近日，南开大学化学学院张新星研究员团队在物理化学nature index杂志Journal of Physical Chemistry Letters上以Unravelling Melatonin’s Varied Antioxidizing Protection of Membrane Lipids Determined by its Spatial Distribution发表了一篇论文，通过使用实验室自行开发的、具有极高气液界面选择性的场致液滴电离-质谱（FIDI-MS）技术，研究了褪黑素对膜脂质的抗氧化保护作用在亚分子层面上的微观区域选择性以及相关的气液界面化学动力学。
抗氧化剂的抗氧化效率不仅取决于它们的内在特性还取决于它们在生命体内的空间分布。然而，由于内外因的影响，膜抗氧化剂的分布通常不符合简单的非水相即油相的简单情况。以POPC 膜为例（图 1a），它包括三个亚分子的子区域：由脂质尾部占据的油相，头部基团所在的水相，以及它们之间的衔接区域。抗氧化分子可以选择性地与这三个区域中的任何一个结合。这三个亚分子层面的区域看似十分相近，却可以对抗氧化效果产生决定性的影响。因此，揭示抗氧化剂在膜脂质中的空间分布在研究氧化应激防御的有效性方面有着重要作用。
图1
团队采用FIDI-MS方法（图 1c），实时在线测定褪黑素（M）在POPC膜中的空间分布及其抗氧化作用。为研究M 对 POPC 膜的抗氧化保护作用，该团队利用紫外增强芬顿反应在水相产生的•OH，以及脂溶性光敏剂(DI-BODIPY) 在磷脂长链区域（油相）产生的单线态氧 (SO)分别进攻POPC膜。FIDI-MS质谱结果显示，M倾向于与脂质层的头部区域结合，而非深入到磷脂长链的油相内部。因此水相产生的•OH必须先氧化M保护层然后才能到达POPC中的双键，展现良好的针对水相进攻的抗氧化性能；而油相产生的SO可以无差别氧化POPC中的双键和褪黑素，体现了针对油相进攻的抗氧化性能不佳(图 1b)。
综上所述，该团队利用FIDI-MS装置对褪黑素在膜上的抗氧化保护作用进行了研究，证明了褪黑素更喜欢驻留在膜脂质的头基区域，因此，它可以有效地保护膜脂质免受来自水相氧化剂的侵害，但不能保护膜脂质免受产生自油相的氧化剂的攻击。预计此研究中开发的方法可广泛用于筛选抗氧化剂的空间分布及其产生的抗氧化效果，有助于设计出具有特定功能的新型抗氧化剂。
该论文的第一作者为南开大学博士研究生张冬梅，第二作者为南开大学博士研究生宫矗。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c01965
供稿人：南开大学 张冬梅
先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学）
Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)