嵌入性金屬抗癌劑的進展

喻 欣

（江漢大學醫學院，湖北 武漢 430056）

1960年代，發現順鉑通過DNA交聯作用，治療卵巢癌、睪丸癌、肺癌和乳腺癌等多種癌癥；但其劑量相關的腎、神經、耳毒性及抗藥性（獲得性或天然的）限制了它的應用[1]。在隨后的開發鉑類化合物中，由于不良反應和耐藥性的改善，卡鉑和奧沙利鉑獲準進入臨床，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、順鉑作用機制具有相似構效關系。以順鉑為例，Pt2+復合物含胺配體，在水合作用下解離；細胞內，氯被水取代，分子的親電子性增加，結合親核性核酸，并形成以共價鍵結合的單官能團或雙官能團的加合物，DNA出現鏈內交聯，細胞凋亡。

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形成非共價鍵結合的穩定結構；DNA松弛并拉伸，最終引起細胞凋亡。過渡金屬具有廣泛多樣的空間構型、配體以及嵌入的數目，因此在過去幾十年里，出現了大量過渡金屬嵌合物[2]（表1）。由于過渡金屬內在特性不同，嵌入配體的結合特性可以有很大區別。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胞毒性較高的過渡金屬嵌合物，介紹它們的進展[3]。

表1 過渡金屬嵌合物的結構與特性

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-1，2-二氨基環己烷（dach）。

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

Pt2對細胞系的活性比順鉑高160倍（表2），轉錄組學研究發現其對酵母菌胞內信號分子途徑的調節有明顯不同于順鉑。①引起硫同化途徑下調；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鐵和銅的轉運蛋白大量增加，增強細胞毒性。

上述鉑嵌合物在體內的活性有很大差異性。Pt2體外活性高，但不能抑制BD-IX大鼠腹膜種植的結腸癌細胞的生長，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，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胞毒性，對非小細胞肺癌（NSCLC）細胞株，Pt7（圖1）的IC50為5～40 nmol。其作用機制與DNA嵌入和無功能性的加合物形成有關。這種加合物對DNA的破壞性比順鉑更大：吖啶基團嵌入DNA，而鉑則與鄰近DNA形成加合物，復制叉停滯或DNA雙鏈的斷裂，DNA及RNA聚合酶Ⅱ被抑制，抗癌作用明顯優于順鉑。

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

表2 Pt1-6和Pt1'-6'的細胞毒作用，以IC50（μmol）表示。IC50為72 h抑制50%細胞生長時的藥物濃度（L1210：小鼠白血病細胞株；Du145：人前列腺癌細胞株；A2780：人類卵巢癌細胞株）（±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-吖啶類物的體外細胞毒性較強，而體內實驗（NCI H460移植瘤小鼠）發現，其在正常組織中的含量高于癌組織，可引發肝毒性或腎毒性。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的細胞毒性略小于Pt7（120～520 mmol）。

由6-苯基-2，2'-聯吡啶構成的可發光的環鉑化合物Pt9（圖1）也具有抗癌活性。Pt9（圖1）可通過嵌入DNA形成激基復合物。體外測試表明，Pt9對口腔表皮癌（KB）和神經母細胞瘤（SH-5YSY）的IC50值分別為0.009和0.010 μmol。主要抑制拓撲異構酶-DNA復合物。在植入NCI 460細胞株的裸鼠實驗中，該藥物可抑制60%腫瘤生長而沒有不良反應。

光照激活鉑卟啉Pt10（圖1），可選擇性定位于核內，發揮雙重抗癌作用：嵌入DNA以及通過共價鍵結合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出現斷裂。對耐順鉑的人卵巢癌細胞株，Pt10的IC50值為0.019 μmol。

圖1 Pt 7-10的結構

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，因而可表現出明顯的抗癌活性（已有銅制劑進入Ⅱ期臨床試驗）。銅配合物的細胞毒作用是氧依賴性的，它嵌入DNA中并使之斷裂；與相似的起始劑反應，但可以形成結構完全不同的物質。銅核酸酶[Cu（phen）2]2+可以轉變成為[Cu（phen）（L）]（圖2），進入DNA的大溝及小溝。Cu2和Cu3（圖2）對循環腫瘤DNA的親和力約為3×107mol，是Cu1的60倍，三者均可截斷質粒DNA，發揮抗SKOV3人類癌細胞的作用。

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

銅縮氨基脲絡合物包括：[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-苯甲酰基吡啶-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。這些物質均可嵌入DNA并使之斷裂，此外它們的抗癌作用與羥自由基和激發態氧分子也有關。

圖2 Cu 1-11的化學結構

3 其他金屬配合物

金配合物在藥物化學領域一直比較活躍，喹喔啉環金配合物，可促進DNA嵌入，表現出細胞毒活性[Au（12，13，14，15-四氫-6，9：18，21-環亞胺[1，6]二氮雜環十八基[12，13-b]喹喔啉）]+（Au1）對人類細胞白血病和中樞神經系統腫瘤有細胞毒作用（mmol濃度）且在較高劑量時，裸鼠耐受性良好。研究表明Au1通過結合于DNA，抑制拓撲異構酶1。此外，金原子通過N-雜環卡賓與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細胞株均表現出抗癌活性（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濃度即表現出對各細胞系的活性，對mcf-7細胞的IC50為（2.9±0.3）μmol；該配合物嵌入DNA后使之斷裂，并使磷酸化的p53基因增加，引起細胞凋亡。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，可誘導細胞周期阻滯在細胞的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態氧分子等方式裂解質粒DNA。

鐵（Fe2+/Fe3+）是紅細胞合成、電子傳遞以及DNA合成必需的元素，Fe形成的配合物也是抗癌劑。二茂鐵與他莫昔芬結合（Fe1），對人結腸癌（HCT-8）和急性早幼粒細胞白血病（HL-60）有細胞毒性作用，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）細胞沒有毒性。研究提示Fe1與雙鏈DNA和單鏈DNA嵌入式結合，可使caspases3/7活化，磷脂酰絲氨酸活化，最終導致DNA碎片增加。

4 結 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殺死癌細胞，發揮體內的抑瘤作用。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，可通過不同的機制產生殺瘤作用。未來，由于過渡金屬可能通過配體與特異性腫瘤的結合，擴大抗瘤譜，為臨床提供更有效安全的化療方案。

參考文獻

[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.

[2] Kielkopf CL,Erkkila KE,Hudson BP,et al.Structure of a photoactive rhodium complex intercalated into DNA[J].Nat Struct Mol Biol,2000,7(1):117–121.

[3] Friedman AE,Chambron JC,Sauvage JP,et al.A molecular light switch for DNA:Ru(bpy)2(dppz)2+.[J].J Am Chem Soc,1990,112(12):4960–4962.