Thioglucose-derived tetrasulfide, a unique polysulfide model compound  

硫代葡萄糖衍生的四硫化物：一種獨(dú)特的聚硫化物模型化合物  

來源：Redox Biology 70 (2024) 103045  

氧化還原生物學(xué)  

 

摘要內(nèi)容  

摘要指出聚硫化物（RSSnSR, n≥1）在氧化還原生物學(xué)中因作為H?S和過硫化物前體而受到關(guān)注，但現(xiàn)有生物研究工具主要局限于半胱氨酸和谷胱甘肽衍生的聚硫化物。本研究首次報(bào)道了一種基于碳水化合物的新型聚硫化物——硫代葡萄糖四硫化物（TGS4）。該化合物具有優(yōu)異的水溶性和穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)證明其可釋放H?S和過硫化物，并表現(xiàn)出抗氧化活性。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示TGS4能顯著提升細(xì)胞內(nèi)硫烷硫水平（尤其是過硫化物/三硫化物），表明其是聚硫化物研究的有效工具。  

 

研究目的  

開發(fā)一種新型碳水化合物基聚硫化物模型（TGS4），以解決現(xiàn)有聚硫化物模型（如半胱氨酸/谷胱甘肽衍生物）的局限性，拓展其在生物學(xué)研究中的應(yīng)用潛力。  

 

研究思路  

合成與表征：以β-1-硫代葡萄糖為原料，通過S?Cl?反應(yīng)一步合成TGS4及其乙?；苌铮∣Ac-TGS4），并通過NMR、質(zhì)譜和單晶X射線衍射（OAc-TGS4）確認(rèn)結(jié)構(gòu)。  

 

穩(wěn)定性評估：測試TGS4在水溶液、有機(jī)溶劑及含硫醇標(biāo)記試劑（IAM/NEM）環(huán)境中的穩(wěn)定性。  

 

功能驗(yàn)證：  

 

H?S釋放能力：在硫醇（GSH、Cys、Hcy、NAC、BSA蛋白）觸發(fā)下定量檢測H?S釋放。  

 

過硫化物生成：驗(yàn)證其誘導(dǎo)蛋白質(zhì)過硫化（如GAPDH）及抗氧化活性。  

 

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：評估細(xì)胞毒性、跨膜能力及對細(xì)胞內(nèi)硫代謝物的影響。  

生物學(xué)意義探索：通過硫代謝組學(xué)分析TGS4對細(xì)胞內(nèi)過硫化物/三硫化物水平的調(diào)控作用。  

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義  

H?S釋放動(dòng)力學(xué)（圖2, 3）  

 

 

 

數(shù)據(jù)：使用Unisense H?S微傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測TGS4在不同硫醇（GSH、Cys、Hcy、NAC、BSA）觸發(fā)下的H?S釋放濃度隨時(shí)間變化。  

 

意義：證明TGS4是高效的H?S供體，尤其在生理濃度GSH（mM級）或蛋白質(zhì)硫醇（BSA）存在時(shí)釋放更顯著，為理解其在生物環(huán)境中的行為提供依據(jù)。  

蛋白質(zhì)過硫化作用（圖3B）  

 

數(shù)據(jù)：用熒光探針SSP4檢測TGS4處理的GAPDH蛋白的過硫化水平（熒光強(qiáng)度變化）。  

 

意義：證實(shí)TGS4能誘導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯后修飾（S-過硫化），拓展其在硫信號傳導(dǎo)研究中的應(yīng)用價(jià)值。  

抗氧化活性（圖4）  

 

 

數(shù)據(jù)：  

 

熒光素氧化抑制實(shí)驗(yàn)：監(jiān)測AAPH誘導(dǎo)的熒光素吸光度衰減延遲（494 nm）。  

 

血漿脂質(zhì)過氧化抑制：通過DPPP熒光探針檢測脂質(zhì)過氧化物生成量。  

 

意義：揭示TGS4通過生成過硫化物（RSSH）發(fā)揮抗氧化功能，為開發(fā)抗氧化劑提供新思路。  

細(xì)胞硫代謝組學(xué)（圖6）  

 

 

數(shù)據(jù)：LC-MS/MS定量分析TGS4處理的細(xì)胞中硫代謝物（如CysSSH、CysSSSH、GSSH、GSSSH、H?S）水平變化。  

 

意義：首次證明碳水化合物基聚硫化物可高效提升細(xì)胞內(nèi)源性過硫化物/三硫化物水平，且效果優(yōu)于傳統(tǒng)聚硫化物（如NACS2），為調(diào)控細(xì)胞氧化還原平衡提供新工具。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義  

Unisense H?S微傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)（圖2A, 2C, 3A, 3C）具有以下核心價(jià)值：  

精確動(dòng)力學(xué)解析：揭示TGS4的H?S釋放具有"緩釋"特性（持續(xù)>2小時(shí)），區(qū)別于傳統(tǒng)快速釋放型供體，更貼近生理性H?S生成模式。  

 

硫醇依賴性驗(yàn)證：量化不同硫醇（小分子/蛋白質(zhì)）對H?S釋放效率的影響，證明BSA蛋白硫醇的觸發(fā)效率高于GSH（圖3A），為理解聚硫化物在血液系統(tǒng)中的行為提供關(guān)鍵證據(jù)。  

協(xié)同效應(yīng)發(fā)現(xiàn)：結(jié)合葡萄糖氧化酶（GOx）實(shí)驗(yàn)（圖3C），證實(shí)TGS4降解產(chǎn)物硫代葡萄糖可被GOx進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為H?S，深化對碳水化合物基硫化物代謝路徑的認(rèn)識。  

 

結(jié)論  

成功開發(fā)首個(gè)基于碳水化合物的聚硫化物模型TGS4，其合成簡便、水溶性好、穩(wěn)定性適中。  

 

TGS4可作為高效H?S/過硫化物供體，其釋放行為受硫醇類型和濃度調(diào)控，且在蛋白質(zhì)環(huán)境中活性顯著。  

 

具有顯著抗氧化能力，并能誘導(dǎo)細(xì)胞硫烷硫水平升高（尤其是過硫化物/三硫化物）。  

 

低細(xì)胞毒性且能通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體跨膜，結(jié)合獨(dú)特的代謝特性（如GOx協(xié)同作用），為氧化還原生物學(xué)研究提供了優(yōu)于傳統(tǒng)氨基酸基聚硫化物的新工具。