基于天然產(chǎn)物的鉑類和芳基金屬抗癌藥物研究進(jìn)展

葛 超 呂夢(mèng)迪 張自由 陳 俊 王萌萌 薛旭玲 錢 勇 劉紅科

(南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，南京 210023)

0 引 言

目前，全球范圍內(nèi)癌癥發(fā)病率逐年升高，盡管有效的預(yù)防措施和藥物治療使癌癥患者的存活率有所提高，但是目前對(duì)許多類型的癌癥仍然缺乏有效的治療手段。以順鉑、卡鉑、奧沙利鉑為代表的鉑類藥物是目前臨床治療癌癥最廣泛采用的金屬藥物[1]。一般認(rèn)為順鉑在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)水解后與核DNA結(jié)合而阻止DNA復(fù)制，從而殺死腫瘤細(xì)胞。然而，順鉑對(duì)細(xì)胞的“無(wú)差別攻擊”使癌癥病人產(chǎn)生了不良反應(yīng)。如何降低鉑類藥物的毒副作用成為抗腫瘤藥物研究的重要方向之一[2-4]。具有動(dòng)力學(xué)惰性的鉑（Ⅳ）配合物可以被細(xì)胞內(nèi)還原性物種(抗壞血酸和谷胱甘肽等)有效還原，從而產(chǎn)生具有高活性的鉑（Ⅱ）復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞[5]。到目前為止，一些具有藥物活性的基團(tuán)連接在鉑（Ⅳ）軸向位置已成為抗腫瘤前藥設(shè)計(jì)策略之一[6-9]，因此，將天然產(chǎn)物修飾在鉑（Ⅳ）軸向位置實(shí)現(xiàn)2種藥物的多功能化應(yīng)用也是鉑類藥物發(fā)展的重要趨勢(shì)[10]。

除了鉑類抗癌藥物之外，在開發(fā)新型抗癌藥物過(guò)程中過(guò)渡金屬配合物顯示出良好的前景。相較于有機(jī)物，過(guò)渡金屬配合物具有多種立體化學(xué)構(gòu)型，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，并且金屬原子在低氧化態(tài)時(shí)有親脂性[11-12]。已經(jīng)報(bào)道了許多具有抗癌活性的過(guò)渡金屬配合物，包括釕、鋨、銥、銠、鈦、釩、金和鐵配合物[11-16]。其中釕(Ru)具有不同的氧化態(tài)(Ru（Ⅱ）、Ru（Ⅲ）、Ru（Ⅳ）)，在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定而且結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)，幾種低毒并具有腫瘤靶向性的釕配合物正在臨床試驗(yàn)中[13]。因此，釕配合物成為最受歡迎的新一代金屬化療藥物候選者之一[12]。

20世紀(jì) 70年代，Clarke等報(bào)道的 [Ru(NH3)5(purine)]3+配合物能抑制人鼻咽癌細(xì)胞的DNA和蛋白質(zhì)合成[17]，掀起了釕配合物作為潛在抗癌藥物的研究熱潮[15,18]。在接下來(lái)的10年中，Mestroni等開發(fā)了以二甲亞砜和氯為配體的六配位Ru（Ⅱ）配合物，其中cis-和trans-[RuCl2(DMSO)4]在體內(nèi)外都能與DNA相互作用，并且表現(xiàn)出了良好的抗癌活性[19]。由Keppler等研發(fā)的 KP1019(圖 1)[13]以及 Mestroni，Alessio等開發(fā)的NAMI-A(圖1)[20-22]正在臨床試驗(yàn)階段。

圖1 KP1019[13]和 NAMI-A[20-22]的 結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of KP1019[13]and NAMI-A[20-22]

圖2 芳基金屬配合物的“琴凳”構(gòu)型(M=Ru（Ⅱ）和Os（Ⅱ）)[27-30]Fig.2 General structure of“piano-stool” arene-metal complexes[27-30]

此外，Clarke等[17]首次報(bào)道了三價(jià)釕在體內(nèi)被還原成二價(jià)釕的現(xiàn)象，二價(jià)釕再與DNA結(jié)合并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[23-26]。 Sadler等報(bào)道了[M（Ⅱ）(η6-arene)(XY)(Z)]n+(圖2，M=Ru（Ⅱ）和Os（Ⅱ），XY為雙齒螯合配位體，Z是單齒陰離子配體)類型的芳基金屬抗癌配合物[27-30]，這些抗癌配合物具有特色的“琴凳”結(jié)構(gòu)。其中金屬呈低氧化態(tài)，這可能是藥物對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性的原因[31]。芳烴配體作為η6-電子的給電子體和π-電子的受體，能夠穩(wěn)定金屬離子的低氧化態(tài)。螯合配體XY的存在，穩(wěn)定了整體結(jié)構(gòu)功能和優(yōu)化金屬中心電子的性質(zhì)，單齒配體Z可以給生物分子提供一個(gè)空的配位點(diǎn)。此外，還可通過(guò)改變芳烴和“琴凳”腿的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)金屬配合物多功能的性質(zhì)以及不同的作用機(jī)理[32-33]，其中具有高水溶性配體PTA的配合物RAPTA-C顯示出了較強(qiáng)的抗侵襲和抗轉(zhuǎn)移能力[34]。

研究表明，針對(duì)人卵巢癌細(xì)胞系的Ru（Ⅱ）和Os（Ⅱ）芳基配合物顯示出良好的細(xì)胞毒性，部分配合物的活性與順鉑、卡鉑相當(dāng)。例如，Sadler[35]報(bào)道的以乙二胺(en)為螯合配體、氯離子為離去基團(tuán)的配合物(圖3)，對(duì)人卵巢癌細(xì)胞A2780的細(xì)胞毒性隨著配位芳烴大小的增加而增加。離去基團(tuán)為溴或碘離子時(shí)，對(duì)配合物的細(xì)胞毒性只有微弱的影響。芳基金屬的“琴凳”構(gòu)型易被修飾，通過(guò)與生物活性分子結(jié)合可以對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)和生物活性進(jìn)行調(diào)控。

圖3 [(η6-arene)M(en)Cl]+配合物結(jié)構(gòu)(M=Ru（Ⅱ）)[35]Fig.3 Structures of[(η6-arene)M(en)Cl]+complexes(M=Ru（Ⅱ）)[35]

本課題組近20年來(lái)一直從事芳基金屬抗癌配合物合成及抗癌機(jī)理研究，在芳基金屬抗癌配合物與DNA相互作用、方法學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)探索等方面做了一系列工作，為金屬配合物在抗癌理論及研究方法學(xué)方面做出了一定的貢獻(xiàn)[36-43]。Liu等研究了配合物-DNA作用方式與抗癌活性之間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了配合物與DNA的作用方式與其抗癌活性密切相關(guān)；發(fā)現(xiàn)稠環(huán)芳烴致癌物、雙功能配合物與DNA的作用方式非常類似，首次將抗癌機(jī)制與致癌機(jī)制聯(lián)系起來(lái)，并初步提出了綜合考慮抗癌機(jī)制與致癌機(jī)制相似性理論雛形，為抗癌化學(xué)療法的研究提供了一條新思路[15]，這一工作目前已被430多篇SCI源刊物做了高度評(píng)價(jià)或正面引用。此外，本課題組還首次發(fā)現(xiàn)了第三種DNA嵌入類型——貫穿嵌入，“解開了Ru-tha具有高抗癌活性之謎”[36]；發(fā)現(xiàn)芳基金屬配合物以雙功能方式 (配位鍵合，嵌入作用)與DNA作用[37-38]，揭示了芳基金屬配合物具有與順鉑不同的抗癌機(jī)理。目前，本課題組發(fā)現(xiàn)具有反式構(gòu)象的金屬大環(huán)配合物可以顯著影響超螺旋DNA的結(jié)構(gòu)，并誘導(dǎo)DNA縮合[32]；合成了系列單核金屬大環(huán)化合物，這些化合物具有良好的抗癌活性，并且可以在催化、藥物遞送等中找到進(jìn)一步的應(yīng)用[40]；設(shè)計(jì)合成了具有DNA靶向潛力的抗癌劑剛性雙核配合物[42]；通過(guò)改變配體上的取代基，在一定程度上調(diào)控了配合物的抗癌活性[42-43]。

以上研究表明，芳基金屬配合物具有生物活性好、結(jié)構(gòu)易于修飾等優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的微調(diào)來(lái)調(diào)控配合物的抗腫瘤活性。因此將具有不同生理功能的有機(jī)分子引入配合物中將有助于調(diào)控金屬配合物的生物活性，盡可能地拓展化學(xué)空間，實(shí)現(xiàn)配合物的功能最大化。

從天然產(chǎn)物中提取抗腫瘤活性成分是目前國(guó)內(nèi)外腫瘤藥物開發(fā)的熱門領(lǐng)域[44-46]。我國(guó)作為一個(gè)天然產(chǎn)物大國(guó)，除了具有巨大的天然產(chǎn)物資源外，還擁有源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的天然產(chǎn)物開發(fā)和使用歷史。天然產(chǎn)物具有多種生物特性，是設(shè)計(jì)和開發(fā)癌癥化療新藥的重要來(lái)源。天然產(chǎn)物有效地促進(jìn)了第二代藥物的開發(fā)，包括長(zhǎng)春瑞濱和紫杉醇。人們發(fā)現(xiàn)許多天然產(chǎn)物能夠誘導(dǎo)人類起始腫瘤細(xì)胞的凋亡，用作單獨(dú)治療或與金屬藥物聯(lián)合治療都有著廣闊的發(fā)展前景[12]。由于大多數(shù)天然產(chǎn)物存在水溶性差、穩(wěn)定性差、生物利用率低、用藥劑量大和毒副作用等缺點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了基于天然產(chǎn)物的鉑類和芳基金屬配合物，不僅保留了天然產(chǎn)物本身的生物活性和成藥性，而且能夠改善天然產(chǎn)物的不足，提高其細(xì)胞毒性和對(duì)腫瘤的選擇性，為新型藥物設(shè)計(jì)提供了更廣闊的思路。但到目前為止，僅有為數(shù)不多的以天然產(chǎn)物為基礎(chǔ)的鉑類和芳基金屬配合物被報(bào)道，本文將對(duì)有關(guān)研究及此類配合物的作用機(jī)理進(jìn)行較為全面的綜述。

1 黃酮類金屬配合物

1.1 漢黃芩素鉑（Ⅳ）配合物

漢黃芩素(5，7-二羥基-8-甲氧基黃酮，圖4)是從黃芩根中分離的黃酮類化合物，在體內(nèi)外均具有抗炎、抗氧化和抗癌等生物活性，是中國(guó)及其他幾個(gè)亞洲國(guó)家廣泛使用的中草藥之一[47]。值得注意的是，它對(duì)正常上皮細(xì)胞、外周血和骨髓細(xì)胞幾乎沒(méi)有毒性[48]。盡管目前漢黃芩素的具體抗癌機(jī)制尚不清楚，但是其作為抗癌藥物單獨(dú)或與其他藥物聯(lián)合使用正在Ⅰ期臨床試驗(yàn)階段。

鑒于漢黃芩素的多種生物學(xué)功能，將漢黃芩素與鉑（Ⅳ）結(jié)合作為前藥，以期引入漢黃芩素抗炎特征的同時(shí)降低鉑（Ⅱ）配合物的毒性。Gou等[49]通過(guò)酯基將漢黃芩素連接到鉑（Ⅳ）配合物的軸向位置，形成的前藥配合物1具有較快的還原速率，并且顯示出與順鉑相當(dāng)?shù)募?xì)胞毒性(SGC7019：IC50=(3.8±0.1)μmol·L-1，HCT116：IC50=(9.6 ±0.3) μmol·L-1，PC-3：IC50=(4.8±0.2)μmol·L-1)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，配合物 1 比漢黃芩素抑制COX-2活性的能力更強(qiáng)，從而具有抗炎作用，并且比順鉑更容易將細(xì)胞周期阻滯在S期。同時(shí)動(dòng)力學(xué)研究表明，配合物1通過(guò)激活p53信號(hào)通路促進(jìn)活性氧(ROS)積累，降低線粒體膜電位，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡(圖4)。這些結(jié)果證明，與漢黃芩素配位的鉑（Ⅳ）配合物1不但能夠通過(guò)損傷DNA和抑制COX-2表達(dá)等多種途徑增強(qiáng)其抗腫瘤作用，而且能夠提高漢黃芩素衍生物的抗炎能力。綜上所述，此研究證明“一體化”前藥是開發(fā)多靶點(diǎn)腫瘤治療和提高鉑類藥物抗腫瘤活性的有效策略。

圖4 配合物1抗癌和抗炎的作用機(jī)理[49]Fig.4 Anticancer and anti-inflammatory mechanism of complex 1[49]

1.2 3-羥基黃酮金屬配合物

天然黃酮類化合物大多存在于植物、水果和蔬菜中，具有抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌等多種生物學(xué)活性[50]。已報(bào)道的具有抗癌活性的金屬-類黃酮配合物通過(guò)3-羥基黃酮的3號(hào)位羥基和4號(hào)位酮基與金屬離子配位，O，O-螯合配體可以構(gòu)建高活性及快速水解的芳基金屬配合物[51]。

Hartinger 等[52]合成了一系列 Ru（Ⅱ）(η6-arene)的黃酮醇配合物2～4(圖5)，它們都表現(xiàn)出了良好的生物活性。通過(guò)研究配合物的作用模式，發(fā)現(xiàn)它們可以與DNA共價(jià)結(jié)合，并且能夠抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱα活性。與黃酮醇配體相比，Ru（Ⅱ）(η6-p-cymene)-黃酮醇配合物具有潛在的多靶點(diǎn)特性，是更有效的抑制癌細(xì)胞增殖藥物。

圖5 配合物2～4的分子結(jié)構(gòu)[52]Fig.5 Molecular structures of complexes 2～4[52]

Keppler等[53]合成了黃酮醇衍生的 Os（Ⅱ）(η6-cym)和 Rh（Ⅲ）(η5-Cp*)配合物 5～7(圖 6)，研究了中心金屬對(duì)水解穩(wěn)定性、與生物分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)以及細(xì)胞毒性的影響，并與Ru（Ⅱ）類似物進(jìn)行了比較。Rh（Ⅲ）配合物在水溶液中最穩(wěn)定并且優(yōu)先與泛素蛋白結(jié)合。 此類配合物在 0.8～50 μmol·L-1范圍內(nèi)都表現(xiàn)出優(yōu)異的抗癌活性。與核苷三磷酸的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究揭示了Rh（Ⅲ）與5′-dATP具有較強(qiáng)的親和力，而Ru（Ⅱ）和Os（Ⅱ）則優(yōu)先與5′-dGTP結(jié)合。配合物與氨基酸和核苷三磷酸同時(shí)孵育，發(fā)現(xiàn)Rh（Ⅲ）配合物對(duì)氨基酸具有優(yōu)先選擇性。這些結(jié)果共同表明該類配合物與蛋白質(zhì)的結(jié)合過(guò)程可能是抗癌機(jī)制的關(guān)鍵因素，說(shuō)明黃酮醇是一種具有臨床應(yīng)用前景的O，O-螯合配體。

圖6 幾種黃酮醇衍生的Ru（Ⅱ）、Os（Ⅱ）和Rh（Ⅲ）配合物[53]Fig.6 Several flavonoid-derived Ru（Ⅱ）,Os（Ⅱ）and Rh（Ⅲ）complexes[53]

2 β-二元酮金屬配合物

2.1 姜黃素鉑類金屬配合物

姜黃素(Curcumin,curcH)是從姜科植物姜黃中提取的一種天然色素[54]，現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)姜黃素具有抗癌、抗炎、抗氧化以及防止動(dòng)脈硬化等作用[55-56]，同時(shí)各項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明姜黃素即使在很高劑量使用的情況下仍然十分安全[57-58]。姜黃素還具有作為抗突變劑和抗癌劑的巨大潛力，并已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)Ⅰ期[59]，是一種很有開發(fā)前景的天然產(chǎn)物。

姜黃素可以通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮其抗腫瘤作用。通過(guò)線粒體途徑上調(diào)Bax蛋白和下調(diào)Bcl蛋白，并釋放細(xì)胞色素C，活化Caspase-9以及下游的Caspase-3引發(fā)凋亡[60]；抑制 NF-kB信號(hào)表達(dá)[61-62]；調(diào)控腫瘤細(xì)胞周期[63]；抑制腫瘤血管生成[64-65]等。但是姜黃素本身具有水溶性差、穩(wěn)定性差、生物利用度低以及用藥劑量大等缺點(diǎn)[55]，限制了其廣泛應(yīng)用。

Chakravarty等[66]合成了姜黃素-順鉑配合物[Pt(curcH)(NH3)2]NO3(8，圖7)。它是一種在可見(jiàn)光照射下釋放姜黃素和鉑（Ⅱ）的新型光動(dòng)力化療劑，可以在細(xì)胞內(nèi)同時(shí)釋放順鉑和姜黃素。與5′GMP和CTDNA的相互作用研究表明，配合物8一旦暴露于可見(jiàn)光(λ=400～700 nm)時(shí)可形成 Pt-DNA 加合物。配合物在光照下對(duì)腫瘤細(xì)胞顯示出良好的細(xì)胞活性(IC50≈15 μmol·L-1)， 而在黑暗中它的活性不會(huì)被激活(IC50＞200 μmol·L-1)。

圖7 配合物8的化學(xué)結(jié)構(gòu)[66]Fig.7 Chemical structure of complex 8[66]

Gamez等[67]報(bào)道了配合物 [PtCl(curcH)(DMSO)](9，圖8)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該配合物進(jìn)入細(xì)胞后可釋放出游離的姜黃素，姜黃素配體部分對(duì)光敏感，形成了一種更有效的抗癌體系，在細(xì)胞活性和選擇性上都超過(guò)了它的母體藥物順鉑和姜黃素。

圖8 配合物9的化學(xué)結(jié)構(gòu)[67]Fig.8 Chemical structure of complex 9[67]

2.2 姜黃素芳基金屬配合物

Bonfili等[68]合成了芳基金屬釕（Ⅱ）配合物[(η6-arene)Ru(curcH)Cl]，芳基為 p-cym(10)、bz(11)和 hmb(12)(圖9)，并研究了該系列釕配合物調(diào)節(jié)蛋白酶體的能力。研究發(fā)現(xiàn)，3種配合物都可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中的蛋白酶體，引發(fā)細(xì)胞凋亡。其中配合物11比10、12和游離姜黃素能更有效地抑制蛋白酶體的活性，具有更好的細(xì)胞活性，原因在于它們具有不同的芳烴，可以在不同程度上抑制分離的蛋白水解酶。該工作還研究了配合物對(duì)HCT116細(xì)胞氧化狀態(tài)的影響以及配合物11與DNA結(jié)合能力，發(fā)現(xiàn)配合物11顯示出最高的抗氧化能力；此外，與游離姜黃素相比，配合物10和11與DNA有更高的親和力(高達(dá)3 倍)。

圖9 姜黃素-釕配合物10～12結(jié)構(gòu)[68]Fig.9 Structures of curcumin-ruthenium complexes[68]

Caruso等[69]合成的姜黃素-對(duì)傘花烴釕配合物在結(jié)腸-直腸腫瘤細(xì)胞系HCT116上顯示出優(yōu)異的活性 (IC50=(13.9±1.5)μmol·L-1)， 在乳腺癌 MCF-7(IC50=(19.5±2.3)μmol·L-1) 和卵巢癌 A2780 細(xì)胞系(IC50=(23.3±3.3)μmol·L-1)中也顯示出良好的抗腫瘤活性，而對(duì)成人膠質(zhì)瘤細(xì)胞U-87MG和肺癌細(xì)胞A549不敏感。

Dyson等[70]合成了以姜黃素(curcH)和雙去甲氧基姜黃素(bdcurcH)為配體的芳基金屬釕（Ⅱ）RAPTA型系列配合物 (PTA=1，3，5-三氮雜-7-磷雜三環(huán)癸烷)，其中配合物[(p-cym)Ru(curH)(PTA)](SO3CF3)(13，圖10)對(duì)卵巢癌A2780和順鉑耐藥株A2780R都具有良好的活性(IC50≤1.0 μmol·L-1)，同時(shí)配合物對(duì)非腫瘤細(xì)胞的毒性顯著降低。該配合物比[(p-cym)Ru(curcH)Cl]具有更高的抗癌活性，這可能是配體PTA造成的。

圖10 配合物13的結(jié)構(gòu)[70]Fig.10 Structure of complex 13[70]

與基于鉑或釕的抗癌劑相比，茂基銠、銥和鋨的天然產(chǎn)物配合物研究較少。Dyson等[71a]研究了一系列半夾心環(huán)戊二烯基銠（Ⅲ）和銥（Ⅲ）配合物[Cp*M(curcH/bdcurcH)Cl]和[Cp*M(curcH/bdcurcH)(PTA)][SO3CF3](M=Rh，Ir)。多數(shù)配合物在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定，對(duì)人卵巢癌(A2780和A2780R)細(xì)胞和非致瘤性人胚胎腎(HEK293)細(xì)胞具有中等程度細(xì)胞毒性(IC50=10～40 μmol·L-1)，但缺乏選擇性。 在芳基鋨（Ⅱ）配合物[(p-cym)Os(curcH/bdcurcH)Cl]和[(p-cym)Os(curcH/bdcurcH)(PTA)](SO3CF3)中,[(p-cym)Os(bdcurcH)(PTA)]對(duì)癌細(xì)胞 A2780R(IC50=(2.9±0.2)μmol·L-1)具有較好的選擇性[71b]。

3 吡喃酮金屬配合物

3.1 麥芽醇鉑類金屬配合物

吡喃酮通常存在于天然產(chǎn)物中，許多衍生物具有良好的生物相容性和細(xì)胞毒性[72]。羥基吡喃酮可以從天然產(chǎn)物中獲得，也可以通過(guò)不同方法合成，并且易轉(zhuǎn)化為硫代吡喃酮和羥基吡啶酮類似物，它們非常適合藥物開發(fā)和其他生物應(yīng)用[73]。其中，麥芽醇是研究最多的化合物之一，它作為一種低細(xì)胞毒性的食品添加劑，在某些成神經(jīng)瘤細(xì)胞系中表現(xiàn)出較好的抗腫瘤活性[75]。麥芽醇與金屬螯合的配合物已被用于治療多種疾病[74-75]。

Carland等[76]制備了陽(yáng)離子配合物[Pt(en)(ma)]+(14)和[Pt(R，R-DACH)(ma)]+(15，R，R-DACH=1R，2R-1，2-diaminocyclohexane，ma=maltolato，圖 11)。這些化合物對(duì) HeLa 細(xì)胞的毒性約為 32 μmol·L-1，對(duì)K562 約為 26 μmol·L-1。 在這些細(xì)胞系中，順鉑的細(xì)胞毒性比麥芽醇金屬配合物高2～3倍，而卡鉑的細(xì)胞毒性比金屬配合物低。

圖11 配合物14和15的結(jié)構(gòu)[76]Fig.11 Structures of complexes 14 and 15[76]

3.2 麥芽醇芳基金屬配合物

為了開發(fā)M(arene)(maltolato)配合物抗癌劑，Sadler等[77]合成了一系列麥芽醇衍生物的配合物。它們?cè)谒芤褐锌焖龠M(jìn)行配體交換反應(yīng)，形成帶電荷的水合物[Ru(cym)(L)(H2O)]，隨后形成二聚體副產(chǎn)物。然而帶有乙基麥芽醇配體和2-羥甲基-3-氧代-6-甲基-4(1H)-吡喃配體的配合物更穩(wěn)定，沒(méi)有觀察到二聚體的形成。盡管有些配合物不易于形成二聚體，但是它們?cè)隗w外抗癌測(cè)定中并沒(méi)有表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤活性。

Hartinger等[78]制備了與麥芽醇衍生物配位的芳基金屬釕（Ⅱ）配合物(圖12)，并研究了它們對(duì)人源腫瘤細(xì)胞系的抗癌活性，發(fā)現(xiàn)幾種配合物對(duì)人腫瘤細(xì)胞系SW480和CH1都表現(xiàn)出中等的細(xì)胞毒性(IC50=20～60 μmol·L-1)，對(duì) A549 細(xì)胞的活性較差(IC50＞100 μmol·L-1)，表明它們具有一定程度的選擇性?；衔锛?xì)胞活性可能與芳基部分的吸電子取代基有關(guān)，吸電子基團(tuán)能夠降低IC50值，而給電子基團(tuán)具有相反作用。此外，還測(cè)試了它們與5′-GMP的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)配合物與5′-GMP的反應(yīng)非常迅速，并且在鳥嘌呤的N7處可以選擇性地結(jié)合。

圖12 麥芽醇芳基釕配合物16～20[78]Fig.12 Pyrone-based ruthenium（Ⅱ）-arene complexes 16～20[78]

4 β-咔啉金屬配合物

β-咔啉生物堿是一類天然存在的化合物，具有良好的生物活性和藥理功能，包括鎮(zhèn)靜作用、抗病毒、抗菌和抗癌活性[79]。據(jù)報(bào)道，β-咔啉生物堿可通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮抗腫瘤作用，如干擾DNA合成[80]，抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ、Ⅱ和IκB的活性[81]，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合ATP-Mg2+口袋來(lái)抑制激酶CDK(細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶)的活性[82-83]。然而，作為潛在抗癌劑的β-咔啉衍生物的開發(fā)受到2個(gè)缺點(diǎn)的限制：損傷黑質(zhì)紋狀體多巴胺代謝能力產(chǎn)生神經(jīng)毒性和有限的水溶性[84]。

圖13 β-咔啉配體L1～L3和配合物21～26結(jié)構(gòu)[85]Fig.13 Structures of β-carboline ligands L1～L3 and complexes 21～26[85]

Mao等[85]報(bào)道了一系列芳基釕（Ⅱ）配合物(21～26)[(η6-arene)Ru(L)Cl]PF6(芳烴為苯或?qū)慊N；L為雙齒β-咔啉衍生物)(圖13)。這些配合物在體外具有高活性，其中配合物26顯示出比順鉑高3～12倍的抗癌活性，且該配合物能夠克服順鉑耐藥性，同時(shí)對(duì)正常細(xì)胞毒性顯著降低。配合物21～26可以將細(xì)胞周期阻滯在G2/M期，下調(diào)CDK1和細(xì)胞周期蛋白B1的表達(dá)，同時(shí)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)升高等線粒體相關(guān)途徑有效誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究結(jié)果說(shuō)明了抑制CDK1活性是這些配合物發(fā)揮抗腫瘤功效的主要機(jī)制。芳基釕（Ⅱ）與β-咔啉生物堿的組合是一種有效的策略，可用于開發(fā)分子靶向金屬抗癌劑，以克服順鉑耐藥性。

5 三萜類金屬配合物

甘草次酸(18β-glycyrrhetinic acid，GA)大量存在于甘草根中，表現(xiàn)出多樣的生物學(xué)活性，包括抗病毒、抗過(guò)敏、抗炎和抗?jié)冏饔肹86-90]。另外，GA及其衍生物還顯示出較好的抗腫瘤活性，例如能夠抑制腫瘤的發(fā)生和誘導(dǎo)各種癌細(xì)胞死亡(包括肝癌、白血病、乳腺癌和胃癌細(xì)胞)[91]。GA可直接作用于線粒體，通過(guò)線粒體腫脹，線粒體膜電位的喪失以及釋放細(xì)胞色素C來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[94]。GA也是一種蛋白酶抑制劑，研究顯示GA及其衍生物可靶向過(guò)氧化物酶激活受體(PPARs)[92-94]，并影響腫瘤細(xì)胞微環(huán)境、血管生成和免疫細(xì)胞功能[95-96]。由于GA只表現(xiàn)出中等程度的細(xì)胞毒性，因此許多研究人員試圖通過(guò)GA各種衍生物的合成來(lái)提高GA的活性。

圖14 甘草次酸、配合物27和28的結(jié)構(gòu)[97]Fig.14 Structures of 18β-glycyrrhetinic acid,complexes 27 and 28[97]

本課題組博士Kong成功合成了2種新型的以GA衍生物為配體的芳基釕（Ⅱ）配合物，并且探索了它們的細(xì)胞毒性和選擇性(圖14)[97]。發(fā)現(xiàn)含有N，N-螯合配體的配合物27比含有咪唑作為單齒配體的配合物28具有更好的穩(wěn)定性和脂溶性。其中，配合物27的水解半衰期是含有2個(gè)離去基團(tuán)(氯化物)的28的3倍，并且27改變了B-DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，在水解時(shí)誘導(dǎo)DNA縮合，提升了細(xì)胞內(nèi)ROS水平，破壞了細(xì)胞功能，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。曾有報(bào)道發(fā)現(xiàn)芳基釕（Ⅱ）配合物與2，2′-聯(lián)吡啶作為二齒配體的配合物是無(wú)活性的[33]，因此，Kong的結(jié)果表明以修飾的GA為配體在調(diào)諧芳基金屬配合物的化學(xué)性質(zhì)和生物活性中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，作者還觀察到27表現(xiàn)出顯著的抗菌活性，可以進(jìn)一步開發(fā)為新的抗菌劑。該工作為天然產(chǎn)物配體修飾及芳基配合物合成打下了良好基礎(chǔ)。

6 萘醌類金屬配合物

由于植物根部含有大量的白花丹素，所以白花丹葉、石墨玫瑰花和白花丹參都應(yīng)用于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)[98-99]。這種萘醌類化合物具有顯著的生物活性，如抗氧化、抗菌、抗炎、抗瘧疾和抗癌等作用[100-103]。白花丹素在體外能夠誘導(dǎo)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ介導(dǎo)的DNA切割[104]。一些研究通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)克服白花丹素的活性和選擇性方面的不足，然而醌核心的改變都會(huì)減弱白花丹素的活性[102,105]。

為了進(jìn)一步改善白花丹素的抗癌特性并利用芳基釕配合物的優(yōu)勢(shì)，Mahal等[106]將一系列芳基釕連接到白花丹素上(圖15)，提高了對(duì)各種癌細(xì)胞系的活性并且改變了作用機(jī)理。傘花烴Ru（Ⅱ）配合物29克服了KB-V1/Vbl宮頸癌細(xì)胞的多重耐藥性，其IC50值約為1 μmol·L-1。此外，還發(fā)現(xiàn)針對(duì)特定的癌細(xì)胞系，天然前體白花丹素及其釕配合物存在不同的作用機(jī)制。細(xì)胞周期結(jié)果發(fā)現(xiàn)由白花丹素引起的G2-M期阻滯轉(zhuǎn)變?yōu)橛膳浜衔?9引起的G1-S期阻滯。相較于白花丹素，配合物29很大程度上改變了線性DNA的形狀。同時(shí)，研究表明，29對(duì)多重耐藥性KBV1/Vb1細(xì)胞的高活性主要是由于配合物對(duì)該細(xì)胞系中過(guò)表達(dá)的P-glycoprotein產(chǎn)生了抑制作用。

圖15 白花丹素-釕配合物29和30的結(jié)構(gòu)[106]Fig.15 Structures of Ru complexes 29 and 30 based on plumbagin[106]

7 研究展望

天然產(chǎn)物具有多種生物特性，用于單獨(dú)治療癌癥或與金屬藥物聯(lián)合治療都具有廣闊的前景，而且某些結(jié)構(gòu)單元是一類理想的先導(dǎo)化合物來(lái)源。許多研究表明，以優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)為基本骨架，通過(guò)配位化學(xué)等手段，不僅可以保留天然產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)，而且可調(diào)節(jié)鉑類及芳基金屬的生物活性，達(dá)到雙功能甚至多功能的效果。因此，借助天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)先導(dǎo)、修飾和改造合成鉑類以及芳基金屬配合物，為人們尋找下一代抗腫瘤藥物開辟了新思路和途徑。此外，目前得到的配合物生物活性大多是體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果，尚未得到體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，并且其抗腫瘤作用機(jī)制也不明確，因此，基于天然產(chǎn)物的鉑類及芳基金屬配合物用于生物體內(nèi)活性研究和作用機(jī)理探討將是未來(lái)重要的研究方向。對(duì)于這方面的研究本課題組也在深入進(jìn)行中，希望通過(guò)具有不同生理活性的天然產(chǎn)物來(lái)增強(qiáng)金屬配合物的功能，并研究其相關(guān)的作用機(jī)制。