吲哚羧酸類Dy（Ⅲ）配合物與DNA 作用機制研究

羅思雨，朱小雙，何秋蓉，王思茗，李 冰

（寧夏大學化學化工學院，寧夏銀川 750021）

脫氧核糖核酸（DNA）作為遺傳信息的載體，在癌細胞的生長、發育和繁殖中起著主導作用，是許多抗癌藥物在體內的主要靶點[1]。金屬基藥物因其優異的生理活性和潛在應用價值，在生物醫學領域引起了廣泛關注[2]。藥物的作用機制與藥物結合過程相關，通常涉及到藥物小分子與大生物分子的相互作用。因此，研究金屬配合物與DNA 之間的相互作用，對于了解配合物作為抗癌藥物的潛力和藥物的作用機制具有重要價值。

吲哚衍生物在自然界中廣泛存在，他們以苯并五元氮雜環為骨架，在生物體內表現出良好的生物活性[3]。其中，7-氮雜吲哚類衍生物因其具有許多重要的如抗癌、抗菌等藥理活性而備受關注[4]。7-氮雜吲哚類衍生物除了表現出顯著的生物學特性外，還具有O-和N-供體基團，使其能與金屬離子通過多種方式配位。在7-氮雜吲哚中，sp2雜化的N 原子置換了吲哚母環7-位上的C 原子，使7-氮雜吲哚具有不同于吲哚的物理化學性質，如1-N 的酸性以及3-C 的親核性有所增強，7-位N 原子成為氫鍵受體[5]。此外在吲哚環中引入羧酸基團可提供豐富的配位位點，有利于構筑結構新穎的配合物[6]。

稀土金屬配合物通常比相應的配體和金屬鹽具有更好的生物活性和藥理性質，因此，備受關注。另外，7-氮雜吲哚-3-羧酸具有豐富的配位位點，是研究與小牛胸腺DNA（CT-DNA）作用的優良配體。基于此，本文制備了一種新型的基于7-氮雜吲哚-3-羧酸的Dy（Ⅲ）配合物，在充分結構表征的基礎上研究了其與CT-DNA的作用機理，已期為新型藥物的設計和合成提供理論指導。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

傅里葉變換紅外光譜儀（WQF-530 型，北分瑞利）；元素分析儀（Vario EL Cube 型，德國元素）；同步熱分析儀（Labsys Evolution STA 型，法國賽特拉姆）；熒光光譜儀（F-7000 型，日本日立）。

7-氮雜吲哚-3-羧酸（7AI3CAH2）、Dy（NO3）3·6H2O和乙醇均為分析純。

1.2 配合物的制備

在10 mL 乙醇和5 mL 二次去離子水的混合溶劑中，依次加入配體7AI3CAH2（8.10 mg，0.05 mmol）、Dy（NO3）3·6H2O（45.66 mg，0.10 mmol），磁力攪拌混合均勻后，用1 mol/L 氫氧化鈉溶液調節pH 至7.0，再將其倒入15 mL 帶四氟乙烯的反應釜內，在65.0 ℃下保持3 d，再以5 ℃/h 的速率降溫至室溫。過濾，用二次去離子水洗滌3 次，室溫干燥，收集淡黃色粉末。產率：42%（基于7AI3CAH2）。

1.3 熒光光譜實驗

在0.1 mol/L Tris-HCl 緩沖溶液（pH=7.4）中，配合物與DNA-EB 發生相互作用。保持DNA-EB 濃度（1×10-5mol/L）恒定下，依次加入濃度梯度為（0～5）×10-6mol/L的配合物溶液。以520 nm 為激發波長，記錄混合體系在25.0 ℃下的熒光光譜。

1.4 黏度法

將配合物與CT-DNA 的緩沖液按一定比例混合均勻，靜置在30.0 ℃的恒溫水浴中30 min，加入烏式黏度計，記錄該緩沖液混合物的流經時間。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜

在傅里葉變換紅外光譜儀上測定了配體和配合物在400～4 000 cm-1的紅外光譜（圖1）。相比于配體，配合物在3 400 cm-1處出現新的吸收峰，對應配合物中水分子。此外配體在1 683 cm-1和1 531 cm-1處的吸收峰分別屬于配體的羧基中羰基的伸縮振動（C=O）和六元環上的（C=N）。在配合物的紅外光譜中，1 683 cm-1處羧基的（C=O）吸收峰消失，1 604 cm-1和1 385 cm-1之間的吸收峰歸屬于羧基的對稱和不對稱振動吸收峰，說明配體中的羧基氧原子參與了配位。

圖1 配體與配合物的紅外光譜

2.2 熱重分析

配合物的熱重分析是研究其穩定性的重要參數。由圖2 可知，隨著溫度的升高，該配合物有兩次質量損失。第一次質量損失發生在79.5～139.5 °C，損失率為6.19%，對應失去兩個水分子。第二次質量損失在275.4～557.1 ℃，對應于主體框架的損失（損失率為60.86%）。

圖2 配合物的熱重曲線

2.3 元素分析

為了進一步分析配合物的組成，利用元素分析儀對配合物的C、H、N 元素含量進行測定。結果如下：C，32.94%；H，2.40%；N，12.02%。綜合紅外光譜、熱重分析和元素分析，最終推測配合物結構見圖3，分子式為［Dy（7AI3CAH）2（NO3）（H2O）2］，形成了7 配位的構型。

圖3 配合物的結構

2.4 配合物與DNA 的作用機理分析

黏度法是研究DNA 與金屬配合物結合模式的有效手段。若配合物以插入方式與DNA 作用時，DNA 的相鄰堿基對增加了容納配合物的距離，拉長了DNA 的雙螺旋結構，從而增加了DNA 溶液的黏度；當配合物與DNA 通過靜電結合或溝槽結合相互作用時，DNA溶液的黏度變化不大；若配合物以部分插入的形式與DNA 作用，DNA 的雙螺旋結構將發生扭結，其溶液的黏度將降低[7]（圖4）。隨著配合物濃度的增加，混合溶液黏度逐漸增加，因此，配合物與DNA 發生了嵌插結合。

圖4 配合物與DNA 黏度圖（CDNA=2×10-5mol/L；10-5Ccompounds/（mol/L）1～6：0，1，2，3，4，5）

為了進一步確定配合物與CT-DNA 之間的結合機制，進行了溴化乙錠（EB）的置換研究。眾所周知，EB是經典的嵌插探針，常被用于探究配合物與DNA 的結合模式。隨著配合物濃度的增加，DNA-EB 符合體系在630 nm 左右處的熒光強度不斷降低（圖5），反映出配合物與EB 發生競爭作用，置換出嵌插在CT-DNA 堿基對中的EB。進一步通過Stern-Volmer 方程（1）研究配合物與CT-DNA 的結合作用強度（F0是加被測化合物前BSA 的熒光強度；F 則是加入被測化合物后DNA的熒光強度；Ksv是結合常數；Q 是加入的被測化合物濃度），計算其結合常數為5.81×103L/mol，表明配合物與CT-DNA 具有良好的結合作用。

圖5 配合物對DNA-EB 體系的熒光光譜（CDNA=CEB=1×10-5mol/L；10-5Ccompounds（/mol/L）1～6：0，1，2，3，4，5）

3 結論

以7-氮雜吲哚-3-羧酸為配體制備了一種新型Dy（Ⅲ）配合物［Dy（7AI3CAH）2（NO3）（H2O）2］。利用紅外光譜、熱重分析、元素分析確定其組成和結構。黏度法和熒光光譜研究表明該配合物與CT-DNA 間的結合模式為嵌插結合，配合物與CT-DNA 具有良好的結合作用，研究結果為該類配合物的生物活性研究提供了理論依據。