分享一篇2023年發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，題目是“An ROS-Responsive Donor That Self-Reports Its H2S Delivery by Forming a Benzoxazole-Based Fluorophore”。文章的通訊作者為美國(guó)北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆威克森林大學(xué)化學(xué)系的John C. Lukesh III。
硫化氫(H2S)是一種氣體遞質(zhì)是內(nèi)源性信號(hào)分子，類似于激素和神經(jīng)遞質(zhì)，在人體內(nèi)引起重要的生理和病理生理效應(yīng)，這些效應(yīng)源于它們對(duì)特定細(xì)胞靶點(diǎn)的作用，并且與許多疾病相關(guān)。將H2S輸送到生物系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法包括使用硫化物鹽（NaHS和Na2S）作為緩沖液。然而，它們的使用會(huì)導(dǎo)致大量的效果，難以模仿H2S的天然酶生產(chǎn)，并且通常會(huì)導(dǎo)致有毒的副作用。Lawesson試劑的水溶性衍生物GYY4137是第一個(gè)為此目的開發(fā)的合成H2S供體。雖然GYY4137在幾種疾病模型中顯示出有希望的治療潛力，但它的低效率和對(duì)H2S輸送缺乏時(shí)空控制，導(dǎo)致人們尋找更有效、刺激反應(yīng)性更強(qiáng)的供體，這些供體的激活可以更容易地調(diào)整到特定的生物條件。為了協(xié)助這些工作，作者最近開發(fā)了一種新的通用設(shè)計(jì)策略，通過利用分子內(nèi)親核輔助，通過精確的生物刺激啟動(dòng)，提高硫酰胺基給體釋放H2S的選擇性和效率（方案1）。
方案1：提高硫胺素供體硫化氫釋放速率、效率和選擇性的一般設(shè)計(jì)策略。
雖然之前有文獻(xiàn)報(bào)道過ROS激活的H2S供體，但這些化合物通常會(huì)經(jīng)過1,6消除，首先釋放羰基硫化物或COS（一種生物活性氣體），然后通過碳酸酐酶進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為H2S。此外，該反應(yīng)途徑導(dǎo)致產(chǎn)生1,4-醌類化合物，這是一種高毒性的促氧化劑，可能會(huì)抵消H2S的抗氧化作用。在這項(xiàng)研究中，作者利用這種創(chuàng)新的化學(xué)方法，通過同時(shí)合成苯并惡唑基熒光團(tuán)來創(chuàng)建ROS激活的、自我報(bào)告的供體，該供體與H2S釋放相一致（方案2）。
方案2：活性氧活化H2S供體。
使用硼酸酯作為過氧化氫的已知和高度生物正交的反應(yīng)物，研究開始于化合物1的合成。與方案1中描述的一般設(shè)計(jì)策略相比，方案1中的親核試劑是苯酚，被硼酸酯保護(hù)以抑制其親核性。然而，在H2O2存在的情況下，設(shè)想硼酸酯氧化會(huì)揭示親核酚，然后將其環(huán)化到硫酰胺上，以協(xié)助H2S的貢獻(xiàn)。在驗(yàn)證這一假設(shè)之前，最初想評(píng)估1在10倍PBS中在37°C下的穩(wěn)定性。1進(jìn)行了連續(xù)水解分解，在第一個(gè)小時(shí)內(nèi)釋放出約40 μM的H2S（收率為80%）。對(duì)照化合物2的穩(wěn)定性，它缺少硼酸酯。與1不同，化合物2表現(xiàn)出所期望的芳基硫酰胺的水解穩(wěn)定性，在整個(gè)2.5小時(shí)的孵育期內(nèi)沒有觀察到硫化物釋放的證據(jù)（圖1）。
圖1：(a) (b) Lewis酸輔助水解分子的機(jī)制，促進(jìn)H2S在生理pH下在緩沖液中傳遞。 (c) 在10× PBS (pH 7.4)條件下，37℃下H2S從1 (50 μM)中釋放的時(shí)間過程。
接下來作者通過對(duì)芳基取代基進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，探索了電子和空間效應(yīng)對(duì)這一水解途徑的影響(R，圖2a)。使用亞甲基藍(lán)測(cè)定法監(jiān)測(cè)緩沖液中H2S的初始釋放速率（圖2b）。正如預(yù)期的那樣，隨著吸電子吡啶基3和對(duì)三氟甲基取代基4的引入，相對(duì)于1的水解速率分別提高了8倍和3倍以上，觀察到一個(gè)明顯的趨勢(shì)。相反，也正如預(yù)期的那樣，化合物5具有一個(gè)供電子的對(duì)甲氧基取代基，被發(fā)現(xiàn)更穩(wěn)定，水解速度比1慢1.4倍。此外，雖然相對(duì)于1,2-萘基6似乎對(duì)水解速率影響不大。但觀察后發(fā)現(xiàn)，鄰取代供體（7、8和9）在緩沖液中似乎是穩(wěn)定的，沒有H2S釋放的證據(jù)。作者推測(cè)這是由于硫酰胺附近的空間效應(yīng)增加或芳基環(huán)和硫酰胺之間的偶聯(lián)斷裂，這明顯抑制了水解途徑。為了驗(yàn)證鄰位取代芳基硫酰胺的Lewis酸輔助水解完全關(guān)閉，延長(zhǎng)了亞甲藍(lán)測(cè)定的反應(yīng)時(shí)間。如圖2c所示，在整個(gè)時(shí)間過程中，具有正取代甲基取代基的7似乎是完全穩(wěn)定的，在整個(gè)150分鐘的孵育過程中沒有硫化物釋放的證據(jù)。
圖2： (a) Lewis酸輔助水解緩沖液供體庫。(b)在10倍PBS (pH 7.4)條件下，37℃下H2S從供體中釋放的時(shí)間過程。釋放的H2S用亞甲藍(lán)分光光度法(670 nm)定量。(c)延長(zhǎng)時(shí)間過程以確認(rèn)7在10倍PBS (pH7.4, 37℃)中的穩(wěn)定性。
通過鄰位取代提高水解穩(wěn)定性后，作者接下來想要評(píng)估這些衍生物是否能像最初預(yù)測(cè)的那樣，在ROS存在下通過硼酸酯氧化環(huán)化途徑釋放H2S。為了驗(yàn)證假設(shè)，作者將7、8和9 （50 μM
