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硫辛酰甘氨酸与谷胱甘肽、半胱氨酸发生可逆反应，生成多硫化物并释放硫化氢气体，通过拉曼光谱和核磁共振证实硫烷硫的转移，动力学模型显示其抗氧化作用与硫转移相关。
Steven J. Karpowicz
新墨西哥高地大学化学系，美国新墨西哥州拉斯维加斯，邮编87701，邮箱：Box 9000
摘要
过硫化物和硫化氢的化学性质与预防细胞氧化损伤密切相关。硫代牛磺酸是一种研究较少的前体分子，它是生物分子牛磺酸的组成部分，其中含有不稳定的硫烷基硫。本文研究了硫代牛磺酸与谷胱甘肽或半胱氨酸之间的可逆反应，以观察过硫化物和硫化氢气体的生成过程。通过拉曼光谱、可见光谱和核磁共振光谱对反应产物进行了表征，并研究了反应动力学。实验还使用了过氧化氢进行动力学竞争实验以验证反应过程。数据和分析结果表明，硫代牛磺酸中的硫烷基硫首先转移到自由硫上，随后形成二硫化物并释放出H?S气体。这些发现表明硫代牛磺酸可能参与细胞内的过硫化物和H?S代谢过程，其抗氧化作用可能与硫烷基硫的转移有关。
引言
硫化氢（H?S）和多硫化物（RSSH）是氧化还原生物学中的重要调节因子。这些分子参与许多生化途径，常通过修饰含有巯基的生物分子来改变其功能、稳定性或反应性[1]。过硫化物因其双重氧化还原特性而尤为重要，它们既可以作为还原性亲核试剂（以RSS?的形式），也可以作为氧化性亲电试剂（以RSSH的形式）[2]。它们被认为是许多酶促和非酶促硫转移反应的中间体。过硫化物可能有助于保护细胞免受氧化损伤[3]和炎症[4]，在氧化还原信号传导中发挥作用[5]，并参与线粒体功能的调节[6]。多硫化物的氧化可释放硫化氢，这是一种小分子信号分子[7]。相反的反应（即硫化氢还原二硫化物）处于平衡状态[8]。
硫代牛磺酸（2-羟基磺酰硫代乙胺）可在哺乳动物体内由半胱氨酸或其脱羧产物半胱胺降解生成[9]。半胱胺过硫化物可通过氧化半胱胺将其硫烷基硫捐赠给低硫代牛磺酸，从而生成硫代牛磺酸[10]。同样，胱硫氨酸γ-裂解酶和其他酶[11]也能生成过硫化物（如半胱氨酸过硫化物[12]），这些过硫化物也可能与低硫代牛磺酸发生转硫反应[13]。硫代牛磺酸还可通过巯基丙酸硫转移酶从低硫代牛磺酸生成[14]。
硫代牛磺酸能够促进中性粒细胞的活化[15]，抑制黑色素瘤[16]，并在糖尿病小鼠模型中维持谷胱甘肽池的氧化还原状态[17][18]。它在保护肝脏免受氧化应激方面与N-乙酰半胱氨酸的效果相当[19]。其生理效应可能源于硫代牛磺酸作为硫烷基硫供体的作用，例如它能抑制caspase-3的活性，其效果与H?S相似[20]（H?S是由硫代牛磺酸与谷胱甘肽混合产生的[20]）。
虽然含有硫烷基硫的硫代亚砜（-S=S）化合物通常不稳定[21]，但硫代牛磺酸由于具有两个电诱导性的氧原子，使得硫原子之间的双键特性得到增强。硫代牛磺酸的硫代硫酸盐的pKa值预测为2.69，但由于硫原子的3p轨道与氧原子的2p轨道重叠程度较低，导致双键特性较弱。电负性的氧原子使中心硫原子带有正电荷，从而使中心硫原子从相邻硫原子吸引电子密度，增强双键特性并减少负电荷。因此，尽管硫代牛磺酸的三个末端原子都参与共振，但其硫代硫酸盐仍表现出硫烷基硫的特征。Chauncey和Westley[22]也指出，电子从末端硫原子的诱导作用解释了硫代牛磺酸及其他硫代硫酸盐化合物的反应性。谷胱甘肽（GSH）是一种重要的氧化还原活性巯基化合物，可在真核细胞的细胞质中维持还原环境。
在体内，谷胱甘肽过硫化物占GSH总量的5%左右，它通过促进过氧化氢的消除发挥抗氧化作用[5]。GSH通过参与氧化还原反应和形成二硫化物键来中和过氧化氢，尤其是在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下[23]。非酶促条件下，GSH与过氧化氢发生多步骤反应，首先与过氧化氢形成复合物，然后与另一个GSH发生氧化还原反应生成氧化型谷胱甘肽[24]。然而，形成的过氧化氢复合物可能与其他分子或抗氧化剂发生反应。
本研究展示了硫代牛磺酸将其硫烷基硫转移给生物体内丰富存在的硫化合物的能力。这一体外过程产生的过硫化物可被巯基化合物氧化，最终生成硫化氢。
材料与方法
试剂：低硫代牛磺酸、谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、半胱氨酸和甲硫氨酸购自Cayman Chemical Company（美国密歇根州安娜堡）。其他化学品购自Millipore Sigma（美国密苏里州圣路易斯）。硫代牛磺酸的制备方法如前所述[10]。谷胱甘肽和半胱氨酸过硫化物的制备采用与硫代牛磺酸相同的方案，利用元素硫进行合成。简要来说，首先在2毫升螺旋盖管中配制谷胱甘肽或半胱氨酸溶液，然后加入至少20摩尔的...
过硫化物转移的光谱观察
设计了硫代牛磺酸与谷胱甘肽、半胱氨酸或甲硫氨酸之间的反应，以确定硫代牛磺酸能否在无催化条件下将其过硫化物转移给另一种分子上的巯基或硫原子。反应混合物在37°C下孵育3小时。
经过3小时孵育后，硫代牛磺酸和谷胱甘肽的拉曼光谱峰强度发生变化。硫代牛磺酸在436、595和1069 cm?1处的振动频率以及谷胱甘肽在2581 cm?1处的-SH振动频率随时间减弱（见图...）
总结与结论
已知过硫化物能参与与巯基的硫转移反应。本研究表明，含有硫代硫酸基的硫代牛磺酸能够将其过硫化物转移给两个巯基分子和一个硫原子。含有亚磺酸基的低硫代牛磺酸能够从两个过硫化物中接受硫烷基硫。硫代牛磺酸的这种转硫反应可能解释了其生物学上的有益作用，即添加硫代牛磺酸到细胞中可能增加...
CRediT作者贡献声明
Steven J. Karpowicz： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、实验设计、资金申请、数据分析以及概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢Chisom Izuchukwu和Bijili Navine Nanjo提供的技术支持。本研究得到了美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所（National Institute of General Medical Sciences）的机构发展奖（IDeA）的支持，资助编号为P20GM103451。
