浙江
硫化氫（H?S）長期以來因其毒性而為人熟知，那種刺鼻的“臭雞蛋氣味”便是它的標志。然而近二十年來，科學家逐漸認識到，硫化氫其實是一種重要的氣體信號分子，在生物體內發揮著多樣的生理調節功能。對于細菌而言，如何感知環境中或自身代謝產生的硫化氫，從而啟動解毒或利用機制，是一個關鍵的生存問題。盡管已知一些細菌利用含血紅素的蛋白來感應硫化氫，但這類蛋白往往特異性不高，也能感應氧氣、一氧化氮等其他氣體分子。是否存在更專一的硫化氫感應機制，一直困擾著研究者。
2026年5月22日，山東大學微生物技術國家重點實驗室夏永振教授與荀魯盈教授團隊在國際頂級期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發表題為“A labile sulfur ligand in a three-cysteine-coordinated [2Fe-2S] cluster mediates sulfide sensing in NreB”（三半胱氨酸配位[2Fe-2S]簇中的不穩定硫配體介導NreB的硫化物感知）的研究論文。該研究首次揭示了一種前所未有的硫化氫感應機制，為理解細菌如何特異性識別氣體信號分子提供了全新視角。
研究團隊聚焦于地衣芽孢桿菌中的一個雙組分調控系統NreBC。他們發現，其中負責感應信號的激酶NreB蛋白，其N端的PAS結構域內并不像同類蛋白那樣結合血紅素，而是攜帶了一個極為罕見的[2Fe-2S]鐵硫簇。通過解析分辨率高達1.52埃的晶體結構，研究人員清晰地看到：這個鐵硫簇的配位方式十分特殊——它僅由三個保守的半胱氨酸殘基（Cys63、Cys66和Cys78）拉住兩個鐵原子，而第四個配位位置則被一個非蛋白質來源的、不穩定的硫原子（實驗證據支持為HS?/SH?形式）所占據。這個不穩定的硫配體，正是感應的關鍵。
進一步的生化實驗和原生質譜分析顯示，在通常的生理條件下（有氧環境），該不穩定的硫配體主要以-SH形式存在，此時NreB的激酶活性處于受抑狀態。而當環境中出現硫化氫（以HS?形式存在）時，HS?會與這個配體發生反應，將其轉化為-SSH（過硫化物）或-SSOH（次磺酸過硫化物）等形態。令人驚奇的是，這種轉化并不改變鐵硫簇本身的氧化還原狀態（始終為[2Fe-2S]2?），卻足以激活NreB的自我磷酸化活性，進而將信號傳遞給下游調控蛋白NreC，最終啟動硫化物氧化相關基因（sqr-pdo操縱子）的表達。研究還通過分子動力學模擬發現，盡管鐵硫簇深埋在蛋白質內部，但蛋白質的“呼吸”運動會產生瞬時的通道，允許HS?這種小分子接近并修飾那個不穩定的硫配體。
這項研究不僅發現了一種前所未有的三半胱氨酸配位[2Fe-2S]簇，更闡明了一種不依賴于鐵硫簇氧化還原變化的信號傳感新機制——通過修飾“不穩定硫配體”來傳遞信號。這一發現極大地豐富了人們對鐵硫蛋白功能多樣性的認識，也為開發高特異性、高靈敏度的硫化氫生物傳感器提供了重要的分子藍圖。
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