卟啉類抗腫瘤藥物的研究現(xiàn)狀及作用機(jī)制Δ

武曉博，譚青龍，朱英，張學(xué)?。ㄖ斜贝髮W(xué)理學(xué)院，太原 030051）

惡性腫瘤是嚴(yán)重威脅人類健康的常見疾病和多發(fā)病，傳統(tǒng)的治療方法包括手術(shù)、放療、化療等。采用高效的、毒副作用小的抗腫瘤藥物治療惡性腫瘤一直是醫(yī)學(xué)界所期望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)[1]。常用于臨床治療的抗腫瘤類藥物如甲氨蝶呤、5-氟尿嘧啶、順鉑或卡鉑等，其在殺滅腫瘤細(xì)胞的同時(shí)對(duì)正常組織也會(huì)造成損傷。卟啉類化合物對(duì)腫瘤組織有特殊的親和力，能夠在腫瘤組織中集聚并滯留，是抗腫瘤藥物最活躍的研究領(lǐng)域之一。但天然卟啉類化合物成分復(fù)雜、穿透性較差，無法滿足臨床需要，需對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。近來研究[2-3]表明，將卟啉類化合物與生物分子或傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物分子鍵連后，化合物表現(xiàn)出良好的藥理活性，這為解決抗腫瘤藥物靶向性差、毒副作用高等問題提供了新的思路。人們圍繞卟啉介導(dǎo)其他傳統(tǒng)抗腫瘤藥物方面做了大量的研究工作，取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。具體包括:（1）增強(qiáng)藥物的溶解性；（2）提高了藥物的靶向性。本文就1998－2011年來卟啉類抗腫瘤藥物的國內(nèi)外研究作一綜述，為相關(guān)研究提供借鑒。

1 卟啉及其衍生物

光動(dòng)力療法是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型的腫瘤治療方法[4]，利用腫瘤組織對(duì)光敏劑的特異性吸收，通過一定波長的光波進(jìn)行照射，在氧氣存在下，產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)和生物反應(yīng)，達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的。在光動(dòng)力治療中，尋找合適的光敏劑是其核心問題[5]。

卟啉類化合物能夠在光和氧的作用下，產(chǎn)生單線態(tài)氧，對(duì)腫瘤細(xì)胞實(shí)行有效殺傷。其衍生物以血紅素、細(xì)胞色素等形式廣泛存在于生物體內(nèi)，具有良好的生物相容性，是首選的光敏劑。血卟啉及其衍生物[6]是最早用于臨床的抗腫瘤光敏劑。隨著研究的不斷深入，其存在的不足也日益凸顯出來，如成分復(fù)雜、選擇性差、毒副作用大等。許多學(xué)者開始轉(zhuǎn)向?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，或者合成新型的卟啉分子，以期得到性能更優(yōu)的光敏藥物。四苯基卟啉[7]是一種易于合成且性能優(yōu)異的光敏劑，因而圍繞新型卟啉類光敏劑的研發(fā)多以其為母體，具體實(shí)施方法包括對(duì)其中心核、間位或β位進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，以及卟啉分子的擴(kuò)環(huán)等。

1.1 結(jié)構(gòu)修飾型卟啉

用O、S、Se等雜原子替換卟啉中心核上的N原子，即可稱為對(duì)卟啉中心核的修飾[8]。研究顯示，對(duì)卟啉環(huán)中心核的修飾可使卟啉的吸光范圍紅移至630～690 nm波長區(qū)域[9]，這對(duì)于改善卟啉類抗腫瘤光敏藥物在可見光區(qū)吸收較少、穿透力弱等缺陷有著重要的意義。Pushpan SK等[10]通過磺化反應(yīng)合成了首例陰離子水溶性的核修飾卟啉。相對(duì)于結(jié)構(gòu)類似的普通卟啉，該類核修飾卟啉的吸收和發(fā)射光譜譜帶有著預(yù)期的紅移。之后圍繞核修飾卟啉展開了許多卓有成效的工作，不斷有新的功能型核修飾卟啉被設(shè)計(jì)合成出來。

何永志等[11]針對(duì)四苯基卟啉類化合物激發(fā)波長短、穿透能力差等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了8種萘基卟啉化合物，并采用MTT法對(duì)所合成化合物進(jìn)行體外抗肺腺癌細(xì)胞活性篩選。其中，2種化合物活性最高，表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系；且當(dāng)藥物濃度達(dá)到800 μmol/L時(shí)，對(duì)癌細(xì)胞抑制率高達(dá)80%左右。判斷藥物分子是否具有生理活性的前提是看該藥物分子能否與生物體內(nèi)靶分子發(fā)生相互作用。郭燦城等[12]合成了具有吡咯烷結(jié)構(gòu)的卟啉化合物TBPPH2，通過研究其與牛血清白蛋白（BSA）的相互作用，發(fā)現(xiàn)其能與BSA形成配合物，且配合物的解離常數(shù)KB＝5.13×105L/mol，說明二者結(jié)合牢固，也即表明其具有成為抗腫瘤藥物的潛力。黃齊茂等[13]以β-硝基卟啉為原料合成了6種新型的β-二酚取代卟啉，并采用瓊脂糖凝膠電泳的方法對(duì)新化合物與DNA的相互作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該系列卟啉對(duì)pBR322質(zhì)粒DNA有良好的切割作用，具有很好的應(yīng)用前景。

研發(fā)組成一定、結(jié)構(gòu)明確、功能獨(dú)特的卟啉類化合物，增加卟啉的分子親水性，增強(qiáng)其對(duì)紅外光的吸收，以提高其生物利用度和穿透力，是對(duì)卟啉進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾的主要目的。

1.2 擴(kuò)環(huán)型卟啉

擴(kuò)環(huán)型卟啉分子以其獨(dú)特的生物活性和光電性質(zhì)很早就引起人們的關(guān)注。由于共軛體系的增大，擴(kuò)環(huán)形卟啉分子的最大吸收波長相較于普通的卟啉分子有著較大的紅移。許多擴(kuò)環(huán)型卟啉分子有望在醫(yī)藥領(lǐng)域尤其在抗腫瘤藥物領(lǐng)域發(fā)揮作用[14]。

2 卟啉與其他分子鍵連

將卟啉分子與其他分子通過化學(xué)鍵相連，以期獲得效力更強(qiáng)、靶向性更好的抗腫瘤藥物，成為近年來卟啉化學(xué)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。

2.1 卟啉-生物分子體系

將肽鏈、糖基、核苷酸等具有分子識(shí)別功能的物質(zhì)與卟啉分子相連，不僅可以提高卟啉分子對(duì)腫瘤組織的選擇性及穿透性，而且對(duì)改善其溶解性、降低其毒副作用也有著積極作用。許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，并已取得了一定進(jìn)展。

酶具有高度的專一性，源自構(gòu)成酶的蛋白質(zhì)只對(duì)特定順序的核苷酸序列進(jìn)行識(shí)別，并與之結(jié)合。受此啟發(fā)，將卟啉分子與一定結(jié)構(gòu)的肽鏈或氨基酸分子相連，即可增加腫瘤組織對(duì)其的特異性吸收。Wang HM等[15]成功地將卟啉與氨基酸鍵合在一起，得到了卟啉-氨基酸衍生物，對(duì)其性能進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，在避光條件下，卟啉-氨基酸衍生物濃度為6×10－6mol/L下培養(yǎng)24h的腫瘤細(xì)胞存活率仍高于90%；在低濃度（1×10－6mol/L）下光照1 h，則僅有10%的腫瘤細(xì)胞能夠存活。說明該化合物光敏性良好且無暗毒性，是一種潛在的抗腫瘤藥物。

糖基的引入可以提高分子的親水性，且有利于與腫瘤細(xì)胞結(jié)合[16]，能夠提高藥物分子的性能，這為卟啉類抗腫瘤藥物的修飾提供了新的思路。糖基卟啉也一度被認(rèn)為是最有前景的抗腫瘤藥物分子之一。人們對(duì)糖基卟啉做了大量的研究工作，合成了一系列糖基化的卟啉分子，研究了糖基種類、數(shù)目、位置、構(gòu)型等[17-19]對(duì)分子性能的影響。

除了肽鏈與糖基外，向卟啉分子中引入核苷，以得到對(duì)DNA分子選擇性切割的藥物分子，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。江國防等[20]設(shè)計(jì)合成了2種胞嘧啶核苷卟啉化合物，并用熒光光譜法考察了其與BSA的相互作用，結(jié)果顯示這2種胞嘧啶核苷卟啉均能與BSA發(fā)生配合反應(yīng)，且具有很高的結(jié)合常數(shù)（KF值分別為5.49×103、3.04×103L/mol），預(yù)示其具有潛在的藥用價(jià)值。

2.2 卟啉-藥物分子體系

傳統(tǒng)抗腫瘤物，如甲氨蝶呤、5-氟尿嘧啶、氮芥、順鉑或卡鉑等，雖然對(duì)腫瘤組織有較好的抑制作用，卻普遍存在選擇性不高的缺點(diǎn)。卟啉類化合物對(duì)腫瘤組織具有特殊的親和力，如血卟啉衍生物在腫瘤組織中的吸收量為正常組織中的10倍，滯留時(shí)間長達(dá)數(shù)天，而在正常組織中僅幾小時(shí)即被代謝出體外[21]。以卟啉為先導(dǎo)藥物，與傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物鍵合，可為新型卟啉類抗腫瘤藥物的研究開辟廣闊的空間。

甲氨蝶呤通過抑制二氫葉酸還原酶來阻斷腫瘤細(xì)胞DNA的生物合成。延璽等[22]將甲氨蝶呤與四羥基苯基卟啉鍵合，得到卟啉-甲氨蝶呤衍生物，并以甲氨喋呤為對(duì)照組進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn):在甲氨蝶呤治療的小鼠中，死亡率高達(dá)80%，抑瘤率為79.35%；而在相同劑量下，該卟啉-甲氨喋呤衍生物的治療組中只有30%的死亡率，抑瘤率保持在75.82%。卟啉的介導(dǎo)作用，使甲氨蝶呤在腫瘤組織中產(chǎn)生特異性分布，有效抑制了腫瘤細(xì)胞的生長，同時(shí)減小了對(duì)正常組織的損傷。

5-氟尿嘧啶服藥有效劑量與中毒劑量相當(dāng)，治療的同時(shí)會(huì)對(duì)正常組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的毒副作用。將5-氟尿嘧啶與卟啉分子鍵合，利用卟啉分子對(duì)腫瘤組織的親和性，可提高藥物分子抗腫瘤活性并降低對(duì)機(jī)體的損害。李雅等[23]設(shè)計(jì)合成了4種新型卟啉-5-氟尿嘧啶類化合物，其抗癌活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此類化合物對(duì)腫瘤細(xì)胞均有不同程度的抑制作用，其中一種化合物的抑瘤率達(dá)到55.66%。

卟啉-氮芥體系也是人們研究較多的方向之一。陳志龍等[24]以紫染色法測定卟啉氮芥對(duì)人體肝癌細(xì)胞的光動(dòng)力抑制作用，結(jié)果顯示卟啉氮芥（5 μg/ml培養(yǎng)1 h）雖對(duì)人體肝癌細(xì)胞SMMC7721增殖無明顯影響，卻可抑制腫瘤細(xì)胞的DNA的合成，這種抑制作用與激光能量呈劑量依賴性。使用卟啉氮芥時(shí)，相比于成分復(fù)雜的血卟啉衍生物更易控制且無需避光；相比于單獨(dú)使用氮芥化學(xué)療法起效更快，應(yīng)用前景良好。2011年，王志偉等[25]以羥基取代的卟啉為原料，合成了5個(gè)新型的卟啉-氮芥二聚體，在避光條件下進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞存活率為81%～85%，正常細(xì)胞存活率為89%～95%，表明卟啉-氮芥二聚體對(duì)腫瘤細(xì)胞的損傷明顯強(qiáng)于對(duì)正常細(xì)胞的損傷；細(xì)胞吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，卟啉-氮芥二聚體在腫瘤細(xì)胞中的濃度高于在正常細(xì)胞中的濃度，表明在卟啉的靶向性介導(dǎo)下，藥物分子富集于腫瘤組織中，選擇性地殺傷腫瘤細(xì)胞。

除上述幾種體系外，卟啉-鉑體系、卟啉-硼體系、卟啉-蒽醌體系、卟啉-吲哚體系、卟啉-哌嗪體系等都是卟啉介導(dǎo)抗腫瘤藥物的研究方向。

3 結(jié)語

研發(fā)高效、低副作用的卟啉類抗腫瘤藥物，尤其是鍵合了傳統(tǒng)抗腫瘤藥物分子的卟啉衍生物，具有廣闊的發(fā)展前景。結(jié)合卟啉在腫瘤組織中集聚的原因，深入探討卟啉-抗腫瘤藥物分子與腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制，發(fā)揮卟啉的先導(dǎo)作用，提高抗腫瘤藥物的選擇性，降低藥物毒性，豐富抗腫瘤藥物體系，將對(duì)篩選來源更廣、性能更佳的抗腫瘤藥物做出積極貢獻(xiàn)。

[1]李霞.抗癌藥物研究的新進(jìn)展[J].中國藥房，2001，12（7）:429.

[2]金曉敏，吳健.卟啉類光敏藥物的研究進(jìn)展[J].中國藥物化學(xué)雜志，2002，12（1）:52.

[3]惠揚(yáng)，馬靜，陶敏莉，等.雙重作用機(jī)制卟啉靶向給藥體系的研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報(bào):印刷版，2007，70（11）:812.

[4]Allison R，Moghissi K，Downie G，et al.Photodynamic therapy（PDT）for lung cancer[J].Photodiagnosis Photodyn Ther，2011，8（3）:231.

[5]陳靖京.卟啉類光敏抗腫瘤化合物評(píng)價(jià)[D].北京:北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，2011:1.

[6]劉仲榮，楊慧蘭.皮膚病光動(dòng)力療法系列講座:二:光敏劑的研究進(jìn)展[J].中國美容醫(yī)學(xué)，2009，18（4）:547.

[7]宋斌，王亮，楊家祥.一系列功能性四苯基卟啉衍生物的合成及表征[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，35（2）:89.

[8]Yedukondalu M，Ravikanth M.Core-modified porphyrin based assemblies[J].Coordination Chemistry Reviews，2011，255（5/6）:547.

[9]You Y，Gibson SL，Detty MR.Phototoxicity of a core-modified porphyrin and induction of apoptosis[J].J Photochem Photobiol B，2006，85（3）:155.

[10]Pushpan SK，Narayanan JS，Srinivasan A，et al.One pot synthesis of core modified expanded porphyrins[J].Tetrahedron Letters，1998，39（50）:9249.

[11]何永志，劉東志，周雪琴.卟啉衍生物的合成及抗腫瘤活性研究[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（4）:54.

[12]郭燦城，李和平，張曉兵，等.meso-5，10，15，20-四[4-（N-吡咯烷基）苯基]卟啉的合成及對(duì)牛血清白蛋白的作用[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（2）:282.

[13]黃齊茂，李志遠(yuǎn)，肖欣，等.新型β-二酚卟啉光敏劑合成及其與DNA作用[J].有機(jī)化學(xué)，2010，30（1）:79.

[14]陳芳軍.大環(huán)卟啉化合物的合成與性質(zhì)研究[D].長沙:中南大學(xué)，2009:5.

[15]Wang HM，Jiang JQ，Xiao JH，et al.Porphyrin with amino acid moieties:a tumor photosensitizer[J].Chem Biol Interact，2008，172（2）:154.

[16]于祚維，何緒軍，劉天軍.葡萄糖卟啉化合物的合成[J].國際生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2011，34（3）:158.

[17]Csík G，Balog E，Voszka I，et al.Glycosylated derivatives of tetraphenyl porphyrin:photophysical characterization，self-aggregation and membrane binding[J].J Photochem Photobiol B，1998，44（3）:216.

[18]Davoust E，Granet R，Krausz P，et al.Synthesis of glycosyl strapped porphyrins[J].Tetrahedron Letters，1999，40（13）:2513.

[19]張沛，張淑芬.光動(dòng)力療法用糖基光敏劑的研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué)，2010，30（6）:775.

[20]江國防，高峰，張滿生，等.胞嘧啶核苷鍵聯(lián)卟啉的合成及其與牛血清白蛋白的相互作用[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（9）:1724.

[21]王莉.超聲激活血卟啉對(duì)三種不同腹水瘤細(xì)胞膜形態(tài)結(jié)構(gòu)及其流動(dòng)性的影響[D].西安:陜西師范大學(xué)，2007:4.

[22]延璽，吳福麗，魯禮林，等.卟啉介導(dǎo)抗癌藥物研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，61（5）:721.

[23]李雅，王曉梅，韓士田，等.新型金屬卟啉-5-氟尿嘧啶化合物的合成及抗癌活性[J].應(yīng)用化學(xué)，2009，26（3）:316.

[24]陳志龍，張黎明，孫結(jié)，等.卟啉氮芥對(duì)人肝癌細(xì)胞SMMC7721的光動(dòng)力殺傷作用[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（3）:271.

[25]王志偉，郭燦城，田蜜，等.異環(huán)磷酰胺氮芥卟啉二聚體的合成及生物活性[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（8）:1761.