研究作者来自南京中国药科大学

 参考绿藻氢化酶，制备出模拟系统，这种系统能通过光照制作氢气，并能对细胞内活性氧水平产生抑制，也能提高细胞内pH水平。这一研究让我联想到最近关于渗透压诱导细胞内碱性，独立激活铁死亡的研究。这样的材料是否具有诱导铁死亡的作用？

在活细胞中催化生成H2为抗氧化治疗提供了一种方法。本研究利用聚合体pluronic F-127、催化位点[Fe2S2]和光敏剂Ru(bpy)3²⁺合成了一个[FeFe]-氢化酶模拟物[Ru+Fe2S2@F127(80)]。蓝光照射下，水合质子被光化学还原为H2，使活细胞(HeLa细胞)局部pH值升高。生成的H2随后被用作抗氧化剂，降低活细胞(HEK 293T、HepG2、MCF-7和HeLa细胞)中的活性氧(ROS)水平。我们的研究结果显示，HEK 293T细胞的增殖能力比其他细胞(HepG2、MCF-7和HeLa细胞)增加了大约6倍。然后利用荧光细胞成像技术监测细胞内ROS和pH水平。我们的研究表明，细胞成像可以用来评估Ru+Fe2S2@F127消除氧化应激和预防ros相关疾病的能力。

活性氧(ROS)包括O2 -、羟基自由基(·OH)和H2O2，在调节机体生理活动中起着重要作用。在健康的活细胞中，ROS维持在低水平。ROS异常过量产生与氧化应激有关，与多种疾病如癌症、心血管疾病和神经系统疾病相关。近期研究表明，氢气(H2)是一种有效的抗氧化剂，可作为临床治疗性医用气体。H2不仅与·OH和过氧亚硝酸盐(ONOO-)反应，还能减少细胞凋亡。作为H2的替代品，富H2生理盐水适合临床应用于治疗缺血再灌注损伤、阿尔茨海默和帕金森病、急性胰腺炎以及其他氧化应激相关疾病。

[FeFe]-氢化酶([FeFe]-H2ase)是一种来自绿藻的金属酶，是将水合质子还原为H2[14]分子的有效生物催化剂。模拟[FeFe]-H2ase活性中心的[Fe2S2]簇簇已经显示出作为水合质子还原催化剂的前景。特别是，通过结合[FeFe]-H2ase模拟物和光敏剂(PSs)，可以显著地通过人工光催化系统提高H2的生成。自从Sun和同事在2003年合成了第一个光催化系统以来，类似的人工系统已经被设计用于在可见光照射下产生H2。[Fe2S2]团簇光催化体系的制备一般有以下两种方法:1)将光敏剂PS与[FeFe]-H2ase的活性中心连接;2)将[FeFe]-H2ase模拟物纳入含有PS的自组装体系。简单地说，光诱导电子从PS转移到[Fe2S2]簇对光催化制氢很重要。

在此，我们提出了一种基于[Fe2S2]簇的纳米结构，作为[FeFe]-H2ase模拟物用于抗氧化H2光产生疗法。该纳米结构由生物惰性pluronic F-127、[Fe2S2]簇和PS [Ru(bpy)32+]自组装而成(图1)。pluronic F-127是一种三嵌段共聚物，包含一个中心聚(环氧丙烷)(PPO)嵌段，两侧有两个聚(环氧乙烷)(PEO)单元。自组装球形pluronic F-127胶束具有良好的生物相容性，使其成为极好的药物载体[22,23]。将[Fe2S2]团簇和Ru(bpy)32+装入球形pluronic F-127胶束中。该自组装体系(Ru+Fe2S2@F127)能够在可见光照射下光化学生成H2。

图1[FeFe]-H2ase纳米结构(Ru+Fe2S2@F127)用于调节活性癌细胞中的活性氧(ROS)和pH水平。

肿瘤组织或炎症部位过度消耗氧气会导致酸性环境。癌细胞中参与纳米材料摄取的核内体或溶酶体呈微酸性。此外，癌细胞中的ROS水平也高于健康细胞。低pH和高氧化应激也可能损害健康细胞，导致其转化为癌细胞和肿瘤加重。受H2有效抗氧化能力的启发，我们以HeLa细胞为模型，研究Ru+Fe2S2@F127纳米结构的ROS和pH调节能力，该纳米结构可被内吞到癌细胞中。在可见光下，Ru+Fe2S2@F127可以光化学还原水合质子为H2，提高局部ph值，生成的H2作为抗氧化剂降低ROS水平。探针2 '，7 ' -二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCHF-DA)和2,7-双(2-羧基乙基)-5(6)-羧基荧光素四(乙酰氧基甲基)酯(BCECF-AM)分别用于监测细胞内ROS和pH水平。成像结果表明，该催化系统提供了一种潜在的方法，以增加内源性抗氧化保护和修复活细胞的酸碱环境，特别是在癌症组织周围的健康细胞。

研究结果

在自然界中，首先在大肠杆菌中发现了氢化酶的H2生成活性，产生的H2可以用来还原多种底物。在本研究中，我们首次将氢化酶模拟物引入人类癌细胞中进行H2光生成，并成功地调节了细胞内ROS和pH水平。为了研究光催化H2是否能保护细胞免受ROS引起的细胞死亡，采用EB/AO染色技术定量细胞活力。图4B显示了fenton试剂处理的HeLa细胞使用EB/AO技术监测的形态学特征。随着光照射时间的增加，可以观察到形态正常且均匀的绿色活细胞，这证实了光化学产生的H2可以降低ROS引起的氧化应激。只有在Ru+Fe2S2@F127(80)和光照条件下，ros处理的细胞才得到保护(图4C)。

本研究开发了一种[FeFe]-H2ase模拟物Ru+Fe2S2@F127(80)，用于在活细胞中光合产生H2，这个过程也能够调节细胞内ROS和pH水平，研究使用荧光细胞成像方法对其进行了评估。Ru+Fe2S2@F127(80)纳米结构由生物相容聚合物pluronic F-127、催化[Fe2S2]位点和光敏剂Ru(bpy)32+自组装。在Ru+Fe2S2@F127(80)负载的活细胞中，蓝光照射可局部促进水合质子还原为H2，而H2作为一种抗氧化剂可降低ROS水平，同时细胞内ph值升高，产生的H2可增加细胞存活率和活力。综上所述，研究表明Ru+Fe2S2@F127(80)可能用于预防氧化损伤健康细胞引起的肿瘤加重和恶化。

(2022). Fluorescent intracellular imaging of reactive oxygen species and pH levels moderated by a hydrogenase mimic in living cells. Journal of Pharmaceutical Analysis. 10.1016/j.jpha.2022.05.007.