H₂S作为一种气体信使分子，参与人体内多种生理及病理过程。近年来，外源性H₂S供体的设计与发展进一步推动了H₂S的生物活性机制及治疗作用的研究，但高生物相容性及可控靶向释放的H₂S供体的开发仍是目前研究的热点和难点。

近日，南京大学梁勇教授团队设计并开发了一种基于生物正交“点击-释放”反应的H₂S递送系统。该系统利用二硫介离子化合物和具有张力的环辛炔之间的1,3-偶极环加成及后继的逆Diels-Alder反应，生成一分子噻吩衍生物并同时释放出一分子COS。COS可在细胞内广泛存在的碳酸酐酶作用下水解原位产生H₂S。该研究工作的一大创新之处，是在理论计算的指导下，设计并合成了含有二苯胺基官能团的二硫介离子化合物1b，它与环辛炔反应生成的噻吩衍生物能在可见光的激发下发出强的绿色荧光，这就为同时释放的H₂S提供了时空反馈信号。此外，作者还发现二苯胺基官能团的引入大大提高了该生物正交H₂S递送系统的线粒体靶向性。

化合物1b与2a在HeLa细胞内发生原位“点击-释放”反应并成功实现了H₂S的释放，H₂S检测探针的荧光信号强度（红色）与环加成产物荧光信号强度（绿色）分别对1b呈浓度依赖，而且共定位实验显示这两个荧光信号之间呈强相关。这表明该H₂S递送体系不仅能在细胞内原位释放H₂S，还可以利用生成的产物荧光对外源性H₂S进行实时监测。

此外，作者还发现1b和2a的生物正交反应具有很高的线粒体靶向性，反应释放的荧光（绿色）与商业化的线粒体靶向探针Mito-Tracker Red的荧光信号（红色）高度重叠，与使用连有线粒体靶向基团-PPh₃⁺的张力炔烃2b时相当。作者推测1b的线粒体靶向性可能来源于介离子类化合物的独特共振结构，其中红色部分与线粒体靶向基团-PPh₃⁺类似。

最后，作者探索了该H₂S释放体系对H9c2细胞由H₂O₂诱导的氧化应激引起的细胞损伤和线粒体膜电位（MMP）损失的保护作用，发现在相对较低的浓度下（5 μM）即可发挥较好的修复作用，凸显了线粒体靶向释放的优势。

总之，该生物正交的H₂S释放新方法首次将三种功能整合到一个体系中：（1）可控的H₂S原位生成，（2）荧光实时示踪，（3）线粒体靶向释放。这种智能的H₂S递送系统有潜力成为一种新的工具，应用于H₂S的生理、病理和治疗相关的研究。

论文信息：

Design and Development of a Bioorthogonal, Visualizable and Mitochondria-Targeted Hydrogen Sulfide (H₂S) Delivery System

Yinghan Chen,Ruohan Zhao,Cheng Tang,Chun Zhang,Wenyuan Xu,Luyan Wu,Yuqi Wang,Deju Ye,Yong Liang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202112734