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释放到细胞外空间（ECS）的 H₂O₂ 调控着多种生理过程，但其在组织中的浓度及空间分布仍缺乏明确界定。这种不确定性阻碍了对氧化还原信号传导机制的理解。在本研究中，我们采用反应-扩散模型，估算了不同情境下细胞外 H₂O₂ 的浓度及传输范围。我们将理想化解析模型与数值模型相结合，后者纳入了局部化 NADPH 氧化酶（NOX）簇、细胞外空间微结构、膜通透性，以及依赖硫氧还蛋白和 GSH 的清除系统。基于中性粒细胞以及 NOX 介导的超氧阴离子/H₂O₂ 释放速率的最大值，我们获得了细胞外 H₂O₂ 浓度的上限。在孤立的、平均大小且完全活化的 NOX2 簇邻近区域，H₂O₂ 在细胞黏附状态下的细胞间距处达到约 540 nM 的峰值，并在约 50–100 nm 范围内沿径向下降。在受体细胞表面，峰值浓度随细胞间距增加而呈反比下降；当细胞间距为 1 m 时，峰值浓度降至低于 5 nM。在这一较大间距下，径向浓度下降的范围超过约 2.5 m。即使是前述最大的细胞外 H₂O₂ 浓度，也仅会引起细胞内 Prdx、Trx 和 GSH 储备发生轻微且高度局限的氧化。相应地，最大程度活化的中性粒细胞可携带约 2000 个此类 NOX2 簇，从而诱导细胞外空间 H₂O₂ 达到数十 M 的峰值浓度。这些浓度会导致暴露膜附近的 Prdx 和 Trx 广泛氧化。然而，只要通透屏障保持完整，依赖 GSH 的系统仍可维持强烈的跨膜梯度，并且细胞外 H₂O₂ 浓度会在距源细胞几 m 的范围内衰减至低于 M 的水平。在所考察的所有条件下，细胞外 H₂O₂ 浓度均与源通量呈线性关系。这些结果为自分泌、并列分泌和邻近细胞旁分泌的 H₂O₂ 信号传导设定了严格的约束。
固体组织细胞外空间中过氧化氢的浓度限值及定位 | bioRxiv
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固体组织细胞外空间中过氧化氢的浓度限值及定位
查看 ORCID 个人主页 Arthur Itacarambi ， 查看 ORCID 个人主页 Marcos Gouveia ， 查看 ORCID 个人主页 Rui D. M. Travasso ， 查看 ORCID 个人主页 Armindo Salvador
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.23.753516
Arthur Itacarambi 1 CFisUC，科英布拉大学物理系，Rua Larga，3004-516 Coimbra，葡萄牙； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Arthur Itacarambi 的 ORCID 记录
Marcos Gouveia 2 工程数值方法研究组，数学系，土木工程学院及 CITEEC，拉科鲁尼亚大学，Campus de Elvina s/n，15008 A Coruna，西班牙； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Marcos Gouveia 的 ORCID 记录
Rui D. M. Travasso 1 CFisUC，科英布拉大学物理系，Rua Larga，3004-516 Coimbra，葡萄牙； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Rui D. M. Travasso 的 ORCID 记录
Armindo Salvador 3 CNC——科英布拉大学神经科学与细胞生物学中心 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Armindo Salvador 的 ORCID 记录
通讯作者： armindo.salvador{at}gmail.com
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摘要
释放到细胞外空间（ECS）中的 H2O2 调控多种生理过程，但其在组织中的浓度和空间分布仍缺乏明确界定。这种不确定性阻碍了对氧化还原信号传导机制的理解。在本研究中，我们采用反应-扩散模型，估算了不同情景下细胞外 H2O2 的浓度及其传输范围。研究将理想化解析模型与数值模型相结合，并在数值模型中纳入局部化的 NADPH 氧化酶（NOX）簇、ECS 微结构、膜通透性，以及依赖硫氧还蛋白和 GSH 的清除系统。基于中性粒细胞和 NOX 释放超氧阴离子/H2O2 的最大速率，我们获得了细胞外 H2O2 浓度的上限。
在孤立的、平均大小且完全活化的 NOX2 簇邻近区域，H2O2 在细胞黏附时的细胞间距处达到约 540 nM，并在径向约 50–100 nm 范围内下降。在受体细胞表面，峰值浓度随细胞间距增大而反比下降；当细胞间距为 1 μm 时，峰值浓度低于 5 nM。在这种较大的间距下，径向浓度下降范围约为 2.5 μm。即使是前述最大的细胞外浓度，也仅会引起胞内 Prdx、Trx 和 GSH 储库轻微且高度局部化的氧化。
相应地，最大程度活化的中性粒细胞携带约 2000 个此类 NOX2 簇，可使 ECS 中 H2O2 的峰值浓度达到几十 μM，并在暴露膜附近引起 Prdx 和 Trx 的广泛氧化。然而，只要通透屏障保持完整，依赖 GSH 的系统仍能维持强烈的跨膜梯度；同时，距源细胞数微米范围内的 ECS H2O2 浓度会衰减至亚微摩尔水平。在所考察的所有条件下，细胞外 H2O2 浓度均与源通量呈线性关系。这些结果为自分泌、接触依赖型以及相邻细胞旁分泌 H2O2 信号传导确立了严格的限制条件。
利益冲突声明
已声明的资助者信息
科学技术基金会（Fundação para a Ciência e Tecnologia）， https://ror.org/00snfqn58 ，LA/P/0058/2020 ，UID/PRR/4539/2025 ，UID/04539/2025 ，UID/PRR/00313/2025 ，UID/PRR2/00313/2025 ，UID/00313/2025
欧盟，COMPETE2030-FEDER-00929300
版权
。
本内容依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议提供。
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发布于 2026 年 9 月 25 日。
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固体组织细胞外空间中过氧化氢的浓度限值及定位
Arthur Itacarambi ， Marcos Gouveia ， Rui D. M. Travasso ， Armindo Salvador
bioRxiv 2026.09.23.753516； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.23.753516
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固体组织细胞外空间中过氧化氢的浓度限值及定位
Arthur Itacarambi ， Marcos Gouveia ， Rui D. M. Travasso ， Armindo Salvador
bioRxiv 2026.09.23.753516； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.23.753516
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.23.753516v1?rss=1
🏷️ 细胞外过氧化氢 反应-扩散模型 氧化还原信号 NADPH氧化酶 中性粒细胞 旁分泌信号传导