O2k在氣體信號分子H2S誘導(dǎo)氧化代謝長期多效性影響機制研究的應(yīng)用

在細胞水平上，H₂S通過還原羧化抑制電子傳輸鏈（ETC），增強有氧糖酵解和谷氨酰胺代謝；然而，這些變化的持久性是未知的。作者研究表明，盡管H₂S預(yù)處理具有揮發(fā)性，但它會增加P50_（O_2），即半飽和氧分壓，并對氧化代謝具有多效性影響，這種影響會持續(xù)24小時以上。H₂S誘導(dǎo)的低代謝在血液供應(yīng)不足或中斷引起的創(chuàng)傷或疾病臨床中是有益的，作者的研究對減輕缺血再灌注損傷和/或延長血小板等生物制品的保質(zhì)期具有重要意義。

結(jié)果：

H₂S氧化途徑通過一系列氧化和硫轉(zhuǎn)移酶步驟將H₂S轉(zhuǎn)化為硫代硫酸鹽和硫酸鹽。硫醌氧化還原酶（SQOR）使H₂S分解代謝產(chǎn)生電子，利用輔酶Q（CoQ）作為電子受體，促進CoQ還原態(tài)增加，因此存在于H₂S氧化和電子傳輸鏈（ETC）的交叉點。SQOR依賴的H₂S氧化增強了電子傳遞，促進了ATP的合成。然而，當(dāng)H₂S濃度超過SQOR分解代謝能力時，H₂S抑制復(fù)合體IV，表現(xiàn)為細胞耗氧率（OCR）降低。

為了進一步驗證不同劑量的H₂S暴露對OCR的影響，作者利用奧地利Ororboros O2k多維度線粒體能量代謝分析系統(tǒng)具有無加藥數(shù)量限制及完全封閉環(huán)境下檢測的特點，添加了復(fù)合體I抑制劑魚藤酮（Rotenone），減少了CoQ氧化還原態(tài)變化的干擾；然后重復(fù)添加硫化鈉（Na₂S，產(chǎn)生H₂S），Na₂S低濃度（<15 μM）引發(fā)OCR最大值急劇增加， Na₂S高濃度（>20 μM）引發(fā)OCR最大值逐漸降低，由此，OCR最大值變化表現(xiàn)出對H₂S濃度的鐘形依賴性。

為了進一步驗證H₂S誘導(dǎo)線粒體功能的長期性變化，將HT29^Scr、HT29^{SQOR KD}細胞預(yù)處理暴露于Na₂S（100 μM，4小時），HT29^Scr基礎(chǔ)代謝率和最大呼吸率相對于Control組，都有降低；而HT29^{SQOR KD}基礎(chǔ)代謝率和最大呼吸率相對于Control組，都有顯著性降低；同時也進一步說明硫醌氧化還原酶（SQOR）使H₂S分解代謝產(chǎn)生電子，增加了電子傳遞，增強了線粒體功能。

單次急性H₂S暴露對氧化代謝產(chǎn)生長期影響：作者檢查了4小時、24小時單次急性暴露于Na₂S（100 μM）后代謝效應(yīng)的持久性；在單次暴露于Na₂S（100 μM）后4小時和24小時，P50（O₂）值出現(xiàn)了顯著性增加，表明耗氧能力顯著降低。

討論：實驗結(jié)果顯示細胞對H₂S的反應(yīng)范圍從低濃度H₂S的O2消耗急速增加到高濃度H₂S的O2消耗抑制，反映了H₂S對氧化代謝的多效性；并且細胞暴露于H₂S后，其氧化代謝水平持續(xù)性降低超過24小時。所以作者還提出既然H₂S預(yù)處理可以維持低代謝時間窗口，防止進一步的氧化損傷，那么對嚴重創(chuàng)傷（如中重度燒傷）的高代謝反應(yīng)、缺血再灌注損傷以及失控性炎癥等臨床病癥就具有潛在的治療作用；也會具有對延長生物制品保質(zhì)期的潛在作用。

參考文獻：David A. Hanna , et al. H2S preconditioning induces long-lived perturbations in O2 metabolism. PNAS. 2024 March 13;121(12)e2319473121. https://doi.org/10.1073/pnas.2319473121.