分析中的应用已形成较为成熟的技术体系，在多酶级联系统的构建方面也取得了显著进展。研究中报道的共交联酶聚集体（cCLEA）策略（如GOD-CAT-BSA系统）不仅提高了酶的稳定性和重复使用性，还为集成电化学生物传感的发展提供了新思路

骨骼肌老化机制

电化学传感技术为深入分析过氧化氢酶（CAT）的催化动力学及其在复杂生物系统中的功能状态提供了强大的分析工具。传统的酶活性测定方法主要依赖分光光度法监测240 nm处H?O?吸光度的变化，但该方法易受样本浑浊度、色素或其他紫外吸收物质的干扰，难以实现动态连续监测

结论

电化学传感器作为连接分子机制研究与临床医学检测的重要桥梁，在阐明过氧化氢酶（CAT）的功能及其在耐力运动中延缓骨骼肌老化中的作用方面发挥了不可替代的作用。其高灵敏度、实时性和微型化特性使其不仅适用于实验室条件下关键代谢物（如H?O?和葡萄糖）的精确测定，还具有巨大潜力

CRediT作者贡献声明

Xu Ruonan：撰写——初稿，资料整理。吴晓军：撰写——审阅与编辑，数据分析。Hou Weihua：实验设计，概念构思。Xu Dejiu：数据验证。

资助

本工作未获得任何资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。