今天给大家介绍一篇最近发表于ACS Macro Lett.的文章，标题为“Polymers with Dithiobenzoate End Groups Constitutively Release Hydrogen Sulfide upon Exposure to Cysteine and Homocysteine”。本文的通讯作者是莫纳什大学的John F. Quinn教授和昆士兰大学的Thomas P. Davis教授。

可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）广泛应用于生物医用材料的制备，具有分子量可控、单体兼容性好等优点，但是RAFT试剂中硫代羰基硫端基[- (C=S) S -]的断裂可能会导致生物毒性。解决方法通常是在该聚合物应用前通过光/化学方法移除该端基。同时，我们对RAFT端基的生物影响认识十分局限。

通过RAFT合成聚合物可能会释放出H₂S，H₂S是三种气体信号分子之一（H₂S、CO、NO），内源性H₂S的产生是重要生理功能的基础。H₂S供体在帕金森病、糖尿病和心血管疾病等应用领域具有治疗潜力。许多小分子，如二硫代苯甲酸酯，和Cys反应时会释放出H₂S。本文作者发现用二硫代苯甲酸酯作为链转移剂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)时也会释放出H₂S（图1）。

作者先通过RAFT合成含二硫代苯甲酸酯端基的聚合物POEGMA和POEGA（图2），分别暴露于10当量的L-Cys、h-Cys、N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽下，检测H₂S的释放（图3）。结果显示L-Cys和h-Cys能有效刺激H₂S的释放；而N-乙酰半胱氨酸和谷胱甘肽则影响很小，其反应机理与小分子二硫酯一致。特别地，H₂S的释放需要刺激分子有-SH和-NH₂取代基来促进分子内环化形成中间体3a，从而释放H₂S。

图2. 由RAFT合成POEGMA和POEGA

图3. 由POEGA (200 μM)在4种刺激下释放的H₂S

作者接下来进行了含二硫代苯甲酸酯端基的聚合物释放H₂S的动力学和机理研究。通过¹H NMR监测了聚合物分别与Cys和h-Cys反应24h的变化（图4b），结果显示聚合物端基在此过程中被消耗，同时有4a、4b的产生。

另外，通过LC-MS分析，Cys和聚合物反应1h后，没有检测到2a和3a，而在h-Cys与聚合物反应中，却检测到了4b和2b。这暗示了图3中h-Cys刺激产生的H₂S较少的原因，可能是由于2b相较于2a进行分子内环化的过程更加缓慢。从图4b可以看出， Cys和h-Cys的巯基亲核进攻形成1a、1b的速率相近；而反应1h后，检测到了2b，但没有2a。因此，在Cys的反应中，1a的产生是决速步骤；在h-Cys的反应中，2b的氨基亲核进攻经分子内环化形成3b的速率缓慢。

聚合物在Cys的刺激下预测会产生聚合物硫醇，作者用GPC来验证这个可能性（图5）。反应后，分子量分布明显变宽，这是由于生成了聚合物硫醇，随后发生二聚形成二硫化物，使分子量变为原来的两倍。用还原剂tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP)和oligo(ethylene glycol) methyl ether acrylate 480 (OEGA480)通过thiol−ene Michael加成反应来“捕捉”硫醇，避免其发生二聚，产物分散度回到了原始值，分子量也回到了发生加成反应相对应的产物值，进一步证明了Cys刺激反应后分子量分布变宽是由于二硫化物的形成。

图5. GPC分析POEGA与Cys反应

综上所述，本文发现了由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时会释放出H₂S，并研究了该反应动力学与机理。该聚合物可作为单独的H₂S供体，也可以作为反应性药用辅料，共同递送H₂S。另外，该工作也提醒人们在使用含二硫酯端基的聚合物做生物医用时，H₂S的偶然释放可能会产生不必要的生化影响，没有事先移除二硫酯端基就投入生物应用时，需要更加谨慎。

作者：WCQ  审校：WGQ

DOI: 10.1021/acsmacrolett.0c00066

Link: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.0c00066