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南京大學(xué)梁勇課題組Nat. Commun.:多功能生物正交H?S供體——悉尼硫酮

來源:南京大學(xué)      2024-12-06
導(dǎo)讀:硫化氫(H?S)作為一種內(nèi)源性氣體信號(hào)分子,廣泛參與調(diào)控心血管功能、抗炎、抗氧化和抗細(xì)胞凋亡等多種生理活動(dòng),在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究潛力備受關(guān)注。目前,生物體系中能夠可控且靶向釋放H?S的供體還很缺乏。生物正交反應(yīng)激活的H?S供體開發(fā)為解決這一難題提供了新思路。

正文

2022年,南京大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院梁勇教授課題組報(bào)道了一類生物正交反應(yīng)激活且具有熒光實(shí)時(shí)示蹤和線粒體靶向功能的H?S供體(Angew. Chem. Int. Ed. 202261, e202112734)。然而,這類供體化合物分子體積較大,水溶性差,且穩(wěn)定性較低,限制了進(jìn)一步的生物應(yīng)用。近日,梁勇課題組又發(fā)展一類新型的生物正交反應(yīng)激活的H?S供體——悉尼酮(sydnthione),該類化合物分子體積小,生物穩(wěn)定性高,且具有很好的線粒體靶向性,通過與張力炔烴的點(diǎn)擊-釋放反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)線粒體靶向的H?S可控釋放(圖1),為生物標(biāo)記、藥物遞送等研究提供了新的解決方案,相關(guān)工作發(fā)表在近期的《Nature Communication》上(Nat. Commun. 202415, 10288)。

圖片1.png

圖1 基于悉尼硫酮生物正交反應(yīng)激活的硫化氫供體

作者首先通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算預(yù)測(cè)了悉尼硫酮與不同張力炔烴或烯烴的反應(yīng)活性,發(fā)現(xiàn)悉尼硫酮可與張力炔烴DIBAC順利發(fā)生點(diǎn)擊-釋放反應(yīng),生成環(huán)加成產(chǎn)物的同時(shí)釋放一分子H?S前體COS。此外,理論計(jì)算還發(fā)現(xiàn),悉尼-DIBAC反應(yīng)與兩種經(jīng)典的生物正交反應(yīng)體系(四嗪-降冰片烯和四嗪-MOHO)相互正交。作者利用它們的相互正交性成功實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)硫化氫釋放的熒光示蹤,以及硫化氫和抗腫瘤藥物阿霉素(Dox)的選擇性或同步遞送(圖2)。作者還將該遞送系統(tǒng)應(yīng)用于研究H?S對(duì)阿霉素引起的心臟毒性的緩解作用中,當(dāng)使用悉尼硫酮1bDIBAC預(yù)處理H9c2細(xì)胞6 h后,反應(yīng)釋放的H?S可以極大地緩解Dox引起的心肌細(xì)胞毒性,在1b的濃度僅為0.8 μM時(shí)就能表現(xiàn)出良好的效果,可能與悉尼酮的線粒體靶向性相關(guān)。

圖片2.png

圖2 悉尼硫酮-DIBAC與四嗪-降冰片烯或四嗪-MOHO的相互正交性


總結(jié)

總之,該研究開發(fā)了一種基于悉尼硫酮化合物的生物正交H2S供體系統(tǒng),該系統(tǒng)具有可調(diào)的動(dòng)力學(xué)、良好的生物相容性和線粒體靶向能力,為化學(xué)生物學(xué)研究和H?S的生理活性及治療方法開發(fā)提供了重要的分子工具。


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