今天給大家介紹一篇最近發(fā)表于ACS Macro Lett.的文章，標題為“Polymers with Dithiobenzoate End Groups Constitutively Release Hydrogen Sulfide upon Exposure to Cysteine and Homocysteine”。本文的通訊作者是莫納什大學的John F. Quinn教授和昆士蘭大學的Thomas P. Davis教授。
可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合（RAFT）廣泛應用于生物醫(yī)用材料的制備，具有分子量可控、單體兼容性好等優(yōu)點，但是RAFT試劑中硫代羰基硫端基[- (C=S) S -]的斷裂可能會導致生物毒性。解決方法通常是在該聚合物應用前通過光/化學方法移除該端基。同時，我們對RAFT端基的生物影響認識十分局限。
通過RAFT合成聚合物可能會釋放出H2S，H2S是三種氣體信號分子之一（H2S、CO、NO），內(nèi)源性H2S的產(chǎn)生是重要生理功能的基礎。H2S供體在帕金森病、糖尿病和心血管疾病等應用領域具有治療潛力。許多小分子，如二硫代苯甲酸酯，和Cys反應時會釋放出H2S。本文作者發(fā)現(xiàn)用二硫代苯甲酸酯作為鏈轉(zhuǎn)移劑合成含二硫代苯甲酸酯端基的聚合物在遇到Cys或者h-Cys (homocysteine)時也會釋放出H2S（圖1）。
作者先通過RAFT合成含二硫代苯甲酸酯端基的聚合物POEGMA和POEGA（圖2），分別暴露于10當量的L-Cys、h-Cys、N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽下，檢測H2S的釋放（圖3）。結(jié)果顯示L-Cys和h-Cys能有效刺激H2S的釋放；而N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽則影響很小，其反應機理與小分子二硫酯一致。特別地，H2S的釋放需要刺激分子有-SH和-NH2取代基來促進分子內(nèi)環(huán)化形成中間體3a，從而釋放H2S。
圖2. 由RAFT合成POEGMA和POEGA
圖3. 由POEGA (200 μM)在4種刺激下釋放的H2S
作者接下來進行了含二硫代苯甲酸酯端基的聚合物釋放H2S的動力學和機理研究。通過1H NMR監(jiān)測了聚合物分別與Cys和h-Cys反應24h的變化（圖4b），結(jié)果顯示聚合物端基在此過程中被消耗，同時有4a、4b的產(chǎn)生。
另外，通過LC-MS分析，Cys和聚合物反應1h后，沒有檢測到2a和3a，而在h-Cys與聚合物反應中，卻檢測到了4b和2b。這暗示了圖3中h-Cys刺激產(chǎn)生的H2S較少的原因，可能是由于2b相較于2a進行分子內(nèi)環(huán)化的過程更加緩慢。從圖4b可以看出， Cys和h-Cys的巰基親核進攻形成1a、1b的速率相近；而反應1h后，檢測到了2b，但沒有2a。因此，在Cys的反應中，1a的產(chǎn)生是決速步驟；在h-Cys的反應中，2b的氨基親核進攻經(jīng)分子內(nèi)環(huán)化形成3b的速率緩慢。
聚合物在Cys的刺激下預測會產(chǎn)生聚合物硫醇，作者用GPC來驗證這個可能性（圖5）。反應后，分子量分布明顯變寬，這是由于生成了聚合物硫醇，隨后發(fā)生二聚形成二硫化物，使分子量變?yōu)樵瓉淼膬杀丁Ｓ眠€原劑tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP)和oligo(ethylene glycol) methyl ether acrylate 480 (OEGA480)通過thiol?ene Michael加成反應來“捕捉”硫醇，避免其發(fā)生二聚，產(chǎn)物分散度回到了原始值，分子量也回到了發(fā)生加成反應相對應的產(chǎn)物值，進一步證明了Cys刺激反應后分子量分布變寬是由于二硫化物的形成。
圖5. GPC分析POEGA與Cys反應
綜上所述，本文發(fā)現(xiàn)了由RAFT聚合得到的含有二硫代苯甲酸酯端基的聚合物在暴露于Cys或h-Cys時會釋放出H2S，并研究了該反應動力學與機理。該聚合物可作為單獨的H2S供體，也可以作為反應性藥用輔料，共同遞送H2S。另外，該工作也提醒人們在使用含二硫酯端基的聚合物做生物醫(yī)用時，H2S的偶然釋放可能會產(chǎn)生不必要的生化影響，沒有事先移除二硫酯端基就投入生物應用時，需要更加謹慎。
作者：WCQ 審校：WGQ
DOI: 10.1021/acsmacrolett.0c00066
Link: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.0c00066
