金屬釕配合物的抗腫瘤作用

隨著無(wú)機(jī)藥物的發(fā)展,我們一方面要研究如何把偶然進(jìn)入生物體的有毒金屬離子通過(guò)螯合作用從生物體內(nèi)排除;另一方面為了治療疾病,又要有目的地去研究如何把金屬離子及其配合物合理地引入生物體內(nèi)。這些都揭示了金屬離子在治療策略中的全新角色?？茖W(xué)工作者在鉑類抗腫瘤藥物領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究工作,經(jīng)歷了近30年的研究發(fā)展,已相繼成功開發(fā)了順鉑(cisplatin)、卡鉑(carboplatin)等,用于臨床治療癌癥。特別是順鉑和卡鉑是目前臨床上使用最廣的抗癌藥物之一,是治療許多腫瘤的首選藥物。但目前,臨床應(yīng)用鉑類抗癌藥最大的問(wèn)題是耐藥性,許多患者先天或后天對(duì)鉑類抗癌藥物產(chǎn)生耐藥性,嚴(yán)重降低了藥物的療效及其抗癌譜。近年來(lái)釕配合物作為新的抗癌藥物引起了人們的注意。在非鉑系藥物中,金屬釕配合物是最有前途的抗癌藥物之一。國(guó)際上普遍認(rèn)為釕和釕的配合物屬于低毒性,容易吸收并在體內(nèi)很快排泄，更重要的是釕配合物易于被腫瘤組織吸收。國(guó)際上報(bào)告的具有抗腫瘤活性的釕配合物可以大致分為4類：1.1

KP1019型配合物1.2

NAMI型配合物1.3釕(Ⅱ)2芳烴配合物1.4釕多吡啶配合物KP1019型配合物是Keppler等在20世紀(jì)80年代中后期著手合成的,這類配合物的基本通式為[HL][trans-Ru(Ⅲ)L2Cl4],其中L為含氮雜環(huán)配體

,它們對(duì)結(jié)腸癌有明顯的治療效果。以吲哚為主要配體的KP1019于2006年完成了一期臨床實(shí)驗(yàn),它能通過(guò)線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,能抑制一些順鉑不起作用的腫瘤的生長(zhǎng),而且在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中,都沒(méi)有產(chǎn)生耐藥性,也沒(méi)有很嚴(yán)重的副作用.在KP1019被發(fā)現(xiàn)有良好的抗腫瘤活性之后,一些研究組在它的結(jié)構(gòu)上也作了相關(guān)的改造,主要是改變與Ru(Ⅲ)配位的五元環(huán)的類型,如將咪唑或吲哚變?yōu)?H21,2,42三氮唑

、噻唑、22氨基噻唑等。由此得出一個(gè)重要的結(jié)論,即通過(guò)降低含N雜環(huán)配體上配位N原子的堿性,可以大大增強(qiáng)配合物的穩(wěn)定性

。KP1019能不可逆地結(jié)合DNA,但是其與DNA作用的能力比NAMI要弱,而且與順鉑的作用模式不同有可能是因?yàn)獒懪浜衔镏車呐湮画h(huán)境比鉑要擁擠。KP1019系列配合物一個(gè)普遍的特征就是具有強(qiáng)的蛋白結(jié)合能力。2023/2/5NAMI型配合物由Alessio等在1994年最先合成

,他們發(fā)現(xiàn)這類配合物雖然在體外實(shí)驗(yàn)中不顯活性,但是對(duì)鼠類的轉(zhuǎn)移瘤卻有很明顯的抑制作用。NAMI-A是第一個(gè)進(jìn)入臨床的釕配合物。NAMI-A對(duì)轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞增殖的抑制作用可能是由于它能夠阻滯細(xì)胞周期中的G2-M的階段。NAMI-A可能通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白激酶C、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶的脫磷酸作用、以及抑制c2myc基因的轉(zhuǎn)錄來(lái)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡,從而完全抑制由血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)導(dǎo)致的新生血管生成。NAMI-A對(duì)肺轉(zhuǎn)移瘤有著非常突出的抑制活性,。在腹腔注射或靜脈注射之后,釕配合物在肺中的濃度是原發(fā)瘤中的兩倍,其在肺中的代謝速率也比原發(fā)瘤中慢八倍,。如果是直接把藥物注射在原發(fā)瘤的部位,雖然該部位的藥物濃度可以提高10倍,但是藥物對(duì)原發(fā)瘤的抑制作用依然不如轉(zhuǎn)移瘤明顯。2023/2/5研究發(fā)現(xiàn)NAMI-A與DNA的作用能力比順鉑要弱得多。對(duì)比順鉑與NAMl-A在細(xì)胞吸收、與DNA的結(jié)合以及毒性,發(fā)現(xiàn)NAMI-A的毒性比順鉑低1053倍,NAMI-A的細(xì)胞內(nèi)吸收和DNA結(jié)合能力分別比順鉑低418和42倍。雖然NAMI型配合物與DNA的結(jié)合能力比較弱,它與蛋白的結(jié)合能力卻比其與DNA的結(jié)合強(qiáng)得多。2023/2/5這個(gè)類型的配合物具有[(η62arene)Ru(X)(Y)(Z)]的結(jié)構(gòu)通式這種類型的配合物提供了3個(gè)可以調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)的途徑:雙齒配體可以調(diào)節(jié)配合物的穩(wěn)定性和配體交換速率、芳環(huán)的類型可以影響細(xì)胞的吸收以及配合物與可能的藥物靶標(biāo)的作用、而離去基團(tuán)X(通常為Cl-)能夠決定藥物被激活的時(shí)間。釕(Ⅱ)-芳烴配合物在體外的活性測(cè)試中即表現(xiàn)了很好的抑制效果。部分配合物活性相當(dāng)于順鉑(IC50=016μM),甚至對(duì)順鉑不起作用的細(xì)胞系也表現(xiàn)了很好的活性。和NAMI與KP1019相類似,離去基團(tuán)X水解作用對(duì)這類配合物也很重要。研究發(fā)現(xiàn),改變雙齒配體L的類型可以調(diào)節(jié)水解的速率和程度,同時(shí)還能影響配合物與核苷酸的結(jié)合。除了與核苷酸作用之外,釕(Ⅱ)-芳烴還能與寡聚核苷或者雙螺旋DNA作用。與NAMI和KP1019類強(qiáng)的蛋白結(jié)合能力不同的是,盡管釕(Ⅱ)-芳烴配合物也能和蛋白結(jié)合,但是它們與蛋白的反應(yīng)性不如與核酸的反應(yīng)能力那么強(qiáng)。2023/2/5在藥物研制中使用釕多吡啶配合物有很多優(yōu)點(diǎn):(1)通過(guò)可靠的方法合成具有預(yù)定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定配合物;(2)調(diào)整配體親合性,電子傳遞及取代速率和還原勢(shì)的

能力

；

(3)增加對(duì)釕配合物生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)。這些不僅使得釕配合物具有氧還激發(fā)和光動(dòng)力學(xué)的特性以應(yīng)用于治療當(dāng)中,還會(huì)促進(jìn)具有釕放射性核素的放療藥物的發(fā)展。1.還原激活2.活性Ru(ò)配合物3.轉(zhuǎn)鐵運(yùn)輸4.DNA共價(jià)結(jié)合5.對(duì)DNA的損傷6.Ru配合物的細(xì)胞毒性7.光動(dòng)力治療2023/2/5體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NAMI-A和一些釕配合物幾乎不具有毒性,表明釕配合物與鉑類配合物具有完全不同的作用機(jī)制,或者是配合物的抗腫瘤活性與配合物對(duì)DNA的親和力無(wú)關(guān)。2023/2/5根據(jù)還原激活假設(shè),釕(ò)配合物可以作為藥物的前體,在體內(nèi)被還原激活后,更迅速地與生物分子配合。GSH和大量的還原蛋白可在體內(nèi)還原Ru(ó)配合物,而Ru(ò)到Ru(ó)的氧化可以通過(guò)分子氧、細(xì)胞色素氧化酶以及其他氧化劑發(fā)生,但是這個(gè)過(guò)程在低氧環(huán)境的腫瘤細(xì)胞中卻相對(duì)很少發(fā)生。一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)清楚地闡明,低氧可引起DNA結(jié)合增加,并提高抗癌試劑和對(duì)抗HeLa細(xì)胞的毒性。有證據(jù)顯示第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的釕配合物Na{trans-[Cl4(DMSO)(Im)Ru]}也是通過(guò)還原而被激發(fā)的。2023/2/5芳烴配體可穩(wěn)定Ru(ò),并提供一個(gè)疏水面以增加識(shí)別和跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。某些這樣的配合物甚至還能抑制在DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂中起重要作用的拓?fù)洚悩?gòu)酶ò的活性。拓?fù)洚悩?gòu)酶ò可以改變DNA的拓?fù)湫再|(zhì),在細(xì)胞分裂的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組和染色體分離過(guò)程中幫助維持染色體骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于上述性質(zhì)在癌細(xì)胞增殖過(guò)程中非常重要,因此選擇性地以拓?fù)洚悩?gòu)酶ò為靶標(biāo),可以阻礙細(xì)胞分裂并通過(guò)裂解DNA而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。2023/2/5Fe結(jié)合位點(diǎn)的組氨酸對(duì)Ru(ó)有高親合性,Tf-Fe(óPò)不同,Tf-Ru(óPò)的還原可在生理?xiàng)l件下達(dá)到。此還原可促進(jìn)Ru從Tf的組氨酸位點(diǎn)釋放,尤其是在腫瘤組織或者Tf內(nèi)體的低pH條件下,這樣就可以使釕配合物被高度吸收并發(fā)揮其作用。2023/2/5配合物與DNA的結(jié)合受到核苷中脫氧核糖的限制,所以在嘌呤核苷上經(jīng)常能觀察到的是N7位的配合,當(dāng)此限制被消除后,幾乎所有的連接異構(gòu)體都可以得到。2023/2/5與核苷進(jìn)行N7配位后,Ru(ó)可引起堿基催化的自氧化,進(jìn)而形成82氧代2核苷。反應(yīng)可能在Ru和氧發(fā)生單電子傳遞,形成自氧化后,堿基催化促使糖苷鍵斷裂;然而,此反應(yīng)并沒(méi)有在DNA的斷裂中觀察到。Ru(?)作為一個(gè)更強(qiáng)的泛酸催化劑,可以更好地催化Gua的自氧化,這可以通過(guò)Ru(ó)歧化成Ru(ò)和Ru(?)達(dá)到。2023/2/5Ru配合物與DNA結(jié)合和細(xì)胞毒性存在一定的關(guān)聯(lián)。很多Ru配合物展現(xiàn)下列活性:抑制DNA的復(fù)制;致突變活性以及誘導(dǎo)SOS修復(fù)系統(tǒng);減少與DNA的結(jié)合和RNA合成。這些都會(huì)嚴(yán)重影響腫瘤細(xì)胞的快速增殖,造成一定的細(xì)胞毒性。另外,在釕配合物中適當(dāng)?shù)卦黾勇扰湮?可以增加配合物的水溶性,釕的多氯配合物在血液中由轉(zhuǎn)鐵蛋白和白蛋白轉(zhuǎn)運(yùn),80%是結(jié)合后者。溶解性還可以通過(guò)利用釕和DMSO配位得到改善。2023/2/5光動(dòng)力治療(PDT)的原理是注射到體內(nèi)的光敏物質(zhì)作用于靶向癌組織,在可見光照射下,將電子傳遞給氧,產(chǎn)生活性超氧自由基O#2損傷DNA和線粒體膜,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。2023/2/5過(guò)渡金屬釕配合物的合成化學(xué)得到了很好的發(fā)展,并為研制新的金屬抗癌藥物提供了很