探寻细胞中二氧化碳衍生的生物氧化剂检测新法

大气中高水平的二氧化碳（CO2）不仅会改变我们星球的气候，还会改变我们细胞的功能。这种气体与在人体内发挥着多种功能的过氧化氢（H2O2）相互作用，进而产生了一种名为过氧单碳酸酯的强氧化剂。

“越来越多的证据表明，过氧单碳酸酯在细胞通过氧化还原信号的适应性反应和细胞功能障碍中都很重要。还有流行病学证据表明，我们城市中接近达到的二氧化碳水平会引发诸多生理问题。而对于二氧化碳毒性的潜在机制，人们却知之甚少，”巴西圣保罗大学化学研究所（IQ-USP）的全职教授大原奥古斯托（Ohara Augusto）说。

由奥古斯托领导并发表在《毒理学化学研究》杂志上的一项研究描述了一种基于使用荧光分子探针检测细胞中过氧单碳酸酯的新方法。这是首次在细胞中检测到这种物质。该研究是在生物医学氧化还原过程研究中心（Redoxome）的支持下进行的。

“这项研究之所以重要，一方面是因为它创造出了一种方法，表明在某些条件下，包括细胞条件下会产生过氧单碳酸酯；另一方面是因为它提出了这个话题以供探讨，鉴于在氧化还原领域对二氧化碳的关注甚少，这无疑是一件好事。”奥古斯托说。

为了检测过氧一碳酸酯，研究人员测量了硼酸酯探针的荧光。他们首先设计了一种酶的反应，产生稳态生理浓度的过氧化氢，并在有和没有 CO2的情况下测量硼酸酯探针的荧光。

硼酸酯用于检测过氧化氢、过氧亚硝酸盐、次氯酸和过氧一碳酸酯等物质，它们与这些物质以不同的速度和强度反应，进而能够识别这些氧化剂。

在该研究中，巨噬细胞被激活以产生过氧化氢。巨噬细胞是免疫系统细胞，根据激活的类型产生不同的氧化剂。

研究人员进行了几次对照实验，并得出结论：细胞不会产生过氧亚硝酸盐或次氯酸，但在 CO2存在的情况下会产生过氧单碳酸酯。

“这是一种用于检测生理浓度的过氧化氢和 CO2中过氧单碳酸酯的相对简单的方法。过去这简直是天方夜谭，但研究人员现在可以得出结论，在细胞中观察到的某些效应，例如某些蛋白质的更高程度氧化或细胞反应，可能是由于过氧单碳酸酯引起的，并且他们将能够验证这一发现，”奥古斯托说。

尽管过氧单碳酸酯自 20 世纪 60 年代以来就为化学家所知，并且在技术上有诸如消毒剂和漂白剂等方面的应用，但由于其前体浓度低且形成速度慢，它在细胞中的存在曾被认为是不可能的事。奥古斯托表示，对生物系统中过氧单碳酸酯的研究始于本世纪的头十年，最初的重点在于氧化损伤。

氧化还原信号属于一种适应性反应。“当压力稍有增加时，细胞就会进行适应。例如，氧化剂的形成可能致使抗氧化酶基因得以表达，从而在这种情况下应对氧化应激。此外，许多引发细胞反应的途径都涉及硫醇蛋白，过氧一碳酸对其的氧化速度要比过氧化氢快，”奥古斯托说道，并补充称只有当氧化剂大量形成时才会出现不可逆的细胞损伤。

二氧化碳是过氧一碳酸的前体，过氧化氢同样也是。CO2自然存在于大气和人体中。人们平均每天会呼出约 1.0 千克的 CO2，将其作为新陈代谢的产物。

从氧化还原的角度来看，CO2调节过氧化氢和过氧亚硝酸盐的反应性，这是分子氧的两个重要代谢产物。它还改变基因表达，包括参与炎症的基因的表达。并且它通过过氧亚硝酸盐参与蛋白质的硝化和蛋白质的氨甲酰化，这是另一种能够改变蛋白质生物功能的翻译后修饰方式。

尽管对于其作为生物氧化剂的作用还需要更多的证据，但过氧单碳酸盐似乎是我们体内二氧化碳水平升高所产生有害影响的可能中间产物之一。此外，奥古斯托指出，二氧化碳还通过非氧化还原机制起作用。