阿魏酸過渡金屬配合物的合成及抗凝血作用研究

王璞玉 吳 冰 卞常鑫 姚小強 宋玉民＊,

(1西北師范大學化學化工學院，蘭州 730070)(2蘭州軍區陸軍總醫院血液科，蘭州 730050)

阿魏酸過渡金屬配合物的合成及抗凝血作用研究

王璞玉1吳 冰2卞常鑫1姚小強1宋玉民＊,1

(1西北師范大學化學化工學院，蘭州 730070)(2蘭州軍區陸軍總醫院血液科，蘭州 730050)

用阿魏酸與Fe、Co、Ni、Cu、Zn的硝酸鹽制備了5種過渡金屬配合物，通過紅外光譜、熱重-差熱分析、元素分析、熒光和紫外光譜的方法對配合物進行了表征，確定了配合物的組成。并對配體和配合物進行了全血凝血時間、復鈣時間、活化部分凝血活酶時間、凝血酶原時間的測定，結果表明5種配合物具有較好的抗凝血性質。通過熒光光譜、紫外光譜、圓二色譜研究了配合物與人血清白蛋白(HSA)的相互作用，HSA的熒光光譜表明配合物對其有熒光猝滅作用并使其發射峰位置紅移，紫外光譜表明配合物的加入導致HSA吸收強度增加且吸收峰位置紫移，圓二色譜表明配合物的存在可引起HSA構象的變化。推測配合物抗凝血作用的起效與其和血清白蛋白之間的相互作用有一定的聯系。

阿魏酸配合物；合成與表征；抗凝血作用；人血清白蛋白

近年來，血栓栓塞性疾病越來越受到人們的關注，它是一類嚴重危害人類健康和生命的疾病，可發生于靜脈、動脈和微血管，從而表現出各種癥狀，是致病、致殘、死亡的直接原因之一[1-2]。華法靈鈉、肝素、枸櫞酸鈉是常用的抗凝血藥物，長期服用容易導致自發性出血。故研究和開發新的抗凝血藥物，不僅有藥物學家的參與，而且吸引了生物和化學家的關注與參與，如焦天權，蔣德爐等曾研究過稀土元素配合物的抗凝血性質[3-5]。本課題組研究了過渡金屬華法靈配合物、稀土元素華法靈配合物、過渡金屬華法靈水楊酸配合物、稀土元素華法靈水楊酸配合物、肝素過渡金屬納米氧化物材料、肝素稀土金屬納米氧化物材料的抗凝血性能，研究結果表明配合物的抗凝血性能均優于配體[6-9]。為了解配合物的抗凝血作用機理，還對配合物與血液中最豐富的蛋白質人血清白蛋白之間的作用進行過探討[10-11]。

廣泛存在于當歸、川穹、阿魏、升麻中的阿魏酸(Ferulic acid，化學名稱為4-羥基-3-甲氧基肉桂酸(圖1))，具有抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗凝血等多種藥理學作用，因此廣泛應用于醫藥、食品、化妝品等領域，如臨床上可用于冠心病、腦血管病、白細胞和血小板減少癥等疾病的治療[12-14]。但由于阿魏酸分子中含有雙鍵，屬于親水基團，很難透過生物膜雙分子層，因此對阿魏酸進行修飾以得到阿魏酸衍生物成為研究的熱點之一，而且阿魏酸衍生物具有更強的藥理活性[15]。微量元素雖然在人體內的含量不多，但與人的生存和健康息息相關，對人的生命起至關重要的作用。它們的攝入過量、不足、不平衡或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病。而有關阿魏酸過渡金屬配合物合成和性能的研究少見報道。因此，合成阿魏酸過渡金屬配合物，并研究其性質，在發揮抗凝血性能的同時，又可為人體提供必需的微量元素，具有較強的理論和實際意義。本文報道了阿魏酸與過渡金屬Fe、Co、Ni、Cu、Zn配合物的合成及其抗凝血性能，采用熒光光譜、紫外吸收光譜和圓二色譜的方法對配合物與人血清白蛋白之間的作用進行了研究。為開發新的抗凝血藥物和研究其抗凝血作用機理提供了一定的實驗基礎。

圖1 阿魏酸的分子結構Fig.1 Molecular structure of ferulic acid

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Agilent-8453紫外分光光度計 (美國Agilent公司)；FTS-3000型紅外光譜儀 (美國PE公司，KBr壓片，攝譜范圍 4 000～400 cm-1)；TG/DTA-6300 熱重-差熱分析儀 (美國PE公司)；PerkinElmer 2400 CHN型元素分析儀 (美國PE公司)；LS-55熒光分光光度計(美國PE公司)；J-810圓二色譜儀 (日本Jasco公司)數顯智能控溫磁力攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠)；恒溫水浴鍋(鄭州長城科工貿有限公司)；KQ-100M超聲波清洗器(東莞市科橋超聲波設備有限公司)。

人血清白蛋白(HSA)(國藥集團化學試劑有限公司)；阿魏酸(上海中秦化學試劑有限公司)；配制10 mmol·L-1Tris-HCl 緩 沖 溶 液 ，pH=7.47(內 含 50 mmol·L-1的NaCl溶液維持離子強度)；其余試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 配合物的合成

分別稱取 0.75 mmol阿魏酸，0.5 mmol六次甲基四胺和0.25 mmol的過渡金屬硝酸鹽于圓底燒瓶中，用15 mL 95%的乙醇溶液進行溶解，在80℃條件下加熱回流攪拌12 h，最后將沉淀過濾，洗滌，烘干，得到粉末狀產物。

1.2.2 配合物溶液的配制、熒光光譜及紫外光譜的測定

配體及配合物用二次蒸餾水和0.10 mL的吐溫-80 溶解，并超聲 10 min，配制成 2.0 mmol·L-1的溶液待用。實驗時的溶液濃度分別為0.2 mmol·L-1,20 μmol·L-1,2.0 μmol·L-1。

移取 3 mL 2.0 μmol·L-1的阿魏酸及阿魏酸配合物溶液于1 cm石英比色池中，在25℃下，以λex=310 nm為激發波長，記錄320 nm～390 nm波長范圍的熒光光譜。

移取 3 mL 2.0 μmol·L-1的阿魏酸及阿魏酸配合物溶液于1 cm石英比色池中，以二次蒸餾水為參比，掃描200～400 nm的紫外光譜。

1.2.3 全血凝血實驗

取7組干凈的試管，每組3支。第1組為空白組，第 2、3、4、5、6、7 組分別為阿魏酸(FA)、阿魏酸合鐵(FA-Fe)、阿魏酸合鈷(FA-Co)、阿魏酸合鎳(FA-Ni)、阿魏酸合銅(FA-Cu)、阿魏酸合鋅(FA-Zn)(加入溶液的濃度均為 2.0 mmol·L-1，體積為 0.25 mL)。將空白組試管和加好樣品的6組試管放入37℃水浴中進行恒溫，之后沿各試管壁加入1 mL人血，繼續在水浴中恒溫2 min，同時開啟秒表，每隔30 s以30°傾斜度輕輕傾斜試管進行觀察，直至血液不再流動為止，記錄該時間為全血凝血時間。

使用上述實驗方法測定 0.2 mmol·L-1和 20 μmol·L-1溶液的凝血時間。

1.2.4 復鈣實驗

將配體及配合物固體放入 0.154 mol·L-1的生理鹽水中浸泡24 h，烘干。取7組潔凈的試管，每組3 支。第 1 組為空白組，第 2、3、4、5、6、7 組分別加入0.1 g 的 FA，FA-Fe，FA-Co，FA-Ni，FA-Cu，FA-Zn，37℃水浴恒溫2 min。向7組試管中分別加入人血0.3 mL，0.025 mol·L-1的 CaCl2溶液 0.3 mL, 置于 37 ℃水浴中恒溫，同時開啟秒表，將一根不銹鋼小鉤伸入溶液中均勻緩慢地攪動，并檢查是否有纖維蛋白的形成。當小鉤上剛出現絲狀物時，記錄時間，此時間即為復鈣時間。

1.2.5 抗凝血活性實驗

采用活化部分凝血活酶時間(APTT)和凝血酶原時間(PT)2個指標[16]來考查配體和配合物對凝血系統的影響。取13支潔凈的試管，第1支為空白樣， 第 2～13 支分別加入濃度為 0.2 和 2.0 mmol·L-1的阿魏酸及阿魏酸過渡金屬配合物溶液0.25 mL。向13支試管中分別加入0.5 mL血漿,快速加入CaCl2溶液，37℃水浴恒溫后，記錄出現纖維蛋白絲的時刻，該時間為APTT。凝血酶原時間實驗中，快速加入PT試劑，記錄凝固時間，該時間為PT。

1.2.6 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的熒光光譜

用 Tris-HCl緩沖溶液配制 100 μmol·L-1的HSA溶液，移取該溶液3 mL于1 cm石英比色池中，用微量進樣器加入不同體積的阿魏酸配合物溶液，在25℃下反應5 min后，以λex=290 nm為激發波長，記錄300～420 nm波長范圍的熒光光譜。

1.2.7 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的紫外光譜

移取 3 mL 100 μmol·L-1的 HSA 溶液于 1 cm石英比色池中，用微量進樣器加入不同體積的阿魏酸配合物溶液，在25℃下反應5 min后，以Tris-HCl緩沖溶液為參比溶液，掃描260～300 nm的紫外光譜。

2 結果與討論

2.1 配合物表征

2.1.1 紅外光譜

圖2為FA與配合物的紅外圖譜。從圖中可以看出，FA分子羧酸中O-H的面外變形振動吸收峰出現在950 cm-1～900 cm-1[17]，羰基振動峰出現在1 686 cm-1，而配合物紅外吸收曲線在1 000 cm-1～900 cm-1范圍無吸收峰，羰基振動峰出現在1 637～1 660 cm-1，初步推測配體的羧酸失去質子，羧基的羥基氧和羰基氧與金屬離子發生配位。配體在3 425 cm-1處的酚羥基伸縮振動吸收峰，形成配合物后變成了一個平滑的寬峰(3400cm-1～3600 cm-1)，是配體酚羥基振動吸收峰與水分子羥基的對稱和反對稱伸縮振動吸收峰的疊加結果[18]，說明在配合物中存在有水分子。

圖2 紅外光譜圖Fig.2 IR of compounds

2.1.2 配合物的熱分析

以α-Al2O3為參比，以10℃·min-1為升溫速率，在N2氣保護下從室溫升至750℃，得配合物熱重-差熱(TG-DTA)曲線。表1列出了配合物的TG-DTA數據。圖3為阿魏酸銅(FA-Cu)配合物的TG-DTA曲線圖。

表1 配合物的TG-TDA數據Table 1 TG-TDA Data of Complexes

圖3 熱重-差熱譜圖(FA-Cu)Fig.3 TG-DTA curve of Compound(FA-Cu)

從圖3中可以看出，100℃以下失重的吸熱峰是配合物失去結晶水的表現，通過計算，失重量近似于2個結晶水的質量分數。隨著溫度的升高，DTA曲線向上移動，在200～550℃產生的2個放熱小峰為配合物骨架斷裂、配體分解的結果。600℃左右分解完全，最終產物為金屬氧化物。通過配合物的熱重曲線，初步推算了配合物所含的結晶水分子數目(表1)。與文獻報道的阿魏酸分解溫度190℃相比[19]，配合物的分解溫度在200℃以上，表明配合物的穩定性大于配體。

2.1.3 配合物的光譜性質

以λex=310 nm為激發波長，阿魏酸及配合物在λem=342 nm附近有熒光發射峰。圖4為在室溫條件下，2.0 μmol·L-1阿魏酸與配合物的熒光光譜圖。 配合物與配體的熒光發射峰位置相同，而配合物的熒光發射峰強度均比配體阿魏酸的熒光發射峰強度為低。熒光強度的變化，說明過渡金屬離子和阿魏酸發生了配位作用[20-22]，配合物均有一定程度的熒光猝滅作用，其中FA-Co的熒光猝滅作用最強。

圖4 阿魏酸和配合物的熒光光譜Fig.4 Emission spectra of ferulic acid and complexes

圖5為阿魏酸與阿魏酸過渡金屬配合物的紫外光譜圖。由圖可知，配合物與配體相比，吸收強度略微降低，這可能是由于阿魏酸和金屬配位后，使得配位原子周圍的電子云密度發生變化，從而影響了共軛分子軌道的能級狀態[23]。這也進一步說明阿魏酸與金屬離子發生了配位作用。

圖5 阿魏酸和配合物的紫外光譜Fig.5 UV absorption spectra of ferulic acid and complexes

2.1.4 配合物的組成

配合物的元素分析實驗結果與理論值基本吻合，結合熱重分析測試結果，推測配合物的組成及元素分析結果如表2所示。

表2 配合物的元素分析Table 2 Elemental analysis of complexes

2.2 抗凝血實驗

2.2.1 全血凝血實驗

表3是空白樣、阿魏酸與配合物的凝血時間。從表中可以看出，空白樣的凝血時間最短，其次是配體阿魏酸，5種配合物的凝血時間均大于配體，這說明過渡金屬與阿魏酸形成的配合物具有較好的抗凝血性質，其中阿魏酸鈷的抗凝血時間最長。在人體凝血體系中，凝血因子Ⅳ(Ca2+)幾乎參與了血液凝固的整個過程[24]。本實驗合成的阿魏酸配合物加入血液后，由于過渡金屬離子和Ca2+的拮抗作用[25]，使得凝血過程中的有效Ca2+減少，進而影響凝血過程中其它必需Ca2+參與的凝血因子的激活及凝血復合物的形成，阻止了凝血酶原轉化為凝血酶，因此，配合物的有效抗凝血時間得以延長。

表3 配體和配合物的凝血時間Table 3 Coagulation time of ligand and complexes

2.2.2 濃度對凝血時間的影響

表4為不同濃度的阿魏酸及配合物的凝血時間。從表中可以看出，隨著濃度的增加，配體和配合物的凝血時間均有延長。但是如果濃度過大，離子會在人體內大量累計，不利于新陳代謝，甚至會危害健康[7]。在同一濃度時，與配體相比，5種配合物的凝血時間稍有延長，且在相同濃度時阿魏酸鈷的凝血時間較其它配合物為長。

表4 不同濃度的阿魏酸及配合物的凝血時間Table 4 Coagulation time of different concentrations′ligand and complexes

2.2.3 復鈣實驗

表5為阿魏酸及配合物的復鈣時間。從表中數據可知，不加任何物質的空白樣的復鈣時間最短，其次是阿魏酸，這說明配體阿魏酸具有抗凝血作用，5種配合物的復鈣時間均長于配體，因此，配合物的抗凝血性優于配體，其中阿魏酸鈷的性質最好，這與前面所做的凝血時間實驗相一致。

表5 配體及配合物的復鈣時間Table 5 Recalcification time of ligand and complexes

2.2.4 凝血活性綜合實驗

活化部分凝血活酶時間和凝血酶原時間是內源性凝血活性和外源性凝血活性的綜合性檢查。二者的延長表明存在先天性凝血因子異常或多種凝血因子的缺乏及循環抗凝血素的增加的可能性。從表6的實驗結果可以看出：(1)與對照組相比，配體及5種過渡金屬配合物的APTT、PT時間有所延長，這是由于在實驗組的血液中加入了配體或配合物，說明配體及配合物都存在一定的抗凝血作用。(2)同等實驗條件下，濃度較大的配合物溶液比濃度較小的配合物溶液的APTT、PT時間稍有延長，這表明抗凝作用與濃度有關，濃度越大，抗凝時間越長。(3)在表中所列的實驗條件下，配體及配合物的APTT、PT測試時間結果均符合正常值，因此，少量配合物在體外血液中的加入并沒有引起血液性質的較大變化，此種配合物可為臨床抗凝血藥物的篩選提供實驗依據。

表6 配體及配合物的凝血活性實驗Table 6 Coagulant activity of ligand and complexes

2.3 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的相互作用

2.3.1 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的熒光光譜

蛋白質中存在3種芳香氨基酸：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸，它們熒光強度比為 100∶9∶0.5，因此主要考慮色氨酸、酪氨酸這兩種氨基酸對人血清白蛋白熒光強度的貢獻。

圖6為阿魏酸銅配合物在20℃時對HSA溶液熒光光譜的影響。以λex=290 nm為激發波長，HSA在λem=339 nm附近有熒光發射。固定HSA溶液的濃度，依次加入配合物溶液，隨著配合物濃度的增加，HSA體系在λem=339 nm處的熒光強度沒有因為與配合物的發射峰位置幾乎相同而增加，而是有規律的減小，且發射峰位置有一定程度的紅移 (從339 nm移至350 nm)，這說明配合物與人血清白蛋白發生一定作用，從而產生了熒光猝滅。(由于HSA溶液的體積3 mL遠大于配合物累加的最大體積90 μL，故忽略稀釋效應對HSA熒光強度的影響。)HSA在λem=339 nm產生熒光是由蛋白質中的色氨酸殘基導致的。色氨酸殘基的發射波長與它所處的環境有關，熒光發射峰略有紅移，這可能是由于HSA的空間構象發生了較小變化，色氨酸殘基周圍的疏水性降低而引起的[26]。配體和其它配合物與HSA作用的熒光光譜圖與銅配合物的相似，說明配合物對HSA熒光強度的猝滅主要是配體引起的。

圖6 FA-Cu對HSA熒光光譜的影響Fig.6 Effect of FA-Cu on fluorescence spectra of HSA from a to h curves cFA-Cu/(μmol·L-1):0,5,10,20,30,40,50,60

2.3.2 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的紫外光譜

圖7為不同濃度的阿魏酸銅配合物對HSA紫外光譜的影響。從圖中可知，HSA在280 nm處有吸收峰，是由其肽鏈上的色氨酸和酪氨酸的苯雜環ππ*躍遷引起的。當在HSA的溶液中加入銅配合物溶液時，隨著配合物濃度的增加，HSA溶液的吸收峰強度逐步增加，吸收峰位置略有紫移(從280 nm移至275 nm)，說明過渡金屬配合物與HSA分子發生了作用，誘導HSA分子發生類似降低pH值出現的蛋白質肽鏈伸展現象[27]，使包圍在HSA分子內部的色氨酸和酪氨酸殘基的芳雜環疏水基團裸露出來，導致HSA構象發生了小的變化，從而使吸收強度增強，吸收峰略微紫移。配體和其它配合物對HSA紫外光譜的影響與銅配合物的影響類似。

圖7 FA-Cu對HSA紫外光譜的影響Fig.7 Effect of FA-Cu on the absorption spectra of HSA from a to g curves cFA-Cu/(μmol·L-1):0,5,10,20,30,40,50

2.3.3 阿魏酸配合物與人血清白蛋白的圓二色譜

HSA是具有光學活性的物質，所以通過測量HSA的CD圖譜，可以了解HSA的構象[28]。當在HSA的溶液中加入其它物種之后，可以通過觀察其CD圖譜的變化進一步了解其結構的變化。

圖8所示，隨著銅配合物濃度的增加，HSA分子典型的二級結構α-螺旋在209 nm和222 nm處的負峰略微向低波數方向移動[29]，并且相應的振幅也逐漸地減弱。表明配合物與HSA分子發生了較強的相互作用，相應振幅的減弱，說明α-螺旋結構部分減少，從而導致HSA肽鏈有一定程度的伸展，HSA的二級結構有所變化[30]。其它配合物對HSA圓二色光譜的影響與銅配合物的影響類似。

圖8 FA-Cu對HSA溶液的CD光譜的影響Fig.8 Effect of FA-Cu on the CD spectra of HSA solution CHSA=0.1 μmol·L-1;pH=7.34 from a to e curves CFA-Cu(0.01 μmol·L-1):0,0.5,1.2,3.0,6.0,respectively

3 結 論

用阿魏酸與過渡金屬硝酸鹽合成了5種配合物。通過元素分析、熱重-差熱分析、紅外光譜、熒光光譜、紫外吸收光譜，初步確定阿魏酸與金屬離子發生了配位，并確定了配合物的組成。抗凝血實驗表明配合物較配體具有好的抗凝血性質，配合物濃度與配合物的抗凝血時間長短有直接的聯系，濃度越大，抗凝時間越長。阿魏酸配合物對HSA溶液熒光光譜和紫外光譜的影響表明，阿魏酸配合物對HSA溶液的熒光有一定的猝滅作用并使發射峰位置有一定的紅移，可使HSA溶液的紫外吸收強度有所增加并使吸收峰位置有些紫移。由阿魏酸配合物對HSA溶液的圓二色譜的影響，推測配合物的抗凝血作用是通過與HSA分子發生了作用，并使HSA的構象發生變化導致蛋白質溶解性能變化而實現。少量配合物在體外血液中的加入并沒有引起血液性質的較大變化，此種配合物的抗凝血性能可為臨床抗凝血藥物的篩選提供實驗依據。

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Synthesis and Anticoagulant Properties of Transition Metal Complexes with Ferulic Acid

WANG Pu-Yu1WU Bing2BIAN Chang-Xin1YAO Xiao-Qiang1SONG Yu-Min＊,1
(1College of Chemistry and Chemical Engineering,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China)
(2Department of Hematology,General Hospital of Lanzhou Military District of PLA,Lanzhou 730050,China)

The complexes of(C10H9O4)xM·mH2O(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)were obtained by the reaction of ferulic acid with metal ions in ethanol solution by solvent-thermal method.The composition of this complexes were characterized by IR,UV,fluorescence spectra,TG-DTA and elemental analysis methods.Meanwhile,the anticoagulant properties of ferulic acid and its complexes were tested by coagulation time (CT),recalcification time(RT),activated partial thromboplastin time(APTT),and prothrombin time(PT).The results showed that the complexes all have better anticoagulant action than that of ferulic acid in related anticoagulant experiments.It was observed that ferulic acid and the complexes could reduce the fluorescence intensity and enhanced the UV intensity of human serum albumin (HSA).The precense of complexes can cause a change of the human serum albumin conformation.The interaction between HSA and the complexes may be the one of reasons for anticoagulant function of the complexes.

complexes of ferulic acid;synthesis and characterization;anti-clotting properties;human serum albumin

O614.121；O614.81

A

1001-4861(2012)08-1609-08

2012-03-08。收修改稿日期：2012-04-06。

國家自然科學基金(No.21062017),甘肅省教育廳(1101-05)，甘肅省高分子材料重點實驗室資助項目。＊

。 E-mail：songym@nwnu.edu.cn；會員登記號：S06N8225M1006。