靶向G-四鏈體的抗腫瘤分子研究進(jìn)展

王 悅，孟 桐，延 輝，王志國(guó)

(1. 聊城大學(xué) 藥學(xué)院，山東 聊城 252059；2. 杭州師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)部，浙江 杭州 311121)

0 引言

癌癥是世界第二大致死性疾病，最新的全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明2020年有近1000萬(wàn)患者死于癌癥[1]。近年來(lái)，針對(duì)癌癥的免疫治療和靶向治療取得了突破性進(jìn)展[2]，遺傳和表觀遺傳異常以及腫瘤細(xì)胞中促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的致癌基因的鑒定更是為分子靶向療法提供了重要的理論依據(jù)[3]，但是仍有大量癌癥患者飽受病痛折磨，新型抗腫瘤策略和抑癌藥物的研發(fā)仍是癌癥治療領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的核酸結(jié)構(gòu)能夠干預(yù)惡性腫瘤轉(zhuǎn)化和癌癥發(fā)展，這種新型核酸結(jié)構(gòu)被稱為G-四鏈體(G4)[4]。

G4是由富含鳥(niǎo)嘌呤的DNA或RNA序列形成的非標(biāo)準(zhǔn)核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)，多位于端粒DNA末端和癌基因的啟動(dòng)子區(qū)域。端粒是真核細(xì)胞線狀染色體末端的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，復(fù)合體中的端粒酶可以催化延長(zhǎng)端粒。正常體細(xì)胞中檢測(cè)不到端粒酶活性[7]，端粒會(huì)隨著細(xì)胞分裂而縮短，當(dāng)端粒在正常細(xì)胞(非干細(xì)胞)中變得非常短時(shí)，會(huì)誘發(fā)DNA損傷反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[5]。然而，大約80%-85%的癌細(xì)胞中端粒酶被過(guò)度激活[6]，使得癌細(xì)胞能夠在不縮短端粒長(zhǎng)度的情況下進(jìn)行復(fù)制并在適宜的條件下無(wú)限增殖。體內(nèi)和體外研究發(fā)現(xiàn)端粒G4可以抑制腫瘤細(xì)胞中端粒酶的活性，并進(jìn)一步誘導(dǎo)產(chǎn)生端粒DNA損傷、染色體末端融合和細(xì)胞凋亡，而正常體細(xì)胞則不受影響[8]。因此，開(kāi)發(fā)具有誘導(dǎo)端粒G4結(jié)構(gòu)形成和穩(wěn)定G4結(jié)構(gòu)功能的小分子配體是抗腫瘤治療的新策略。

除端粒G4外，c-MYC、c-KIT等癌基因的啟動(dòng)子區(qū)域也可由鳥(niǎo)嘌呤富集序列形成G4結(jié)構(gòu)[9,10]。研究發(fā)現(xiàn)，c-MYC和c-KITG4結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定能夠抑制癌基因的表達(dá)，從而抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[11,12]。因此，癌基因啟動(dòng)子區(qū)域的G4也是重要的抗腫瘤靶點(diǎn)，亟待關(guān)注。

金屬離子在G4結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用，但是人體內(nèi)的金屬離子如K+、Na+等不足以抗衡解旋酶如G4R1對(duì)G4的解旋作用[13]，導(dǎo)致端粒酶的活性不能被充分抑制。所以，大量研究通過(guò)設(shè)計(jì)不同類型的小分子配體靶向結(jié)合并穩(wěn)定G4結(jié)構(gòu)來(lái)抑制癌細(xì)胞端粒酶活性、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。本文匯總了近五年來(lái)報(bào)道的G4靶向性小分子穩(wěn)定劑，系統(tǒng)分析其與G4的相互作用機(jī)制及結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，對(duì)新型抗腫瘤藥物的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1 G-四鏈體的結(jié)構(gòu)

在K+、Na+等金屬離子存在的條件下，富含鳥(niǎo)嘌呤的DNA和RNA序列通過(guò)折疊形成G4結(jié)構(gòu)。G4結(jié)構(gòu)中四個(gè)鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成共平面的G-四分體結(jié)構(gòu)(圖1(a))，G-四分體進(jìn)一步通過(guò)π-π堆積作用形成非標(biāo)準(zhǔn)的核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)G4[8]。除單價(jià)金屬離子外，研究發(fā)現(xiàn)二價(jià)金屬離子如Pb2+、Zn2+等也能夠穩(wěn)定G4結(jié)構(gòu)[14,15]。

從結(jié)構(gòu)上看，G4由多層堆疊的G-四分體剛性G-stem、柔性loop結(jié)構(gòu)以及中心金屬離子構(gòu)成[16]。根據(jù)loop鏈取向可以將G4分為以下三類：(1)四條鏈取向一致，稱為平行構(gòu)象G4[17](圖1(b))；(2)兩條鏈取向一致并與另外兩條鏈取向相反，稱為反平行構(gòu)象G4[18](圖1(c))；(3)三條鏈取向一致而第四條鏈取向相反，稱為雜合構(gòu)象[19](圖1(d))。

2 靶向G-四鏈體的小分子配體

2.1 蒽醌類化合物

早在二十世紀(jì)六十年代研究人員就發(fā)現(xiàn)蒽環(huán)類抗生素有抗腫瘤活性，并于1978年首次合成蒽二醌類化合物米托蒽醌(MTX)[20](圖 2(a))，但未能明確其抗癌機(jī)制。2018年Sweta等人[21]通過(guò)熒光、1H/31P 核磁共振波譜和約束分子動(dòng)力學(xué)方法闡明了MTX與端粒G4之間的相互作用，并且確定了MTX結(jié)合于端粒G4的loop凹槽而不是以末端堆積的方式結(jié)合于G-四分體外側(cè)。由于DNA雙螺旋和G4中的溝槽結(jié)構(gòu)有明顯差異，因此MTX與端粒G4的結(jié)合是特異性的，二者相互作用的揭示對(duì)新型特異性蒽醌衍生物的設(shè)計(jì)具有重要意義。

1997年Sun等人[22]首次報(bào)道了對(duì)人端粒酶起抑制作用的蒽醌類化合物2,6-diamidoanthraquinone (1) (圖 2(b))，該化合物選擇性作用于端粒G4而非雙鏈DNA。化合物1中的蒽醌發(fā)色團(tuán)是蒽環(huán)類抗生素的重要結(jié)構(gòu)特征，蒽環(huán)類藥物的抗癌效果顯著，但副作用(心臟毒性)大，需進(jìn)一步改進(jìn)。 Awasthi等人[23]在蒽醌發(fā)色團(tuán)的側(cè)鏈上引入了1-取代黃酰胺基團(tuán)和各種氨基酸類取代基。MCF-7、PC-3和Hela癌細(xì)胞株實(shí)驗(yàn)以及抗菌和抗氧化活性檢測(cè)表明，與MTX相比,新合成的1-取代分子在細(xì)胞水平上促進(jìn)了與端粒G4的結(jié)合，其中1-[1-oxo-2-(benzosulfonamide)-ethylamido]-anthracene-9,10-dione(S4，圖2(c))表現(xiàn)出比MTX更好的抗腫瘤活性。研究發(fā)現(xiàn)，S4分子側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)是其抗癌活性改善的關(guān)鍵因素[23]。

圖2 蒽醌類化合物

2.2 吖啶類化合物

惡性腫瘤常發(fā)KRAS突變，調(diào)節(jié)KRAS蛋白表達(dá)的方法之一是靶向穩(wěn)定其啟動(dòng)子區(qū)域的G4結(jié)構(gòu)。Carvalho等人報(bào)道了新型吖啶橙(AO)類KRAS G4穩(wěn)定劑(圖 3(a))，體外實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究表明AO衍生物能與KRAS G4形成穩(wěn)定結(jié)合[24]。

Guo等人[25]針對(duì)c-KITG4設(shè)計(jì)合成了一系列7-substituted-5,6-dihydrobenzo[c]吖啶衍生物(圖 3(b))，體外檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該系列衍生物可以有效地結(jié)合并穩(wěn)定c-KITG4，并且對(duì)雙鏈DNA具有良好的選擇性。針對(duì)人白血病細(xì)胞K562、肺腺癌細(xì)胞株A549、宮頸癌細(xì)胞(Hela)系以及人正常BJ細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的非甲基化衍生物對(duì)于癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性較強(qiáng)，而對(duì)于人正常細(xì)胞的抑制作用相對(duì)較弱，表明化合物對(duì)癌細(xì)胞的靶向選擇性。其中，化合物N1-(2,3-dimethoxy-5,6-dihydrobenzo[c]acridin-7-yl)-N3,N3-diethylpropane-1,3-diamine(2b，圖3(b))對(duì)Hela細(xì)胞的抑制作用最強(qiáng)，對(duì)另外兩種癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性較弱，特別是對(duì)于人正常細(xì)胞的細(xì)胞毒性最弱。

Paluszkiewicz等人[26]開(kāi)發(fā)合成了36種新型非對(duì)稱雙吖啶衍生物(UAs)(圖3(c))，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明這些化合物對(duì)于幾種腫瘤細(xì)胞系如結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌具有高效抑制作用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中UAs對(duì)實(shí)體瘤同樣表現(xiàn)出很高的抗腫瘤活性。作用機(jī)制研究表明雙吖啶衍生物選擇性靶向G4結(jié)構(gòu)而非雙鏈DNA。UAs與c-MYCG4的構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，藥物-c-MYCG4復(fù)合物的熱穩(wěn)定性不僅取決于雜環(huán)的結(jié)構(gòu)，還取決于單體連接物二烷基氨基鏈的性質(zhì)。

中山大學(xué)王國(guó)濤等人[27]合成了28種新的雙吖啶衍生物并評(píng)估了它們與c-MYCG4以及i-基序的結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)N1,N1′-(Ethane-1,2-diyl)bis(N3-(2,7-dimethylacridin-9-yl)-propane-1,3-diamine)(a9，圖 3(d))可以結(jié)合并穩(wěn)定G4和i-基序，導(dǎo)致c-MYC基因轉(zhuǎn)錄下調(diào)，進(jìn)而抑制癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)SiHa細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡。研究揭示了a9作為G4和i-基序結(jié)構(gòu)配體在調(diào)控致癌基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄方面的雙重作用，表明a9可以作為研發(fā)高特異性抗癌藥物的先導(dǎo)化合物。

圖3 吖啶類化合物

2.3 黃酮及類黃酮化合物

槲皮素是一種具有抗癌活性的天然黃酮類化合物，但是水溶性較差、酶降解速率快、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)限制了藥用價(jià)值[28]?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^(guò)對(duì)槲皮素的碳環(huán)羥基等進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，以求獲取抗癌活性和生物利用度更高的槲皮素衍生物，以用于癌癥的臨床治療[29,30]。

Tawani等人[31]研究了人類c-MYCG4 DNA與九種代表性類黃酮化合物(木犀草素、槲皮素、蘆丁、染料木黃酮、山奈酚、葛根素、橙皮苷、楊梅素和大豆苷元)的相互作用(圖 4)，熒光滴定實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)槲皮素與c-MYCG4的Pu24T序列具有最高親和力，NMR研究發(fā)現(xiàn)槲皮素主要堆疊在Pu24T G4的5’和3’端，并通過(guò)π-π堆積作用使二者穩(wěn)定結(jié)合。應(yīng)用MTT法測(cè)定槲皮素對(duì)HeLa細(xì)胞以及正常細(xì)胞株的細(xì)胞毒性。研究發(fā)現(xiàn)槲皮素誘導(dǎo)c-MYC基因表達(dá)下調(diào)和細(xì)胞凋亡，其抑制HeLa細(xì)胞生長(zhǎng)的IC50值為4.0 μm。該研究揭示了類黃酮通過(guò)選擇性靶向c-MYC啟動(dòng)子區(qū)域G4抑制腫瘤細(xì)胞復(fù)制的功能，表明其可以作為潛在的抗癌藥物進(jìn)行深入研究。

圖4 黃酮及類黃酮化合物

2.4 卟啉類化合物

四(N-甲基吡啶-2-基)卟啉TMPyP4(圖5(a))是活性較高且研究較多的陽(yáng)離子型卟啉化合物，其主要通過(guò)外部堆疊的方式穩(wěn)定端粒G4并特異性抑制MCF7細(xì)胞端粒酶活性[32,33]。Ruan等人[34]合成了一系列總電荷低于TMPyP4的具有不同側(cè)鏈的TMPyP4類似物，并通過(guò)FRET(熒光共振能量轉(zhuǎn)移)熔融、紫外線滴定、圓二色譜等研究發(fā)現(xiàn)帶有三個(gè)正電荷的4P3(圖5(b))可能是比TMPyP4更好的端粒G4穩(wěn)定劑配體。隨后，王志國(guó)等人[35]通過(guò)分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)研究揭示了該類陽(yáng)離子型卟啉化合物與人端粒G4結(jié)合時(shí)電荷數(shù)量和結(jié)合強(qiáng)度之間的定量關(guān)系，為后續(xù)G4模擬靶向的藥物設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了指導(dǎo)。

Perenon等人[36]利用表面等離子共振技術(shù)(SPR)研究了N-methyl mesoporphyrin IX (NMM，圖5(c))與不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)G4之間的相互作用，揭示了NMM對(duì)平行結(jié)構(gòu)G4的高選擇性，其解離常數(shù)比其他G4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)至少低10倍，并且NMM還具有將G4構(gòu)象從混合拓?fù)湟约胺雌叫型負(fù)滢D(zhuǎn)變?yōu)槠叫型負(fù)錁?gòu)象的能力。NMM主要通過(guò)N-甲基定位以π-π堆積方式作用于平行G4的底層G-四分體，但在混合結(jié)構(gòu)或反平行結(jié)構(gòu)中，末端G-四分體被loop結(jié)構(gòu)部分遮蔽所形成的空間位組效應(yīng)阻礙NMM與G4的有效結(jié)合[37]。

近期研究發(fā)現(xiàn)c-MYCG4結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與pH密切相關(guān)[38,39]。在中性pH和25-37 ℃條件下，由Watson-Crick氫鍵穩(wěn)定的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙c-MYCG4的形成。Navarro等人[40]對(duì)卟啉配體與SMARCA4基因啟動(dòng)子區(qū)域附近G4結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，在中性或酸性pH下雙鏈DNA不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的DNA序列易形成G4和i-基序。此外，在中性pH下TMPyP4對(duì)SMARCA4序列形成的G4結(jié)構(gòu)具有潛在的穩(wěn)定作用，但是在由SMG01:SMC01形成的DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中，TMPyP4的添加幾乎不會(huì)誘導(dǎo)c-MYCG4結(jié)構(gòu)的形成[41]。由于TMPyP4與雙鏈DNA的高水平結(jié)合易對(duì)正常細(xì)胞和組織產(chǎn)生副作用，其作為先導(dǎo)分子的使用受到限制。為了減少與dsDNA的相互作用，Chilakamarthi等人[42]合成了TMPyP4類似物5Me(圖 5(d))，癌細(xì)胞系的體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明，5Me具有與TMPyP4相當(dāng)?shù)囊种瓢┘?xì)胞生長(zhǎng)的作用，同時(shí)對(duì)正常細(xì)胞的毒性較小。此外，在光照下5Me比TMPyP4能更有效的抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)。

在TMPyP4中心引入金屬離子如Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)等能夠改變其電子結(jié)構(gòu)并調(diào)整其結(jié)合端粒G4以及抑制端粒酶的能力[43-45]。Sabharwal等人[46]應(yīng)用紫外、熒光、圓二色譜、FRET和SPR方法研究了PtTMPyP4和PdTMPyP4(圖5(e))兩種卟啉類金屬絡(luò)合物與不同構(gòu)象的人端粒DNA Tel22 G4及癌基因啟動(dòng)子G4之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)PtTMPyP4和PdTMPyP4具有相似的結(jié)合特性且其結(jié)合能力及結(jié)合穩(wěn)定性均高于TMPyP4，此發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解金屬離子在小分子配體和G4結(jié)合中的作用具有重要意義。

圖5 卟啉類化合物

2.5 吲哚類衍生物

自1990年吲哚類化合物l-[[(Dialkylamino)alkyl]amino]-4-methyl-5Jf-pyrido[4,3-b]benzo[e]-and-benzo[g])indoles對(duì)白血病小鼠腫瘤細(xì)胞和實(shí)體瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用被發(fā)現(xiàn)以來(lái)[47]， 此化合物在pyrido-[4,3-6]indoles和e-位上的苯并環(huán)丁烯酮及稠合苯并環(huán)修飾均被證實(shí)具有更好的抗腫瘤作用。化合物1-[[3-(dimethylamino)propyl]amino]-9-hydroxy-4-methyl-5/i-pyrido[4,3-6]benzo[e]indole(14c)[47]被認(rèn)為是最有希望的吲哚類抗腫瘤化合物(圖6 (a))。Nagesh等人[48]研究發(fā)現(xiàn)二氫吲哚并吲哚衍生物可以選擇性穩(wěn)定人癌細(xì)胞中的c-MYCG4，并下調(diào)c-MYC的表達(dá)，如化合物4-cyanophenyl derivative (DHII-4CPh)(圖 6(b))表現(xiàn)出明顯的針對(duì)c-MYCG4的穩(wěn)定作用和抗癌活性。

越來(lái)越多的吲哚類衍生物被發(fā)現(xiàn)通過(guò)穩(wěn)定G4結(jié)構(gòu)表達(dá)其生物活性。Prasad等人[49]合成了一系列在結(jié)構(gòu)上類似但靈活性不同的柔性(scaffold 1,圖 6(c))和剛性(scaffold 2, 圖 6(d))雙吲哚衍生物，研究發(fā)現(xiàn)柔性雙吲哚衍生物可以更好地適應(yīng)周圍環(huán)境，與G4結(jié)構(gòu)中的堿基形成更好的堆積和極性相互作用，相比剛性衍生物能夠更好的結(jié)合并穩(wěn)定c-MYCG4。進(jìn)一步對(duì)雙吲哚取代基位置(圖 6(e))及化學(xué)組成關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，電荷的貢獻(xiàn)在與c-MYCG4的結(jié)合中至關(guān)重要，同時(shí)側(cè)鏈喹啉基團(tuán)的甲基化能有效提升雙吲哚衍生物的生物活性[50]。

圖6 吲哚類化合物

2.6 喹啉類化合物

喹啉/喹啉酮類(發(fā)色團(tuán))化合物如hydroxy-DPTQ、methoxy-DPTQ(圖7(a)和7(b))等是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中非常重要的一類化合物，其主要功能是抗菌、抗腫瘤。在腫瘤治療中，可以通過(guò)消除發(fā)色團(tuán)分子的毒性，提高喹啉類藥物的選擇性、特異性和生物利用度[51]。Eduarda等人[52]基于喹啉和三氮唑雜環(huán)構(gòu)建了一系列與端粒G4相互作用的柔性小分子，研究發(fā)現(xiàn)這類分子主要結(jié)合于端粒G4的loop凹槽區(qū)域且喹啉基團(tuán)對(duì)二者的結(jié)合至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)四種癌細(xì)胞株的細(xì)胞毒性篩選，作者發(fā)現(xiàn)4,4’-(4,4’-(1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(1-methylquinolin-1-ium) (1d，圖 7(c))細(xì)胞毒性最強(qiáng)，特別是對(duì)結(jié)腸癌干細(xì)胞的抑制活性。以上發(fā)現(xiàn)使得喹啉-三氮唑雜環(huán)化合物可以作為抗耐藥性癌癥新藥研發(fā)的先導(dǎo)化合物。

針對(duì)一些新型的大環(huán)雙吲哚喹啉類化合物(圖 7(d))，Das等人[53]通過(guò)生物物理和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究揭示了其與c-MYCG4結(jié)合并穩(wěn)定G4結(jié)構(gòu)的分子機(jī)制。相較雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，大環(huán)雙吲哚喹啉類化合物對(duì)于c-MYCG4結(jié)構(gòu)具有明顯的選擇性，且其選擇性相比于開(kāi)鏈類化合物明顯更高。一些吲哚并喹啉化合物也表現(xiàn)出較好的體內(nèi)外抗腫瘤活性。Altwaijry等人[54]合成了一系列5-methyl-5H-indolo[2,3-b] quinoline類似物(圖 7(e))，其對(duì)c-MYCG4具有很高的親和力，組織病理學(xué)檢測(cè)證實(shí)該類似物對(duì)實(shí)體瘤具有抗有絲分裂、誘導(dǎo)凋亡和壞死等顯著療效，并且對(duì)肝臟的副作用小，該研究是天然新甲狀腺素類似物體內(nèi)抗腫瘤活性的首次報(bào)道。

圖7 喹啉類化合物

2.7 腙類衍生物

Sparapani等人[55]利用高通量FRET、DNA競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究表明帶正電荷的二咪唑并[1,2-a:1,2-c]嘧啶的雙脒基腙類衍生物能夠穩(wěn)定端粒G4結(jié)構(gòu)而對(duì)雙鏈DNA結(jié)構(gòu)無(wú)明顯作用。Amato等人[56,57]隨后合成了一系列新型腙類衍生物，并通過(guò)分子對(duì)接、FRET、圓二色譜以及細(xì)胞毒性研究揭示了其選擇性結(jié)合并穩(wěn)定端粒G4和端粒R-loop的功能。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，2-((E)-5-(tert-Butyl)-2-hydroxy-3-((E)-(2-oxo-1,2-dihydro-3H-benzo[g]indol-3ylidene)methyl)benzylidene)hydrazine-1-carboxi-midamide Hydrochloride (15，圖 8)對(duì)端粒平行構(gòu)象的G4結(jié)構(gòu)有良好的選擇性，能夠同時(shí)觸發(fā)細(xì)胞死亡和微核形成，即造成基因組不穩(wěn)定。與常見(jiàn)的端粒酶抑制劑BRACO-19相比，2 μΜ15和10 μΜ BRACO-19在刺激U2OS病灶細(xì)胞時(shí)達(dá)到的效果是相同的，即較低濃度的15即可誘導(dǎo)DNA損傷并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，表明G4構(gòu)象特異性配體可能表現(xiàn)出更好的抗癌特性，該發(fā)現(xiàn)對(duì)后續(xù)以G4為靶點(diǎn)的新型藥物的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖8 腙類化合物

2.8 金屬配合物

順鉑及其類似物是臨床上廣泛應(yīng)用的抗癌藥物[58-60]。鉑(Ⅱ)相對(duì)于同等的鎳(Ⅱ)和鈀(Ⅱ)配合物結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，并且可以先被氧化成Pt(Ⅳ)前藥，隨后在體內(nèi)還原為活性狀態(tài)。但是由于鉑類化合物通過(guò)攻擊基因組DNA殺死癌細(xì)胞，因此會(huì)不可避免地?fù)p傷正常細(xì)胞并造成嚴(yán)重的毒副作用[62]?？梢钥紤]的策略之一是通過(guò)靶向特定的DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)如G4降低鉑(Ⅱ)類藥物的毒性。Morel等人[60]合成了多種鉑(Ⅱ)配合物，并通過(guò)FRET、FID(火焰離子化檢測(cè))、熒光滴定、凝膠電泳以及細(xì)胞毒性等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)甲苯基(Pt-ttpy)擴(kuò)展三聯(lián)吡啶或用雙喹啉(Pt-BisQ)取代三聯(lián)吡啶核心(圖 9(a)和9(b))能夠增加復(fù)合物與c-MYCG4的親和力，在卵巢癌細(xì)胞系以及正常細(xì)胞系中的測(cè)試發(fā)現(xiàn)相關(guān)化合物可克服順鉑耐藥性。

Pham等人[63]制備了14種新型鎳(Ⅱ)席夫堿配合物，與其他新的鎳配合物相比，帶有兩個(gè)側(cè)基的N,N′-Bis-(4-((1-(2-ethyl)piperidine)oxy)benzophenylidene)-ethylenediaminenickel(II)(4, 圖9(c))和帶有四個(gè)側(cè)基的N,N′-Bis-(4,4′-(di(1-(2ethyl)piperidine)oxy)benzo-phenylideneethylenediaminenickel(II)(14, 圖 9(d))，對(duì)端粒G4具有更高的親和力和更好的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。更廣泛的鎳席夫堿配合物的制備和活性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，化合物4與平行端粒G4的結(jié)合最為穩(wěn)定[64]。

圖9 金屬配合物結(jié)構(gòu)

Weynand等人[65]報(bào)道了靶向G4 DNA的新型釕(Ⅱ)配合物的設(shè)計(jì)和表征，證實(shí)釕(Ⅱ)配合物對(duì)端粒G4 結(jié)構(gòu)的選擇性高于雙鏈DNA結(jié)構(gòu)。光細(xì)胞毒性研究發(fā)現(xiàn)，釕(Ⅱ)配合物 [Ru(phen)2CPIP]·2PF6 (1, 圖 9(e))和[Ru(TAP)2CPIP]·2PF6(3, 圖9(f))對(duì)U2OS骨肉瘤細(xì)胞具有顯著的光細(xì)胞毒性。光照下，在釕(Ⅱ)配合物存在的情況下，U2OS骨肉瘤細(xì)胞的光照死亡率為100%，但是以相同的藥物濃度在黑暗中觀察到非常低的死亡率。黃超等人研究了有機(jī)金屬釕(Ⅱ)抗癌復(fù)合物((η6-biphenyl)Ru(ethylenediamine)Cl][PF6] (9, 圖 9(g))與人端粒G4(22-mer)的相互作用，研究表明G4環(huán)上的T6和T17是化合物9的優(yōu)先結(jié)合位點(diǎn)，而在鳥(niǎo)嘌呤上沒(méi)有觀察到釕。金屬釕復(fù)合物在與端粒G4相互作用時(shí)與胸腺嘧啶的結(jié)合優(yōu)于鳥(niǎo)嘌呤，表明金屬釕(Ⅱ)絡(luò)合物和鉑(Ⅱ)配合物對(duì)端粒G4的作用機(jī)制不同，端粒G4中的胸腺嘧啶是釕類抗癌的重要靶向基團(tuán)[66]。

Rajczak等人[67]合成了12-[MCCu(Ⅱ)PyrAcHA]-4金屬冠醚配合物(MC)(圖 9(h))，對(duì)其與人端粒和c-MYC序列的相互作用研究發(fā)現(xiàn)，Cu(Ⅱ)配合物即使過(guò)量18倍也不會(huì)破壞反平行構(gòu)象的端粒G4結(jié)構(gòu)。此外，G4:MC在摩爾比為1：1時(shí)足以實(shí)現(xiàn)金屬配合物對(duì)端粒G4的穩(wěn)定作用，進(jìn)一步提高M(jìn)C濃度只會(huì)稍微改善端粒G4的穩(wěn)定性。G4 FID分析和Tb3+/G4發(fā)光復(fù)合物猝滅測(cè)試揭示了金屬冠醚配合物對(duì)端粒G4具有高親和力，并且金屬冠醚配合物的金屬腔相比其他配合物的金屬腔對(duì)端粒G4親和力更強(qiáng)，表明這種金屬冠醚配合物具有巨大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力。

2.9 G-四鏈體配合物及其生物學(xué)功能

基于以上近五年來(lái)報(bào)道的8類主要的靶向G4結(jié)構(gòu)的小分子配體，我們系統(tǒng)匯總了其所靶向的特異性G4及相關(guān)生物學(xué)活性數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1. 通過(guò)分析相關(guān)化合物的結(jié)構(gòu)特性并對(duì)比其抗癌活性，可以幫助新藥研發(fā)人員針對(duì)特定類型的G4結(jié)構(gòu)確定最佳的小分子配體類型，并進(jìn)一步高效設(shè)計(jì)新型、特異性的靶向G4的抗腫瘤小分子化合物。

3 總結(jié)和展望

小分子配體可以通過(guò)穩(wěn)定端粒和癌基因啟動(dòng)子G4以達(dá)到抑制端粒酶活性和癌基因轉(zhuǎn)錄并最終誘導(dǎo)DNA損傷反應(yīng)和癌細(xì)胞凋亡，因此G4作為新的抗腫瘤藥物的靶點(diǎn)已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文總結(jié)了近五年來(lái)靶向G4的小分子配體，通過(guò)系統(tǒng)分析其靶點(diǎn)類型和結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系得出以下主要結(jié)論：(1) 目前靶向G4的小分子配體骨架主要以芳香環(huán)為基礎(chǔ)，且與開(kāi)鏈分子相比，大環(huán)類化合物對(duì)G4的選擇性更高。(2) 具有吸電子基團(tuán)的芳香類化合物如陽(yáng)離子卟啉化合物和金屬配合物更容易通過(guò)π-π堆積作用增加與G4結(jié)合的穩(wěn)定性。(3) 配體側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和功能是抗癌藥物生物活性的關(guān)鍵因素。通過(guò)改變側(cè)鏈的長(zhǎng)度和柔性可以設(shè)計(jì)新的化合物并有效改善其生物學(xué)特性，如抑癌活性和細(xì)胞毒性。

雖然針對(duì)靶向G4的抗腫瘤化合物的研究較多，但是當(dāng)前仍無(wú)相關(guān)的藥物得到臨床應(yīng)用，這主要是由G4結(jié)構(gòu)的多樣性以及小分子化合物結(jié)合的特異性不夠造成的。因此，未來(lái)的研究中尚需進(jìn)一步針對(duì)靶點(diǎn)G4的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)和優(yōu)化構(gòu)象特異的小分子配體，通過(guò)提高特異性結(jié)合的強(qiáng)度提升其抗腫瘤活性。本文將為相關(guān)研究的開(kāi)展開(kāi)拓新的思路，具有重要意義。