淺述水溶性Cu卟啉配合物體外抗腫瘤活性研究*

武 彧，劉家成

(1 黔南民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州 都勻 558000；2 西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

卟啉及其衍生物是一類由4個吡咯環(huán)通過次甲基相連而成的具有18電子體系的共軛大分子雜環(huán)化合物。它不僅有獨特的光電性能，而且與特定腫瘤細(xì)胞有較好的親和性，在醫(yī)學(xué)上作為抗癌光敏劑[1-2]。卟啉光敏劑在抗癌光動力療法方面有獨特用途，可以誘導(dǎo)氧破壞許多靶細(xì)胞，精準(zhǔn)定位腫瘤細(xì)胞[34]。隨著深入研究，人們發(fā)現(xiàn)金屬配合物也具有抗癌藥物的生物效果，主要有順鉑類配合物、釕類配合物、多酸化合物、席夫堿配合物、酰腙類配合物等[5-7]。利用卟啉對癌細(xì)胞的精準(zhǔn)定位，把卟啉與金屬配合物基團(tuán)連接起來，這樣更有效的抑制腫瘤細(xì)胞增長[8]。在生物和醫(yī)學(xué)方面發(fā)展的一個主要障礙是水溶解性，通過引入親水取代基，可以很好解決卟啉類抗癌藥物的水溶性[9-11]。

2002年，Lottner C[12]合成了一系列卟啉-順鉑配合物，研究表明抗癌活性最高的是水溶性最好卟啉。其中吡啶基陽離子卟啉[13]，是研究水溶性卟啉抗癌中應(yīng)用最廣泛的一類，吡啶基團(tuán)及其金屬配合物通過與DNA結(jié)合對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生不可逆的損害，干擾基因正常表達(dá)，從而有效抑制腫瘤細(xì)胞增殖?；撬峄鶊F(tuán)也是一類較好的水溶性基團(tuán)[14]，具有較高的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率，對癌細(xì)胞具有殺傷力。

金屬鉑是這些年研究最有效的抗腫瘤金屬離子[15]，隨著新型藥物的開發(fā)，其他無機(jī)金屬離子也被關(guān)注[16]。金屬Cu具有生物活性優(yōu)良、人體生活必須的微量元素等優(yōu)勢，也逐漸進(jìn)入人們研究領(lǐng)域。目前所報道的Cu配合物作用于線粒體中的半光天冬酶或擾亂細(xì)胞周期，使細(xì)胞凋亡[17]，但是其水溶性不好。綜上，結(jié)合水溶性卟啉及金屬Cu配合物等優(yōu)點，本論文重點綜述了本組近些年報道的水溶性酰腙Cu卟啉、水溶性席夫堿Cu卟啉體外抗腫瘤活性研究。

1 水溶性卟啉化合物抗腫瘤研究進(jìn)展

卟啉化合物廣泛存在自然界中，血紅素鐵卟啉參與了生物體內(nèi)很多重要過程。卟啉衍生物由于結(jié)構(gòu)的獨特，使其在生物活性方面得到了廣泛應(yīng)用，尤其是水溶性卟啉化合物在抗腫瘤方面有獨特性能。

近些年水溶性卟啉在抗癌方面的應(yīng)用，主要集中在光動力療法的光敏劑[18]，利用卟啉對癌細(xì)胞的特殊選擇性，更有效抑制惡性腫瘤細(xì)胞的增殖，成為治療惡性腫瘤的一種有效手段。含磺酸基的水溶性卟啉也是一類很好的光敏劑。2019年，Cui等[19]設(shè)計合成了一種以質(zhì)酸為主鏈，磺酸鹽為載體的水溶性梳狀卟啉聚合物(如圖1所示)。該聚合物可作為光動力療法的潛在光敏劑，該光敏劑有較高水溶性、低的暗細(xì)胞毒性、較高的單線態(tài)氧量子產(chǎn)量，對癌細(xì)胞有較強(qiáng)的殺傷作用。

圖1 梳狀卟啉聚合物光敏劑應(yīng)用于光動力治療Fig.1 Comb-like porphyrin polymer for photodynamic therapy

本部分介紹了四種含2-吡啶基陽離子水溶性酰腙卟啉Cu配合物，通過體外抗腫瘤實驗表明，Cu-P4具有對腫瘤細(xì)胞具有更強(qiáng)的親和力，主要是因為Cu-P4分子結(jié)構(gòu)及尺寸較小。從MTT測試結(jié)果表明，卟啉環(huán)對腫瘤細(xì)胞具有選擇性，尤其是Cu-P4表現(xiàn)出較強(qiáng)的毒性，對A549惡性腫瘤細(xì)胞有較強(qiáng)效果，充分證明了Cu-P4光敏劑具有潛在的抗腫瘤活性。

圖2 水溶性金納米粒子用于光動力治療Fig.2 Water-soluble gold nanoparticles for photodynamic therapy

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2 酰腙Cu卟啉配合物體外抗腫瘤研究

含N配體的銅配合物對DNA相互作用能力強(qiáng)，體外抗腫瘤活性高。結(jié)合一些具有抗腫瘤活性的銅配合物，可以調(diào)節(jié)靶向金屬與親油/親水平衡從而改變其溶解度和滲透能力，有效抑制癌細(xì)胞增殖。本章中，介紹了本組設(shè)計合成的四種2-吡啶基陽離子酰腙Cu卟啉配合物[21]，并對其體外抗腫瘤活性研究(如圖3所示)。

2.1 分子結(jié)構(gòu)

圖3 四種銅卟啉配合物分子結(jié)構(gòu)Fig.3 The molecular structures of porphyrin base Cu(II) complexes

2.2 細(xì)胞毒性實驗

本章主要是采用MTT法來分析CuP1～CuP5對腫瘤細(xì)胞的抑制情況，MTT分析法是一種研究細(xì)胞存活的方法。將含不同濃度的培養(yǎng)基分別作用于四個腫瘤細(xì)胞，分別培養(yǎng)24 h，48 h，72 h，如圖6所示。從圖6可以看出，五種卟啉配合物對腫瘤細(xì)胞都有一定的抑制作用。CuP4和CuP5兩種卟啉表現(xiàn)出細(xì)胞毒性較弱，CuP1-CuP3配合物表現(xiàn)出適度的抗腫瘤活性。從圖6可以看出對于A549、H1975(肺癌細(xì)胞)、HepG2(肝癌細(xì)胞)，這三個癌細(xì)胞來說，CuP2的細(xì)胞毒性是最好，尤其是對于H1975細(xì)胞，在72 h，表現(xiàn)最有效，其主要原因歸結(jié)于CuP2結(jié)構(gòu)中咪唑環(huán)的作用，咪唑基團(tuán)由于空間效應(yīng)和富電子性，增加了其生物活性[26]。對于T47D細(xì)胞(人乳腺癌細(xì)胞)來說，CuP1的細(xì)胞毒性是最好的，其原因主要在于CuP1較小的空間結(jié)構(gòu)，但是，這些配合物的細(xì)胞毒性明顯弱于其他三個細(xì)胞，這也充分說明了此系列配合物對癌細(xì)胞的良好選擇性；而CuP4和CuP5對四個細(xì)胞的毒性都很弱，這主要歸結(jié)于其較差的溶解性，但是CuP5得細(xì)胞毒性明顯強(qiáng)于CuP4，主要原因也是姜黃素配體在起作用。

上述介紹了一些水溶性卟啉染料光動力治療方面的應(yīng)用。實質(zhì)上酰腙、席夫堿基團(tuán)也具有特殊的生物活性和較強(qiáng)的配位能力。這類化合物在抗菌、抗結(jié)核、抗炎癥、抗腫瘤等方面具有一定的藥理活性。但是針對于這些基團(tuán)配合物的報道，其水溶性較差，限制了其抗腫瘤方面使用。本課題組結(jié)合上述報道、選擇具有較好生物活性基團(tuán)，設(shè)計合成了一系列水溶性Cu卟啉配合物，并對其體外抗腫瘤活性進(jìn)行研究。

本實驗中采用MTT法測試了四種配合物對肺癌細(xì)胞(A549)，肝癌細(xì)胞(HepG2)和正常乳腺細(xì)胞(Hs 578Bst)存活率的影響。將三種細(xì)胞置于不同濃度的四種卟啉配合物培養(yǎng)基中分別培養(yǎng)24 h，48 h，72 h，如圖4所示。從圖4可以看出四種配合物對兩種癌細(xì)胞有明顯的抑制作用，而對正常乳腺細(xì)胞呈現(xiàn)很弱的細(xì)胞毒性，這充分表明卟啉大環(huán)對癌細(xì)胞的選擇性[22]。四種不同卟啉配合物對癌細(xì)胞作用具有不同的增殖活性更主要是連接酰腙基團(tuán)的配體不同，Cu-P1和Cu-P2對細(xì)胞毒性的影響可能是取代基-OCH3，而另外兩種卟啉可能是配位模式不同以及末端原子Cl和H2O分子的作用[23]。此外，從圖4可以看出，Cu-P4具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，尤其是A549細(xì)胞作用72 h時，表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，這主要是Cu-P4卟啉分子尺寸結(jié)合外圍離去基團(tuán)的作用。

圖4 不同時間，不同劑量下，化合物對A549和HepG2細(xì)胞存活率的影響Fig.4 The influence of the cell survival of Complexes towards A549 and HepG2 cell lines in different cultivated time and diverse doses

2.3 小 結(jié)

2017年María E. Alea-Reyes等[20]報道了兩親性吡啶基團(tuán)構(gòu)建金屬鋅水溶性卟啉融入金納米粒子用于光動力治療(如圖2所示)。該納米粒子具有高的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率，并對其細(xì)胞毒性和光毒性進(jìn)行研究。

席夫堿具有非常高的生物活性，當(dāng)與金屬Cu配位后，隨著大π體系變大，配合物穿透細(xì)胞能力也變強(qiáng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了席夫堿配合物的生物活性[24]。水溶性卟啉與席夫堿配合物共軛結(jié)合，作用腫瘤細(xì)胞會起到很好的作用。本章中，介紹了本組設(shè)計合成的五種席夫堿Cu水溶性卟啉配合物[25]，并對其體外抗腫瘤活性研究(如圖5所示)。

3 席夫堿Cu卟啉配合物體外抗腫瘤研究

我縣在綠化模式（樹種）選擇上，總的思路是突出綠化特色、注重綠化效果、突出綠化美化、落實"一街一景"理念，注重立體配置、喬灌結(jié)合、色彩繽紛，優(yōu)選綠化樹種模式。多年的綠化實踐，形成了以下6種樹種配置模式。

3.1 分子結(jié)構(gòu)

圖5 五種銅卟啉配合物分子結(jié)構(gòu)Fig.5 The molecular structures of porphyrin base Cu(II) complexes

3.2 細(xì)胞毒性實驗

噻唑蘭是一種接受氫離子的染料，簡稱MTT。MTT為黃色化合物，可透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，作用于活細(xì)胞線粒體中的呼吸鏈。在琥珀酸脫氫酶和細(xì)胞色素C的作用下四唑環(huán)(Tetrazolium)環(huán)開裂，生成水不溶性的藍(lán)紫色甲瓚(Formazan)結(jié)晶，并沉積在細(xì)胞中。

總之，作為我們現(xiàn)一代交通工程技術(shù)人員有責(zé)任也有義務(wù)通過艱苦努力積極探索改善鉆孔灌注樁質(zhì)量缺陷處理的新技術(shù)，新方法，在以后的交通工程建設(shè)中得到有效的發(fā)揮，為以后的橋梁工程建設(shè)作一份貢獻(xiàn)。

圖6 不同劑量下，化合物對A549、H1975、HepG2、T47D和Hs 578Bst細(xì)胞72 h存活率的影響Fig.6 Comparison of anticancer activity of complexes CuP1-CuP5 against A549 cells, H1975 cells, HepG2 cells, T47D and Hs 578Bst cells, after 72 h

3.3 小 結(jié)

本部分介紹了五種水溶性丙酮席夫堿卟啉Cu配合物，通過體外抗腫瘤實驗表明，細(xì)胞毒性大小順序為CuP2>CuP1>CuP3>CuP5>CuP4，充分說明CuP2細(xì)胞毒性最強(qiáng)。另外，席夫堿配體與銅離子結(jié)合配位后顯著提高了其抗腫瘤活性，也說明了不同配合物卟啉對不同癌細(xì)胞具有選擇性，這主要是由配合物空間構(gòu)型所決定。

觀察組35μg/kg舒芬太尼聯(lián)合麻醉0.2μg/kg瑞芬太尼,0.2-0.3mg/kg依托咪酯,0.1mg/kg順阿曲庫銨,微泵連續(xù)靜脈麻醉維持。2μg/(kg·h)舒芬太尼和0.06~0.20mg/(kg·min)丙泊酚。

4 結(jié) 語

水溶性Cu卟啉配合物是有效的一類抗腫瘤光敏劑，研究結(jié)果證明卟啉環(huán)外取代基團(tuán)和配合物的空間效應(yīng)，直接影響著化合物的水溶性以及配合物的抗腫瘤效果。通過研究表明，此類化合物在抗腫瘤方面有一定的潛在應(yīng)用。但是由于金屬Cu熒光很弱，難以對亞細(xì)胞定位及熒光成像，因此本課題組后期工作中可以通過優(yōu)化卟啉分子結(jié)構(gòu)，選擇不同金屬進(jìn)行配位，將水溶性卟啉配合物的優(yōu)良光學(xué)性能與對惡性腫瘤的富集有效結(jié)合起來，從而將化學(xué)治療與熒光成像結(jié)合起來，更加提高治療惡性腫瘤的手段。