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 圖1. ROS觸發供體釋放H₂S示意圖（圖片來源：Chem. Sci.）

硫化氫是一種重要的氣體介質，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、神經損傷和腸道疾病的治療中得到了廣泛的研究。H₂S水平的調節被認為具有潛在的治療價值。然而，由于缺乏調節和監測細胞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。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中硫化氫釋放的現場實時監測具有重要意義，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，最大吸收出現在346 nm和405 nm，并且出現577 nm的熒光發射。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對NAB的影響。

 圖2. NAB響應機理及光譜性質（圖片來源：Chem. Sci.）

為了驗證NAB的分解產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的產生，而產生H₂S的標志是出現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的產生。

證實了H₂S的產生之后，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觸發細胞內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NAB的熒光信號，釋放H₂S，那么內源性的ROS呢？為了評價在活細胞中內源性ROS觸發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，并在細胞內原位成像。

 圖4. 內源性ROS觸發H₂S釋放成像（圖片來源：Chem. Sci.）

除此之外，馬會民課題組還發現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已被發現可有效緩解炎癥反應。當PMA誘發炎癥后，細胞數量減少，然而加入NAB后，細胞數量會逐漸恢復。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中H₂S的傳遞和實時監測研究，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