Thioglucose-derived tetrasulfide, a unique polysulfide model compound  

硫代葡萄糖衍生的四硫化物：一种独特的聚硫化物模型化合物  

来源：Redox Biology 70 (2024) 103045  

氧化还原生物学  

 

摘要内容  

摘要指出聚硫化物（RSSnSR, n≥1）在氧化还原生物学中因作为H₂S和过硫化物前体而受到关注，但现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。本研究首次报道了一种基于碳水化合物的新型聚硫化物——硫代葡萄糖四硫化物（TGS4）。该化合物具有优异的水溶性和稳定性，实验证明其可释放H₂S和过硫化物，并表现出抗氧化活性。细胞实验显示TGS4能显著提升细胞内硫烷硫水平（尤其是过硫化物/三硫化物），表明其是聚硫化物研究的有效工具。  

 

研究目的  

开发一种新型碳水化合物基聚硫化物模型（TGS4），以解决现有聚硫化物模型（如半胱氨酸/谷胱甘肽衍生物）的局限性，拓展其在生物学研究中的应用潜力。  

 

研究思路  

合成与表征：以β-1-硫代葡萄糖为原料，通过S₂Cl₂反应一步合成TGS4及其乙酰化衍生物（OAc-TGS4），并通过NMR、质谱和单晶X射线衍射（OAc-TGS4）确认结构。  

 

稳定性评估：测试TGS4在水溶液、有机溶剂及含硫醇标记试剂（IAM/NEM）环境中的稳定性。  

 

功能验证：  

 

H₂S释放能力：在硫醇（GSH、Cys、Hcy、NAC、BSA蛋白）触发下定量检测H₂S释放。  

 

过硫化物生成：验证其诱导蛋白质过硫化（如GAPDH）及抗氧化活性。  

 

细胞实验：评估细胞毒性、跨膜能力及对细胞内硫代谢物的影响。  

生物学意义探索：通过硫代谢组学分析TGS4对细胞内过硫化物/三硫化物水平的调控作用。  

 

测量的数据及研究意义  

H₂S释放动力学（图2, 3）  

 

 

 

数据：使用Unisense H₂S微传感器实时监测TGS4在不同硫醇（GSH、Cys、Hcy、NAC、BSA）触发下的H₂S释放浓度随时间变化。  

 

意义：证明TGS4是高效的H₂S供体，尤其在生理浓度GSH（mM级）或蛋白质硫醇（BSA）存在时释放更显著，为理解其在生物环境中的行为提供依据。  

蛋白质过硫化作用（图3B）  

 

数据：用荧光探针SSP4检测TGS4处理的GAPDH蛋白的过硫化水平（荧光强度变化）。  

 

意义：证实TGS4能诱导蛋白质翻译后修饰（S-过硫化），拓展其在硫信号传导研究中的应用价值。  

抗氧化活性（图4）  

 

 

数据：  

 

荧光素氧化抑制实验：监测AAPH诱导的荧光素吸光度衰减延迟（494 nm）。  

 

血浆脂质过氧化抑制：通过DPPP荧光探针检测脂质过氧化物生成量。  

 

意义：揭示TGS4通过生成过硫化物（RSSH）发挥抗氧化功能，为开发抗氧化剂提供新思路。  

细胞硫代谢组学（图6）  

 

 

数据：LC-MS/MS定量分析TGS4处理的细胞中硫代谢物（如CysSSH、CysSSSH、GSSH、GSSSH、H₂S）水平变化。  

 

意义：首次证明碳水化合物基聚硫化物可高效提升细胞内源性过硫化物/三硫化物水平，且效果优于传统聚硫化物（如NACS2），为调控细胞氧化还原平衡提供新工具。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的研究意义  

Unisense H₂S微传感器实时监测的数据（图2A, 2C, 3A, 3C）具有以下核心价值：  

精确动力学解析：揭示TGS4的H₂S释放具有"缓释"特性（持续>2小时），区别于传统快速释放型供体，更贴近生理性H₂S生成模式。  

 

硫醇依赖性验证：量化不同硫醇（小分子/蛋白质）对H₂S释放效率的影响，证明BSA蛋白硫醇的触发效率高于GSH（图3A），为理解聚硫化物在血液系统中的行为提供关键证据。  

协同效应发现：结合葡萄糖氧化酶（GOx）实验（图3C），证实TGS4降解产物硫代葡萄糖可被GOx进一步转化为H₂S，深化对碳水化合物基硫化物代谢路径的认识。  

 

结论  

成功开发首个基于碳水化合物的聚硫化物模型TGS4，其合成简便、水溶性好、稳定性适中。  

 

TGS4可作为高效H₂S/过硫化物供体，其释放行为受硫醇类型和浓度调控，且在蛋白质环境中活性显著。  

 

具有显著抗氧化能力，并能诱导细胞硫烷硫水平升高（尤其是过硫化物/三硫化物）。  

 

低细胞毒性且能通过葡萄糖转运体跨膜，结合独特的代谢特性（如GOx协同作用），为氧化还原生物学研究提供了优于传统氨基酸基聚硫化物的新工具。