Schiff 堿金屬配合物抗腫瘤活性研究進展

鐘霞，劉雯清，陳年根，高炳淼，張俊清

1.海南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，海南?？?571199；2.上海迪亞凱特生物科技有限公司，上海 200120

Schiff 堿（Schiff Bases）是一類含有甲亞胺基的化合物，Schiff 堿基團通過碳-氮雙鍵(-C=N-)上的氮原子及與之相鄰的具有孤對電子的氧（O）、硫（S）、磷（P）原子作為供體與金屬原子（或離子）配位，形成各種Schiff 堿金屬配合物。研究表明Schiff 堿金屬配合物具有良好的抗腫瘤活性，由于其具有一系列重要的生物學(xué)活性，如損傷DNA、斷裂質(zhì)粒、斷裂蛋白及促使癌細(xì)胞凋亡作用[1]，它已成為新型抗腫瘤藥的備選者之一。Schiff 堿金屬配合物的抗腫瘤活性研究已逐漸成為配位化學(xué)及抗腫瘤藥物研究的熱點，該文將對近年來國內(nèi)、外Schiff 堿金屬配合物抗腫瘤活性的最新研究進展作一綜述，現(xiàn)報道如下。

1 Schiff 堿的抗腫瘤活性

在近年的抗腫瘤藥物研發(fā)中，發(fā)現(xiàn)一些Schiff 堿及其衍生物具有抗腫瘤活性。

氟喹諾酮類是一種常用的抗菌藥物，但研究發(fā)現(xiàn)一些氟喹諾酮類也有一定的抗腫瘤活性，其抗菌和抗腫瘤作用的靶點分別是原核生物Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶和真核生物Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶。由于氟喹諾酮類抗菌和抗腫瘤機制相似，且作用靶點的酶序列也具有相似性，因此已有很多研究嘗試通過修飾和優(yōu)化具有抗菌作用的氟喹諾酮類結(jié)構(gòu)，研發(fā)新型氟喹諾酮類抗腫瘤藥物。Hu 等人[2]設(shè)計合成了源于氧氟沙星的抗腫瘤化合物。他們以反式苯三唑取代氧氟沙星C-3 位的羧基，進而合成了兩個系列11 種含有Schiff 堿和Schiff-mannich 堿側(cè)鏈的衍生物。用MTT 法對其體外抗腫瘤活性進行測試，顯示這些含有Schiff 堿和Schiff-mannich 堿側(cè)鏈的化合物均對L1210、CHO 和HL60 腫瘤細(xì)胞有一定的抑制作用。其中含有苯酚游離基團的化合物具有更強的抗腫瘤活性。

由于磺胺類、噻唑酮類和苯并噻嗪類在對抗病原微生物及腫瘤細(xì)胞中有廣泛運用，并且Schiff 堿也具有抗腫瘤活性，Kamel[3]和他的同事將4-氨基-N-吡啶-2-苯磺酰胺基與不同的單糖或芳香醛進行冷凝反應(yīng)得到一系列磺胺-Schiff 堿2a-c 和4a-e。將2a-c 與巰基乙酸反應(yīng)從而合成含碳核苷的3a-c，而將4a-e 與巰基乙酸或巰基苯甲酸反應(yīng)得到相應(yīng)的噻唑酮衍生物和苯并噻嗪衍生物，以期測試這些新型衍生物的抗腫瘤活性。以5-FU和多柔比星為對照藥物，體外測試發(fā)現(xiàn)這些化合物對HELA（人宮頸癌細(xì)胞）和MCF-7（人乳腺癌細(xì)胞）具有明顯抑制作用。它們對HELA 和MCF-7 均顯示出強于多柔比星的抗癌活性（IC50：0.74～3.56 mg/mL)，不過相比于5-FU，它們的抗癌活性并沒有很大優(yōu)勢。

他們還對其進行了分子對接測試，分子對接測試可以反映化合物與酶結(jié)合的親和力大小。用分子自動對接儀3.0.5 程序?qū)@些Schiff 堿及其衍生物測試，發(fā)現(xiàn)其與PTK（酪氨酸激酶）的分子對接親和力很強，而酪氨酸激酶參與腫瘤的生長和分化，酪氨酸激酶抑制劑已在臨床治療中有所運用，如伊馬替尼、吉非替尼和赫賽汀，一些新的酪氨酸激酶抑制劑也正在人體試驗和研發(fā)當(dāng)中。

通過體外抗腫瘤細(xì)胞活性測試及分子對接測試，Kamel 和他的同事有力地證明了Schiff 堿及其衍生物是抗腫瘤新藥的潛力備選者，也為科研工作者揭示了先導(dǎo)化合物優(yōu)化的新思路。

2 Schiff 堿金屬配合物的抗腫瘤活性

2.1 Schiff 堿與金屬配合形成配合物后抗腫瘤活性增強

如上所述，一些Schiff 堿本身就具有抗腫瘤活性，但研究發(fā)現(xiàn)，在與金屬配合形成Schiff 堿金屬配合物后它們的抗癌活性增強。

Sathiyaraj 等人[4]合成并表征了Schiff 堿配體（圖1）及其過渡金屬釕(Ru) 的3 種新型Schiff 堿金屬配合物。細(xì)胞毒性實驗表明其對HELA 和人喉上皮癌細(xì)胞(HEP-2)有抑制作用。配體對HELA 有較高抑制作用（IC50=175 μM）但對HEP-2 的抑制作用較弱（IC50=389 μM），而3 種配合物對這兩種癌細(xì)胞的IC50 分別為：配合物1=149,244 μM；配合物2=123,212 μM；配合物3=87,149 μM，這說明了在配體與Ru 配合形成Schiff 堿金屬配合物后，抗腫瘤活性增強。

圖1 Schiff 堿配體

2.2 模擬活性因子的Schiff 堿金屬配合物

近年來，根據(jù)腫瘤發(fā)生和凋亡的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，一些新型Schiff 堿金屬配合物已被合成，用于模擬生物體內(nèi)抗腫瘤的活性物質(zhì)，從而開發(fā)新型抗腫瘤藥物。

SOD（超氧化物歧化酶）是一種金屬蛋白酶（包括Cu-Zn SOD、Mn-SOD、Fe-SOD），它是生物體內(nèi)的一線抗氧化酶，不僅具有調(diào)節(jié)機體氧化還原的作用，同時也是一個腫瘤抑制因子，SOD 模擬化合物可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。Tabassum[5]等人合成并表征了4 種Cu-SOD 模擬化合物：源于香草醛的Schiff 堿Cu 配合物1-4：[CuLH(OAc)(H2O)Y](LH=2-((E)-1,3-二羥基-2-甲基丙烷-2-亞甲胺基)-6-甲氧基苯酚），1：Y=H2O；2：Y=（1,10-鄰二氮雜菲）苯酚，3：Y=tpimH(2,4,5-三苯咪唑)；4：Y=tfbimH(2-(三氟代甲基)苯并咪唑)。他們對其DNA 結(jié)合作用、DNA斷裂作用、擬SOD 作用和抗腫瘤活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)4 種配合物以不同的非共價鍵方式與CT-DNA 結(jié)合，其中2 的SOD 活性和抑癌細(xì)胞能力最強。

3 Schiff 堿金屬配合物抗腫瘤作用的機制

Ma[6]等人對新合成的Schiff 堿Cu(II)配合物（圖2）的抗腫瘤活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)其對人乳腺癌細(xì)胞MCF-7 有生長抑制和細(xì)胞凋亡作用，并揭示了其潛在的抗腫瘤機制。

圖2 Schiff 堿配體及其Cu(II)配合物

實驗結(jié)果及機制分析如下。

MTT 試驗：以順鉑為對照，MTT 試驗結(jié)果表明，該配合物的IC50 在24 h 和48 h 均低于順鉑的IC50，成株試驗的結(jié)果也良好地對應(yīng)于MTT 的測試結(jié)果，表明了這種新合成的Schiff 堿銅配合物具有很強的抗腫瘤活性，其對MGF-7 的殺傷力在一定程度上強于順鉑。

熒光顯微觀察：赫斯特33342 熒光染色和膜聯(lián)蛋白V-FITC/PI 染色實驗表明，受該配合物作用的腫瘤細(xì)胞發(fā)生了核斷裂，該配合物誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡，且具有劑量依賴性。

原子吸收分光光度法：原子吸光儀測試顯示被該銅配合物作用的MCF-7 細(xì)胞內(nèi)發(fā)生了一種時間依賴性的銅攝取增多的現(xiàn)象，同時進行的MTT 測試表明了這種銅攝取與細(xì)胞凋亡有直接關(guān)系。而細(xì)胞凋亡曾被認(rèn)為與活性氧（ROS）的產(chǎn)生和累積有關(guān)，但是銅攝取水平、ROS累積和細(xì)胞凋亡三者之間的進一步關(guān)系還未被清楚闡明。

彗星試驗：結(jié)果表明此配合物使MCF-7 細(xì)胞發(fā)生嚴(yán)重的DNA 斷裂現(xiàn)象。

流式細(xì)胞術(shù)：流式細(xì)胞術(shù)分析表明此配合物對MCF-7 的抗腫瘤作用與細(xì)胞周期停滯有關(guān)。

熒光探針JC-1 檢測：結(jié)果表明，受配合物作用的MCF-7 細(xì)胞線粒體膜電位下降，這是細(xì)胞凋亡早期的一個標(biāo)志性事件，說明配合物抗腫瘤作用機制可能是通過線粒體通路進行的。同時，研究中發(fā)現(xiàn)該配合物能夠上調(diào)凋亡相關(guān)基因-Bax 的表達并激活半胱氨酸蛋白酶9和3（細(xì)胞凋亡蛋白酶9 和3）。

由近年來最新的研究結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，Schiff 堿金屬配合物可以通過DNA 斷裂作用、線粒體通路、上調(diào)細(xì)胞凋亡蛋白酶通路等多維途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。Schiff 堿金屬配合物的抗腫瘤作用機制可能是多維非單一的情況，這也與腫瘤是一種分子網(wǎng)絡(luò)病，其發(fā)病機制多維化相吻合?，F(xiàn)在的腫瘤病因?qū)W研究已認(rèn)為是通路而非單個致病基因誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生。

4 Schiff 堿金屬配合物的優(yōu)勢—對抗多藥耐藥且不良反應(yīng)小

腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥性（MDR）已成為腫瘤治療及抗腫瘤藥物運用的最大障礙，這主要與多藥耐藥相關(guān)蛋白如MRP1、P-糖蛋白（P-gp）的過度表達或谷胱甘肽（GSH）濃度的升高有關(guān)。近年的研究表明，活性氧ROS能夠抑制腫瘤生長，基于ROS 累積選擇性作用于腫瘤細(xì)胞的“氧化治療”方法已有應(yīng)用。

Basu 等人[7]合成并表征了一種能夠分解耗竭GSH且具有氧化還原活性的Schiff 堿，鉀-氮-（2-羥基-3-甲氧基-苯甲醛）-丙氨酸(PHMBA)。用多柔比星耐藥T 淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞、多柔比星敏感T 淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞和艾氏腹水癌細(xì)胞對PHMBA 的細(xì)胞毒性進行了研究，發(fā)現(xiàn)對于耐藥性細(xì)胞和敏感性細(xì)胞都能通過凋亡/壞死通路使其死亡，具有降低腫瘤細(xì)胞GSH 水平和促進ROS 累積的作用。同時也對PHMBA 是否對正常未增生細(xì)胞及正常分裂細(xì)胞有毒性進行了研究，對人外周血單個細(xì)胞（PBMC）、正常老鼠的纖維原細(xì)胞NIH3T3 和chang肝細(xì)胞進行了MTT 測試，發(fā)現(xiàn)并未對其有細(xì)胞毒性作用。另外，他們還發(fā)現(xiàn)PHMBA 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡與氧化應(yīng)激介導(dǎo)線粒體通路相關(guān)。這項研究表明這種Schiff 堿有抗多藥耐藥腫瘤細(xì)胞的作用，且對正常細(xì)胞毒性較小。

近年來，許多Cu 的配合物被報道具有較強的抗腫瘤活性且較鉑類抗腫瘤藥的副作用小。

綜上，Schiff 堿金屬配合物具有潛在的抗多藥耐藥腫瘤細(xì)胞的作用，且對正常細(xì)胞毒性較小，選擇合適的配體和金屬可以合成新型抗耐藥的抗腫瘤藥物。

5 結(jié)語

該文綜述了近年來國內(nèi)、外關(guān)于Schiff 堿金屬配合物抗腫瘤活性的研究進展，揭示了其相關(guān)作用機制，并闡述了其作為新型抗腫瘤藥的優(yōu)勢。參考腫瘤病因?qū)W、分子藥理學(xué)原理，將傳統(tǒng)藥物設(shè)計方法與計算機輔助藥物設(shè)計（CADD）、3D 定量構(gòu)效關(guān)系（3D-QSAR）等現(xiàn)代方法相結(jié)合，對Schiff 堿配體及金屬進行合成、改造、組合和篩選，從而合成具有潛力的新型抗腫瘤藥物，這對腫瘤化療藥的研發(fā)具有重要意義。

[1]Shakir M,Azam M,Ullah MF,et al.Synthesis,spectroscopic and electrochemical studies of N,N-bis [(E)-2-thienylmethylidene]-1,8-naphthalenediamine and its Cu (II) complex：DNA cleavage and generation of superoxide anion[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B：Biology,2011,10(4)：449-456.

[2]Hu GQ,Wang GQ,Duan NN,et al.Design,synthesis and antitumor activities of fluoroquinolone C-3 heterocycles(IV)：striazole Schiff-Mannichbases derived fromofloxacin[J].Acta Pharmaceutica Sinica B,2012,2(3)：312-317.

[3]Kamel MM,Ali HI,Anwar MM,et al.Synthesis,antitumor activity and molecular docking study of novel Sulfonamide-Schiff’s bases,thiazolidinones,benzothiazinones and their C-nucleoside derivatives[J].European Journal of Medicinal Chemistry,2010,4(5)：572-580.

[4]Sathiyaraj S,Butcher RJ,Jayabalakrishnan C.Synthesis,characterization,DNA interaction and in vitro cytotoxicity activities of ruthenium(II) Schiff base complexes[J].Journal of Molecular Structure,2012,10(30)：95-103.

[5]Tabassum S,Amir S,Arjmand F,et al.Mixed-ligand Cu(II)-Vanillin Schiff base complexes;effect of coligands on their DNA binding,DNA cleavage,SOD mimetic and anticancer activity[J].European Journal of Medicinal Chemistry advance online publication,23,August,2012(doi：10.1016/j.ejmech.2012.08.019).

[6]Ma ZY,Qiao X,Xie CZ,et al.Activities of a novel Schiff Base copper (II) complex on growth inhibition and apoptosis induction toward MCF-7 human breast cancer cells via mitochondrial pathway[J].Journal of Inorganic Biochemistry,2012,117(12)：1-9.

[7]Basu S,Ganguly A,Chakraborty P,et al.Targeting the mitochondrial pathway to induce apoptosis/necrosis through ROS by a newly developed Schiff’s base to overcome MDR in cancer[J].Biochimie,2012(94)：166-183.