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 圖1. ROS觸發(fā)供體釋放H₂S示意圖（圖片來源：Chem. Sci.）

硫化氫是一種重要的氣體介質(zhì)，可介導多種病理生理過程，近年來以硫化氫為基礎的供體在心血管損傷、神經(jīng)損傷和腸道疾病的治療中得到了廣泛的研究。H₂S水平的調(diào)節(jié)被認為具有潛在的治療價值。然而，由于缺乏調(diào)節(jié)和監(jiān)測細胞H₂S水平的有效工具，進一步了解H2S的生物學功能仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。無機硫化物鹽可以釋放硫化氫，但是釋放過程不可控而且無法進行成像，這就限制了其應用。盡管化學家們已經(jīng)報道了一些合成的有機H₂S供體，但是這些供體釋放H₂S還缺少有效分析手段。熒光光譜以其強大的時空采樣能力和較高的靈敏度而備受關注。H₂S供體釋放H₂S并伴隨著熒光信號的改變對復雜生物系統(tǒng)中硫化氫釋放的現(xiàn)場實時監(jiān)測具有重要意義，但這樣的供體十分少。

為此，馬會民課題組設計了活性氧（ROS）觸發(fā)熒光的H₂S供體（NAB）。 NAB是通過硫代氨基甲酸酯將能與ROS反應的芳基硼酸鹽連接到熒光團NAH上構建出來的。NAB自身的熒光非常弱，一旦與ROS反應就會釋放出硫化羰，最終生成H₂S；釋放硫化羰之后，通過自消除反應，生成強熒光物質(zhì)NAH。在合成出NAB之后，馬會民課題組對其與ROS反應的光譜性質(zhì)進行了研究。NAB的最大吸收在300 nm，與ROS響應后300 nm 吸收急劇減弱，最大吸收出現(xiàn)在346 nm和405 nm，并且出現(xiàn)577 nm的熒光發(fā)射。NAB與ROS反應后的熒光和吸收與NAH的熒光和吸收十分相似。這表明NAB與ROS反應后生成了NAH。ESI-MS分析也證實了這一點。NAB對ROS響應熒光隨時間的變化表明，NAB可作為可控的H₂S供體。此外，作者還研究了溫度和pH對NAB與ROS反應的影響，以及其他無機鹽和生物活性物質(zhì)對NAB的影響。

 圖2. NAB響應機理及光譜性質(zhì)（圖片來源：Chem. Sci.）

為了驗證NAB的分解產(chǎn)物在碳酸酐酶的作用下生成H₂S，作者使用亞甲基藍法測定H₂S的產(chǎn)生，而產(chǎn)生H₂S的標志是出現(xiàn)670 nm的吸收峰。通過該方法確實是觀測到了670 nm的吸收峰，并且當碳酸酐酶的活性被抑制時670 nm 的吸收峰減弱。這些結果證明H₂S的產(chǎn)生。

證實了H₂S的產(chǎn)生之后，作者對H₂S在活細胞中釋放的熒光成像情況進行了研究。在外源性ROS（H₂O₂）存在的情況下，隨著時間的增長HeLa細胞越來越亮，而且隨著H₂O₂濃度的增加，細胞會更亮，但是在抗氧化劑的存在下，熒光信號會減弱。這些結果證實了ROS觸發(fā)細胞內(nèi)NAB熒光信號的能力。

圖3. 活細胞中H₂S釋放成像（圖片來源：Chem. Sci.）

外源性ROS會觸發(fā)NAB的熒光信號，釋放H₂S，那么內(nèi)源性的ROS呢？為了評價在活細胞中內(nèi)源性ROS觸發(fā)NAB釋放H₂S的能力，作者選用RAW264.7細胞作為模型進行了研究。RAW264.7細胞在PMA（一種藥物）誘導的炎癥反應中會產(chǎn)生大量ROS。實驗結果表明，用PMA處理細胞后，加入NAB,熒光顯著增強。這表明NAB可能在病理ROS水平下釋放H₂S，并在細胞內(nèi)原位成像。

 圖4. 內(nèi)源性ROS觸發(fā)H₂S釋放成像（圖片來源：Chem. Sci.）

除此之外，馬會民課題組還發(fā)現(xiàn)NAB有抗細胞炎癥的保護作用。由于PMA誘導的炎癥可通過細胞過度氧化應激促進細胞凋亡，H₂S已被發(fā)現(xiàn)可有效緩解炎癥反應。當PMA誘發(fā)炎癥后，細胞數(shù)量減少，然而加入NAB后，細胞數(shù)量會逐漸恢復。增大NAB濃度，恢復所需時間會縮短。這些結果表明NAB可以通過清除H₂O₂從PMA誘導的炎癥反應中解救RAW264.7，并且可以作為潛在的治療前藥。

 圖5. NAB抗PMA誘導的炎癥（圖片來源：Chem. Sci.）

總結：中科院馬會民研究團隊合成了首個活性氧觸發(fā)熒光信號的H₂S供體。無論是在體外還是細胞中，該供體都可以釋放H₂S。不同于早前報道的H₂S供體，該供體可以通過熒光信號開關對H₂S的釋放進行實時監(jiān)測，并進行細胞成像，此外還具有抗ROS作用。該熒光供體可廣泛應用于某些生物系統(tǒng)中H₂S的傳遞和實時監(jiān)測研究，并具有作為熒光成像能力的治療前藥的潛力。

撰稿人：犟子柳