鎳-2，2'-聯吡啶-4，4'二羧酸配合物的結構及其生物活性研究

高夏南

(沈陽化工大學科亞學院，遼寧沈陽 110167)

癌癥是當前嚴重威脅人類健康的重要疾病之一，其治療和預防引起廣泛重視.藥物化學研究表明:臨床上使用的許多抗癌藥物都以DNA為主要靶點，通過與癌細胞DNA發生相互作用破壞其結構，進而影響基因調控和表達功能，表現出抗癌活性［1-3］.探討金屬配合物的結構與DNA作用模式及其生物活性之間的關系，能夠使人們從分子水平上理解某些疾病的發病機理，并通過分子設計尋找有效的治療藥物，對闡明抗腫瘤抗病毒藥物的作用機理、藥物體外篩選、致癌物致癌機理的研究都有非常重要的意義.因此，研究金屬配合物與DNA的鍵合與識別機理成為國際上比較活躍的研究領域之一［4-10］.

順鉑是當前臨床應用最廣的抗癌試劑之一，但是它的一系列毒副作用限制了它的進一步發展應用.因此，研究低毒性而又具有較好抗癌作用的金屬配合物的工作迅速展開［11-13］.含羧基類配體是常用的有機配體，具有良好的柔韌性，通常能形成結構新穎的配合物.芳香羧酸因羧基可有多種取代位置和取向，加上羧基豐富的配位方式，因此，在配位聚合物晶體工程中是一類靈活多變的且被廣泛采用的有機配體［14］.

金屬配合物藥物在疾病的治療中起著重要的作用，過渡金屬鎳的配合物在藥物學、配位化學和生物無機化學學科具有重要的作用［15-16］.鎳是組裝配位聚合物時常選用的金屬元素，易與含N、O配位原子的配體形成配合物，能與羧基以多種配位方式組成各種類型的配位聚合物.因此，本文以鎳為中心離子與 2，2'-聯吡啶-4，4'二羧酸合成配合物［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O，通過凝膠電泳法證明配合物對pBR322-DNA的切割能力，并研究配合物對HeLa細胞的抑制能力.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker smart 1000 CCD-X射線單晶衍射儀，Nicolet IR-470紅外光譜儀，PHS-3C精密數顯酸度計，D-MS-I磁力攪拌器，E-201-Cp復合電極，ZFQ 85A旋轉蒸發器，HH-4數顯恒溫水浴鍋，AR2140電子分析天平.

2，2'-聯吡啶-4，4'二羧酸、硝酸鎳、氫氧化鉀均為分析純，HeLa細胞為生化試劑.

1.2 配合物的制備與表征

配合物單晶［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O制備:10 mL、1 mol/L 的 Ni(NO3)2與 10 mL、1 mol/L 的 2，2'-聯吡啶-4，4'二羧酸混合，并用0.1 mol/L的KOH調節pH至6.5.攪拌4 h后，靜置，將過濾得到澄清溶液置于小燒杯中，用保鮮膜封口，置于空氣中，經過幾周的溶劑揮發得到晶體.經過Bruker smart 1000 CCD-X射線單晶衍射儀確定晶體的結構為［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O.紅外光譜分析結果為:(cm-1，s，強峰;m，中等;w，弱峰):ν(O—H)3 391(m);ν(C==O)1 710(s);ν(C==C)1 637(s)，1 429(m);ν(C—N)1 147(s);δ(C—O)1 250(m);ν(C—H)719(m).元素分析結果為(測定):C，35.29(35.68);H，4.41(4.50);N，6.86(7.29).

2 晶體結構

2.1 配合物晶體結構測定

選取尺寸為0.12 mm ×0.10 mm ×0.08mm的配合物單晶.在 Bruker smart 1000 CCD X-射線單晶衍射儀上，以石墨單色器的MoKα為靶源(λ=0.071 073 nm)，在1.90°＜θ＜26.04°內收集衍射數據.在273 K下，以ω-2θ方式共收集了10 487個衍射數據，其中獨立數據1 759個［R(int)=0.030 4］，-7≤h≤7，-14≤k≤16，-26≤l≤24.數據還原應用了 Saint軟件包.結構解析采用了直接法.氫原子采用理論加氫法獲得，其它非氫原子采用最小二乘法和各向異性修正.具體測定數據見表1與表2.

表1 配合物的晶體學參數Table 1 Crystallographic parameters of the complex

表2 配合物主要的非氫原子坐標和熱參數Table 2 Main non hydrogen atoms coordinates and thermal parameters of the complex

2.2 配合物晶體結構及其弱作用

配合物［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O的分子結構如圖1所示.從圖1中可以看出:鎳離子與來自2，2'-聯吡啶4，4'-二羧酸配體的2個N原子、水分子中的4個O原子配位，形成六配位的八面體構型.從鍵長與鍵角可以看出:4個配位水之間的夾角近似為90°，使整個配合物保持較好的穩定結構.在圖2中，可以看到一個一維鏈結構，它是通過氫鍵弱作用形成.由π-π堆積作用形成的三維立體結構見圖3.

配合物晶體中主要的鍵長(nm)為:Ni(1)—O(4)#1:0.203 79，Ni(1)—O(4):0.203 79，Ni(1)—O(3)#1:0.206 10，Ni(1)—O(3):0.206 10，Ni(1)—N(1):0.207 63，Ni(1)—N(1)#1:0.207 63.

配合物晶體中主要的鍵角(°)為:O(4)#1—Ni(1)—O(4):177.05(9)，O(4)#1—Ni(1)—O(3)#1:84.59(6)，O(4)—Ni(1)—O(3)#1:93.19(6)，O(4)#1—Ni(1)—O(3):93.19(6)，O(4)—Ni(1)—O(3):84.59(6)，O(3)#1—Ni(1)—O(3):82.36(8)，O(4)#1—Ni(1)—N(1):90.49(6)，O(4)—Ni(1)—N(1):91.78(6)，O(3)#1—Ni(1)—N(1):174.93(6)，O(3)—Ni(1)—N(1):99.15(6)，O(4)#1—Ni(1)—N(1)#1:91.78(6)，O(4)—Ni(1)—N(1)#1:90.49(6)，O(3)#1—Ni(1)—N(1)#1:99.15(6)，O(3)—Ni(1)—N(1)#1:174.93(6)，N(1)—Ni(1)—N(1)#1:79.77(8).

圖1 配合物［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O的分子結構Fig.1 Molecular structure of［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O complex

圖2 配合物的一維鏈結構Fig.2 One-dimensional chain structure of the complex

圖3 配合物的三維立體結構Fig.3 Three-dimensional structure of the complex

3 配合物對pBR322質粒DNA的切割作

在外電場的作用下，帶電顆粒如不處于等電狀態，將向著與其所帶電荷電性相反的電極移動.電泳時，樣品在電槽中外電場的作用下發生移動，超螺旋帶(FormⅠ)分子量較小，在電場的作用下遷移速率較大，開環帶(FormⅡ)次之.實驗中，隨著配合物濃度的降低，FormⅠ解旋慢慢轉化為FormⅡ，同時DNA會發生一定降解［17］.

圖4是配合物對質粒DNA斷裂實驗結果.Lane 0是純的 DNA，Lane 1～3為配合物與DNA在有氧條件下反應1 h的電泳圖像，配合物濃度分別為13.2、6.6、3.3 μmol/L.從圖 4 可以看出:隨著化合物濃度的增加，FormⅠ在逐漸地減少，而FormⅡ在逐漸地增加.此現象表明這些配合物對pBR322質粒DNA具有切割能力.

圖4 配合物對pBR322質粒DNA的切割電泳圖Fig.4 Photoactivated cleavage of pBR 322 plasmid DNA of the complex

4 配合物的抗腫瘤活性

抗癌藥物的篩選大致上有兩種方法:體內篩選和體外篩選.兩種方法各有優缺點:體內篩選準確度高，但需要動物活體，耗費大，而且周期相對較長.體外篩選雖然準確性相對較差，但操作簡單，周期短，耗費低，便于臨床進行抗癌藥敏試驗及新藥篩選.1983年，Mosmann等根據細胞能量代謝水平與DNA合成水平相平行的原理［18］，建立了四甲基偶氮唑鹽(MTT)染色法.由于黃色的MTT能被活細胞線粒體脫氫酶(如琥珀酸脫氫酶和心肌黃酶)還原成藍紫色的甲臢(formazan)，死細胞則無這種能力，從而可用比色法推測細胞的存活和增殖程度.該方法操作簡單、快速、敏感，明顯優于過去常用的染料排斥法，與摻入同位素釋放法測定結果一致.

基于配合物本身所具有的一些特性，以及與DNA作用的鎳(Ⅱ)配合物可能有較好的腫瘤抑制活性，現以HeLa細胞作為研究目標，并與cis-DDP進行了對照，72 h IC50值見表3.由表3數據可知:該配合物顯示出一定的抗腫瘤活性，但其活性不及順鉑.在一定濃度藥物作用下，48 h后的細胞存活率見圖5，結果與化合物的IC50法產生的結果一致.

表3 配合物對HeLa細胞的抑制活性IC50Table 3 Cytotoxicity of the complex against selected HeLa cells

圖5 3 μmol/L配合物對HeLa癌細胞作用48 h后的細胞存活率Fig.5 Effect of 3 μmol/L of the complex on HeLa cells viability after 48 h of incubation

5 結論

(1)采用溶劑揮發法合成了［Ni(BDA)(H2O)4］2H2O 配合物(BDA 為 2，2'-聯吡啶-4，4'二羧酸).

(2)通過紅外光譜及元素分析對配合物進行了表征，應用X-射線衍射技術測定了配合物的晶體結構.對配合物的結構進行了詳細的描述，化合物分子間存在弱的相互作用，通過這些弱作用，形成了一維鏈狀結構，進而向空間擴展，形成了三維結構.

(3)配合物電泳實驗表明:配合物對pBR322質粒DNA具有一定的切割能力，且切割能力因配體濃度的不同而略有變化.

(4)MTT實驗結果表明該配合物對HeLa細胞具有一定的抑制能力.

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