研究简介:硫化氢（H2S）是一种内源性产生的气体信号分子，在调节细胞器功能和应激中扮演重要角色。由于硫化氢的高反应性，研究者们对使用小分子硫化氢供体进行靶向传递以减少非靶向效应产生了浓厚兴趣。尽管已有研究报道了针对线粒体的硫化氢供体（如AP39），但将硫化氢传递扩展到其他亚细胞细胞器的研究相对较少。研究人员开发了一种包含多个细胞器靶向硫化氢供体的库，这些供体能够将硫化氢传递到特定的亚细胞区域，包括高尔基体、溶酶体、内质网和线粒体。研究人员使用了一种名为“笼状硫代氨基甲酸酯（TCM）”的硫化氢供体框架，通过酯酶激活的1，6-消除反应释放羰基硫化物（COS），后者在碳酸酐酶（CA）的作用下迅速水解产生硫化氢。研究人员首先合成了4-乙炔基芳基异硫氰酸酯，然后通过偶联反应制备了TCM炔基化合物。接着他们使用铜催化的叠氮-炔烃环加成反应将已知的细胞器靶向基团连接到TCM炔基上。这些靶向基团包括用于靶向线粒体的三苯基膦和用于靶向溶酶体的吗啉基团等。研究人员成功开发了一系列能够靶向特定细胞器的硫化氢供体，这些供体能够有效传递硫化氢到高尔基体、溶酶体、内质网和线粒体。靶向硫化氢供体在保护细胞免受特定细胞器应激方面表现出更高的效力，即使在较低浓度下也能产生显著的保护效果。靶向供体的开发为研究硫化氢的亚细胞作用提供了新的工具，并可能为治疗与细胞器应激相关的疾病提供新的策略。

Unisense硫化氢微电极系统的应用

Unisense微电极被用于测量硫化氢供体在体外释放硫化氢的情况。使用了Unisense硫化氢微电极（型号Sulf-100）来监测硫化氢的释放。微电极被插入到含有硫化氢供体的溶液中，通过监测电信号的变化来实时测量硫化氢的浓度。

实验结论

成功开发了首个能够靶向多个细胞器的硫化氢供体库，这些供体能够将硫化氢传递到高尔基体、溶酶体、内质网和线粒体等特定亚细胞区域，为研究硫化氢的亚细胞作用提供了新的工具。通过靶向传递硫化氢，能够显著增强小分子硫化氢供体在缓解细胞器特异性应激方面的效力。与非靶向供体相比，靶向供体在更低浓度下就能产生显著的细胞保护效果，这表明靶向传递能够提高硫化氢供体的效率。硫化氢在不同细胞器中的作用可能通过不同的途径实现，且其效果取决于硫化氢的局部浓度和释放位置。靶向硫化氢供体的开发使得研究者能够更精确地研究硫化氢在特定细胞器中的作用机制，以及它如何通过调节细胞器功能来缓解细胞应激。扩展了硫化氢供体的应用范围，还为开发基于硫化氢的治疗策略提供了新的思路。通过靶向传递硫化氢，有望开发出更有效的治疗手段，用于治疗与细胞器功能障碍相关的疾病，如神经退行性疾病、心血管疾病和糖尿病等。

图1、（a）当前具有靶向细胞器的细胞器靶向供体库，如下所示。（b）通过酯酶激活的笼状硫代氨基甲酸酯靶向递送羰基硫化物（COS）/硫化氢。

图2、（a）在PBS（10 mM，pH 7.4）中的PLE（5 U mL）和CA（25μg mL）存在下，细胞器靶向中药（50μM）的HS释放。实验一式三份进行，显示的释放曲线是平均值（n=3）。（b）硫化氢释放速率以初始速率（μM s）和伪1阶速率常数（k）报告，结果表示为平均值±SE（n=3）。

图3、HeLa细胞中局部HS产生的活细胞成像。（a）在Mito-HS（10μM）和MitoTracker（50 nM）存在下，MitoTCM（200 nM）的线粒体定位硫化氢递送。（b）在Lyso-AFP（10μM）和LysoTracker（50 nM）存在下，LysoTCM（200 nM）的溶酶体定位硫化氢递送。（c）在NaHS-ER（10μM）和ER-Tracker（1μM）存在下，从ERTCM（200 nM）获得ER定位的硫化氢递送。（d）在高尔基体-NH（5μM）和BODIPY TR神经酰胺（2μg/mL）存在下，高尔基中药（200 nM）的高尔基体定位硫化氢递送。

图4、在存在Mito-HS（10微摩尔）和MitoTracker（50纳摩尔）的情况下，对200纳摩尔的（a）MitoTCM、（b）AP39和（c）ERTCM进行活细胞成像。

图5、高尔基体TCM和MitoTCM可防止高尔基体应激诱导的细胞死亡。用莫能菌素（1或3μM）和DMSO（0.5%）、高尔基中药（GT，0.2，0.5或1μM）、有丝分裂中药（MT，1μM）、溶出中药（LT，1μM）、非靶向中炔烃（NT，1μM）或NaSH（HS，1μM）处理H9C2细胞。使用CCK-8试剂盒评估细胞活力。结果表示为SD±平均值（n=12）。

结论与展望

本研究开发了一种新型的用于结肠癌治疗的直肠栓剂——5-FU/CSN FAG，旨在通过局部协同氢化疗实现高效低毒性的治疗效果。结肠癌是全球第三大致死性恶性肿瘤，传统的化疗药物如5-氟尿嘧啶（5-FU）虽然有效，但常伴随严重的全身副作用，尤其是对肠道的损害。提出了一种使用H2释放纳米材料/化疗药物共负载栓剂对结直肠肿瘤进行局部协同氢化疗的策略。开发的5-FU/CSN FAG栓剂为结肠癌的治疗提供了一种新的策略，通过局部协同氢化疗，不仅增强了化疗效果，还显著减少了药物的副作用。这种栓剂具有高生物安全性和治疗效果，具有很高的临床转化潜力。5-FU/CSN FAG栓剂为结肠癌的治疗提供了一种新的策略，通过局部协同氢化疗，不仅增强了化疗效果，还显著减少了药物的副作用。这种栓剂具有高生物安全性和治疗效果，具有很高的临床转化潜力。Unisense微电极用于监测结肠肿瘤组织中氢气（H2）的浓度变化，评估栓剂中CSN的H2释放行为、H2的生物利用度、治疗效果和安全性提供了直接证据。这些数据不仅支持了栓剂在结肠癌治疗中的高效性和低毒性，还为临床转化提供了有力的科学依据。氢气的药理学定义尚不明确，其药代动力学难以监测，这需要在未来的研究中解决。此外未来的研究还需要在特定动物模型中验证氢气对放化疗药物药代动力学和生物利用度的影响，以进一步推动该栓剂的临床应用。