H₂S和H₂O₂是两种氧化还原调节分子，在许多生理和病理过程中起着重要作用。虽然它们中的每一个都有不同的生物合成途径和信号机制，但已知这两个物种之间的串扰会引起关键的生物反应，例如蛋白质S-过硫化。迄今为止，已经开发了许多用于研究H₂S和H₂O₂的化学工具，例如H₂S和H₂O₂的供体和传感器。但这些工具通常针对单一物种，因此很难用这些工具研究H₂S和H₂O₂之间的串扰和协同效应。

近日，布朗大学化学系鲜明教授在《J. Am. Chem. Soc.》上发表了题为“A Sweet H2S/H2O2 Dual Release System and Specific Protein S Persulfidation Mediated by Thioglucose/Glucose Oxidase”的科研论文，在文章中，作者报道了一个以1-硫代-β-D-葡萄糖和葡萄糖氧化酶(GOx)为底物H2S/ H2O2双供体系统。这种酶促系统可以以缓慢且可控的方式同时产生H2S和H2O2而不产生任何对生物不友好的副产物，并且证明了该系统可以对蛋白质产生有效的S-过硫化作用。

图文解读

图1. H₂S和H₂O₂供体代表性示例。这些供体化合物存在以下局限：(1) 所有这些供体都是合成材料，会产生大量的有机副产品，可能会导致不必要的副作用; (2) 酶促供体（尤其是H₂O₂供体）仍然非常有限; (3) 所有可用的供体只能产生一种物质（H₂S或H₂O₂），很难模拟H₂S和H₂O₂同时存在的情况，也无法研究它们的串扰和协同效应。

图2. (a) 葡萄糖氧化酶(GOx)是一种含黄素的氧化还原酶，通过氧气催化β- D -葡萄糖氧化为D -葡萄糖-δ-内酯，生成H₂O₂，常被用作外源添加H₂O₂的替代方法。(b) 利用硫代葡萄糖/GOx释放H₂S/ H₂O₂诱导蛋白S-过硫化

图3. 在PBS缓冲液(50 mM, pH 7.4)中，GOx (10 μg/mL)存在和不存在时，硫代葡萄糖(100 μM)的H₂S释放谱。硫代葡萄糖在缓冲液中保持稳定，在有Gox的溶液中，会观察到显著的H₂S的释放。

图4. 使用H₂S特异性探针WSP5进一步验证H₂S的形成。单独用硫代葡萄糖或GOx处理WSP5没有产生任何可检测的荧光。在室温下将探针(10 μM)与硫代葡萄糖(100 μM)和GOx (10 μg/mL)的混合物孵育1小时后观察到显着的荧光信号，表明硫代葡萄糖确实在GOx存在下产生了H₂S。

图5. 亚铁氧化-二甲酚橙法(FOX1 assay)监测H₂O₂的形成。H₂O₂的形成随时间而变化，在约2 h时达到峰值(~ 20 μM)。

图6. 用PSP-328荧光探针监测H₂S_n的生成。探针与硫代葡萄糖(100 μM)和GOx(10 μg/mL)共孵育1 h后观察到可忽略的荧光信号，孵育8 h后，荧光信号有所增加。

ohost.cn/storage/9794/weixin/2108/19/64b729916978d911a6361fd9c27f607e.png" style="max-inline-size: 100%; box-sizing: border-box !important; outline: none 0px !important;"/>

图7. SSP4在硫代葡萄糖-GOx存在下对各种低分子量生物硫醇的荧光反应。SSP-4在用一系列底物单独处理时非常稳定（第1-9列）。在类似浓度的酶促系统（第11列）下，在硫代葡萄糖/GOx的混合物（第10列）和Na₂S/ H₂O₂的直接混合物中观察到的反应可以忽略不计。将生物硫醇暴露于硫代葡萄糖-GOx或相应量的Na₂S/H₂O₂中没有观察到荧光增加（第12-17列）。作为阳性对照，SSP4对Na₂S₂（第18列）表现出高荧光响应。这表明，硫代葡萄糖-GOx系统不会在小分子硫醇上诱导有效的过硫化物形成。

220e982279dd555c8f73eaa85.png" style="max-inline-size: 100%; box-sizing: border-box !important; outline: none 0px !important;"/>

图8. 硫代葡萄糖-GOx诱导的BSA S-过硫化。

图9. 对硫代葡萄糖/GOx系统高效蛋白质过硫化的解释。蛋白质过硫化通常是通过依次使用高浓度H₂O₂和H₂S处理来实现的。这种方法第一步中的过度氧化，会产生蛋白质亚磺酸(P-SO₂H)或磺酸(P-SO₃H)，不能被H₂S转化为P-SSH。当BSA中快速添加H₂O₂/H₂S对处理时，可能会存在这种过度氧化，降低过硫化的效率。此外，过量的H₂O₂总是存在，它可以与新形成的蛋白质过硫化物快速反应，从而减少过硫化。而硫代葡萄糖/GOx缓慢而稳定地产生H₂O₂/H₂S可能能够避免系统中存在过量的H₂O₂，从而防止过氧化反应。

ded1efc67991.png" style="max-inline-size: 100%; box-sizing: border-box !important; outline: none 0px !important;"/>

图10. 在50 mM, pH 7.4的PBS缓冲液中，β-Gal (10 U/mL)和GOx (10 μg/mL)存在时，硫代乳糖(100 μM)的H₂S释放谱。证明了硫代葡萄糖-Gox的可控性。

图11.在GSH（0 μM、50 μM、250 μM、500 μM 、1000 μM）和GOx (10 μg/mL)存在下，硫代葡萄糖二硫化物(50 μM)的H₂S释放谱，进一步证明硫代葡萄糖-GOx平台的可调性。

在这项工作中，作者设计的硫代葡萄糖/Gox系统可实现H₂S/H₂O₂双重缓慢释放，并且不会产生对生物不友好的副产物。该系统能有效地对蛋白质进行s-过硫化。此外，作者将系统扩展到硫代乳糖和硫代葡萄糖二硫化物，证实了该系统可以引入额外的因子(β-半乳糖苷酶和细胞还原剂)来进一步控制H₂S/H₂O₂的释放。这种双重释放系统将成为阐明H₂S/H₂O₂ 信号传导机制和促进基于H₂S的治疗应用的有用工具。

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.1c06372

鲜明

1995年在中国南开大学获得学士学位，2003年在底特律韦恩州立大学获得博士学位。2003年-2006年，宾夕法尼亚大学Amos B. Smith, III教授实验室的DOD博士后研究员。2006年8月，华盛顿州立大学(WSU)任助理教授。2011年晋升为副教授，2015年晋升为正教授。2017年被评为首位Ralph G.Yount化学生物学特聘教授。自2016年起任华盛顿州立大学化学系副系主任。实验室于2020年搬到了布朗大学

研究方向：有机化学、化学生物学