基于硫交换反应实现同步区分性定量检测过硫化物、生物硫醇和硫化氢的三苯甲基自旋探针的研发与应用研究

生物硫醇（RSHs）、硫化氢（H₂S）和过硫化物（RSSHs）等活性硫物种（Reactive Sulfur Species，RSS）在诸多生理、病理过程中起着关键作用。内源RSS之间可通过酶促或非酶促途径相互转变，关系错综复杂。为更好地理解RSS之间的共生关系与互变过程以及生物学功能，亟需发展可靠方法用于快速区分性定量检测这些活性RSS物种。过去几十年中，特异性检测一种或两种RSS物种的方法屡见不鲜，但目前仍未实现对多个不同种类RSS的同步区分性定量分析，尤其当体系中含有不同种类RSSHs时则更具挑战性。

近年来，电子顺磁共振（EPR）波谱及成像技术联合自旋探针被认为是一种可同步评估多种生理参数的重要工具，颇具应用前景。近期，天津医科大学刘阳平教授课题组报道了一种基于三苯甲基（trityl）自由基的自旋探针，实现了含有RSSHs的多种RSS的同步区分性定量分析。

在这项工作中，刘教授团队巧妙设计并合成了新型自旋探针CT02-TNB和OX-TNB（图1a）。研究发现，CT02-TNB能够快速地与过硫化物PS1和PS2发生硫交换反应生成特定的加合物，且加合物的EPR谱图特征于RSSHs物种，由此可实现对RSSHs的区分性检测。此外，CT02-TNB对包括RSH、H₂S和HSO₃^-等在内的其它RSS也表现出高反应性，所生成的加合物的EPR谱图亦特征于RSS物种（图1b）。上述结果说明CT02-TNB具备区分性检测不同RSS（包括不同种类的RSSHs）的特质。基于此，该团队将前期（Angew. Chem. Int. Ed. 2020）开发的EPR谱图模拟技术进行了升级，并成功用于CT02-TNB对含有过硫化物PS1、生物硫醇Cys/GSH和H₂S的混合物的同步定量分析（图2）。为拓展该类探针的生物应用，该团队又合成了水溶性良好的OX-TNB，并将其应用于小鼠肝匀浆体系，成功实现了对GSH和PS1的同步区分性定量分析（图3）。

图1. CT02-TNB与RSS的硫交换反应机制及其加合物的特征性EPR谱图。

图2. CT02-TNB对RSS混合物的同步区分性定量检测。

图3. OX-TNB对小鼠肝匀浆中GSH和RSSH的同步区分性定量分析。

综上，刘阳平教授团队创新性开发出了一种可同步区分性定量检测活性硫物种的EPR方法，通过CT02-TNB或OX-TNB与RSS之间的硫交换反应实现了单一探针对RSSHs、RSH和H₂S等多达四种RSS的区分性定量分析，为阐释RSS的复杂关系和生物学功能迈出了坚实一步。

这一成果发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是天津医科大学讲师谈小莉和博士研究生周佳昕。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Simultaneous Quantitation of Persulfides, Biothiols and Hydrogen Sulfide through Sulfur Exchange Reaction with Trityl Spin Probes 

 Xiaoli Tan^#, Jiaxin Zhou^#, Luhua Yang, Qi Chang, Shao-Yong Li, Antal Rockenbauer*, Yuguang Song*, and Yangping Liu* 

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c10266

刘阳平博士简介

刘阳平，天津市高层次引进人才、天津市特聘教授，天津医科大学药学院副院长，教授，博士生导师。2006年于中国科学院化学研究所取得博士学位，2007年至2013年在美国俄亥俄州立大学戴维斯心肺研究所工作，2013年7月起就职于天津医科大学。

刘教授课题组以自由基为研究对象，致力于氧化还原生物活性小分子检测、磁共振试剂研发、活性氧/活性硫的精准调控与药物研发。提出电子顺磁共振-巯基捕获概念，实现了多种巯基分子的区分性检测，并拓展至多种活性硫的同步定量检测；引领高场动态核极化试剂研发新方向，多次刷新并保持超高场固体核磁信号增强记录；发展一氧化氮和硫化氢的时空可控释放策略，对心肌缺血性疾病和肠炎呈现显著疗效。近5年以通讯作者身份在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.等杂志发表研究论文30余篇，获授权发明专利4项。研究成果曾被写进国内“十三五”规划教材以及国际自由基生物医学领域的教科书，系列工作被Chem. Rev.、Chem. Sci.等大篇幅正面评述，并被评价为国际极化剂研发领域的三个重要课题组之一。刘教授曾获得徐元植顺磁共振波谱学优秀青年奖、天津医科大学优秀教育工作者标兵，并带领研究团队荣获天津医科大学优秀导师团队称号。