用电来“开关”硫化氢，精准调控蛋白质和细胞氧化还原状态

本文报道了一种新型生物电子平台，能够以高时空精度在活细胞微环境中按需合成并递送信号分子硫化氢（H₂S）。H₂S是人体内天然产生的气体信使，在神经系统、免疫系统和心血管系统中发挥关键作用，主要通过‘蛋白巯基化’（即把蛋白质上的-SH基团转化为-SSH）来调控离子通道、转录因子等靶标；同时，它还能通过维持谷胱甘肽（GSH）水平来保护细胞免受氧化应激损伤。然而，H₂S本身不稳定、易挥发、反应活性高，传统方法（如基因调控或化学供体）难以实现精准递送：前者缺乏时间分辨率，后者释放不可控、副产物有毒、且难以局限在特定区域。

研究团队设计了一套电化学系统，以生物相容性良好的硫代硫酸盐（S₂O₃²⁻）为前体，在温和生理条件（pH 7.4，低电压）下，于金属阴极表面原位生成H₂S。通过系统筛选多种医用常见金属（银、锌、铜等）作为阴极，并结合电化学测试、理论计算（DFT）和产物分析，发现银（Ag）阴极效果最优——其金属-氢键合能较低，既能高效催化H₂S生成，又能显著抑制析氢（HER）等竞争副反应。更重要的是，H₂S的释放量和速度可通过‘电压大小’和‘通电时间’两个电子参数精确调控：电压越负、通电越久，H₂S产量越高、释放越快。

研究进一步验证了该平台的实际功能：一是在生理层面，成功激活H₂S敏感的TRPA1离子通道——当H₂S在银阴极附近生成后，邻近的TRPA1阳性细胞迅速出现钙离子内流，且该响应可被还原剂DTT逆转（证实由巯基化介导），也可被TRPA1特异性拮抗剂阻断；二是在病理层面，在线粒体损伤导致氧化应激的细胞模型中，平台递送的H₂S能显著恢复细胞内GSH水平，且恢复效果呈现清晰的空间梯度（离阴极越近，修复越强）和时间依赖性（通电越久，修复越好）。尤为关键的是，整个过程具有优异生物相容性：细胞存活率未受影响；局部pH变化轻微（因H₂S/HS⁻自身具缓冲能力），远低于普通水电解造成的剧烈碱化。

综上，该平台突破了气体信号分子精准操控的技术瓶颈，不仅为研究H₂S生物学功能提供了新工具，也为未来开发针对神经退行、心血管疾病等氧化应激相关疾病的电子-生物协同疗法开辟了新路径。