同族相亲，具有硫氧还蛋白还原酶活性的硒硫碳化聚合物点

中国化学会

清华大学化学系许华平教授课题组基于硒硫动态化学制备了一种具有硫氧还蛋白还原酶（TrxR）活性的碳化聚合物点。该工作利用硒代胱氨酸和半胱氨酸之间的硒硫动态化学转换，生成含有硒硫动态共价键（Se-S）的新型氨基酸，在60 ^oC水热条件下碳化合成硒硫掺杂的碳化聚合物点（Se-S-CDs）。硒硫动态化学赋予了硒硫碳化聚合物点TrxR活性，可以显著提高细胞的活性，减缓细胞的氧化应激损伤，为细胞组织快速培养、解决器官移植中细胞低存活率问题提供了新的方法。

TrxR是一种重要的硒酶，在维持细胞的氧化还原平衡、促进细胞增殖、抑制细胞凋亡等方面起着关键作用。TrxR在肿瘤细胞中过量表达，因此，如何通过抑制TrxR活性达到治疗癌症的目的成为了TrxR相关研究的热点。然而，过去的研究常常忽略了TrxR对于正常细胞、组织的快速培养、以及提升其细胞活性的重要性。

研究发现TrxR的C末端中的硒代半胱氨酸残基（Sec）和半胱氨酸残基（Cys）之间的硒硫动态化学键构成了其催化活性位点，这为利用Se-S动态共价键构建TrxR模拟酶提供了可能性。研究人员已报道了多种纳米酶，包括Fe₃O₄、贵金属纳米颗粒、碳纳米材料等，其中碳化聚合物点由于其低毒性、高水溶性、高生物相容性等特点展现出良好的生物应用前景。因此，清华大学许华平课题组将硒硫动态化学与碳化聚合物点相结合，以硒代胱氨酸和半胱氨酸为初始材料，利用其动态化学交换，生成Sec与Cys相结合的新型氨基酸，并利用简单温和的水热法直接制备具有TrxR活性的Se-S-CDs。

复杂的化学结构是困扰碳化聚合物点发展的一大难题。为了确认Se-S-CDs中的硒硫共价键，作者对比了反应物与产物中硒和硫元素的价态变化，证明了Se-S-CDs中的硒与硫主要存在形式是Se-S，验证了作者的实验设计。所制备的 Se-S-CDs尺寸为5-8 nm，并具有优越的稳定性，在室温下存放超过300天没有发生团聚。

作者通过Se-S-CDs催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）与5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸) （DTNB）的反应验证了其TrxR活性。随后的细胞实验表明Se-S-CDs可被细胞快速内吞，并均匀分散在细胞质中。Se-S-CDs的浓度在100-200μg/mL时对细胞TrxR活性的增强最为明显，与此相对应，细胞活性在此浓度区间也有显著提升。之后，作者在已被高氧化应激损伤的细胞中加入含Se-S-CDs的培养基，通过对比，验证了Se-S-CDs对于氧化受损细胞的恢复能力。

该研究以Se-S为活性中心、碳化聚合物点为基体材料构建了具备TrxR活性的碳化聚合物点，可以增强细胞TxrR活性、提升细胞活性，并恢复受损细胞，在细胞培养方面具有可能的生物应用前景，包括用于皮肤移植等场景的组织细胞快速培养、增强器官移植的细胞活力、使过早衰老的细胞特别是氧化应激细胞恢复活力等。本研究也证明了在生物相关研究中引入动态化学的可行性。该工作以Communication的形式发表在CCS Chemistry，已在官网“Just Published”栏目上线。

文章详情：

Selenium-Sulfur-Doped Carbon Dots with Thioredoxin Reductase Activity

Luo Zhang, Chenxing Sun, Yizheng Tan and Huaping Xu*

Cite this: CCS Chem. 2021, 3, 2249–2258

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202101203