黄卫华/张欣伟Angew.：双线纳米传感器监测细胞内谷胱甘肽快速抗氧化动力学！

研究内容

谷胱甘肽(GSH)系统是最强大的细胞内抗氧化系统之一，用于消除活性氧(ROS)和维持细胞氧化还原稳态。然而，GSH系统动态抗氧化过程中的快速动力学信息(从毫秒到第二级)仍不清楚。

武汉大学黄卫华和张欣伟 开发了一种新型双线纳米传感器(DWNS)，该传感器可以以高时间分辨率选择性地同步测量GSH和ROS的水平，将其应用于监测单个癌症细胞中GSH系统的瞬时ROS生成和快速抗氧化过程。测量结果表明，GSH系统中的谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)在亚秒的时间尺度内快速启动对抗ROS爆发，但消除过程是短暂的，几秒钟后结束，而一些ROS仍存在于细胞中。相关工作以“ Fast Antioxidation Kinetics of Glutathione Intracellularly Monitored by a Dual-Wire Nanosensor ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者合成了用于ROS检测的铂纳米颗粒修饰的纳米线(Pt NP NWs)和用于GSH检测的磺化钴酞菁功能化纳米线(CoPcS NWs)，并通过“单管集成”策略将它们组装到θ微量移液管中，制备出双线纳米传感器(DWNS)。DWNS可高灵敏度、高选择性和优异时空分辨率实时同步跟踪GSH和ROS水平的波动。

要点2. 作者将具有良好电化学性能的纳米电极插入单个癌症细胞中，以监测高浓度白藜芦醇(RSV)诱导的ROS的产生和GSH系统的快速抗氧化过程。

要点3. 同步检测结果明确表明，GPx1酶作为GSH抗氧化系统的一员，可以在亚秒的时间尺度上快速启动，参与RSV诱导的MCF-7细胞中ROS的清除过程。然而，这种ROS清除过程是短暂的，只持续了几秒钟，一些ROS仍留在细胞中，被认为被其他抗氧化系统清除。

这些结果为更好地理解抗癌药物治疗的癌症细胞中GSH系统的早期动态抗氧化过程提供了有价值的信息。相信这种传感策略将有利于研究参与细胞事件的更多生物活性物种的相互调节过程。此外，GSH抗氧化系统的动力学模型也有助于更深入地了解与氧化还原失衡有关的更多病理过程。

研究图文

图1. 双线纳米传感器(DWNS)的制备和白藜芦醇(RSV)诱导的细胞内活性氧(ROS)和还原型谷胱甘肽(GSH)的实时监测示意图。GPx：谷胱甘肽过氧化物酶，GSSG：氧化型谷胱甘肽。

图2. A）Pt NP NW的SEM和相应的EDX元素图像。B）CoPcS NW的SEM和相应的EDX元素图像。C）DWNS的SEM。D）DWNS在1 mM[Ru(NH 3 ) 6 ] 3+ /1 M KCl溶液中的CV。

图3. A）DWNS在含有和不含有1 mM H 2 O 2 的PBS中的CV。B）DWNS在含有和不含有10 mM GSH的PBS中的CV。C）纳米传感器在+0.8 V vs. Ag/AgCl电势下对一系列浓度增加(0、0.5 μM、10 μM、20 μM、100 μM、200 μM、500 μM、1000 μΜ)的H 2 O 2 溶液的安培响应以及D）相应的校准曲线。E）纳米传感器在+0.4 V vs Ag/AgCl的电势下对一系列浓度增加的GSH溶液(0、10 μM、20 μM、50 μM、100 μM、200 μM、500 μM、1 mM、2 mM、5 mM、10 mM、20 mM)的安培响应和F）的相应校准曲线。C）和E）中的箭头表示添加H 2 O 2 和GSH溶液的时刻。

图4. A）DWNS插入一个MCF-7细胞和高浓度RSV刺激的亮场显微照片。B）用100 mM RSV刺激未处理的MCF-7细胞同时记录电流。垂直的黑色虚线和绿色三角形表示RSV注射的时刻。C）用100 mM RSV刺激接骨木酚处理的MCF-7细胞记录同时电流。垂直的黑色虚线和绿色三角形表示RSV注射的时刻。D）用RSV刺激后，用和不用接骨木酚处理的MCF-7细胞的ROS产生和GSH消耗电荷的直方图。

图5. RSV诱导MCF-7细胞内ROS和GSH的起始时间和持续时间的动力学特征。A）用100 mM RSV刺激的未经处理的MCF-7细胞同时记录的电流描记图，突出了ROS和GSH的初始和最终启动。ROS和GSH电流信号(t o，ROS 和t o，GSH ）的起始时间被定义为它们的电流在RSV刺激前改变到等于每个电流轨迹的平均电流标准偏差(水平黑色虚线)的3倍的值的时刻。持续时间(t r -t o )是GSH或ROS返回稳定状态的时刻(t r，ROS 或t r，GSH )与其起始时间之间的差值。垂直的黑色虚线和绿色三角形表示RSV注射的时刻。B）比较四个MCF-7细胞测定的Δt值(GSH信号的出现比ROS延迟Δt)。C）RSV刺激MCF-7细胞中ROS和GSH的持续时间(t r -t o )。D）GSH系统对抗MCF-7细胞中RSV诱导的ROS爆发的可能途径和动力学信息的说明。

文献详情

Fast Antioxidation Kinetics of Glutathione Intracellularly Monitored by a Dual-Wire Nanosensor

Yu-Ting Jiao, Yi-Ran Kang, Ming-Yong Wen, Hui-Qian Wu, Xin-Wei Zhang*, Wei-Hua Huang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202313612

版权声明： 「崛步化学」旨在分享学习交流化学、材料等领域的最新资讯及研究进展。编辑水平有限，上述仅代表个人观点。投稿，荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注！