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二硫蘇糖醇（Dithiothreitol，簡(jiǎn)稱為DTT）是一種小分子有機(jī)還原劑，化學(xué)式為C4H10O2S2。其還原狀態(tài)下為線性分子，被氧化后變?yōu)榘蜴I的六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)。二硫蘇糖醇的名字衍生自蘇糖（一種四碳單糖）。DTT的異構(gòu)體為二硫赤糖醇（DTE），即DTT的C3-差向異構(gòu)體。
DTT是一種很強(qiáng)的還原劑，其還原性很大程度上是由于其氧化狀態(tài)六元環(huán)（含二硫鍵）的構(gòu)象穩(wěn)定性。它的氧化還原電勢(shì)在pH為7時(shí)為-0.33伏。二硫蘇糖醇對(duì)一個(gè)典型的二硫鍵的還原是由兩步連續(xù)的巰基-二硫鍵交換反應(yīng)所組成：
其中，第一步反應(yīng)所形成的中間態(tài)很不穩(wěn)定，因?yàn)镈TT上的第二個(gè)巰基趨向于與被氧化的硫原子連接，使中間態(tài)很快被轉(zhuǎn)化為DTT的環(huán)狀氧化結(jié)構(gòu)，從而完成對(duì)二硫鍵的還原。
DTT的還原力受pH值的影響，只在pH值大于7的情況下能夠發(fā)揮還原作用。這是因?yàn)橹挥忻撊ベ|(zhì)子的硫醇鹽負(fù)離子（-S–）才具有反應(yīng)活性，硫醇（-SH）則沒有；而巰基的PKa一般為～8.3。
由于容易被空氣氧化，因此DTT的穩(wěn)定性較差；但冷凍保存或在惰性氣體中處理能夠延長(zhǎng)它的使用壽命。由于質(zhì)子化的硫的親核性較低，隨著pH值的降低，DTT的有效還原性也隨之降低。
（1）以1,3-丁二烯為原料，經(jīng)溴化、氧化、乙酰化后與硫代乙酸鉀反應(yīng)后經(jīng)甲醇氯化氫溶液作用而得，如圖所示。
此方法步驟較多，工藝路線長(zhǎng)，操作工序復(fù)雜，導(dǎo)致整體收率不高。原料也用到了氣味較大的硫代乙酸鉀，對(duì)環(huán)境會(huì)有一定的影響。
（2）Whitesides等[1]用1,2:3,4-二環(huán)氧丁烷為起始原料，經(jīng)過硫代乙酸開環(huán)后，再經(jīng)水解步驟而得，如圖所示。
此法步驟雖少，但是反應(yīng)體系中異構(gòu)體較多，導(dǎo)致分離效率低下，最終收率也很低。且硫代乙酸的污染也相對(duì)較大。
（3）以蘇蘚糖醇為原料，先用高錳酸鉀氧化，再在硫代乙酸作用下得到硫代中間體，最后水解該硫代中間體得到DTT。該方法的缺陷在于：在生成硫代中間體的同時(shí)，會(huì)生成一個(gè)DTT的同分異構(gòu)體雜質(zhì)，該雜質(zhì)的理化性質(zhì)和DTT極為相近，從而導(dǎo)致DTT分離提純困難，產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本昂貴，僅適用于實(shí)驗(yàn)室合成，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
（4）余汶檑[2]，公開了一種二硫蘇糖醇的合成方法，即以1,4-丁烯二醇為起始原料，先與溴進(jìn)行加成反應(yīng)，制得2,3-二溴-1,4-丁二醇；再在堿催化下水解，制得二環(huán)氧乙烷；再與硫代乙酸進(jìn)行加成反應(yīng)，制得二硫蘇糖醇二乙酸酯；最后在堿催化下水解，制得二硫蘇糖醇。
此發(fā)明方法與Whitesides等的方案有相似之處，缺點(diǎn)也相近。
（5）陳軍民等[3]發(fā)明了一種二硫蘇糖醇的制備方法。a)酒石酸二甲酯與丙酮縮二甲醇混合物在酸催化下、在有機(jī)媒介中反應(yīng)，得到2,3?O?異亞丙基酒石酸二甲酯化合物。(b)將步驟(a)所述的2,3?O?異亞丙基酒石酸二甲酯化合物與硼氫化鈉在甲醇中反應(yīng)，得到2,3?O?異亞丙基蘇醇化合物。(c)將步驟(b)所述的2,3?O?異亞丙基蘇醇化合物與磺酰氯在堿作用下反應(yīng)，得到2,3?O?異亞丙基蘇醇磺酸酯化合物。(d)將步驟(c)所述的2,3?O?異亞丙基蘇醇磺酸酯與硫代乙酸鹽在有機(jī)溶劑中反應(yīng)，得到2,3?O?異亞丙基二硫蘇糖醇二乙酸酯。(e)將步驟(d)所述的2,3?O?異亞丙基二硫蘇糖醇二乙酸酯化合物在堿性體系中水解，得到目標(biāo)化合物二硫蘇糖醇。
該方法具有操作簡(jiǎn)便、收率高、純度高、易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。但是步驟較多，操作不簡(jiǎn)便。
（6）中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所的江幼岷、趙忠等[4]提供了一條簡(jiǎn)便合成方法。以4,5-二羥基-1,2-二硫環(huán)己烷為原料電解而成。以汞、銅、鉛等金屬板為陰極，碳棒為陽極，鹽酸為電解液。電解完畢后用乙醚提取陰極液，回收乙醚得到1,4-二硫代蘇糖醇。本法制備1,4-二硫代蘇糖醇有以下優(yōu)點(diǎn)：合成方法簡(jiǎn)便，避免使用硫代乙酸鉀或硫化氫試劑。用電解還原將4,5-二羥基-1,2-二硫環(huán)己烷還原成1,4-二硫代蘇糖醇，容易進(jìn)行，收率可達(dá)到75%左右。副產(chǎn)物少，不需要真空蒸餾和重結(jié)晶處理就能達(dá)到純度要求。
此方法思路新穎，所涉及的原料較少，也比較清潔，但是4,5-二羥基-1,2-二硫環(huán)己烷不易獲得，方案的可操作性不強(qiáng)，裝置的一次性投入費(fèi)用較高，并不具有普遍性。
DTT的用途之一是作為巰基化DNA的還原劑和去保護(hù)劑。巰基化DNA末端硫原子在溶液中趨向于形成二聚體，特別是在存在氧氣的情況下。這種二聚化大大降低了一些偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（如DNA在生物感應(yīng)器中的固定）的效率；而在DNA溶液中加入DTT，反應(yīng)一段時(shí)間后除去，就可以降低DNA的二聚化。
DTT也常常被用于蛋白質(zhì)中雙硫鍵的還原，可用于阻止蛋白質(zhì)中的半胱氨酸之間所形成的蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間雙硫鍵。但DTT往往無法還原包埋于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部（溶劑不可及）的雙硫鍵，這類雙硫鍵的還原常常需要先將蛋白質(zhì)變性（高溫加熱或加入變性劑，如6M鹽酸胍、8M尿素或1%SDS）。反之，根據(jù)DTT存在情況下，雙硫鍵還原速度的不同，可以判斷其包埋程度的深淺。
另外二硫蘇糖醇在各行各業(yè)中還有著更加廣泛的應(yīng)用。
馬保亮等[5]研究了二硫蘇糖醇對(duì)乳球蛋白淀粉樣纖維形成的影響，淀粉樣纖維與老年癡呆癥、帕金森病和非神經(jīng)性組織淀粉樣變性病等人類疾病相關(guān)。運(yùn)用ThT熒光、剛果紅結(jié)合和透射電鏡的方法研究了還原劑二硫蘇糖醇對(duì)乳球蛋白淀粉樣纖維形成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)乳球蛋白在中性條件和5M尿素中培養(yǎng)時(shí)，乳球蛋白會(huì)形成淀粉樣纖維。然而當(dāng)在溶液中加入二硫蘇糖醇時(shí)，其淀粉樣纖維的形成會(huì)受到抑制，并且這種抑制能力依賴于二硫蘇糖醇的濃度。這些結(jié)果表明，二硫鍵在乳球蛋白淀粉樣纖維形成過程中起著非常關(guān)鍵的作用。
羅軒等[6]探討二硫蘇糖醇（DTT）誘導(dǎo)大鼠正常肝細(xì)胞株BRL-3A發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）、鈣蛋白酶2（calpain-2)、caspase-12及caspase-3的表達(dá)變化及對(duì)細(xì)胞凋亡的影響。方法：采用2.5mmol/LDTT分別處理BRL-3A細(xì)胞12h和24h，應(yīng)用real-timePCR檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)GRP78、calpain-2、caspase-12及caspase-3的mRNA水平；采用細(xì)胞免疫熒光檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)GRP78、calpain-2、caspase-12及caspase-3的蛋白表達(dá)；應(yīng)用Westernblot檢測(cè)cleavedcaspase-12及cleaved caspase-3的表達(dá)變化；采用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況。結(jié)果：BRL-3A細(xì)胞經(jīng)DTT處理12h及24h后，GRP78、calpain-2及caspase-12的mRNA表達(dá)較正常對(duì)照組顯著升高(P<0.01)，而caspase-3的mRNA水平與正常對(duì)照組比較無顯著變化；細(xì)胞免疫熒光及Westernblot檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，DTT處理細(xì)胞12h及24h后，BRL-3A細(xì)胞內(nèi)GRP78、calpain-2、caspase-12及caspase-3的蛋白表達(dá)均較正常對(duì)照組顯著增高，同時(shí)，cleavedcaspase-12及cleavedcaspase-3的表達(dá)也較正常對(duì)照組明顯增多(P<0.05)；流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DTT處理后BRL-3A細(xì)胞的凋亡率較正常對(duì)照組顯著增加（P<0.05)。結(jié)論：二硫蘇糖醇誘導(dǎo)BRL-3A細(xì)胞凋亡可能與calpain-2/caspase-12信號(hào)通路激活有關(guān)。
陳新斌等[7]以耐海水菠菜品種‘荷蘭3號(hào)’為材料，采用水培方法，研究了二硫蘇糖醇（DTT）對(duì)海水脅迫及甲基紫精（MV）誘導(dǎo)下菠菜活性氧代謝及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?。結(jié)果表明，海水脅迫與MV處理一樣，誘導(dǎo)菠菜葉片產(chǎn)生氧化脅迫，使超氧陰離子（噶）產(chǎn)生速率、過氧化氫（H2O2）含量和丙二醛（MDA）含量顯著上升，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量顯著下降，最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光量子產(chǎn)量（Yield）、電子傳遞速率（ETR）和光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）顯著降低，而非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ/4）顯著上升；海水脅迫與MV處理下，由葉柄導(dǎo)入葉黃素循環(huán)活性抑制劑DTT，菠菜葉片活性氧（ROS）大量積累，導(dǎo)致光合色素降解加劇，F(xiàn)v/Fm、Yield、ETR、NPQ、qP進(jìn)一步下降。上述結(jié)果表明，海水脅迫抑制了菠菜葉片葉黃素循環(huán)活性，降低了葉片非輻射能量耗散能力，加重了葉片ROS積累，從而導(dǎo)致光合色素含量降低，PSⅡ活性下降，電子傳遞速率降低，用于光化學(xué)反應(yīng)的能量部分減少，光合作用受到嚴(yán)重影響，說明海水脅迫下葉黃素循環(huán)在保持菠菜葉片光合色素穩(wěn)定和光合作用正常運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮重要作用。
李玉玲等[8]建立了一種在前處理過程中使用二硫蘇糖醇(DTT)為還原劑，反相高效液相色譜法檢測(cè)奶粉中含硫氨基酸的方法。方法：奶粉經(jīng)酸法水解后，加入二硫蘇糖醇對(duì)水解液進(jìn)行還原處理,用反相高效液相色譜法檢測(cè)奶粉中含硫氨基酸，對(duì)還原條件、色譜分離條件進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳檢測(cè)條件。結(jié)果：蛋氨酸(Met)、胱氨酸[(Cys)2]、半胱氨酸(Cys)檢測(cè)限分別為0.7μmol/L、0.3μmol/L、0.5μmol/L，定量檢測(cè)范圍均為10～750 tmol/L，相關(guān)系數(shù)分別為0.9998、0.9999、0.9991。最佳DTT作用條件為向1 mL水解液中加入100μL0.1 mol/L DTT溶液，室溫反應(yīng)1h。測(cè)得奶粉中Met、(Cys)2含量分別為0.37g/100 g、0.14 g/100 g，加標(biāo)回收率均在82％～87％之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤1.5％。結(jié)論：在前處理過程中使用適量DTT做還原劑，用反向高效液相色譜法可準(zhǔn)確檢測(cè)奶粉中含硫氨基酸的含量。
王杰等[9]為了抑制鋰硫電池的穿梭效應(yīng)，改善鋰硫電池的電化學(xué)性能，嘗試以二硫蘇糖醇(DTT)為剪切劑，對(duì)高階多硫化物進(jìn)行剪切以阻止其溶解。將二硫蘇糖醇(DTT)摻入多壁碳納米管(MWCNTs)紙中，制得DTT夾層，將該DTT夾層置于鋰硫扣式半電池正極片和隔膜之間，正極片的載硫面密度約為2 mg/cm2。SEM觀察結(jié)果證實(shí)DTT均勻分散在MWCNTs紙的表面和空隙中。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明引入DTT夾層結(jié)構(gòu)的鋰硫電池在0.05C倍率首次放電比容量達(dá)到1288 mAh/g，首次庫倫效率接近100%，在0.5C、2C、4C倍率下充放電時(shí)的比容量分別達(dá)到650 mAh/g、600 mAh/g、410 mAh/g。DTT夾層結(jié)構(gòu)的引入可有效剪切高階多硫化物并阻止其遷移到鋰負(fù)極，從而抑制穿梭效應(yīng)，改善鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率。
張曼曼等[10]基于DTT法測(cè)量廣州市區(qū)PM2.5的氧化潛勢(shì)。大氣顆粒物氧化潛勢(shì)（Oxidative potential）常用于表征顆粒物對(duì)人體健康的影響。二硫蘇糖醇（DTT）法是近年發(fā)展的一種測(cè)定顆粒物氧化潛勢(shì)的方法，本研究改進(jìn)了該方法的顆粒物提取方式和反應(yīng)流程，并開展了廣州市區(qū)PM2.5氧化潛勢(shì)（DTTm&DTTv）的測(cè)量。結(jié)果表明，廣州市區(qū)2018年1月和4月PM2.5的DTTm值分別為（13.47±3.86），（14.66±4.49）pmol/（min·μg），DTTv值分別為（4.67±1.06），（4.45±1.02）nmol/（min·m3），與國內(nèi)外研究結(jié)果相當(dāng)。
DTT還能夠保護(hù)正常晶體蛋白所含的半胱氨酸等成分不受氧化修飾，減少其變性可能性；還能夠使已發(fā)生聚集的晶體蛋白發(fā)生分子之間的二硫鍵解離，阻止晶體蛋白高分子聚合物的形成，進(jìn)而阻止其晶體蛋白由水溶性變?yōu)樗蝗苄?，亦即抑制了晶體的混濁乃至白內(nèi)障的發(fā)生；與其他抗氧化、抗糖化、抗游離基等成分合用，能夠發(fā)揮良性協(xié)同效應(yīng)。
一些世界知名公司也用DTT進(jìn)行了一系列卓越成效的實(shí)驗(yàn)。
比如賽默飛世爾科技為了研究端粒酶受Wnt/beta-catenin信號(hào)調(diào)控，采用了DTT進(jìn)行免疫沉淀實(shí)驗(yàn)；為了研究HIV的中和抗體經(jīng)過演化而識(shí)別病毒的保守結(jié)構(gòu)，采用DTT進(jìn)行細(xì)胞裂解實(shí)驗(yàn)[11]。
西格瑪奧德里奇為了研究Vav2和Vav3蛋白在皮膚癌中的作用，二硫蘇糖醇被用于進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)[12]；為了研究卵細(xì)胞產(chǎn)生過程受MARF1調(diào)控，采用了DTT進(jìn)行卵母細(xì)胞裂解實(shí)驗(yàn)；為了利用cIAP1的自身泛素化能夠被拮抗劑誘導(dǎo)的cIAP1的構(gòu)象改變所促進(jìn)，采用DTT進(jìn)行cIAP1降解產(chǎn)物測(cè)序?qū)嶒?yàn)；為了研究小鼠胚胎在植入子宮前5hmC的清除是一個(gè)依賴于DNA復(fù)制的被動(dòng)過程，采用DTT以3mM濃度進(jìn)行有絲分裂染色體分析實(shí)驗(yàn)。
Illumina公司為了研究深海中的幾種細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)屬于化能無機(jī)自養(yǎng)型生物，采用DTT以2 mM濃度進(jìn)行多重置換擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)[13]。
綜上所述，二硫蘇糖醇不僅在蛋白質(zhì)生化領(lǐng)域有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其在病理學(xué)研究、食品安全與監(jiān)測(cè)、環(huán)境科學(xué)、高端材料等領(lǐng)域也有著令人矚目的表現(xiàn)。我們深信，隨著科技的發(fā)展，不斷的積累，DTT的應(yīng)用潛力會(huì)被逐步挖掘，市場(chǎng)需求空間將會(huì)越來越廣。
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[2] 余汶檑，二硫蘇糖醇的合成方法，[P]，CN101503384A，2009
[3] 陳軍民等，一種二硫蘇糖醇的制備方法，[P]，CN103073462A，2013
[4] 江幼岷，趙忠等，一種制備1,4-二硫代蘇糖醇的方法，[P]，CN1074718A，1993
[5] Baoliang Ma, Liangshu Wei, etc, Dithiothreitol?Inhibits?the?Amyloid?Fibril?Formationof β-Lactoglobulin, [J] Biophysics, 2014, 2, 39-44
[6] 羅軒，韓冰等，二硫蘇糖醇通過激活calpain-2/caspase-12信號(hào)通路誘導(dǎo)BRL-3A細(xì)胞凋亡，[J]，中國病理生理雜志，2018年10期
[7] 陳新斌，孫錦等，二硫蘇糖醇對(duì)海水脅迫下菠菜活性氧代謝及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，[J]，園藝學(xué)報(bào)，2012年12期
[8] 李玉玲，李衛(wèi)華，二硫蘇糖醇在奶粉含硫氨基酸檢測(cè)中的應(yīng)用，[J]，食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2012年第3期171-176頁
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