硫脲是一种结构非常简单的小分子巯基化合物，它不仅具有还原性，还具有一系列吸引人的其他特性，比如可与蛋白质结合，以及络合过渡金属离子等，这些特性使其被广泛应用于工业、农业和制药行业。硫脲及其衍生类物常用作锅炉防腐蚀剂，印染漂白剂、金属浸出剂、抗菌剂，以及作为临床药物用于治疗结核病感染、甲状腺功能障碍、HIV以及癌症等疾病。此外，在生物学领域，硫脲及其衍生物还常作为高效的
•
O
H清除剂用于体内或体外实验研究。硫脲可与多种活性物种发生反应。然而，先前未曾有研究发现硫脲会与
H
2
O
2
在生理条件下反应产生高活性的
•
O
H。朱本占研究组近期报道了一类全新的
•
O
H产生体系：卤代醌与
H
2
O
2
，发现其不仅可作为一种新型的有机类芬顿（Organic Fenton-like）
•
O
H产生体系，同时该体系产生的化学发光还可用于定性和定量检测卤代芳香化合物。本研究发现，当卤代醌/
H
2
O
2
体系加入经典的
•
O
H清除剂二甲基亚砜（DMSO）时，无论是在反应的初期还是后期，均会显著抑制
•
O
H产生；而加入另外一种常用的
•
O
H清除剂硫脲时，它在反应的初期会明显抑制但后期却会显著促进
•
O
H生成（图1）。这表明硫脲很可能会通过某种反应途径直接产生
•
O
H。
图1 硫脲（TU）不仅不能有效抑制卤代醌/
H
2
O
2
体系产生
•
O
H，反而能在一定程度上显著促进
•
O
H产生（以四氯苯醌作为卤代醌代表物）
深入研究发现，硫脲自身确实可与
H
2
O
2
反应产生活性的
•
O
H（图2a-b）：通过使用5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO）作为自旋捕获剂的电子自旋共振（ESR）分析可观察到硫脲/
H
2
O
2
反应产生的
•
O
H被DMPO捕获形成的DMPO/
•
O
H的特征信号，该信号在加入经典的
•
O
H清除剂如二甲基亚砜、乙醇以及甲酸钠后会显著降低，并伴随着生成清晰的相应的二级自由基的特征信号；此外，利用对苯二甲酸（TPA）作为
•
O
H探针的荧光检测分析也检测到了硫脲/
H
2
O
2
反应产生的
•
O
H进攻TPA产生的显著荧光信号。硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H的过程呈明显的浓度依赖效应。值得注意的是，硫脲与
H
2
O
2
反应可在较宽的pH范围内产生
•
O
H（pH 4.0~11.0），这与经典的Fenton体系以及最近发现的卤代醌/
H
2
O
2
的
•
O
H产生体系有显著区别：Fenton体系在酸性条件下产生
•
O
H能力较强；而卤代醌/
H
2
O
2
则在弱碱性条件下才比较有利于产生
•
O
H。进一步对比发现生理条件下（pH 7.4），硫脲/
H
2
O
2
体系中
•
O
H的产率虽然弱于卤代醌/
H
2
O
2
体系，但却显著强于相同反应条件下Fenton体系中
•
O
H的产率（图2c）。
图2 （a）DMPO作为捕获剂的ESR方法检测到硫脲（TU）与
H
2
O
2
反应能产生
•
O
H；（b）TPA作为
•
O
H探针的荧光方法证实硫脲/
H
2
O
2
确实能产生
•
O
H；（c）硫脲/
H
2
O
2
体系与其它
•
O
H产生体系的对比；（d）硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H 的过程存在明显的迟滞期，而二氧化硫脲与
H
2
O
2
反应则能立即产生
•
O
H。
通过对
•
O
H产生动力学分析发现硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H的过程存在明显的迟滞现象，且这种迟滞效应在
H
2
O
2
浓度较低时尤为明显。进而发现这是因为硫脲与
H
2
O
2
反应时会先生成二氧化硫脲，当
H
2
O
2
过量时，二氧化硫脲会进一步与
H
2
O
2
发生亲核反应生成
•
O
H，这意味着二氧化硫脲是硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H的关键中间体。通过对比硫脲/
H
2
O
2
以及二氧化硫脲/
H
2
O
2
体系，发现硫脲/
H
2
O
2
产生
•
O
H存在迟滞，而二氧化硫脲与
H
2
O
2
混合后则会即刻产生
•
O
H（图2d）；此外，上述两个反应体系的终产物都是尿素和硫酸盐，且二者的终产率均接近100%（图3a-b）。以上结果表明硫脲/
H
2
O
2
是经由二氧化硫脲的生成产生
•
O
H的。为进一步获得产物生成的详细信息，以及对反应的分子机制进行深入研究，利用氧18-标记的同位素实验并结合质谱分析对产物分子的O原子来源进行了溯源。结果发现，终产物尿素中的O原子来自于
H
2
O
2
；另一种终产物硫酸盐中的两个O原子来自于
H
2
O
2
，而其余的两个O原子则来源于反应体系中的
H
2
O
。
图3 （a）ESI-Q-TOF-MS在正离子模式下检测终产物尿素；（b）ESI-Q-TOF-MS在负离子模式下检测另外一种终产物硫酸盐；（c）硫脲与
H
2
O
2
反应可导致DNA链断裂；（d）硫脲与
H
2
O
2
反应可介导DNA损伤标记物8-羟基脱氧鸟苷（8-oxo-dG）形成
值得注意的是，硫脲/
H
2
O
2
这一新型的
•
O
H产生体系可导致显著的DNA损伤（图3c-d）：可清楚地检测到DNA单链和双链断裂损伤，同时也可通过HPLC-QQQ-TOF-MS检测到DNA损伤标志物8-羟基脱氧鸟苷（8-oxo-dG）生成。不仅如此，
•
O
H清除剂的加入可显著抑制硫脲/
H
2
O
2
介导的DNA损伤。这表明硫脲/
H
2
O
2
这一新型的由简单小分子巯基化合物介导的
•
O
H产生体系可导致DNA损伤，具有重要的生理意义。
基于上述研究，提出了硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H的分子机制：硫脲与
H
2
O
2
先通过双电子反应依次生成一氧化硫脲和二氧化硫脲（TU
O
2
）。当过量
H
2
O
2
存在时，其亲核进攻二氧化硫脲结构中的S原子，生成相应的氢过氧化物TU
O
2
-OOH，其随后裂解产生
•
O
H、碳中心自由基•C(NH)N
H
2
以及亚硫酸盐。前两者通过自由基耦合生成终产物尿素，而亚硫酸盐则进一步与
H
2
O
2
反应生成硫酸盐（图4）。
图4
•
O
H清除剂硫脲与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H的分子机制
不仅硫脲，多种含硫脲结构的衍生物，如甲基硫脲，二甲基硫脲，丙基硫脲等，以及多类具有硫脲结构官能团的其它巯基化合物如环状硫脲2-巯基咪唑啉，含巯基唑类如3-巯基-1,2,4-三唑，含巯基嘌呤类如6-巯基嘌呤，含巯基嘧啶类如2-巯基嘧啶，含巯基吡啶类如2-巯基吡啶，含巯基联苯杂环类如2-巯基苯并噁唑，硫代其它杂环类如三聚硫氰酸等，这些巯基化合物也可通过类似的反应途径与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H，并导致DNA损伤（图5）。通过结构-效应关系分析发现，对大多数能介导产生
•
O
H的巯基化合物而言，如果结构中含有硫脲结构（即-N-C=S-官能团），则它几乎都可与
H
2
O
2
反应产生
•
O
H。此外，自由的S原子，即S上没有任何取代基团对
•
O
H产生至关重要。以上发现可能具有重要的化学、环境学以及药物学意义，因为含硫脲结构的化合物在工业、农业以及制药行业均有广泛应用。
与经典的Fenton体系以及卤代醌/
H
2
O
2
有机Fenton体系相比，本研究发现的硫脲类/
H
2
O
2
这一新型
•
O
H产生体系具有以下优点（图6）：
•
O
H产生能力较优、
•
O
H能持续产生、pH范围广、水溶性强、代谢物毒性低等。本研究发现了几类典型巯基化合物全新的促氧化功能和化学生物学行为，不仅为今后评价它们在环境和人体使用时的效应提供了指导，还有助于开发新型的具有特定用途的
•
O
H产生试剂。
图5 （a）多种硫脲衍生物均可与
H
2
O
2
反应产生
•
O
