多金屬氧酸鹽抗腫瘤活性研究進(jìn)展

多金屬氧酸鹽抗腫瘤活性研究進(jìn)展

【關(guān)鍵詞】多金屬氧酸鹽；抗腫瘤活性

0引言

多金屬氧酸鹽是一類具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多核金屬–氧簇合物，由過渡金屬離子(如WⅥ、VⅤ、MoⅥ等)與氧高度聚合形成[1]。含一類酸酐的多金屬氧酸鹽叫同多化合物，含兩類或兩類以上酸酐的叫雜多化合物。1826年，Berzerius用鉬酸銨和磷酸合成了歷史上第一個雜多化合物——12-鉬磷酸銨(NH4)3[PMo12O40]。1864年，Marignac合成了12鎢硅酸H4[SiW12O40]·nH2O，從而真正開拓了多酸研究的新時代。經(jīng)過百余年的發(fā)展，多金屬氧酸鹽已廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化、藥物化學(xué)、材料化學(xué)等領(lǐng)域中。在藥物化學(xué)上的應(yīng)用研究主要集中在抗腫瘤、抗病毒、抗艾滋病、抗血凝和抗風(fēng)濕等方面，本文著重概述鎢系、鉬系多金屬氧酸鹽抗腫瘤活性的研究進(jìn)展。

1鎢系

一般的鎢系雜多化合物

1971年，Raynaud等在體外試驗中，首次發(fā)現(xiàn)雜多陰離子[SiW12O40]4-能夠抑制MoMSV(莫羅尼氏鼠科肉瘤病毒)在胚胎鼠纖維原細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移活動。

1972年，Michelon等報道了一種穴狀結(jié)構(gòu)的銻鎢酸鹽雜多化合物(NH4)17Na[NaSb9W21O86](代號為HPA-23)對病毒的DNA、RNA聚合酶具有抑制作用。1974年，Jasmin等發(fā)現(xiàn)HPA-23能夠抑制由病毒誘發(fā)的腫瘤，用HPA-23治療感染了FLV(血友白血病病毒)的小鼠，可使小鼠脾重減輕，增加平均延活時間；還能使預(yù)種了MoMSV的新生小鼠身上的腫瘤延遲出現(xiàn)。

從1973年到1984年的十余年間，對多酸的研究主要集中在幾種多鎢酸上，并相繼發(fā)現(xiàn)[BW12O40]4-、[P2W18O62]6-、[As2W18O62]6-等雜多陰離子在體外和體內(nèi)實驗條件下，均表現(xiàn)出較高的抗病毒和抗腫瘤活性[1]。

1985年，HPA-23在法國和美國被應(yīng)用于臨床治療艾滋病時，發(fā)現(xiàn)其不僅抗病毒活性低，而且還伴有明顯的肝臟毒性、腎臟毒性和血小板減少等副作用，于是停止了臨床的使用。為了尋找到高效、低毒的藥物，人們利用多酸的分子多樣性和可修飾性，向雜多化合物中引入稀土元素和有機基團，發(fā)現(xiàn)修飾后的雜多化合物具有較高的生物活性和較低的毒副作用。

含稀土元素的鎢系雜多化合物

1996年劉景福等報道，稀土雜多化合物Am[XW10O36](A為堿金屬離子、H+、NH+4等，X為稀土元素)具有抑制Meth-A(肉瘤)和MX-1(胸癌)的抗腫瘤活性和低的毒性，以100mg/kg的Na9[EuW10O38]對植有MethA的小鼠用藥14天后，腫瘤重量為1μg，平均成活期為天；而空白對照組腫瘤重量為2μg，平均成活期為天。以100mg/kg的Na9[GdW10O38]對植有MX1的小鼠用藥10天后，腫瘤體積為，停藥后第15天為1；而空白對照組對應(yīng)數(shù)據(jù)分別為1和4。顯然，停藥后藥物仍維持著較強的抑制腫瘤增殖的作用。

2000年劉景福等又研究了穴狀稀土雜多陰離子[TbAs4W40O140]25-及[PrSb9W21O86]16-的鉀鹽、銨鹽在體外、體內(nèi)實驗條件下的抗腫瘤活性。TbAs4W40和PrSb9W21對H22(小鼠肝癌細(xì)胞)、B16(小鼠黑色素瘤細(xì)胞)及HL-60(人早幼粒白血病細(xì)胞)具有明顯的體外抑瘤效應(yīng)：當(dāng)TbAs4W40和PrSb9W21的濃度為50μg/ml時，對H22的抑制率分別為%和%，對B16的抑制率分別為%和%；而當(dāng)它們的濃度為25μg/ml時，對HL60的抑制率就分別達(dá)到35%和62%。細(xì)胞濃度為1×107/ml時，EuAs4W404μg/ml劑量組對乳腺癌活體細(xì)胞的抑制率為57%，TbAs4W4016μg/ml劑量組對直腸癌活體細(xì)胞的抑制率為65%。TbAs4W40和PrSb9W21還可使體內(nèi)植有S180(腹水型肉瘤細(xì)胞)和H22的小鼠腫瘤重量明顯減輕%以上，顯示出了較好的體內(nèi)抑瘤作用。

含有機基團的鎢系雜多化合物

2002年Sun等經(jīng)空穴聚氧合陰離子與PhP(S)Cl2或C6H11P(S)Cl2反應(yīng)，合成了有機硫代磷酰聚氧合鎢酸鹽R2[XW11O39]n-、R2[P2W17O61]6-、R2[PW9O34]5-(X=P、Si、Ge、B、Ga等，R=PhP(S)、C6H11P(S))等系列化合物，它們均表現(xiàn)出一定的抗真菌(如酵母菌)和抗腫瘤(如乳腺瘤)活性。

2002年Wang等[10]合成Keggin型有機金屬取代多金屬氧酸鹽的異構(gòu)體K4H3[(CH3CO2CH2CH2Sn)3(α-GeW9O37)]·10H2O，并進(jìn)行抗腫瘤活性研究，發(fā)現(xiàn)擁有相同聚陰離子和有機金屬基團的化合物，不論是有機金屬單取代、多取代還是形成夾心結(jié)構(gòu)的化合物，其抗腫瘤活性的強弱與聚陰離子的氧化能力是一致的。該研究為進(jìn)一步合成具有高效抗腫瘤活性的雜多化合物提供了理論依據(jù)。

2003年Wang等[11]制備了一種新的雜多鎢酸鹽[CoW11O39(CpTi)]7-(Cp=η5-C5H5)。當(dāng)用藥量為15mg/kg時，對SSMC7721(肝癌細(xì)胞)的抑制率為%；當(dāng)用藥量為200mg/kg時，對HL60和HLC(肺癌細(xì)胞)的抑制率分別為%、%，可見化合物對這3種癌細(xì)胞均有顯著的抑制作用。同時這種化合物的LD50為2898mg/kg，LD5095%可信區(qū)間為2797～3004mg/kg，屬低毒類化合物。

2004年張瀾萃等[12]以體外培養(yǎng)的HL60、B16為靶細(xì)胞，采用3HTdR摻入法觀察了3種有機膦雜多化合物[Bu4N]4H[PhP(S)]2[GaW11O39]、[Bu4N]5K[PhP(S)]2[P2W17O61]和[Bu4N]3H[PhP(S)]2[SiW11O39]對HL60和B16的抑制作用。結(jié)果表明：(1)3種有機膦雜多化合物對HL60和B16均有較好的抑制作用，且隨著化合物濃度的增大，抑制作用增強；(2)在同一濃度下，[Bu4N]5K[PhP(S)]2[P2W17O61]對HL60的抑制作用大于B16，而[Bu4N]3H[PhP(S)]2[SiW11O39]對B16的抑制作用大于HL60。

納米尺寸的鎢系雜多化合物

2003年王曉紅等[13]首次利用現(xiàn)代制藥技術(shù)中的納米技術(shù)，以雜多化合物αK8H6[Si2W18Ti6O77](簡記為αSi2W18Ti6)和脂質(zhì)體合成了平均粒徑為76nm，分布在60～150nm之間的αSi2W18Ti6脂質(zhì)體納米粒子。用微量細(xì)胞培養(yǎng)四氮唑(MTT)法測定了不同粒徑的納米粒子在體外對Hela(人子宮頸癌細(xì)胞)和HL60的抗腫瘤活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多金屬氧酸鹽形成脂質(zhì)體納米粒子后，由于受到脂質(zhì)體雙分子層的保護而提高了穩(wěn)定性、活性和靶向性，降低了其毒副作用。αSi2W18Ti6為50μg/ml時，對Hela的抑制率為%；在納米脂質(zhì)體中，αSi2W18Ti6為μg/ml，粒徑為150nm時，抑制率達(dá)到%，相同濃度下粒徑為60nm時，抑制率可達(dá)到100%。顯然，多酸脂質(zhì)體納米粒子的抗腫瘤活性大大高于多金屬氧酸鹽。

2003年他們又發(fā)現(xiàn)[14]，淀粉在水中膨脹具有凝膠的特性，有助于它在人體內(nèi)的分布運轉(zhuǎn)和在病變區(qū)的濃集。利用反相微乳液聚合方法[15]，以可溶性淀粉和實驗中合成的K6H2[CoW11TiO40]·12H2O(簡記為CoW11Ti)為基本試劑，三氯氧磷為交聯(lián)劑，制備了平均粒徑為50nm，分布在～100nm之間的CoW11Ti/淀粉納米復(fù)合物。由于受到淀粉納米粒子的保護，多酸化合物的酸堿穩(wěn)定性提高。用MTT法測定了納米復(fù)合物對Hela和HL60的體外抗腫瘤活性。在復(fù)合物中，CoW11Ti為μg/ml時，對Hela和HL60的抑制率都達(dá)到100%；而單純的CoW11Ti在50μg/ml時，抑制率僅分別為%和%。所以，該納米復(fù)合物比多金屬氧酸鹽的抗腫瘤活性高。

生物活性顯著的鎢系雜多化合物

2004年Botto等[16]報道，含釩、鉬、鎢的雜多化合物是一類具有多種重要的生物活性的聚陰離子化合物，如抑制特定的生物酶、抗病毒、抗腫瘤等。在水溶液中，由Na8H[PW9O34]·24H2O(II)、CoCl2和過量KCl制得了K10[(PW9O34)2Co4(H2O)2](I)，研究了其對UMR106(老鼠骨肉瘤細(xì)胞)和MC3T3E1(頭顱造骨細(xì)胞)增殖的生物活性。結(jié)果表明，化合物(II)不能抑制UMR106的增殖，對MC3T3E1還有促使增殖的作用，而化合物(I)對這兩種腫瘤細(xì)胞的增殖都表現(xiàn)出很強的抑制作用。因此，化合物(I)有可能用作抗腫瘤藥物。

2004年Sun等[17]報道了用熒光光譜和CD光譜研究在Keggin型雜多化合物K5[SiW11O39]Co(簡記為KSiWCo)和人類基本纖維原細(xì)胞生長因子bFGF之間的交互作用。結(jié)果表明：KSiWCo對bFGF的粘合使得bFGF發(fā)生構(gòu)象改變。細(xì)胞增殖化驗顯示在較低摩爾比率內(nèi)，KSiWCo會刺激bFGF的有絲分裂活性；在較高摩爾比率內(nèi)，KSiWCo會抑制bFGF的有絲分裂活性。因此，KSiWCo用作抗腫瘤藥物有著潛在的可能性。

2004年李娟等[18]報道，5Fu是一種阻止腫瘤細(xì)胞嘧啶類核苷酸合成的抗代謝藥物，但該藥毒副作用較大，使其臨床應(yīng)用受到一定限制。以5Fu為有機分子給體，借助分子自組裝，在室溫下與雜多鎢酸鹽K5[BW12O40]·nH2O(簡記為KBW)發(fā)生反應(yīng)，合成了具有Keggin結(jié)構(gòu)的C20H19F5N10[BW12O52](簡記為WBF)，并通過MTT法對該化合物進(jìn)行了體外抗SSMC7721的活性研究。當(dāng)濃度為μmol/L時，對SSMC7721的抑制率達(dá)到50%以上；WBF對SMMC7721的IC50低于對照組5Fu和KBW，表明5Fu與KBW形成的WBF具有協(xié)同的抗腫瘤活性。急性毒性實驗表明，WBF對小鼠的LD50為1/kg，LD5095%可信區(qū)間為～1/kg，最大耐受劑量為500mg/kg，絕對致死劑量為2500mg/kg。與5Fu的毒性(小鼠1次灌胃給藥的LD50為220mg/kg)相比，5Fu與KBW形成WBF后使5Fu的毒性降低。所以WBF具有較高的抗腫瘤活性和較低的毒性。

2鉬系

鉬系同多、雜多化合物

1988年Yamase等[19]發(fā)現(xiàn)(NH3Pri)6[Mo7O24]·3H2O(代號為PM8)具有較好的體內(nèi)抗腫瘤活性且無細(xì)胞毒性。1993年Yamase[20]報道，PM8對于MethA、MX1、MM46(乳腺癌)、Co4(結(jié)腸癌)、OAT(肺癌)等均具有較大的抑制作用。例如，PM8對MethA和MM46的抑制率達(dá)80%，對移植于鼠的MX1抑制率達(dá)73%。

1996年劉術(shù)俠等[21]采用MTT法，檢測了不同種類鉬系雜多化合物對腫瘤細(xì)胞的體外抑制作用，討論了鉬系雜多陰離子結(jié)構(gòu)對抗腫瘤活性的影響。結(jié)果表明：雜多陰離子的空間體積越小，對腫瘤細(xì)胞的抑制作用越強。在Anderson、Keggin、Dawson結(jié)構(gòu)及1∶11、2∶17雙系列結(jié)構(gòu)的雜多化合物中，Anderson及Keggin結(jié)構(gòu)的空間體積相對較小，其抗腫瘤活性也相對較強。文獻(xiàn)還討論了取代原子、還原態(tài)及反荷陽離子等因素對抗腫瘤活性的影響：(1)鎢取代鉬原子時對腫瘤細(xì)胞的抑制作用減弱，并且被鎢取代的鉬原子數(shù)越多，抗腫瘤活性越弱；而釩取代鉬原子時，抗腫瘤活性卻有所增強。(2)將Keggin結(jié)構(gòu)鉬硅、鉬鍺、鉬磷、鉬砷雜多酸還原為雜多藍(lán)(雜多藍(lán)除陰離子骨架發(fā)生輕微畸變外仍保持原來的母體酸或鹽的結(jié)構(gòu))時，發(fā)現(xiàn)雜多藍(lán)對腫瘤細(xì)胞的IC50明顯低于其相應(yīng)的母體，顯示出優(yōu)于母體的抗腫瘤活性。(3)反荷陽離子為不同的堿金屬離子時，對腫瘤細(xì)胞的抑制作用無明顯影響；反荷陽離子為過渡金屬離子時，會使抑制作用降低；但反荷陽離子為稀土離子時，抑制作用則有所增強。這些規(guī)律為進(jìn)一步合成新型的抗腫瘤藥物提供了重要的理論依據(jù)。

含有機基團的鉬系雜多化合物

2002年Han等[22]報道了(HAla)8(H3O)10[PMo12O40]6·22H2O(Ala=alanine，丙氨酸)的合成，表征發(fā)現(xiàn)該化合物為正交的斜方晶系。經(jīng)抗腫瘤活性測試，該雜多化合物具有抗Pc3m(前列腺癌細(xì)胞)和Hela的生物活性。

2002年韓正波等[23]制備了一種三斜晶系的新型有機無機雜化材料，化學(xué)式是(C3H5N2)4·[PMoVMo11VIO40]·4DMF·2H2O(C3H5N2=imidazolium，質(zhì)子化咪唑)。采用MTT法，對其體外抗Pc3m活性及毒性進(jìn)行了研究，并與鉬磷酸進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：該化合物對Pc3m的抑制率可達(dá)88%，而鉬磷酸對Pc3m的最高抑制率僅為31%。同時，該化合物400μg/ml時沒有顯示出毒性，故有望成為新型的抗腫瘤藥物。

2003年Zhang等[24]合成并表征了[La(NMP)4(H2O)4][HGeMo12O40]·2NMP·3H2O(NMP=Nmethyl2pyrrolidone，N甲基2吡咯烷酮)，為單斜晶系空間群?？鼓[瘤活性實驗結(jié)果表明：所合成的化合物具有抗Hela和Pc3m的作用。

2003年張學(xué)軍等[25]采用MTT法進(jìn)行體外抑瘤效應(yīng)測定，觀察了甘氨酸鉬磷酸鹽(GlyH)4[PMo12O40]·5H2O(簡記為GP；Gly=glycine，甘氨酸)對腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用及對荷瘤小鼠的抑瘤效應(yīng)。體外實驗表明，GP對Hela、Pc3m、S180、Lungcancer(原代肺癌細(xì)胞)的生長有明顯抑制作用(P＜)，并呈一定的量效關(guān)系。100μg/ml時對Hela的抑制率達(dá)%，對Pc3m的抑制率達(dá)%。體內(nèi)實驗表明，給藥組能夠抑制S180的生長，明顯延長小鼠生命期。急性毒性實驗中，LD50為2/kg，LD5095%可信區(qū)間為1～3/kg。該研究表明，GP屬高效、低毒抗腫瘤藥物，可抑制多種人癌細(xì)胞的生長。

2003年韓正波等[26]報道，氨基酸側(cè)鏈官能團能與多金屬氧酸鹽形成新型配合物。了解氨基酸和肽與多金屬氧酸鹽的相互作用對于深入研究多酸藥物化合物的抗腫瘤及抗病毒機理很有意義。由Na2MoO4·2H2O和甘氨酸二肽(GlyGly)在酸性條件下合成了有機無機雜化材料{[Na2(H2O)4]2[γMo8O26(GlyGly)2]}·4H2O，并發(fā)現(xiàn)[γMo8O26(GlyGly)2]單元與[Na2(H2O)4]單元之間存在弱的相互作用，可形成無限二維平面結(jié)構(gòu)。

2005年Li等[27]將鳥氨酸(C5H12N2O2)引入到Keggin型多金屬氧酸鹽中，合成了3種新型雜多化合物：(C5H13N2O2)2(H3O)[PMo12O40]·8H2O、(C5H14N2O2)2[SiMo12O40]·12H2O和(C5H14N2O2)2[GeMo12O40]·12H2O。X單晶衍射表明，這3種化合物的結(jié)構(gòu)中，在質(zhì)子化鳥氨酸陽離子、水分子和雜多陰離子之間包含有N—H…O和O—H…O氫鍵，因此表現(xiàn)出多金屬氧酸鹽和質(zhì)子之間的相互作用。在抗腫瘤活性研究中發(fā)現(xiàn)，這些化合物對Hela的IC50依次為、、μmol/L，對Pc3m的IC50依次為、、μmol/L，可見抑瘤效果顯著。

3研究方向

盡管多金屬氧酸鹽作為抗腫瘤藥物研究已取得很大成果，但目前對其作用機制、構(gòu)效關(guān)系及藥物動力學(xué)尚不明確。所以今后的研究主要是應(yīng)用研究→理論研究→再應(yīng)用研究的過程：(1)根據(jù)已有經(jīng)驗設(shè)計并合成大量新的雜多化合物，以尋找具有良好臨床價值的抗腫瘤藥物；(2)進(jìn)一步把雜多化合物的性能與組成、結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來，深入研究雜多化合物的抗腫瘤活性機理，搞清楚結(jié)構(gòu)與生物活性之間的內(nèi)在聯(lián)系；(3)在研究得到性能與組成、結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計并合成具有更高的抗腫瘤活性和更低的毒性的新型多金屬氧酸鹽。

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