甲醛脱氢酶（Formaldehyde Dehydrogenase，简称 FDH）是生物体内一类重要的氧化还原酶，隶属于醇脱氢酶超家族，广泛存在于原核生物（如细菌、古菌）和真核生物（如酵母、植物、动物）中。在人体中，FDH 主要分布于肝脏、肾脏、肺脏等代谢活跃或易接触外源有害物质的器官，且多定位于细胞质基质中，少数亚型存在于线粒体或过氧化物酶体中，以适应不同部位的甲醛代谢需求。

从分子结构来看，FDH 的化学本质为含锌金属酶，核心结构包含锌离子结合位点、辅酶结合位点和底物结合位点。锌离子不仅是维持酶空间构象稳定的关键，还能参与催化反应中电子的转移过程；辅酶结合位点主要特异性结合烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺），少数 FDH 亚型可结合烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP⁺），但结合效率远低于 NAD⁺；底物结合位点则对甲醛具有高度特异性，仅能高效结合甲醛分子，对其他醛类（如乙醛、丙醛）的结合能力极弱，这种底物特异性是 FDH 在甲醛代谢中发挥核心作用的分子基础。

不同来源的 FDH 在亚基组成上存在一定差异，例如细菌来源的 FDH 多以同源二聚体形式存在，而人体肝脏中的 FDH 则以单体形式发挥活性，但无论何种形式，其催化甲醛氧化的核心功能高度保守，确保了不同生物在应对甲醛毒性时能通过相似机制实现解毒。

生理功能

FDH 作为生物体内甲醛代谢的关键酶，其生理功能主要围绕甲醛的氧化解毒展开，同时参与维持细胞氧化还原平衡，对保护机体免受甲醛毒性损伤、保障正常生理活动具有不可替代的作用。

（一）催化甲醛氧化，核心解毒功能

甲醛是一种具有强毒性的小分子化合物，来源包括内源性代谢（如氨基酸代谢、脂质过氧化、DNA 甲基化修饰后的去甲基化过程）和外源性摄入（如环境中的甲醛污染、食品加工中的甲醛残留、吸烟产生的甲醛等）。甲醛进入细胞后，会通过与蛋白质的氨基、核酸的碱基等发生交联反应，破坏生物大分子的结构与功能，导致细胞损伤、基因突变甚至细胞死亡，长期暴露还会增加癌症（如鼻咽癌、白血病）的发病风险。

FDH 是清除甲醛的核心酶，其通过特异性催化反应将甲醛氧化为无毒或低毒的甲酸：在 NAD⁺的参与下，FDH 结合甲醛分子，将其氧化为甲酸，同时将 NAD⁺还原为 NADH，反应式可表示为：甲醛 + NAD⁺ + H₂O → 甲酸 + NADH + H⁺ 。生成的甲酸可进一步在甲酸脱氢酶的催化下，氧化为二氧化碳和水排出体外，或参与一碳单位代谢，为嘌呤、嘧啶等物质的合成提供原料，从而完成甲醛的彻底解毒。

在人体中，肝脏是甲醛代谢的主要器官，肝脏中的 FDH 承担了约 70% 的甲醛解毒任务 —— 当外源性甲醛通过呼吸道或消化道进入人体后，会迅速被血液运输至肝脏，在 FDH 的作用下转化为甲酸；内源性产生的甲醛也会在 FDH 的催化下及时清除，避免在细胞内蓄积，有效降低了甲醛对肝脏、肺脏等器官的毒性损伤。

（二）参与一碳单位代谢，辅助物质合成

FDH 催化甲醛生成的甲酸，并非仅作为代谢废物被排出，还能参与细胞内的一碳单位代谢途径，为生物大分子的合成提供关键原料，这是 FDH 除解毒外的重要生理功能。一碳单位代谢是指细胞内某些化合物分解代谢过程中产生的含一个碳原子的基团（如一碳单位），通过载体（如四氢叶酸）传递，参与嘌呤、嘧啶、蛋氨酸等物质的合成。

甲酸作为一碳单位的重要来源，可在甲酸脱氢酶的作用下生成二氧化碳和四氢叶酸结合的一碳单位（如 N¹⁰- 甲酰四氢叶酸），这些一碳单位随后参与嘌呤的合成（如嘌呤环中 C₂、C₈的形成）和嘧啶的合成（如胸腺嘧啶的甲基化），同时也能用于蛋氨酸的再生（将同型半胱氨酸甲基化为蛋氨酸）。FDH 通过将甲醛转化为甲酸，为一碳单位代谢提供了稳定的底物来源，间接保障了核酸（DNA、RNA）和蛋白质的合成，对细胞的增殖、分化及正常生理功能的维持具有重要意义。

例如，在快速分裂的细胞（如骨髓造血细胞、肠道上皮细胞）中，核酸合成需求旺盛，FDH 的活性会显著升高，通过加速甲醛向甲酸的转化，为一碳单位代谢提供更多原料，满足细胞对嘌呤和嘧啶的需求，确保细胞分裂正常进行。

（三）维持细胞氧化还原平衡，调控代谢稳态

FDH 在催化甲醛氧化的过程中，伴随 NAD⁺向 NADH 的转化，这一过程对维持细胞内氧化还原平衡、调控代谢稳态具有重要作用。NAD⁺和 NADH 是细胞内关键的氧化还原辅酶，二者的比例（NAD⁺/NADH）直接影响细胞的氧化还原状态和能量代谢效率 ——NAD⁺是糖酵解、三羧酸循环等能量代谢途径的必需辅酶，而 NADH 则是电子传递链产生 ATP 的重要电子供体。

当 FDH 催化甲醛氧化时，会消耗细胞内的 NAD⁺并生成 NADH，这种转化会双向调节细胞的代谢状态：一方面，生成的 NADH 可进入电子传递链，通过氧化磷酸化产生 ATP，为细胞提供能量，尤其在甲醛浓度较高、解毒需求增加时，FDH 的活性升高会伴随 NADH 生成量的增加，间接提升细胞的能量供应；另一方面，NAD⁺的消耗会反馈调节依赖 NAD⁺的代谢途径 —— 例如，当细胞内 NAD⁺浓度因 FDH 催化反应而降低时，会抑制糖酵解速率，同时促进脂肪酸的 β- 氧化，通过调整不同代谢途径的速率，维持细胞内 NAD⁺/NADH 的相对稳定。

此外，FDH 的活性还会受到细胞内甲醛浓度、NAD⁺浓度及 pH 值的调控：当甲醛浓度升高时，FDH 的活性会被激活，加速甲醛解毒；当 NAD⁺浓度不足时，FDH 的活性会受到抑制，避免 NAD⁺过度消耗导致其他代谢途径紊乱。这种调控机制使 FDH 能够根据细胞的代谢需求和甲醛毒性压力，灵活调整催化速率，确保细胞在解毒的同时，维持氧化还原平衡和代谢稳态。

茁彩生物基于 FDH 的氧化催化特性，建立了一套精准、高效的 FDH 活性检测体系，核心是利用 FDH 催化甲醛与 NAD⁺反应生成 NADH 的特性，通过检测 NADH 的生成量间接计算 FDH 活性。

（一）FDH 催化的反应过程

在茁彩生物的实验体系中，FDH 发挥氧化酶的作用，在辅酶 Ⅰ（NAD⁺）存在的条件下，特异性催化甲醛分子氧化为甲酸，同时将 NAD⁺还原为 NADH。该反应的化学方程式与生理过程一致，即：甲醛 + NAD⁺ + H₂O → 甲酸 + NADH + H⁺ 。

该反应具有严格的特异性，主要体现在两方面：一是底物特异性，FDH 仅能高效结合甲醛作为底物，对其他醛类（如乙醛、丙醛）的催化效率不足甲醛的 1%，即使反应体系中存在少量其他醛类杂质，也不会对甲醛的氧化反应产生显著干扰；二是辅酶特异性，实验中使用的 FDH 亚型优先结合 NAD⁺作为辅酶，对 NADP⁺的结合能力极弱，反应体系中无需考虑 NADP⁺的影响，进一步确保了反应的专一性，为后续活性检测的准确性奠定基础。

（二）基于 NADH 生成量的 FDH 活性检测原理

NADH 与 NAD⁺在特定波长下的光谱特性存在显著差异：NADH 在 340nm 波长处具有强特征吸收峰，摩尔吸光系数约为 6220 L/(mol・cm)，而 NAD⁺在该波长下几乎无吸收。在 FDH 催化反应中，随着反应的进行，产物 NADH 不断生成，反应体系在 340nm 处的吸光值会随时间线性增加，且吸光值的增加速率与 NADH 的生成速率直接正相关，而 NADH 的生成速率又与 FDH 的活性正相关 —— 即 FDH 活性越强，单位时间内催化生成的 NADH 量越多，340nm 处吸光值的增加幅度越大。

基于这一原理，茁彩生物的 FDH 活性检测流程如下：

1. 反应体系制备：在石英比色皿中加入缓冲液（通常为 pH 8.0 的 Tris-HCl 缓冲液，维持反应的最适 pH）、足量的甲醛溶液（确保底物过量，避免底物不足限制反应速率）和 NAD⁺溶液（辅酶过量，满足反应需求），混合均匀后置于分光光度计的样品池中，预热至 37℃（人体来源 FDH 的最适温度）。
2. 反应启动与监测：加入待检测的 FDH 样本，迅速混合均匀，同时启动分光光度计的实时监测功能，记录 340nm 处吸光值随时间的变化曲线，监测时长通常为 5-10 分钟，确保反应处于线性阶段（即吸光值随时间呈线性增长，无明显平台期）。
3. 活性计算：根据吸光值变化曲线，计算单位时间内（通常为每分钟）吸光值的增加量（ΔA/min），结合 NADH 的摩尔吸光系数（ε）、比色皿光程（d，通常为 1cm）和反应体系体积（V），通过公式换算出每分钟 NADH 的生成量（nmol/min），即为 FDH 的活性值。

具体计算公式为：FDH 活性（U/L）= ΔA/min × V × 10⁶ / (ε × d × C) ，其中 C 为待检测 FDH 样本的稀释倍数（若样本经过稀释）。通常，FDH 活性的定义为 “在 37℃、pH 8.0 条件下，每分钟催化生成 1μmol NADH 所需的酶量”，因此通过上述公式可直接得到样本中 FDH 的活性单位。

（三）该检测方法的优势

茁彩生物建立的 FDH 活性检测方法具有显著优势，主要包括：

• 灵敏度高：基于 NADH 在 340nm 处的强吸收特性，即使每分钟生成 nmol 级别的 NADH，也能被准确检测，最低检测限可达 0.01 U/L，适用于低活性 FDH 样本（如临床微量血液样本、微生物低表达样本）的检测。
• 操作简便高效：无需复杂的样本前处理（如蛋白纯化），仅需简单混合反应试剂即可启动反应，实时监测过程自动化，单次检测可在 15 分钟内完成，适合批量样本分析（如临床诊断中的批量检测、工业发酵中的过程监测）。
• 结果准确可靠：反应的高特异性避免了杂质干扰，同时通过设置空白对照（不含 FDH 的反应体系，排除非酶促反应的影响）和标准品对照（已知活性的 FDH 标准品，校正检测系统），进一步确保了检测结果的准确性和重复性，变异系数通常小于 5%。