转硫途径在维持氧化还原稳态和整合应激反应中具有核心作用，精确控制转硫通路对于细胞维持正常功能至关重要。该通路的关键酶—动物源胱硫醚γ裂解酶（CSE）以及植物源胱硫醚β裂解酶（CBL），在多个水平上被调控。目前，胱硫醚裂解酶的荧光检测方法是缺失的。近日，中科院大连化物所的韩克利团队和山东大学李鹏研究员率先通过理论指导设计该酶体系特异性识别探针，首次制备出可以检测植物源以及动物源胱硫醚裂解酶的荧光探针。
胱硫醚裂解酶的功能引起了越来越多的关注。细菌源CSE最近被鉴定为抗生素增强剂靶点（Science 372, 1169–1175 (2021)），赋予了CSE抑制剂筛选重要的意义。然而由于缺乏胱硫醚裂解酶的直接荧光检测方法，胱硫醚裂解酶的酶活性仍然是通过H2S荧光探针（扭曲内电荷转移（TICT）荧光探针和单溴双鬃烷基荧光探针）体现的H2S含量来间接标定。胱硫醚裂解酶荧光探针的缺乏与其特性有关，即该酶裂解产生的巯基会猝灭荧光而非激活荧光。现有胱硫醚裂解酶的活性检测方法仍是较为传统的，繁琐的，通过将细胞裂解后，利用高效液相法、质谱法、比色法等测定代谢产物来间接标定酶活性。因此，有望能够简便、实时地检测活细胞中该酶的荧光法将具有突出优势。
我组贾燕等开发的胱硫醚裂解酶荧光探针很好的弥补了上述缺憾。早在2016年，贾燕等就对另一种转硫酶—硫腺苷同型半胱氨酸水解酶（SAHH）的直接检测荧光探针进行了初步探索（ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 25818−25824）。此次发展的胱硫醚裂解酶荧光探针可以实现该酶的比率型荧光检测，其分子设计策略与SAHH分子设计策略相比具有优越性。CBL的荧光探针CBLP对野生型拟南芥和CBL突变体(CBL敲除:SALK_014740C，过表达:OE-CBL)根中CBL水平的半定量结果显示出较高的选择性和敏感性，该应用得到了山西大学植物与基因组学裴雁曦教授团队的支持。同时，CSE的荧光探针CSEP成功检测到HCC-LM3细胞、斑马鱼模型中的CSE水平，以及盲肠结扎穿刺(CLP)诱导的脓毒症大鼠肝组织冷冻切片中CSE水平上调，并通过western blotting和免疫组化分析进行验证。值得一提的是，尽管两种探针相似性很高，但是它们对于两种同源酶的选择性非常好，相互无交叉。这种实用的设计策略会促进生物体系中胱硫醚裂解酶的活性分析，为开发准确、高效的胱硫醚裂解酶测定方法以及抑制剂筛选方法奠定基础。
相关成果以“Profiling Cystathionine β/γ-Lyase in Complex Biosamples Using Novel Activatable Fluorogens”为题发表在Analytical. Chemistry.上。上述工作得到国家自然科学基金等项目以及山西大学裴雁曦教授团队的支持。（文/图 贾燕，王艺颖）
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04393
图1. 荧光探针的应用：拟南芥根尖CBL荧光成像（上）和脓毒症大鼠肝切片CSE荧光成像（下）。图片来源：Analytical. Chemistry.
