李 薇，黃 艷，王姿秀，邱敏華，葉軼霏，丁 萍，李 珊，雷 健

（贛南醫(yī)學院藥學院，江西 贛州 341000）

自20 世紀60 年代ROSENBORG 首次發(fā)現(xiàn)順鉑對腫瘤細胞具有良好的生長抑制作用以來，金屬抗癌藥物的研究受到了醫(yī)藥工作者的高度關注。其中，以順鉑、卡鉑、奧沙利鉑為代表的鉑類藥物是臨床上使用最為廣泛的一線化療藥物之一，但嚴重的毒副作用和高發(fā)的耐藥性等缺點極大地限制了此類藥物的實際治療效果[1-3］。因此，開發(fā)高效、低毒、廣譜、抗腫瘤耐藥性的新型金屬抗癌藥物仍然是當今醫(yī)藥領域的一大研究熱點。金屬抗癌藥物的本質(zhì)是金屬配合物，是一類由金屬中心體與配體通過配位作用按一定組成、構型所構筑的化合物。針對鉑類化療藥物的局限性，國內(nèi)外學者提出了多種配合物設計理念，其中就包括了“中藥配位化學學說”。該學說認為，中藥有效化學成分不是單純的有機成分，也不是單純的微量元素，而是有機成分與微量元素組成的配位化合物，配位化合物才是真正整體意義上的中藥有效成分，較純有機成分和純微量元素更能全面地反映中藥的物質(zhì)基礎，代表中藥的活性作用核心。因此，中藥單體在與金屬離子以配位鍵結合形成配合物后，不僅能提升原有的藥理活性，還將有望產(chǎn)生新的生物學效應并降低毒副作用[4-6］。受此設計理念的啟發(fā)，一些結構新穎、理化性質(zhì)特異的中藥金屬配合物被相繼合成，并在抗氧化、抗菌、抗癌等方面呈現(xiàn)出廣闊的應用前景。

迄今為止，中藥金屬配合物在抗腫瘤方面的研究主要集中在黃酮類金屬配合物上[7-10］。黃酮是一類由A、B 兩個芳香環(huán)通過三碳鏈連接而形成的化合物，根據(jù)其C2-C3 鍵的氧化程度、B 環(huán)連接位置以及中央三碳鏈是否成環(huán)等特點，黃酮類化合物大致可分為黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮類、二氫黃酮醇類、異黃酮類、查耳酮類等。黃酮類化合物作為金屬抗腫瘤藥物的配體具有以下優(yōu)點：⑴來源廣泛，相對廉價，早已商品化；⑵富含羥基、羰基等官能團，兼具較高的超離域度和完整的大π鍵共軛體系，可以作為良好的螯合試劑與多種金屬離子進行配位；⑶分子骨架中含有平面芳香環(huán)結構，可通過π-π堆積、氫鍵、范德華力等非共價相互作用與DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子結合；⑷分子結構相似，合成配合物后可系統(tǒng)研究配體結構與性質(zhì)、性能之間的關系；⑸一些黃酮類化合物自身具備抗腫瘤潛能，能夠在與金屬離子配位后發(fā)揮協(xié)同作用。本文根據(jù)黃酮類化合物的母體結構特點（圖1）對相關金屬配合物的配位模式及其抗腫瘤作用進行簡單梳理，以期為黃酮-金屬配合物的研制提供參考依據(jù)，助力金屬藥物在癌癥治療領域中的應用。

圖1 代表性黃酮類化合物的母體結構

1 黃酮類

黃芩苷是傳統(tǒng)中藥“三黃”之一黃芩的主要活性成分，兼具清熱解毒、抑菌、降血糖、抗過敏等多種藥理活性，并對前列腺癌、肺癌、肝癌等多種腫瘤具有抑制作用，其基本母核為2-苯基色原酮，是一種典型的黃酮類化合物。有文獻[11-15］報道，黃芩苷-金屬配合物多是以5 位羥基與4 位羰基作為結合位點與金屬離子進行配位，結構簡式如圖2a 所示，其中n 為金屬離子的價態(tài)，y 為黃芩苷配體的數(shù)目，X為金屬鹽前驅體的陰離子。有研究[11］合成了5種新型的黃芩苷稀土（釤、釓、釹、鈰、鐠）配合物（圖2b），利用MTT 法評價了其對肝癌HepG2 細胞的生長抑制作用，發(fā)現(xiàn)配合物的抗腫瘤活性強弱順序依次為黃芩苷-釤＞黃芩苷-釓＞黃芩苷-釹＞黃芩苷-鈰＞黃芩苷-鐠，并披露這些配合物的細胞毒性取決于其對DNA的嵌合能力。郭明課題組[12-13］利用黃芩苷與醋酸金屬鹽絡合配位制備了6 種黃芩苷的鈰（Ⅲ）、鑭（Ⅲ）、釔（Ⅲ）、鎳（Ⅱ）、鈷（Ⅱ）、銅（Ⅱ）配合物（圖2b），并利用紫外、紅外、質(zhì)譜、元素分析等技術手段對組成、結構進行分析表征。體外細胞毒性實驗結果顯示，6 種黃芩苷-金屬配合物對肝癌SMMC-7721 細胞的抑制作用明顯優(yōu)于黃芩苷，并呈現(xiàn)時-效依賴性和量-效依賴性。細胞周期實驗的結果表明，黃芩苷-金屬配合物能夠使細胞周期阻滯于G0/G1期（鎳、鈷、銅）或G2/M 期（鈰、鑭、釔）。熒光定量RT-PCR 和Western blot 的結果證實，這些金屬配合物可以通過下調(diào)Bcl-2 和上調(diào)Bax 表達促進腫瘤細胞凋亡。有研究[14-15］考察了黃芩苷和黃芩苷-銅配合物（圖2c）對HepG2 細胞裸鼠移植瘤的抑制作用，發(fā)現(xiàn)黃芩苷-銅配合物對HepG2 裸鼠移植瘤的抑制率（44.9%）明顯強于黃芩苷（31.7%），并通過Western blot 法證實該配合物的作用機制不僅與Bcl-2 表達下調(diào)和Bax 表達上調(diào)有關，而且與PI3K/Akt/mTOR、Caspase、p38 等 信 號 通 路 下 調(diào)相關。

圖2 抗腫瘤類黃芩苷-金屬配合物的配位模式及其代表性化合物

近年來，其他類型黃酮類化合物如木犀草素、葒草苷、芹菜素、白楊素等的金屬配合物也被相繼合成，其配位模式與黃芩苷類似，多以5 位羥基與4位羰基作為配位位點與金屬離子進行結合。然而，這些配合物的生理活性主要集中在抗氧化、抗菌、抗炎與降血糖等方面[16］，有關其在抗癌方面的研究卻鮮有報道。SPOERLEIN C 等[17］發(fā)現(xiàn)芹菜素、白楊素與醋酸銅所形成的銅（Ⅱ）配合物能有效抑制黑色素瘤518A2、結腸癌HCT-116、宮頸癌KB-V1/Vbl與乳腺癌MCF-7/Topo 等細胞增殖，其半抑制濃度（IC50）為（4.6±0.5）～（15.8±2.5） μM，遠優(yōu)于未發(fā)生配位作用的前驅體，并且該類型配合物對正常的包皮成纖維細胞無明顯的殺傷作用，具有一定的腫瘤選擇性。HALEVAS E等[18］發(fā)現(xiàn)在白楊素-鎵（Ⅲ）配合物中引入不同的螯合劑（如1，10-菲咯啉、2，2′-聯(lián)吡啶和咪唑等）將顯著提升配合物的穩(wěn)定性并增強其對腫瘤細胞生長抑制作用。

2 黃酮醇類

黃酮醇類化合物是指以2-苯基-3-羥基色原酮為骨架的一類化合物，是目前黃酮類金屬配合物中研究最為廣泛的一類化合物，代表性化合物主要有槲皮素和蘆丁。槲皮素是葛根、沙棘、槐米等中藥材的主要活性成分，因其具有抗氧化、抗微生物感染及抗腫瘤等多種藥理活性而備受關注。槲皮素與金屬離子的配位模式主要有3 種[19-22］：⑴5 位羥基與4 位羰基（圖3a）；⑵3 位羥基與4 位羰基，這是槲皮素-金屬配合物最常見的配位模式（圖3b）；⑶B環(huán)上的鄰苯二酚羥基（圖3c）。

圖3 槲皮素與金屬離子的配位模式

LEE Y H 等[23］利用槲皮素和氯化鋅以1∶1 投料比在乙醇中反應制備了相應的槲皮素-鋅（Ⅱ）配合物，發(fā)現(xiàn)其對膀胱癌BFTC-905細胞的生長抑制作用明顯高于槲皮素，并借助流式細胞術和Western blot等技術證實了該配合物可以通過調(diào)節(jié)p-Akt/Akt和MT1-MMP信號通路誘導BFTC-905細胞凋亡。方新華[24］揭示了槲皮素-鋅（Ⅱ）配合物能使細胞周期阻滯于G0/G1期促進宮頸癌HeLa 細胞和肝癌HepG2細胞發(fā)生凋亡。TAN J 等[25］與MUTLU GENCKAL H等[26］分別評價了槲皮素-金屬配合物（錳、鈷、鎳、銅、鋅）對肝癌HepG2、SMMC-7721 細胞和肺癌細胞A549 的細胞毒性，其半抑制濃度可低至10.67 μM，Western blot 檢測發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞的凋亡與survivin 和Bcl-2 表達水平降低以及p53 水平顯著升高有關，并證實該類型配合物能以嵌插結合的方式與DNA 相互作用。NASO L 等[27］在酸性條件（pH 4.0）下將槲皮素與二氯化氧釩配位絡合制備了槲皮素-釩（Ⅳ）配合物，該配合物對4 種乳腺癌細胞T47D、SKBR3、MDA-MB-231以及MDA-MB-468 均具有良好的生長抑制作用，且并不影響正常乳腺上皮細胞增殖，具有特異性殺傷能力。ROY S等[28］從細胞水平和動物水平系統(tǒng)評價了槲皮素-釩（Ⅴ）配合物的抗腫瘤性能，發(fā)現(xiàn)其能夠通過上調(diào)p53和Caspase 3/9的表達以及下調(diào)Akt、mTOR 和VEGF 的表達并呈濃度依賴性地誘導凋亡與DNA 碎片化。陳小平[29］將槲皮素與臨床抗癌藥物順鉑絡合后所得的配合物不但具有更高的抗腫瘤活性和更低的毒副作用，而且不與順鉑產(chǎn)生交叉耐藥性。在動物實驗中，槲皮素-鉑配合物對小鼠肉瘤S-180的抑制率是順鉑的2倍，進一步證實了將黃酮類化合物與金屬離子進行配合，發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，是提高黃酮類化合物活性的有效途徑。

蘆丁是槲皮素的糖苷衍生物，其配位位點主要是5 位羥基與4 位羰基，能夠與銅（Ⅱ）、鈣（Ⅱ）、鋅（Ⅱ）、錳（Ⅱ）、鐵（Ⅲ）、銪（Ⅲ）、釩（Ⅳ）等金屬離子進行絡合形成穩(wěn)定的蘆丁-金屬配合物（圖4a），這些配合物能抑制多種腫瘤細胞增殖[30-33］。IKEDA N E等[34］報道了1 種具有雙金屬中心的蘆丁-鋅（Ⅱ）配合物（圖4b），該配合物對多發(fā)性骨髓瘤RPMI8226細 胞（196.6 μM）、小鼠黑 色 素瘤B16F10 細 胞（160.7 μM）、皮膚惡性黑色素瘤SK-MEL-28 細胞（194.0 μM）、白血病KG1（91.4 μM）及K562（173.2 μM）細胞具有一定的抗增殖作用，但對正常的靜脈內(nèi)皮細胞和成纖維細胞未顯示出細胞毒性。機制研究證實，上述蘆丁-鋅（Ⅱ）配合物的抗腫瘤作用機制與細胞周期阻滯、線粒體膜電位變化、抑制腫瘤血管生成以及調(diào)節(jié)凋亡相關基因表達有關。有研究[35-36］報道了一種蘆丁與氧化釩（Ⅳ）離子的全新配位模式，即僅利用蘆丁B 環(huán)上的鄰苯二酚羥基與中心金屬離子進行配位（圖4c）。體外實驗結果顯示，單純的蘆丁與氧化釩對A549細胞沒有細胞毒性，而二者配位后形成的配合物具有顯著的抗腫瘤作用（95 μM），且不會影響人胚肺成纖維細胞MRC-5的活力。進一步研究表明，該配合物的藥理活性主要源于腫瘤細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和還原型谷胱甘肽的消耗，并能夠像蘆丁一樣被蛋白質(zhì)存儲和轉運。

圖4 抗腫瘤類蘆丁-金屬配合物示例

此外，一些由山柰酚、桑色素等黃酮醇類化合物所構筑的金屬配合物的抗腫瘤作用也被陸續(xù)報道[37-38］。例如，硝酸鑭與山柰酚和二亞乙基三胺衍生的Schiff 堿配體所形成的鑭（Ⅲ）配合物可以通過與DNA 嵌插結合的方式殺傷急性早幼粒白血病HL60[（22.37±0.93） μM］和肝癌HepG2[（17.12±1.06） μM］細胞，其活性與臨床抗癌藥物5-氟尿嘧啶（5-FU）接近[37］；桑色素-鋅（Ⅱ）配合物可選擇性地抑制肺癌A549 和H520 細胞生長，但對MRC-5 肺成纖維細胞無顯著殺傷作用[38］。

3 二氫黃酮類與二氫黃酮醇類

二氫黃酮（醇）類化合物的母體結構是黃酮（醇）類中央三碳鏈的雙鍵氫化后的衍生物，分子中主要的配位結合位點為5 位羥基與4 位羰基，其代表性化合物是橙皮苷、柚皮素和水飛薊賓。橙皮苷是一種廣泛存在于柑橘屬植物果皮中的化合物，具有防止動脈硬化、消炎鎮(zhèn)痛、抗氧化及抗腫瘤等藥理活性，這也是贛南地區(qū)的優(yōu)勢資源之一。夏侯國論等[39］利用橙皮苷與氯化鐠或氯化釔在堿性環(huán)境（pH8.5）下于甲醇溶液中制備了相應的橙皮苷-稀土配合物（圖5a）。體外細胞毒性實驗結果顯示，配位前驅體氯化鐠、氯化釔對高轉移肺癌95-D 細胞均有一定程度的抑制作用，未配位的橙皮苷抑制作用不明顯，發(fā)生配位作用后，橙皮苷-鐠（Ⅲ）配合物的抗腫瘤活性顯著高于氯化鐠，而橙皮苷-釔（Ⅲ）配合物的活性與氯化釔接近，說明黃酮類金屬配合物的藥理活性并非黃酮類化合物和金屬離子各自活性的簡單相加，還需要考察二者之間的匹配程度。這一觀點在ALPER P 等[40］研究中得到了驗證，他們發(fā)現(xiàn)在相同的培養(yǎng)條件下，柚皮素-銅（Ⅱ）配合物對三陰性乳腺癌細胞MDA-MB-231的抑制作用是具有相同結構的鎳（Ⅱ）配合物的3倍。

圖5 抗腫瘤類二氫黃酮（醇）-金屬配合物示例

水飛薊賓是從水飛薊種子中提取的一種二氫黃酮醇類化合物，主要的作用是穩(wěn)定肝細胞膜，保護肝細胞的酶系統(tǒng)，清除肝細胞內(nèi)活性氧自由基等。LEON I E 等[41］設計、合成了1 種水飛薊賓-釩（Ⅳ）配合物（圖5b），并利用白楊素-釩（Ⅳ）類似物作為對照考察其體外抗腫瘤作用。研究結果顯示，2 種釩（Ⅳ）配合物對結腸腺癌HT-29 細胞的抑制作用均高于游離的黃酮配體和釩（Ⅳ）離子，且水飛薊賓-釩（Ⅳ）配合物要優(yōu)于白楊素-釩（Ⅳ）配合物，二者的細胞毒性取決于腫瘤細胞內(nèi)活性氧含量。機制研究證實，白楊素-釩（Ⅳ）配合物是通過阻滯細胞周期于G2/M 期來誘導腫瘤細胞凋亡，而水飛薊賓-釩（Ⅳ）配合物是通過激活Caspase 3 和抑制NFκB 的活化來促進凋亡。此外，水飛薊賓-釩（Ⅳ）配合物具有特異性抑制拓撲異構酶IB 活性，這預示著水飛薊賓-釩（Ⅳ）配合物有望發(fā)展為抗腫瘤靶向藥物。

4 異黃酮類

異黃酮的基本骨架為3-苯基色原酮，其配位模式與黃酮類化合物類似，多以5 位羥基與4 位羰基作為結合位點與金屬離子進行配位，但由于B 環(huán)的位阻效應，異黃酮類金屬配合物水氧穩(wěn)定性往往較差。SPOERLEIN C 等[17］設計、合成了1 種耐水抗氧的染料木素-銅（Ⅱ）配合物（圖6），發(fā)現(xiàn)其對黑色素瘤518A2[（10.9±1.4） μM］、結 腸 癌HCT-116[（10.4±1.6） μM］以及耐藥的宮頸癌KB-V1/Vbl[（6.7±0.5） μM］與乳腺癌MCF-7/Topo[（8.5±1.4） μM］的細胞毒性是染料木素的3～5 倍，并能夠有效抑制腫瘤細胞轉移。該配合物的抗腫瘤作用不僅與細胞周期阻滯有關，而且與F-肌動蛋白細胞骨架的重塑、E-鈣黏蛋白/β-連環(huán)蛋白復合體形成增加以及基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9表達減少密切相關，是一種多靶點的抗腫瘤藥物。

圖6 抗腫瘤類染料木素-金屬配合物示例

5 查耳酮類

查耳酮能夠與多種主族金屬（鈹、鎂）和過渡金屬（鈦、釩、鉻、鎢、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、釕、鈀、鎘、汞）絡合形成配合物[42-45］，其配位模式大致可分為兩類：⑴直接利用查耳酮分子中的羰基（圖7a）或羰基及A 環(huán)鄰位羥基（圖7b）與金屬離子絡合，這種類型的配合物通常需要額外使用聯(lián)吡啶、1，10-菲啰啉等配體來增加結構穩(wěn)定性；⑵通過與有機胺試劑縮合形成Schiff 堿后再與金屬離子進行配位（圖7c）。近年來，查耳酮金屬配合物在抗腫瘤領域中的應用也呈現(xiàn)了較好的發(fā)展趨勢。SHIHAB O H[46］利用3-（2-羥基苯基）-1-苯基丙烯酮的1 位羰基與鐵（Ⅲ）、鉻（Ⅲ）、銅（Ⅱ）、鈷（Ⅱ）絡合后獲得的系列療效接近順鉑的配合物。K?IKAVOVá R 等[47］將硝酸銅、1，10-菲啰啉以及查耳酮以1∶1∶1 投料比在堿性條件下成功制備了8種查耳酮-銅（Ⅱ）配合物，發(fā)現(xiàn)這些銅（Ⅱ）配合物對A2780、G361、HeLa、MCF-7、HOS、A549、HepG2、PC3、22RV1 等腫瘤細胞具有顯著的細胞毒性，其IC50值可低至1.1 μM，并且不與順鉑產(chǎn)生交叉耐藥性。該類型金屬配合物的抗腫瘤作用不僅與拓撲異構酶Ⅰ的抑制有關，而且與入胞方式密切相關。這些銅（Ⅱ）配合物是通過主動運輸?shù)姆绞竭M入腫瘤細胞而并非如順鉑一般自由擴散，因此能夠克服順鉑誘導的交叉耐藥性。也有研究[48］顯示，查耳酮縮氨基硫脲Schiff 堿的銅（Ⅱ）配合物可通過與DNA 相互作用來誘導HL60、MDAMB-231、HCT-116 等腫瘤細胞凋亡，這也為黃酮類金屬抗腫瘤藥物的設計提供了新思路。

圖7 查耳酮與金屬離子的配位模式

6 總結與展望

鉑類化療藥物在癌癥治療中的作用舉足輕重，但其臨床表現(xiàn)卻不盡如人意。針對此現(xiàn)狀，一些富有創(chuàng)造性的新理念被用于金屬抗腫瘤藥物的研發(fā)，其中就包括了“中藥配位化學學說”。與金屬離子配位是一種對黃酮進行結構修飾并增強或賦予其抗腫瘤活性的有效途徑。本文根據(jù)黃酮類化合物的母體結構特點，簡單梳理了黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮（醇）類、異黃酮類、查耳酮類金屬配合物的配位模式、抗腫瘤活性及其相關作用機制，旨在為黃酮類金屬配合物的研制提供參考依據(jù)，推動金屬藥物在癌癥治療領域中的應用。值得注意的是，盡管黃酮-金屬配合物的抗癌潛力已初見端倪，但距離臨床應用還存在一些亟待解決的關鍵問題，如黃酮-金屬配合物的活性和選擇性難以兼得，通?？鼓[瘤活性高的配合物對正常細胞的毒性也大；目前這類化合物的抗腫瘤活性研究多是體外實驗的結果，有關其在動物水平的藥效學、藥代動力學及安全性等方面的研究鮮有報道。因此，今后的研究可以從以下兩方面進行：其一，結合基因組學、蛋白質(zhì)組學、生物信息學等方面的技術手段，深入探究黃酮-金屬配合物的抗腫瘤作用靶點，完善分子機制，并將其反饋于配合物的研制，以期獲得具有腫瘤靶向性的金屬抗癌藥物；其二，在動物水平對黃酮-金屬配合物進行藥效學、藥代動力學特性與安全性進行評價，并根據(jù)相關研究結果進一步改良配合物的穩(wěn)定性、生物利用度、內(nèi)化效率等關鍵技術指標?？傊?，對黃酮類金屬抗腫瘤藥物的研究需要超越傳統(tǒng)藥物化學范疇的視野以及更深入的跨學科合作。