嵌入性金屬抗癌劑的進(jìn)展

喻 欣

（江漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430056）

1960年代，發(fā)現(xiàn)順鉑通過DNA交聯(lián)作用，治療卵巢癌、睪丸癌、肺癌和乳腺癌等多種癌癥；但其劑量相關(guān)的腎、神經(jīng)、耳毒性及抗藥性（獲得性或天然的）限制了它的應(yīng)用[1]。在隨后的開發(fā)鉑類化合物中，由于不良反應(yīng)和耐藥性的改善，卡鉑和奧沙利鉑獲準(zhǔn)進(jìn)入臨床，但它們的抗癌活性沒有顯著增加。主要原因是卡鉑、奧沙利鉑、順鉑作用機(jī)制具有相似構(gòu)效關(guān)系。以順鉑為例，Pt2+復(fù)合物含胺配體，在水合作用下解離；細(xì)胞內(nèi)，氯被水取代，分子的親電子性增加，結(jié)合親核性核酸，并形成以共價鍵結(jié)合的單官能團(tuán)或雙官能團(tuán)的加合物，DNA出現(xiàn)鏈內(nèi)交聯(lián)，細(xì)胞凋亡。

目前改良的方法是，將金屬配合物嵌入DNA相鄰的兩個堿基對之間，由于此處電子少、平面芳香環(huán)多，藥物可以π-π堆積或偶極-偶極相互作用，與DNA形成非共價鍵結(jié)合的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；DNA松弛并拉伸，最終引起細(xì)胞凋亡。過渡金屬具有廣泛多樣的空間構(gòu)型、配體以及嵌入的數(shù)目，因此在過去幾十年里，出現(xiàn)了大量過渡金屬嵌合物[2]（表1）。由于過渡金屬內(nèi)在特性不同，嵌入配體的結(jié)合特性可以有很大區(qū)別。卟啉鎳可嵌入DNA，而卟啉鋅由于軸向水配體的存在則無法嵌入。本文選擇過去三年間細(xì)胞毒性較高的過渡金屬嵌合物，介紹它們的進(jìn)展[3]。

表1 過渡金屬嵌合物的結(jié)構(gòu)與特性

1 鉑類配合物

目前鉑嵌合物中抗癌活性較高的是[Pt（HL）（AL）]2+。HL為雜環(huán)嵌入配體，包括雙吡啶喹喔啉（dpq）、2，3-二甲基-dpq、苯、5，6-二甲基-苯、2，2'-聯(lián)吡啶（bpy）或4，4'-二甲基-bpy。AL是一個雙齒輔助配體，如S、S或R，R-1，2-二氨基環(huán)己烷（dach）。

光譜、質(zhì)譜及等溫滴定量熱法測定發(fā)現(xiàn)，鉑配合物（PCs）與DNA的親和力在104～106/mol，可選擇性嵌入GC之間，產(chǎn)生的細(xì)胞毒性高于順鉑及其類似物（在nmol濃度）。一般而言（如Pt5、Pt1），DNA的親和力與細(xì)胞毒性正相關(guān)，AL的空間構(gòu)象是影響因素，如S、S-dach（Pt1和Pt3）的細(xì)胞毒性比R、R dach（Pt1'和Pt3'）高。

Pt2對細(xì)胞系的活性比順鉑高160倍（表2），轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)其對酵母菌胞內(nèi)信號分子途徑的調(diào)節(jié)有明顯不同于順鉑。①引起硫同化途徑下調(diào)；由于這條途徑中硫氧還蛋白和谷胱甘肽沒有增加，可能將減少鉑類化合物的耐藥性。②鐵和銅的轉(zhuǎn)運蛋白大量增加，增強(qiáng)細(xì)胞毒性。

上述鉑嵌合物在體內(nèi)的活性有很大差異性。Pt2體外活性高，但不能抑制BD-IX大鼠腹膜種植的結(jié)腸癌細(xì)胞的生長，且可以引起腎毒性。而對移植人前列腺癌的裸鼠，Pt1的抗癌作用與順鉑作用相當(dāng)，且毒性較低。

由N-[2-（氨吖啶-9-基氨基）乙基]-N-甲基乙脒組成鉑抗癌物（圖1），其配合物具有獨特的細(xì)胞毒性，對非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）細(xì)胞株，Pt7（圖1）的IC50為5～40 nmol。其作用機(jī)制與DNA嵌入和無功能性的加合物形成有關(guān)。這種加合物對DNA的破壞性比順鉑更大：吖啶基團(tuán)嵌入DNA，而鉑則與鄰近DNA形成加合物，復(fù)制叉停滯或DNA雙鏈的斷裂，DNA及RNA聚合酶Ⅱ被抑制，抗癌作用明顯優(yōu)于順鉑。

表2 Pt1-6和Pt1'-6'的細(xì)胞毒作用，以IC50（μmol）表示。IC50為72 h抑制50%細(xì)胞生長時的藥物濃度（L1210：小鼠白血病細(xì)胞株；Du145：人前列腺癌細(xì)胞株；A2780：人類卵巢癌細(xì)胞株）（±s）

表2 Pt1-6和Pt1'-6'的細(xì)胞毒作用，以IC50（μmol）表示。IC50為72 h抑制50%細(xì)胞生長時的藥物濃度（L1210：小鼠白血病細(xì)胞株；Du145：人前列腺癌細(xì)胞株；A2780：人類卵巢癌細(xì)胞株）（±s）

注：[a]引用值，.n.d=不確定

Pt1 0.1±0.01 0.08±0.05 0.27±0.03 Pt1' 1.5±0.1 0.79±0.08 2.7±0.07 Pt2 0.009±0.002 0.007±0.002 0.03±0.004 Pt2' 0.46±0.01 0.41±0.04 1.1±0.1 Pt3 0.19±0.01 0.44±0.06 2±0.1 Pt3’ 0.8±0.2 2.7±0.2 6.5±0.3 Pt4 1.3±0.4 2.2±0.1 3.7±0.4 Pt4’ 6±2 3±1 2±0.1 Pt5 0.6±0.2 1.3±0.4 2.6±0.2 Pt5’ 5.5±0.1 n.d n.d Pt6 0.36±0.02 0.12±0.03 1.1±0.3 Pt6' 1.8±0 1.5±0.03 5.6±0.5順鉑 0.35-1[a] 1.2±0.1 1±0.1卡鉑 n.d 2.9±0.4 0.16±0.0奧沙利鉑 n.d 15±1 9±3

鉑-吖啶類物的體外細(xì)胞毒性較強(qiáng)，而體內(nèi)實驗（NCI H460移植瘤小鼠）發(fā)現(xiàn)，其在正常組織中的含量高于癌組織，可引發(fā)肝毒性或腎毒性。因此用苯吖啶作為配體嵌入，以增加其體積和疏水性（圖1，Pt8）。Pt8的細(xì)胞毒性略小于Pt7（120～520 mmol）。

由6-苯基-2，2'-聯(lián)吡啶構(gòu)成的可發(fā)光的環(huán)鉑化合物Pt9（圖1）也具有抗癌活性。Pt9（圖1）可通過嵌入DNA形成激基復(fù)合物。體外測試表明，Pt9對口腔表皮癌（KB）和神經(jīng)母細(xì)胞瘤（SH-5YSY）的IC50值分別為0.009和0.010 μmol。主要抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶-DNA復(fù)合物。在植入NCI 460細(xì)胞株的裸鼠實驗中，該藥物可抑制60%腫瘤生長而沒有不良反應(yīng)。

光照激活鉑卟啉Pt10（圖1），可選擇性定位于核內(nèi)，發(fā)揮雙重抗癌作用：嵌入DNA以及通過共價鍵結(jié)合DNA。無光照情況下，Pt10不引起DNA損傷；照射情況下（如420 nm，6.95 J/cm2），DNA出現(xiàn)斷裂。對耐順鉑的人卵巢癌細(xì)胞株，Pt10的IC50值為0.019 μmol。

圖1 Pt 7-10的結(jié)構(gòu)

2 銅配合物

銅具有天然的生物利用度，癌組織增加攝取并可抑制新生血管，因而可表現(xiàn)出明顯的抗癌活性（已有銅制劑進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗）。銅配合物的細(xì)胞毒作用是氧依賴性的，它嵌入DNA中并使之?dāng)嗔?；與相似的起始劑反應(yīng)，但可以形成結(jié)構(gòu)完全不同的物質(zhì)。銅核酸酶[Cu（phen）2]2+可以轉(zhuǎn)變成為[Cu（phen）（L）]（圖2），進(jìn)入DNA的大溝及小溝。Cu2和Cu3（圖2）對循環(huán)腫瘤DNA的親和力約為3×107mol，是Cu1的60倍，三者均可截斷質(zhì)粒DNA，發(fā)揮抗SKOV3人類癌細(xì)胞的作用。

銅核酸酶還有[Cu（4phterpy）（L）2]或[Cu（4phterpy）（L）（H2O）2]（L）（圖2）。它們對HCT116腸癌細(xì)胞和HepG2肝癌細(xì)胞有毒性作用，但對正常成纖維細(xì)胞毒性較低。所有銅配合物均可與DNA嵌合（結(jié)合常數(shù)為105～10-6/mol），水解質(zhì)粒DNA。Cu9（圖2）的抗癌作用還與caspase-3和銅轉(zhuǎn)運蛋白的攝取增加有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)在苯甲酸鄰位上的羥基在DNA的斷裂中發(fā)揮重要作用。

銅縮氨基脲絡(luò)合物包括：[Cu（Bp4mT）（μ-Cl）]2（Cu10），[Cu（μ-Bp4mT）Br]2（Cu11）（圖2），[Cu（HBpT）Cl]（Cu12）和[Cu（HBpT）Br]（Cu13）（Bp4mT=2-苯甲?；拎?4-甲基丙酮縮氨基硫脲；HBpT=2-苯并吡啶丙酮縮氨基硫脲）。銅配合物對HeLa、HepG2和nci-h460細(xì)胞的活性至少比順鉑高10倍，IC50值為（0.08±0.01）μmol。雙核配合物Cu10和Cu11的活性是單核Cu12和Cu13的2倍。這些物質(zhì)均可嵌入DNA并使之?dāng)嗔?，此外它們的抗癌作用與羥自由基和激發(fā)態(tài)氧分子也有關(guān)。

圖2 Cu 1-11的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3 其他金屬配合物

金配合物在藥物化學(xué)領(lǐng)域一直比較活躍，喹喔啉環(huán)金配合物，可促進(jìn)DNA嵌入，表現(xiàn)出細(xì)胞毒活性[Au（12，13，14，15-四氫-6，9：18，21-環(huán)亞胺[1，6]二氮雜環(huán)十八基[12，13-b]喹喔啉）]+（Au1）對人類細(xì)胞白血病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤有細(xì)胞毒作用（mmol濃度）且在較高劑量時，裸鼠耐受性良好。研究表明Au1通過結(jié)合于DNA，抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶1。此外，金原子通過N-雜環(huán)卡賓與1，8-萘酰亞胺相連形成的配合物具有雙重抗癌活性：DNA嵌合作用和抑制硫氧還蛋白還原酶的活性；對HT-29和MCF-7細(xì)胞株均表現(xiàn)出抗癌活性（mmol濃度）。

鎳和鋅也可作為DNA核酸酶。鋅的配合物[Zn（bpbp）2]2+（bpbp=2，6-雙（1-苯基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）吡啶），在mmol濃度即表現(xiàn)出對各細(xì)胞系的活性，對mcf-7細(xì)胞的IC50為（2.9±0.3）μmol；該配合物嵌入DNA后使之?dāng)嗔?，并使磷酸化的p53基因增加，引起細(xì)胞凋亡。另一種鋅配合物5-溴-8-羥基喹啉對BEL-7404和T-24的活性比順鉑高，可誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯在細(xì)胞的G2階段。一系列的鎳異搏定縮氨基硫脲配合物亦可嵌入DNA，裂解99.8%的質(zhì)粒[Ni（L）2]（L=（Z）-2-（1-芐基2-氧化吲哚-3-亞甲基）-N-甲基氨基硫脲）對MCF7細(xì)胞有高度活性，IC50值的＜ 0.1 μmol。在H2O2存在時，鎳配合物也可通過激發(fā)態(tài)氧分子等方式裂解質(zhì)粒DNA。

鐵（Fe2+/Fe3+）是紅細(xì)胞合成、電子傳遞以及DNA合成必需的元素，F(xiàn)e形成的配合物也是抗癌劑。二茂鐵與他莫昔芬結(jié)合（Fe1），對人結(jié)腸癌（HCT-8）和急性早幼粒細(xì)胞白血?。℉L-60）有細(xì)胞毒性作用，IC50值分別是0.9和1.04 μmol，但對猴的非癌性腎小球基底膜（GBM）細(xì)胞沒有毒性。研究提示Fe1與雙鏈DNA和單鏈DNA嵌入式結(jié)合，可使caspases3/7活化，磷脂酰絲氨酸活化，最終導(dǎo)致DNA碎片增加。

4 結(jié) 語

在過去的50年中，金屬配合物是具有潛力的抗癌新藥，1970年代，開始研究過渡金屬的抗癌物。鉑配合物在nmol濃度，即可嵌入DNA殺死癌細(xì)胞，發(fā)揮體內(nèi)的抑瘤作用。銅的配位化合物均可以嵌入并切斷DNA。鎳和鋅也能發(fā)揮DNA核酸酶功能。金與鐵的配位化合物嵌入后，可通過不同的機(jī)制產(chǎn)生殺瘤作用。未來，由于過渡金屬可能通過配體與特異性腫瘤的結(jié)合，擴(kuò)大抗瘤譜，為臨床提供更有效安全的化療方案。

參考文獻(xiàn)

[1] Cepeda V,Fuertes MA,Castilla J,et al.Biochemical mechanisms of cisplatin cytotoxicity[J]..Anti-Cancer Agents Med Chem,2007,7(1):3–18.

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