综述：白蛋白作为动态细胞外氧化还原调节因子：从 Cys34 氧化生物标志物到多硫化物介导的稳态机制及临床应用

《Redox Report》：Albumin as a dynamic extracellular redox regulator: from Cys34 oxidation biomarkers to polysulfide-mediated homeostatic mechanisms and clinical applications

　　

人血清白蛋白（human serum albumin，HSA）是循环中含量最丰富的蛋白质，也是细胞外氧化还原稳态的核心介导者。其抗氧化功能主要归因于第 34 位半胱氨酸残基（Cys34）上的游离巯基；该位点发生进行性氧化后生成非巯基白蛋白亚型 HNA1 和 HNA2，可作为全身性氧化应激的敏感生物标志物。电喷雾电离飞行时间质谱（electrospray ionisation time-of-flight mass spectrometry，ESI-TOFMS）的进展使 Cys34 修饰的精准定量成为可能，并确立了半胱氨酰化白蛋白作为慢性肾脏病、慢性肝病、糖尿病及衰老相关功能下降中具有临床应用价值的标志物地位。除生物标志物作用外，氧化白蛋白现已被认为是临床前模型中的主动致病介质；新近证据提示，铁死亡（ferroptosis）可能是其介导肾小管细胞损伤的潜在机制，同时其还与心血管风险和肌少症相关。白蛋白氧化还原生物学中还出现了此前未被认识的一个维度：多个分子内半胱氨酸桥中存在内源性氧化型多硫键（oxidized polysulfide bonds，Ox-PSS；RSSn-R'，n＞1）。借助新近建立的多硫化物硫化物消除法（Elimination Method for Sulfide from Polysulfide，EMSP）进行定量后发现，白蛋白多硫化物受氧化应激动态调控，并在慢性肾脏病和早期肝炎中显著耗竭，即使传统的基于 Cys34 的标志物仍无明显变化。多硫化物耗竭会削弱 Site II 药物结合能力以及活性氧（reactive oxygen species，ROS）清除活性，从而对药代动力学和治疗效能产生直接影响。上述发现共同将 HSA 重新定义为动态多硫化物储库和细胞外氧化还原调节因子，并凸显对白蛋白多硫化物进行调控作为一项新兴治疗策略的潜力。

1. Introduction

文章首先指出，人血清白蛋白（HSA）约占血清总蛋白的 60%–65%，具有维持胶体渗透压、转运长链脂肪酸与药物、以及作为自由基清除剂发挥抗氧化作用等多重生理功能。由于 HSA 在肝脏中持续合成并具有约 20 天的血浆半衰期，其在血管内与组织间液之间长期循环，因此能够敏感反映机体内环境变化，并发生氧化、糖基化、氨甲酰化、截短和二聚化等多种翻译后修饰（post-translational modifications，PTMs）。在此基础上，文章引入“氧化还原白蛋白组学（redox albuminomics）”概念，强调对白蛋白不仅要进行定量评估，还需关注 PTMs 所致的质量变化。作者进一步提出，Cys34 约占血清游离巯基的 80%，其氧化还原状态已成为评估全身氧化应激的重要指标。全文综述由此展开，既总结 Cys34 氧化的检测技术与临床意义，也进一步讨论白蛋白多硫化物这一新兴氧化还原维度。

2. Albumin structure and redox states

2.1. Cys34 of human serum albumin

本节概述 HSA 的基本结构特征。HSA 由 585 个氨基酸组成，含有 17 对分子内二硫键，而 Cys34 是其中独特的游离巯基位点（–SH）。依据 Cys34 的氧化还原状态，循环中的 HSA 可分为 3 种主要亚型，这种分类构成了传统白蛋白氧化还原研究的基础，也为其作为氧化应激标志物提供了结构依据。

2.1.1. Human mercaptoalbumin

还原型巯基白蛋白（human mercaptoalbumin，HMA）是指 Cys34 保持还原态（–SH）的 HSA。在健康个体中，该形式约占总 HSA 的 70%–80%，被视为“功能性白蛋白”，因为其保留较强的抗氧化能力和配体结合亲和力。

2.1.2. Human nonmercaptoalbumin 1 (HNA1)

HNA1 是 Cys34 与低分子巯基化合物形成混合二硫键后的可逆氧化形式，结合对象可包括半胱氨酸、同型半胱氨酸或谷胱甘肽。健康人群中 HNA1 约占 20%–30%。这一形式体现了白蛋白对体内氧化还原环境变化的敏感响应。

2.1.3. Human nonmercaptoalbumin 2 (HNA2)

HNA2 是 Cys34 被不可逆氧化为亚磺酸（–SO₂H）或磺酸（–SO₃H）后的形式，健康状态下约占 5%，在氧化应激增强时增加。HNA2 的累积通常提示更严重、更持久的氧化损伤。

2.2. Discovery of HSA polysulfides as endogenous supersulfides

作者随后指出，仅以 Cys34 解释白蛋白全部氧化还原活性已显不足。一方面，缺失 Cys34 的重组白蛋白突变体仍保留明显抗氧化活性；另一方面，某些分子内半胱氨酸桥如 Cys392–Cys438 和 Cys558–Cys567 显示出难以用经典二硫键化学解释的氧化还原反应性。基于这些观察，文章引入超硫化物（supersulfides）概念。该类分子含有多硫键，具有独特的亲核性与亲电性，参与抗氧化防御、氧化还原信号转导和线粒体生物能学等过程。为便于论述，作者区分了氧化型多硫化物（Ox-PSS；R-SSn-R'，n＞1）与还原型多硫化物（Red-PSS；R-SSn-H），并强调二者都因含有硫烷硫（sulfane sulfur，S⁰）而表现出增强的化学反应性。结合白蛋白高丰度、半胱氨酸位点进化保守及循环时间长等特征，作者提出白蛋白可能不仅是被动载体蛋白，更可能通过多硫化物化学充当系统性细胞外氧化还原稳态调节者。

3. Analytical advances

3.1. Advances in measurement technology: from HPLC to ESI-TOFMS

本节总结检测技术进展。高效液相色谱（high-performance liquid chromatography，HPLC）曾是评估 Cys34 氧化还原状态的主要方法，但存在检测时间长、难以解析具体氧化修饰结构等局限。随后，基于 ESI-TOFMS 的方法实现了对白蛋白 PTMs 的高灵敏度、高通量分析，揭示氧化白蛋白的主要分子种为半胱氨酰化白蛋白（cysteinylated albumin），即在 Cys34 上连接 1 个半胱氨酸分子。研究显示，ESI-TOFMS 所测半胱氨酰化白蛋白比例与传统 HPLC 结果高度正相关，从而确立了其作为临床氧化应激标志物的应用价值。

3.2. Quantification of oxidized polysulfides in albumin

由于蛋白内嵌的 Ox-PSS 难以用传统硫化氢或硫离子检测方法直接测定，Ox-PSS 的生理意义长期未明。为解决这一问题，作者介绍了多硫化物硫化物消除法（EMSP）。该方法利用 Ox-PSS 对碱性水解敏感的性质，使其释放硫化物离子，再在稳定条件下进行定量检测，并采用抗坏血酸防止测定过程中硫化物被氧化。应用 EMSP 后发现，单个 HSA 分子内源性约含 15 mol/mol 来源于 Ox-PSS 的硫化物。进一步比较不同蛋白后，Ox-PSS 含量与半胱氨酸残基数量显著相关，而与甲硫氨酸数量不相关，这为白蛋白中多硫键并非罕见 PTMs、而是丰富结构特征提供了直接证据。文章同时谨慎指出 EMSP 目前仍存在局限，包括不能解析具体位点、缺乏对循环环境下稳定性的系统表征、绝对定量值尚待独立重复验证、以及对其他活泼含硫物种选择性仍需进一步证实。

4. Albumin polysulfides: functional significance and redox mechanism

4.1. Effect of polysulfides on albumin structure and function

作者通过选择性、部分去除 Ox-PSS 的白蛋白制剂，探讨多硫化物的功能意义。结果显示，即便只是部分去除 Ox-PSS，也会导致白蛋白二级和三级结构发生可检测改变，疏水表面暴露增加，提示天然构象稳定性下降。功能上，Ox-PSS 的减少显著削弱了 HSA 亚结构域 IIIA 中 Site II 的药物结合能力，而该位点负责多种酸性和中性药物的结合。结合氧化应激相关疾病中 Site II 结合能力下降的既往观察，文章推测白蛋白多硫化物减少可能参与疾病相关药代动力学改变及药物不良反应风险升高。此外，即使少量 Ox-PSS 被去除，也会明显降低白蛋白清除 H₂O₂ 和淬灭自由基的能力，提示某些特定多硫化物位点在氧化还原缓冲中具有关键作用。

4.2. Dynamic polysulfide redox cycling

本节提出白蛋白多硫化物的动态氧化还原循环模型。文章指出，Ox-PSS 可直接与活性氧（ROS）反应并转化为 Red-PSS，这一过程可暂时增强抗氧化活性。在持续病理性氧化应激下，Red-PSS 被进一步消耗并发生不可逆氧化，导致白蛋白抗氧化能力及药物结合能力逐渐下降。从化学机制看，多硫键兼具亲核与亲电特性，其中硫烷硫原子的显著亲电性使其易受 ROS 衍生物攻击，从而发生键断裂或重排，并生成可继续参与循环的瞬时 Red-PSS 中间体。文章据此强调，白蛋白不是被动携带者，而是细胞外氧化还原化学的主动参与者。进一步地，作者将白蛋白多硫化物置于更广泛的巯基–二硫键及 H₂S 相关网络中考察，认为由于血浆浓度极高，白蛋白很可能是细胞外硫烷硫的重要储库；胱硫醚 β-合成酶（cystathionine β-synthase，CBS）、胱硫醚 γ-裂解酶（cystathionine γ-lyase，CSE）和 3-巯基丙酮酸硫转移酶（3-mercaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST）等酶可能通过生成循环中的活性硫物种间接补充白蛋白结合的多硫化物，不过这些交换机制在细胞外区室仍缺乏直接证据。文章还提出，多硫化物动力学与 Cys34 氧化状态在机制上既相互关联又彼此不同：轻度氧化应激时，多硫化物代谢位于防御层级上游，可先于 Cys34 氧化发生变化；而在长期或重度氧化应激下，多硫化物缓冲耗竭，继而出现 Cys34 氧化并形成 HNA1、HNA2。早期肝炎中多硫化物已显著下降而巯基白蛋白比例尚未改变的观察，为这一“双层级模型”提供了支持。作者最后指出，尽管研究进展显著，不同“氧化还原质量”的 HSA 是否具有不同细胞摄取特征、白蛋白结合多硫化物是否可在摄取后直接进行胞内硫转运等问题仍停留在假说阶段。

5. Pathophysiological significance

本部分聚焦病理生理意义，尤其强调在肾脏病学领域，氧化白蛋白可能兼具生物标志物、治疗靶点及主动致病因子等多重身份，但不同临床场景中的因果关系强度并不一致。对于慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD），长期随访研究显示血清游离巯基水平降低与 CKD 发生风险升高相关，而这些巯基约 80% 来自 Cys34，因此提示氧化白蛋白积累与肾功能下降相关。在非透析 CKD 和透析患者中，HMA 降低而 HNA1、HNA2 升高的现象已较为明确，且透析患者低 HMA 与心血管疾病发生及相关死亡风险升高相关。局灶节段性肾小球硬化（focal segmental glomerulosclerosis，FSGS）活动期患者血浆中可检测到 Cys34 不可逆氧化为 –SO₃H 的高度氧化白蛋白，并与疾病活动度相关。糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）方面，半胱氨酰化白蛋白对早期进展预测优于尿白蛋白排泄；糖尿病视网膜病变研究则提示基线 HNA% 可能反映累积氧化应激并关联远期视网膜病变改善。Alport 综合征模型中，Nrf2 激活剂 UD-051 可改善肾功能下降、肾小球硬化、炎症和纤维化，而血浆氧化白蛋白比例与肾组织 Nrf2 靶基因表达呈强负相关。值得关注的是，新的临床前研究提出氧化白蛋白诱导铁死亡（ferroptosis）可能是肾小管损伤的特异机制，其表现包括细胞内脂质过氧化增加、铁积累、GPX4 和 xCT 下调以及 ACSL4 上调，这些改变可被铁死亡抑制剂缓解。除此之外，高级氧化蛋白产物（advanced oxidation protein products，AOPPs）主要由 HOCl 氧化白蛋白形成，可通过影响肾细胞脂肪酸代谢导致肾小管损伤，并通过诱导骨骼肌线粒体功能障碍参与肌少症。慢性肝病（chronic liver disease，CLD）中，半胱氨酰化白蛋白随 Child–Pugh 分级进展而增加，且氧化修饰 HSA 对胆红素、华法林和地西泮等的结合能力下降；支链氨基酸（branched-chain amino acid，BCAA）制剂不仅可促进白蛋白生成，也能提高 HMA 比例并改善配体结合功能。作者反复强调，目前多数证据仍主要来自观察性研究、体外实验或动物模型，尚不足以完全证明氧化白蛋白在各类疾病中究竟是致病驱动因素、结果性标志物还是伴随现象。

6. Clinical and pharmaceutical applications

文章最后总结白蛋白氧化还原状态在临床与药学中的应用价值。首先，还原型白蛋白比例较总白蛋白浓度更敏感地反映老年人蛋白质摄入不足、轻度营养不良及运动训练后体能改善情况。其次，白蛋白多硫化物在 CKD 患者中显著降低，并可在血液透析后迅速回升，说明其对系统氧化还原环境变化具有动态响应性；在 CLD 背景下早期肝炎患者中，即使传统 Cys34 标志物未变，血清多硫化物亦已下降，提示其在更早期风险分层和病情监测中的潜力。再次，临床白蛋白制剂及重组产品的质量也受 PTMs 影响，半胱氨酰化比例较高的制剂具有较低的配体结合与抗氧化能力，因此 Cys34 氧化程度可作为制剂功能质量指标。药学角度上，白蛋白常被用作药物载体，无论是非共价结合还是共价偶联，其结构与结合特性的变化都可能影响药物分布、疗效和毒性。文章据此提出，增强白蛋白多硫化物含量可能改善病理状态下的抗氧化能力并稳定药物结合功能；已有概念验证研究显示，增加多硫化物含量的白蛋白可缓解横纹肌溶解模型中的肾损伤。

7. Conclusion

结论部分认为，“氧化还原白蛋白组学”框架为评价 HSA 质量变化，尤其是 Cys34 氧化状态，提供了关键路径。ESI-TOFMS 等先进技术增强了对白蛋白特异氧化修饰的识别与定量能力，推动氧化白蛋白成为多种疾病中的临床相关标志物。与此同时，白蛋白多硫化物的发现拓展了对其细胞外抗氧化机制的认识，提示其不仅是更早期、更敏感的氧化应激指标，也直接参与药物结合和抗氧化功能调控。未来，围绕氧化白蛋白及白蛋白多硫化物的检测、机制阐明与干预策略开发，可能成为改善氧化应激相关疾病临床结局的重要研究方向。