研究簡介:硫化氫（H2S）是一種內源性產生的氣體信號分子，在調節細胞器功能和應激中扮演重要角色。由于硫化氫的高反應性，研究者們對使用小分子硫化氫供體進行靶向傳遞以減少非靶向效應產生了濃厚興趣。盡管已有研究報道了針對線粒體的硫化氫供體（如AP39），但將硫化氫傳遞擴展到其他亞細胞細胞器的研究相對較少。研究人員開發了一種包含多個細胞器靶向硫化氫供體的庫，這些供體能夠將硫化氫傳遞到特定的亞細胞區域，包括高爾基體、溶酶體、內質網和線粒體。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，通過酯酶激活的1，6-消除反應釋放羰基硫化物（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，然后通過偶聯反應制備了TCM炔基化合物。接著他們使用銅催化的疊氮-炔烴環加成反應將已知的細胞器靶向基團連接到TCM炔基上。這些靶向基團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等。研究人員成功開發了一系列能夠靶向特定細胞器的硫化氫供體，這些供體能夠有效傳遞硫化氫到高爾基體、溶酶體、內質網和線粒體。靶向硫化氫供體在保護細胞免受特定細胞器應激方面表現出更高的效力，即使在較低濃度下也能產生顯著的保護效果。靶向供體的開發為研究硫化氫的亞細胞作用提供了新的工具，并可能為治療與細胞器應激相關的疾病提供新的策略。

Unisense硫化氫微電極系統的應用

Unisense微電極被用于測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Sulf-100）來監測硫化氫的釋放。微電極被插入到含有硫化氫供體的溶液中，通過監測電信號的變化來實時測量硫化氫的濃度。

實驗結論

成功開發了首個能夠靶向多個細胞器的硫化氫供體庫，這些供體能夠將硫化氫傳遞到高爾基體、溶酶體、內質網和線粒體等特定亞細胞區域，為研究硫化氫的亞細胞作用提供了新的工具。通過靶向傳遞硫化氫，能夠顯著增強小分子硫化氫供體在緩解細胞器特異性應激方面的效力。與非靶向供體相比，靶向供體在更低濃度下就能產生顯著的細胞保護效果，這表明靶向傳遞能夠提高硫化氫供體的效率。硫化氫在不同細胞器中的作用可能通過不同的途徑實現，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使得研究者能夠更精確地研究硫化氫在特定細胞器中的作用機制，以及它如何通過調節細胞器功能來緩解細胞應激。擴展了硫化氫供體的應用范圍，還為開發基于硫化氫的治療策略提供了新的思路。通過靶向傳遞硫化氫，有望開發出更有效的治療手段，用于治療與細胞器功能障礙相關的疾病，如神經退行性疾病、心血管疾病和糖尿病等。

圖1、（a）當前具有靶向細胞器的細胞器靶向供體庫，如下所示。（b）通過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，細胞器靶向中藥（50μM）的HS釋放。實驗一式三份進行，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（k）報告，結果表示為平均值±SE（n=3）。

圖3、HeLa細胞中局部HS產生的活細胞成像。（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200納摩爾的（a）MitoTCM、（b）AP39和（c）ERTCM進行活細胞成像。

圖5、高爾基體TCM和MitoTCM可防止高爾基體應激誘導的細胞死亡。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細胞。使用CCK-8試劑盒評估細胞活力。結果表示為SD±平均值（n=12）。

結論與展望

本研究開發了一種新型的用于結腸癌治療的直腸栓劑——5-FU/CSN FAG，旨在通過局部協同氫化療實現高效低毒性的治療效果。結腸癌是全球第三大致死性惡性腫瘤，傳統的化療藥物如5-氟尿嘧啶（5-FU）雖然有效，但常伴隨嚴重的全身副作用，尤其是對腸道的損害。提出了一種使用H2釋放納米材料/化療藥物共負載栓劑對結直腸腫瘤進行局部協同氫化療的策略。開發的5-FU/CSN FAG栓劑為結腸癌的治療提供了一種新的策略，通過局部協同氫化療，不僅增強了化療效果，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，具有很高的臨床轉化潛力。5-FU/CSN FAG栓劑為結腸癌的治療提供了一種新的策略，通過局部協同氫化療，不僅增強了化療效果，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，具有很高的臨床轉化潛力。Unisense微電極用于監測結腸腫瘤組織中氫氣（H2）的濃度變化，評估栓劑中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。這些數據不僅支持了栓劑在結腸癌治療中的高效性和低毒性，還為臨床轉化提供了有力的科學依據。氫氣的藥理學定義尚不明確，其藥代動力學難以監測，這需要在未來的研究中解決。此外未來的研究還需要在特定動物模型中驗證氫氣對放化療藥物藥代動力學和生物利用度的影響，以進一步推動該栓劑的臨床應用。