槲皮素金屬配合物合成及藥理作用研究現(xiàn)狀

王 勤，周 剛，申 鍵

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)藥品檢驗(yàn)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110)

槲皮素(quercetin，3,5,7,3′,4′-五羥基黃酮)屬于多羥基黃酮類物質(zhì)。自然界中廣泛分布，許多種植物的根、莖、葉、花、果實(shí)中都存在。槲皮素具有多種生物活性，包括抗菌、抗腫瘤、抗自由基、抗氧化和調(diào)節(jié)免疫等[1-5]，槲皮素抗腫瘤和抗氧化作用的臨床使用并不是十分理想，且穩(wěn)定性和水溶性都較差。研究顯示，金屬元素與槲皮素生物活性的協(xié)同作用可以使藥效提高，毒副作用降低，且槲皮素金屬離子配合物的水溶性和穩(wěn)定性一般高于配體本身[6]。通過形成金屬配合物可以得到毒性低、藥效高、生物利用度好的藥物，且金屬元素與配體結(jié)合產(chǎn)生新化合物的藥理作用還具有一定的靶向性[7]，有利于槲皮素生物活性的改造，并為尋找其新的作用提供方向。

1 槲皮素金屬配合物的合成與表征

槲皮素具有π鍵共軛體系，且含有強(qiáng)配位氧原子，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。強(qiáng)配位氧原子可與不同的金屬離子形成配位鍵，即分子中的-C=O、-OH的氧提供孤電子對，與金屬離子缺少電子的空軌道形成配位鍵，這些金屬可以是Al、Mg，Se、Cr、Cu、Zn、Fe、Pr、Eu、Tb、Dy等[8]元素，包括主族、副族、鑭系和錒系的元素。

1.1 主族元素配合物

槲皮素可以和常見主族元素Ge(Ⅱ)、Al(Ⅲ)、Se(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)等形成配合物[9]。劉秋偉等[10]在堿性非水溶液中合成槲皮素-Ca(Ⅱ)，采用紅外光譜、紫外光譜和核磁氫譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果顯示，槲皮素的3-OH、4-C=O、3′-OH、4′-OH可與Ca(Ⅱ)結(jié)合形成配位比為2∶1的配合物，且3′-OH和4′-OH與Ca(Ⅱ)結(jié)合會導(dǎo)致配合物接受質(zhì)子的能力下降。

翟廣玉等[11]合成了槲皮素-鉍，并對其進(jìn)行表征。槲皮素于PH=8.5甲醇溶液中與無水氯化鉍反應(yīng)加熱回流生成槲皮素-鉍配合物，光譜表征表明槲皮素的3′-OH與鉍形成配合物。張懷斌等[12]在堿性甲醇溶液中合成槲皮素-Al(Ⅲ) 2∶1配合物，使用吸收光譜、紅外光譜和紫外-可見吸收光譜進(jìn)行表征，表明Al(Ⅲ)與槲皮素通過3-OH和4-C=O的結(jié)構(gòu)進(jìn)行配位。

1.2 副族元素配合物

副族元素具有空d或空f軌道，缺電子結(jié)構(gòu)與槲皮素富電子結(jié)構(gòu)形成配位鍵，常見的能與槲皮素配體形成配合物的副族元素有Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等。吳新建等[13]采用紫外光譜探究了槲皮素與具有空3d軌道的二價副族金屬離子(Mn、Co、Ni、Cu、Zn)的配位反應(yīng)，討論堿介質(zhì)、水、溫度、配位活性強(qiáng)弱、不同陰離子五個因素對配位反應(yīng)的作用。研究顯示：堿性介質(zhì)是反應(yīng)的必須條件，且堿介質(zhì)影響配合物的存在形式和性質(zhì)；水和溫度對配位反應(yīng)平衡具有反作用；槲皮素上的羥基越穩(wěn)定越容易與金屬離子形成配合物。

李婧等[14]在無水乙醇溶液中溶解槲皮素配體并與苯甲酸銅攪拌回流生成配合物，反應(yīng)過程中槲皮素和苯甲酸銅的比例不同生成的產(chǎn)物不同，生成兩種配合物的結(jié)構(gòu)式如圖2所示。當(dāng)槲皮素和苯甲酸銅的原料比為2∶1時，合成槲皮素-銅2：1配合物1；當(dāng)槲皮素和苯甲酸銅的原料比為1∶1時，合成含兩分子苯甲酸根參與配位的槲皮素-銅4∶1配合物2。

韓慢慢等[15]討論反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、金屬離子摩爾比與溶劑量及槲皮素配體對合成金屬配合物的影響，并研究槲皮素配體與Mg(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ca(Ⅱ)五種金屬的配位能力和反應(yīng)速率差異。實(shí)驗(yàn)證明，在最佳條件下Cu(Ⅱ)最容易發(fā)生反應(yīng)，其次是Fe(Ⅲ)，而Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)與配體反應(yīng)形成配位鍵的能力較差。以上幾個實(shí)驗(yàn)探究了不同反應(yīng)條件對配位反應(yīng)的影響和不同金屬與槲皮素配位能力的差異。

1.3 稀土元素配合物

稀土離子具有缺電子結(jié)構(gòu)(即空軌道)，空軌道可以與槲皮素富電子結(jié)構(gòu)發(fā)生配位反應(yīng)。稀土元素本身也具有一定的抗菌、抗炎、抗腫瘤和提高酶活性等作用[16-17]。蔡月琴等[18]合成了穩(wěn)定1∶1二元體系槲皮素-Dy(Ⅲ)配合物。研究表明：4-C=O中的氧原子與Dy(Ⅲ)發(fā)生反應(yīng)。

蔣建宏等[19-20]在PH=9.0的無水乙醇溶液中槲皮素與氯化鑭加熱回流合成了槲皮素-La(Ⅲ)，應(yīng)用熒光猝滅光譜，表征槲皮素-La(Ⅲ)與牛血清蛋白的作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明，槲皮素-La(Ⅲ)通過與酪氨酸殘基作用使牛血清蛋白構(gòu)象改變。

2 槲皮素金屬配合物的生物活性

槲皮素金屬配合物有抑菌、抗腫瘤、抗氧化和清除自由基等作用。研究顯示一般槲皮素金屬離子配合物的生物活性比槲皮素單體強(qiáng)，原因是：①槲皮素類中藥大多以水煎液的形式藥用，但槲皮素單體的水溶性并不好，故而溶解度是限制槲皮素應(yīng)用的主要原因，形成金屬離子配合物后分子的溶解度增加，水溶性增加，使生物利用度也增加[21]。②金屬離子本身也具有微弱的生物活性[22-23]，金屬離子與槲皮素二者生物活性具有協(xié)同或拮抗作用，從而使生物活性加強(qiáng)或減弱[24]。Masoomeh Shaghagh[25]等人應(yīng)用熒光靜態(tài)猝滅技術(shù)研究Tb(III) -槲皮素(Tb - que)復(fù)合物與牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。研究表明，氫鍵和范德華力在其作用中其主要作用，該研究表明了Tb - que在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

2.1 抗腫瘤活性

槲皮素的抗腫瘤活性是近幾年研究的熱點(diǎn)之一，研究表明槲皮素抗腫瘤機(jī)制存在以下四種解釋：①DNA鍵合作用：DNA鍵合作用有共價和非共價結(jié)合兩種，非共價結(jié)合包含靜電、插入和溝區(qū)結(jié)合，槲皮素金屬配合物多以插入和半插入的方式與DNA作用，鍵合于DNA堿基對之間，從而影響DNA的結(jié)構(gòu)，抑制DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[26]。②清除自由基：槲皮素金屬配合物能夠清除自由基，降低DNA受自由基的損害[27]。③亞硝酸鈉具有很強(qiáng)的致癌作用，槲皮素金屬配合物可以減少亞硝酸鈉對機(jī)體的損害[28]。④槲皮素金屬配合物還可以調(diào)節(jié)免疫，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活性[29]，在一定程度上也可以促進(jìn)異常細(xì)胞凋亡[30-31]。

王繼群等人探究了多核銅槲皮素配合物對DNA的作用方式，實(shí)驗(yàn)顯示，配合物可以插入到DNA堿基對之間來裂解DNA，且實(shí)驗(yàn)研究的三種配合物對DNA的裂解能力都強(qiáng)于配體本身[26，31]。

梁安文[30]等利用細(xì)胞記數(shù)法，討論槲皮素-Cr(Ⅲ)和槲皮素單體對白血病K562細(xì)胞凋亡的作用。結(jié)果顯示，二者都有促進(jìn)K562細(xì)胞凋亡的活性。槲皮素-Cr(Ⅲ)的活性強(qiáng)于槲皮素單體，且隨時間變長效果差異變大。

2.2 抗氧化活性

槲皮素金屬配合物具有抗氧化和清除自由基的生物活性，其作用機(jī)理有以下幾種解釋：①從配體的結(jié)構(gòu)來說，槲皮素具有π鍵共軛結(jié)構(gòu)，其中3′-OH、4′-OH增強(qiáng)了分子離域，使自由基穩(wěn)定，是抗氧化性的關(guān)鍵；3-OH在槲皮素配合物抗氧化性上也具有重要的作用。槲皮素配合物相較于槲皮素單體抗氧化性均有不同程度的提高[32-33]。②從生理角度來說，槲皮素金屬配合物可誘發(fā)機(jī)體Fenton反應(yīng)，使配體與機(jī)體金屬離子進(jìn)行配合，即與Fe2+等金屬離子配合，這些金屬離子作為催化劑參與體內(nèi)H2O2生成·OH的反應(yīng)，從而間接抑制了氧自由基產(chǎn)生，使槲皮素金屬配合物具有抗氧化的能力[34]。

侯巍、楊銘、趙宏等[35]研究了槲皮素與Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、和Ca(Ⅱ)配合物的抗氧化活性，比較上述四種配合物的抗氧化能力。實(shí)驗(yàn)表明，Cr(Ⅱ)抗氧化性能較差，Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Ca(Ⅱ)抗氧化性能較好。邱麗娟等[36]探究que-Zn(Ⅱ)的抗氧化活性，結(jié)果顯示相比于配體本身配合物的抗氧化活性顯著提高。

通過第一過渡金屬對槲皮素化學(xué)改性產(chǎn)物抗氧化性研究，發(fā)現(xiàn)除槲皮素-Zn(Ⅱ)配合物外，當(dāng)配合物中金屬離子質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)時，抗氧化活性較好，如槲皮素-Cu(Ⅱ)、槲皮素-Co(Ⅱ) 等；當(dāng)配合物中金屬離子質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)時，抗氧化活性較差，如Fe(III) 配合物、Ni(Ⅱ) 配合物等。由此推斷抗氧化強(qiáng)弱可能與金屬原子電子結(jié)構(gòu)有關(guān)[7]。這也許是一個新的方向，但還需進(jìn)一步研究。

2.3 其他作用

槲皮素金屬配合物的抗氧化和抗腫瘤活性強(qiáng)于槲皮素單體，在探究槲皮素金屬配合物時，也發(fā)現(xiàn)一些槲皮素作用相對較弱的方面，如抗菌作用。目前對于槲皮素金屬配合物的抗菌作用有兩種比較普遍的解釋:①槲皮素金屬配合物與菌的轉(zhuǎn)運(yùn)核糖體(tRNA)結(jié)合，從而抑制菌群的生長。②槲皮素形成金屬配合物后，分子脂溶性變強(qiáng)，對細(xì)胞膜的穿透能力變強(qiáng)，使得細(xì)胞生長和繁殖所必須的物質(zhì)流失，導(dǎo)致菌類無法正常生存，從而實(shí)現(xiàn)抑菌的效果[37]。

張宇等[38]討論了槲皮素-磺酸銅、錳、鋅、鈷四種配合物對金黃色葡萄糖球菌抑制作用強(qiáng)弱。研究顯示，四種配合物中槲皮素-磺酸鋅抑菌作用最強(qiáng)。徐海瑛等[39]測定并比較Que及其金屬配合物的抗菌能力。結(jié)果表明Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)五種金屬與槲皮素的配合物中，Que-Zn(Ⅱ)抗菌活性最強(qiáng)，但只有Que-Zn(Ⅱ)的抗菌活性比配體本身強(qiáng)，其余金屬配合物都弱于配體。實(shí)驗(yàn)為槲皮素金屬配合物抗菌研究和臨床應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)，促進(jìn)了槲皮素的研究。

3 結(jié)論與展望

近幾年來槲皮素金屬配合物的研究越來越多，包含合成、表征和藥理作用等方面。槲皮素金屬配合物類藥物也很有的前景，合成的槲皮素金屬配合物越來越多，包含主族、副族、鑭系和錒系元素。但槲皮素金屬配合物體系并不全面，也缺少系統(tǒng)的比較。槲皮素金屬配合物表征方法有紅外光譜(IR)、熱重分析(TGA)、紫外-可見分光光譜(UV-vis)、熒光光譜(VF)等。X-衍射法作為最能體現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)的表征方法，槲皮素配合物在這方面的研究還需要繼續(xù)深入。

槲皮素金屬配合物藥理作用探究不斷深入，并逐步應(yīng)用于臨床。其抗腫瘤活性和抗氧化活性十分優(yōu)良，但研究更偏向于藥理方面，很少有毒理方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們相信，槲皮素金屬配合物的研究會不斷完善，使得研究更加系統(tǒng)，更好的應(yīng)用于臨床。