合成硫醇化合物I-152通过氧化还原调控重塑内皮细胞能量代谢并改善与活化巨噬细胞共培养中的血管生成表达

本研究针对血管内皮细胞(ECs)在氧化应激和炎症微环境中的代谢失衡问题，创新性地采用合成硫醇化合物I-152（N-乙酰半胱氨酸NAC与半胱胺MEA的前体）进行干预。通过Seahorse能量代谢分析、非靶向代谢组学和蛋白质组学等多维技术，发现I-152能显著提升细胞内谷胱甘肽(GSH)水平，通过线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)途径促进ATP生成，并在与LPS刺激的THP-1巨噬细胞共培养模型中有效抑制ICAM-1/VCAM-1等黏附分子表达。该研究为心血管疾病和炎症性疾病的靶向治疗提供了新型硫醇类药物的理论基础，发表于《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》。

　　

血管内皮细胞作为血管系统的第一道防线，长期暴露于循环系统中的氧化应激和炎症刺激。尽管这些细胞在生理状态下主要依赖糖酵解供能以维持低活性氧(ROS)水平，但在病理条件下，谷胱甘肽(GSH)耗竭和线粒体损伤会导致内皮功能障碍，进而引发动脉粥样硬化、糖尿病血管病变等重大疾病。目前，含硫化合物如N-乙酰半胱氨酸(NAC)虽显示出抗氧化潜力，但其代谢特性和靶向性仍有局限。这一领域亟需开发能精准调控内皮细胞氧化还原平衡的新型治疗策略。

针对这一科学问题，来自意大利马尔凯理工大学等机构的研究团队设计了一项突破性研究，聚焦于合成硫醇化合物I-152——一种创新性的NAC与半胱胺(MEA)偶联前体药物。该化合物凭借其独特的乙酰化结构，能高效穿透细胞膜并逐步释放活性成分。研究人员通过多组学联用技术系统解析了I-152对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)能量代谢的重编程作用及其在炎症微环境中的保护机制，相关成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》。

关键技术方法包括：1）使用Seahorse XFp分析仪进行实时ATP生成速率检测；2）HPLC定量细胞内硫醇代谢物（GSH、半胱氨酸等）；3）非靶向代谢组学结合Label-free定量蛋白质组学解析代谢网络；4）华盛顿州探针(WSP-5)检测H₂S释放；5）建立Transwell共培养体系评估HUVECs与LPS激活的THP-1巨噬细胞的互作。

3.1 ATP在糖酵解和氧化磷酸化中的生成速率
通过Seahorse能量代谢分析发现，30 μM I-152处理6/24小时后，HUVECs的线粒体ATP产量显著提升（增幅达1.8倍），而糖酵解ATP保持稳定。关键的是，这种OXPHOS激活并未伴随线粒体ROS（经MitoSOX检测）的异常累积，说明I-152能打破内皮细胞"糖酵解偏好"的代谢模式，安全地增强呼吸链效率。

3.2 代谢组学与蛋白质组学研究
质谱分析揭示了I-152在细胞内的完整代谢轨迹：除原型药物外，检测到三乙酰化I-152、二硫键产物NACMEAA以及终产物NAC和MEA。HPLC定量显示24小时处理后，GSH水平提升1.76倍，半胱氨酸增加2.83倍。蛋白质组学鉴定了1017种蛋白质，其中247种为I-152特异性诱导，包括：

• 三羧酸循环关键酶：α-酮戊二酸脱氢酶(OGDH)和异柠檬酸脱氢酶(IDH)表达上调2倍
• 多胺合成限速酶：精脒合成酶(SPDS)升高6.1倍
• 抗氧化防御：血红素加氧酶-1(HO-1) mRNA表达增加6倍

代谢网络分析显示，I-152通过三重机制增强GSH合成：直接提供半胱氨酸前体、激活Nrf2通路（经HO-1验证）、以及将5%氧化型谷胱甘肽(GSSG)还原为GSH。值得注意的是，I-152处理组的H₂S释放量（经WSP-5检测）在2小时即达峰值，为线粒体电子传递链提供了额外电子源。

3.3 HUVECs-THP-1共培养
在Transwell共培养模型中，LPS激活的巨噬细胞使HUVECs的GSH水平下降40%。而I-152预处理（2小时）可维持GSH稳态，并显著下调炎症相关基因：

• 黏附分子：ICAM-1和VCAM-1 mRNA分别降低65%和58%
• 炎症介质：iNOS表达减少72%
• 血管生成因子：VEGF保持稳定，而IL-8呈下降趋势

这些发现证实，I-152通过代谢重编程赋予内皮细胞"抗炎表型"，在炎症微环境中维持血管稳态。

这项研究首次系统阐明了硫醇化合物I-152在生理条件下对内皮细胞代谢网络的调控机制：通过精准释放NAC和MEA，协同提升GSH库容、增强OXPHOS效率，并经由H₂S-Nrf2轴构建抗氧化防御。特别值得注意的是，I-152在极低浓度（30 μM）下展现的代谢调节效能，显著优于传统抗氧化剂（如NAC需要30 mM）。其创新性在于：1）突破内皮细胞糖酵解依赖的代谢限制；2）实现ROS生成与清除的动态平衡；3）在细胞互作层面调控炎症应答。

该成果为开发靶向血管代谢的下一代抗氧化药物提供了分子蓝图，尤其对动脉粥样硬化、糖尿病血管病变等氧化应激相关疾病具有重要转化价值。未来研究可进一步探索I-152在体内心血管保护作用的时空特异性，以及其代谢产物在全身组织中的分布特征。