硫化氢依赖性激活人硫化氢醌氧化还原酶的分子机制及其生理意义

研究人员针对线粒体硫化氢醌氧化还原酶(SQOR)活性调控机制不明的科学问题，通过细胞模型揭示了H2S通过重建三硫键共价修饰可逆激活SQOR的分子机制。该研究首次发现SQOR存在"待激活"状态，其活性可随环境H2S浓度动态调节5倍，为理解硫代谢稳态调控提供了新范式。

　　

硫化氢(H₂S)既是呼吸链毒素又是能量代谢底物，这种"双面性"使其浓度必须被精确调控。线粒体内膜上的硫化氢醌氧化还原酶(SQOR)是解毒H₂S的关键酶，其活性中心含有一个独特的半胱氨酸三硫键(Cys-SSS-)共价修饰。这个像"分子开关"般的结构使SQOR比普通二硫键酶活性提高10⁵倍，但三硫键的来源和调控机制始终成谜。更令人费解的是，这个暴露在溶剂中的"脆弱"结构如何应对细胞内复杂的氧化还原环境？

Joseph V. Roman团队在《Journal of Biological Chemistry》发表的研究解开了这个谜题。他们发现人类细胞中存在大量"休眠"的SQOR，当遭遇H₂S胁迫时，这些酶能快速"苏醒"——在结肠癌细胞(HT-29)中活性飙升5倍，内皮细胞(EA.hy926)中也提升2倍。这种激活不伴随蛋白量变化，暗示存在翻译后修饰机制。

研究采用多学科技术手段：定制硫化氢培养舱模拟生理胁迫，CRISPR构建MPST/TST基因敲除细胞系，结合药理学抑制剂(PPG抑制CTH、BSO阻断GSH合成)和胱氨酸补充实验。通过SSP4荧光探针监测低分子量过硫化物，配合Western blot和酶动力学分析，系统阐明SQOR调控网络。

慢性H₂S暴露增加SQOR活性

在100 ppm H₂S(相当于20 μM溶解态)处理24小时后，HT-29细胞SQOR活性从18.2升至87.3 nmol·mg^-1·min^-1。撤除H₂S后活性恢复基线，证明调控具有可逆性。

硫转移酶不参与SQOR激活

MPST/TST基因敲除不影响SQOR基础活性，但TST缺失意外提升活性2倍，可能与GSSH积累有关。这否定了硫转移酶直接参与三硫键构建的假说。

胱氨酸通过H₂S而非Cys-SSH激活SQOR

虽然胱氨酸补充增加SQOR活性1.5倍，但CTH抑制剂PPG显著抑制该效应。低胱氨酸(5 μM)培养基中SSP4荧光信号微弱却维持高SQOR活性，证实H₂S而非低分子量过硫化物是主要激活因子。

GSH合成抑制 paradoxical 增强SQOR活性

BSO处理使活性提升1.7倍，表明GSH消耗可能通过增加游离半胱氨酸池促进H₂S生成，间接激活SQOR。

这项研究揭示了SQOR活性调控的"双稳态"模型：氧化应激可能导致三硫键解离形成半胱氨酸次磺酸，而H₂S通过亲核攻击重建活性中心。这种精巧设计使细胞既能避免SQOR在低H₂S时"空转"耗能，又能在硫毒应激时快速启动解毒程序。该发现为理解硫代谢疾病、开发靶向三硫键的药物提供了新视角，也为生物工程中重组蛋白三硫键修饰控制提供了理论依据。