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活性硫物种（reactive sulfur species, RSS）是维持细胞氧化还原稳态和调控生物信号的重要化学介质。除硫化氢（H?S）和过硫化氢（H₂S₂/H₂S_n）外，次磺酸（HSOH）被认为可能是硫化氢氧化过程中的重要瞬态中间体。然而，由于HSOH具有极高的反应活性和极短的寿命，长期以来缺乏化学结构明确、释放机制清晰且速率可调的供体体系。因此，一个基础而关键的问题始终没有得到解决：如何在复杂生物环境中可控地生成HSOH，并利用这种化学控制去研究其真实的反应行为与生物学功能？

近日，中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室郑月钦教授团队在这一方向取得进展，相关研究发表于《Angewandte Chemie International Edition》。研究团队建立了一类基于氨基亚砜（aminosulfine）化学的HSOH供体平台，通过对分子内酰基转移和环化反应的设计，实现HSOH的可控生成，并进一步利用这一化学工具揭示了HSOH独特的亲电性、氧化还原行为及潜在生物学作用。

从“不稳定中间体”到“可控生成”：建立HSOH供体化学

研究团队首先对硫代酰胺-S-氧化物（aminosulfine）进行了系统的结构筛选，发现具有未取代NH₂结构的JL201和JL204能够稳定分离。进一步研究表明，该类结构在酯酶、谷胱甘肽和半胱氨酸等常见生理相关条件下具有较好的稳定性，为其作为HSOH前体提供了化学基础。

在此基础上，研究人员将aminosulfine结构引入三甲基锁体系，构建了HSOH供体JL210，并成功捕获到由其产生的HSOH。然而，一个意外现象引起了研究团队的注意：JL210即使在没有预设外源触发条件的水溶液中，也会发生明显降解。

这一现象意味着，JL210可能存在一种此前未被认识的、由其自身分子结构驱动的化学转化过程。

图1. Aminosulfine供体的设计及HSOH可控释放策略

从异常降解到新反应机制：发现水介导的分子内酰基转移–环化过程

为了理解JL210的异常行为，研究团队首先改变其连接方式，设计了JL211–JL213等刺激响应型供体。与JL210不同，这些化合物在无触发剂的水溶液中保持稳定，而在加入相应触发剂后发生降解，其底物消耗、HSOH捕获产物及副产物生成在动力学上具有良好一致性。

这一结果提示：JL210的特殊反应行为与其酯键以及aminosulfine结构之间的协同作用密切相关。随后，研究团队通过系统的构效关系研究发现，该过程主要取决于三个因素：aminosulfine结构的电子效应、分子内环化提供的热力学驱动力，以及aminosulfine中NH₂基团的直接参与。

进一步的机制研究表明，水相环境能够促进aminosulfine结构的电荷分离特征，并增强其氮原子的亲核反应能力，从而发生特殊的分子内酰基转移（intramolecular acyl transfer）。该过程暴露出酚羟基，随后由分子内环化驱动后续反应，最终释放HSOH。

研究团队进一步设计了JL220，使关键酰基转移产物能够被直接监测。JL220的消耗与Lactone-1及JL220-Amide等产物的生成表现出一致的动力学关系，为所提出的酰基转移–环化–HSOH释放机制提供了进一步证据。

图2. 水介导的酰基转移–分子内环化及HSOH生成机制

从“能释放”到“可编程释放”：调节HSOH的生成速率

在明确反应机制后，研究团队进一步对分子内环化驱动力、酯基结构及空间位置进行系统调节，获得了一系列具有不同释放动力学的HSOH供体。

由此，HSOH不再只是一个难以捕获的瞬态中间体，而成为一种可以通过前体分子结构进行稳定储存，并通过化学结构设计调节其生成速率的活性硫物种。

这种从“生成一个分子”进一步走向“控制一个分子如何生成”的设计理念，也为研究其他高反应性、短寿命生物活性物种提供了新的化学工具。

图3. 通过分子结构调控实现不同速率的HSOH释放

可控生成揭示HSOH独特的活性硫化学

建立供体体系后，研究团队进一步利用此前开发的过硫化氢化学探针，对HSOH生成后的化学命运进行了研究。

结果表明，HSOH生成后可较快发生后续反应并形成过硫化氢相关活性硫物种。更值得注意的是，HSOH在低至2 μM的浓度下即可表现出显著的蛋白过硫基化能力。

这一结果提示，HSOH并不仅仅是H?S氧化过程中的被动中间体，其自身独特的亲电反应性与氧化还原性质可能使其成为连接不同活性硫物种及蛋白巯基修饰的重要化学节点。

图4. HSOH的化学转化行为

从化学工具到生物功能：探索HSOH的神经保护作用

最后，研究团队在氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation, OGD）模型中初步探索了HSOH的生物学效应。研究发现，适当浓度的HSOH供体表现出神经细胞保护作用，其有效浓度低于H₂S₂。结合化学实验结果，这种差异可能与HSOH更强的亲电反应性及由此产生的高效过硫基化能力有关。

与此同时，在较高浓度下，HSOH供体可导致细胞内谷胱甘肽水平下降，提示HSOH具有明显的浓度依赖性双重氧化还原效应。这些结果进一步说明，对于HSOH这样的高活性瞬态分子而言，单纯讨论“是否具有生物活性”并不足够，其生成剂量、生成速率以及作用时间窗口本身就是决定生物学效应的重要因

小结

该研究建立了一类化学结构明确、释放机制清晰且动力学可调的HSOH供体平台，并揭示了由aminosulfine结构参与的水介导酰基转移–分子内环化反应机制。在此基础上，研究团队实现了对HSOH生成过程的化学控制，并进一步发现其高效的过硫基化能力以及浓度依赖性的生物学效应。更重要的是，这项研究展示了一种研究瞬态活性分子的基本策略：将高度活泼、难以直接利用的生物活性物种转化为稳定的化学前体，再通过分子结构和反应机制设计，控制其生成时间、生成速率及后续化学命运。

期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一，由Wiley出版，创刊于1887年，最新影响因子为16.9。