研究簡(jiǎn)介:硫化氫（H2S）是一種內(nèi)源性產(chǎn)生的氣體信號(hào)分子，在調(diào)節(jié)細(xì)胞器功能和應(yīng)激中扮演重要角色。由于硫化氫的高反應(yīng)性，研究者們對(duì)使用小分子硫化氫供體進(jìn)行靶向傳遞以減少非靶向效應(yīng)產(chǎn)生了濃厚興趣。盡管已有研究報(bào)道了針對(duì)線粒體的硫化氫供體（如AP39），但將硫化氫傳遞擴(kuò)展到其他亞細(xì)胞細(xì)胞器的研究相對(duì)較少。研究人員開發(fā)了一種包含多個(gè)細(xì)胞器靶向硫化氫供體的庫(kù)，這些供體能夠?qū)⒘蚧瘹鋫鬟f到特定的亞細(xì)胞區(qū)域，包括高爾基體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體。研究人員使用了一種名為“籠狀硫代氨基甲酸酯（TCM）”的硫化氫供體框架，通過(guò)酯酶激活的1，6-消除反應(yīng)釋放羰基硫化物（COS），后者在碳酸酐酶（CA）的作用下迅速水解產(chǎn)生硫化氫。研究人員首先合成了4-乙炔基芳基異硫氰酸酯，然后通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)制備了TCM炔基化合物。接著他們使用銅催化的疊氮-炔烴環(huán)加成反應(yīng)將已知的細(xì)胞器靶向基團(tuán)連接到TCM炔基上。這些靶向基團(tuán)包括用于靶向線粒體的三苯基膦和用于靶向溶酶體的嗎啉基團(tuán)等。研究人員成功開發(fā)了一系列能夠靶向特定細(xì)胞器的硫化氫供體，這些供體能夠有效傳遞硫化氫到高爾基體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體。靶向硫化氫供體在保護(hù)細(xì)胞免受特定細(xì)胞器應(yīng)激方面表現(xiàn)出更高的效力，即使在較低濃度下也能產(chǎn)生顯著的保護(hù)效果。靶向供體的開發(fā)為研究硫化氫的亞細(xì)胞作用提供了新的工具，并可能為治療與細(xì)胞器應(yīng)激相關(guān)的疾病提供新的策略。

Unisense硫化氫微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

Unisense微電極被用于測(cè)量硫化氫供體在體外釋放硫化氫的情況。使用了Unisense硫化氫微電極（型號(hào)Sulf-100）來(lái)監(jiān)測(cè)硫化氫的釋放。微電極被插入到含有硫化氫供體的溶液中，通過(guò)監(jiān)測(cè)電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量硫化氫的濃度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

成功開發(fā)了首個(gè)能夠靶向多個(gè)細(xì)胞器的硫化氫供體庫(kù)，這些供體能夠?qū)⒘蚧瘹鋫鬟f到高爾基體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體等特定亞細(xì)胞區(qū)域，為研究硫化氫的亞細(xì)胞作用提供了新的工具。通過(guò)靶向傳遞硫化氫，能夠顯著增強(qiáng)小分子硫化氫供體在緩解細(xì)胞器特異性應(yīng)激方面的效力。與非靶向供體相比，靶向供體在更低濃度下就能產(chǎn)生顯著的細(xì)胞保護(hù)效果，這表明靶向傳遞能夠提高硫化氫供體的效率。硫化氫在不同細(xì)胞器中的作用可能通過(guò)不同的途徑實(shí)現(xiàn)，且其效果取決于硫化氫的局部濃度和釋放位置。靶向硫化氫供體的開發(fā)使得研究者能夠更精確地研究硫化氫在特定細(xì)胞器中的作用機(jī)制，以及它如何通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞器功能來(lái)緩解細(xì)胞應(yīng)激。擴(kuò)展了硫化氫供體的應(yīng)用范圍，還為開發(fā)基于硫化氫的治療策略提供了新的思路。通過(guò)靶向傳遞硫化氫，有望開發(fā)出更有效的治療手段，用于治療與細(xì)胞器功能障礙相關(guān)的疾病，如神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病和糖尿病等。

圖1、（a）當(dāng)前具有靶向細(xì)胞器的細(xì)胞器靶向供體庫(kù)，如下所示。（b）通過(guò)酯酶激活的籠狀硫代氨基甲酸酯靶向遞送羰基硫化物（COS）/硫化氫。

圖2、（a）在PBS（10 mM，pH 7.4）中的PLE（5 U mL）和CA（25μg mL）存在下，細(xì)胞器靶向中藥（50μM）的HS釋放。實(shí)驗(yàn)一式三份進(jìn)行，顯示的釋放曲線是平均值（n=3）。（b）硫化氫釋放速率以初始速率（μM s）和偽1階速率常數(shù)（k）報(bào)告，結(jié)果表示為平均值±SE（n=3）。

圖3、HeLa細(xì)胞中局部HS產(chǎn)生的活細(xì)胞成像。（a）在Mito-HS（10μM）和MitoTracker（50 nM）存在下，MitoTCM（200 nM）的線粒體定位硫化氫遞送。（b）在Lyso-AFP（10μM）和LysoTracker（50 nM）存在下，LysoTCM（200 nM）的溶酶體定位硫化氫遞送。（c）在NaHS-ER（10μM）和ER-Tracker（1μM）存在下，從ERTCM（200 nM）獲得ER定位的硫化氫遞送。（d）在高爾基體-NH（5μM）和BODIPY TR神經(jīng)酰胺（2μg/mL）存在下，高爾基中藥（200 nM）的高爾基體定位硫化氫遞送。

圖4、在存在Mito-HS（10微摩爾）和MitoTracker（50納摩爾）的情況下，對(duì)200納摩爾的（a）MitoTCM、（b）AP39和（c）ERTCM進(jìn)行活細(xì)胞成像。

圖5、高爾基體TCM和MitoTCM可防止高爾基體應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。用莫能菌素（1或3μM）和DMSO（0.5%）、高爾基中藥（GT，0.2，0.5或1μM）、有絲分裂中藥（MT，1μM）、溶出中藥（LT，1μM）、非靶向中炔烴（NT，1μM）或NaSH（HS，1μM）處理H9C2細(xì)胞。使用CCK-8試劑盒評(píng)估細(xì)胞活力。結(jié)果表示為SD±平均值（n=12）。

結(jié)論與展望

本研究開發(fā)了一種新型的用于結(jié)腸癌治療的直腸栓劑——5-FU/CSN FAG，旨在通過(guò)局部協(xié)同氫化療實(shí)現(xiàn)高效低毒性的治療效果。結(jié)腸癌是全球第三大致死性惡性腫瘤，傳統(tǒng)的化療藥物如5-氟尿嘧啶（5-FU）雖然有效，但常伴隨嚴(yán)重的全身副作用，尤其是對(duì)腸道的損害。提出了一種使用H2釋放納米材料/化療藥物共負(fù)載栓劑對(duì)結(jié)直腸腫瘤進(jìn)行局部協(xié)同氫化療的策略。開發(fā)的5-FU/CSN FAG栓劑為結(jié)腸癌的治療提供了一種新的策略，通過(guò)局部協(xié)同氫化療，不僅增強(qiáng)了化療效果，還顯著減少了藥物的副作用。這種栓劑具有高生物安全性和治療效果，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。5-FU/CSN FAG栓劑為結(jié)腸癌的治療提供了一種新的策略，通過(guò)局部協(xié)同氫化療，不僅增強(qiáng)了化療效果，還顯著減少了藥物的副作用。這種栓劑具有高生物安全性和治療效果，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。Unisense微電極用于監(jiān)測(cè)結(jié)腸腫瘤組織中氫氣（H2）的濃度變化，評(píng)估栓劑中CSN的H2釋放行為、H2的生物利用度、治療效果和安全性提供了直接證據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅支持了栓劑在結(jié)腸癌治療中的高效性和低毒性，還為臨床轉(zhuǎn)化提供了有力的科學(xué)依據(jù)。氫氣的藥理學(xué)定義尚不明確，其藥代動(dòng)力學(xué)難以監(jiān)測(cè)，這需要在未來(lái)的研究中解決。此外未來(lái)的研究還需要在特定動(dòng)物模型中驗(yàn)證氫氣對(duì)放化療藥物藥代動(dòng)力學(xué)和生物利用度的影響，以進(jìn)一步推動(dòng)該栓劑的臨床應(yīng)用。