铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物合成及其对肿瘤细胞增殖的抑制

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.39.014

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (39): 6309-6315.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.39.014

• 复合支架材料 composite scaffold materials • 上一篇下一篇

铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物合成及其对肿瘤细胞增殖的抑制

周轶平¹，陈元晓²，周云³，石中正⁴，罗敏¹，钟文远⁵，陈英杰⁴

¹昆明医科大学药学院暨云南省天然药物药理重点实验室，云南省昆明市 650500；昆明医科大学，²生物学教研室，⁴解剖学教研室，云南省昆明市 650500；³云南省广播电视大学化学系，云南省昆明市 650000；⁵昆明学院化学系，云南省昆明市 650031

出版日期:2014-09-17 发布日期:2014-09-17
通讯作者: 陈英杰，教授，昆明医科大学解剖教研室，云南省昆明市 650500
作者简介:周轶平，女，1975年生，云南省昆明市人，汉族，博士，副教授，主要从事肿瘤药理学、干细胞药理学研究。
基金资助:
云南省应用基础研究计划项目(2011FZ098)；云南省天然药物药理重点实验室开放基金(20130G11，2013G012)；云南省教育厅科学研究基金(2012Y010，2014Z060)；国家自然科学基金(31101616，31160425)

Copper, iron, zinc-fluorouracil complexes synthesized in vitro inhibit tumor cell proliferation

Zhou Yi-ping¹, Chen Yuan-xiao², Zhou Yun³, Shi Zhong-zheng⁴, Luo Min¹, Zhong Wen-yuan⁵, Chen Ying-jie⁴

¹Yunnan Key Laboratory of Pharmacology for Natural Products, School of Pharmacy, Kunming Medical University, Kunming 650500, Yunnan Province, China; ² Department of Biology,⁴ Department of Anatomy, Kunming Medical University, Kunming 650500, Yunnan Province, China; ³ Department of Chemistry, Yunnan Radio & TV University, Kunming 650000, Kunming Province, China;⁵ Department of Chemistry, Kunming University, Kunming 650031, Yunnan Province, China

Online:2014-09-17 Published:2014-09-17
Contact: Chen Ying-jie, Professor, Department of Anatomy, Kunming Medical University, Kunming 650500, Yunnan Province, China
About author:Zhou Yi-ping, M.D., Associate professor, Yunnan Key Laboratory of Pharmacology for Natural Products, School of Pharmacy, Kunming Medical University, Kunming 650500, Yunnan Province, China
Supported by:
the Applied Basic Research Plan of Yunnan Province, No. 2011FZ098; the Fund of Yunnan Key Laboratory of Pharmacology for Natural Products, No. 20130G11, 2013G012; the Scientific Research Fund of Yunnan Education Bureau, No. 2012Y010, 2014Z060; the National Natural Science Foundation of China, No. 31101616, 31160425

摘要/Abstract

摘要：

背景：有机抗癌药与金属盐形成配合物后会形成新的结构或改变离子浓度，因此改变二者的毒性与活性而产生协同作用。
目的：寻求高效低毒的新型金属-氟尿嘧啶配合物抗肿瘤药物。
方法：以铜、铁、锌盐和氟尿嘧啶为原料，合成了4种配合物，分别为[Cu(5-Fu) ₂ Cl₂]，[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]，[Fe(5-Fu)₃]SO₄和[Zn(5-Fu)₂ Cl₂]。用元素分析和质谱法分析配合物的化学结构。分别以4种配合物溶液、4种盐溶液、顺铂、氟尿嘧啶培养人白血病细胞株K562与人结肠癌细胞株HCT-116，改良MTT法测试细胞增殖。
结果与结论：配合物的元素分析及摩尔电导数据初步确定了配合物的化学式，质谱结果进一步证明氟尿嘧啶确实与金属离子Cu ²⁺ 、Fe ²⁺ 、Zn ²⁺配位。在0.1-100 mg/L质量浓度范围内，4种配合物对K562和HCT-116细胞增殖均有不同程度的抑制作用，4种配合物对K562和HCT-116细胞增殖的IC50值均低于氟尿嘧啶组，其细胞毒活性是氟尿嘧啶的1.5-7.8倍。表明铜盐、锌盐、铁盐与氟尿嘧啶形成配合物后有协同抑制肿瘤组织细胞增殖的作用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

关键词: 生物材料, 材料相容性, 铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物, 合成, 肿瘤细胞, 增殖抑制, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Anticancer drug and organic metal complexes will form a new structure or a change in ion concentration, thus changing both the activity and toxicity to produce a synergistic effect.

OBJECTIVE: To synthesize new high-efficient and low-toxic metal-fluorouracil complexes as anticancer drugs.

METHODS: Copper, zinc and iron salts and fluorouracil were used to synthesize four copper, zinc and iron-fluorouracil complexes that were [Cu(5-Fu)₂Cl₂], [Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂], [Fe(5-Fu)₃]SO₄ and [Zn(5-Fu)₂Cl₂]. Preliminary chemical structures of the four complexes were confirmed by elemental analysis and mass spectrometry. Their inhibitory activity on human cancer cells, human leukemia cell line K562 and human colon cancer cell line HCT-116, was measured by MTT colorimetric assay.

RESULTS AND CONCLUSION: [Cu(5-Fu)₂Cl₂], [Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂], [Zn(5-Fu)₂Cl₂] and [Fe(5-Fu)₃SO₄] were successfully synthesized. These four complexes at a mass concentration of 0.1-100 mg/L inhibited the proliferation of K562 and HCT-116 to different extents. The IC₅₀ values of these four complexes on K562 and HCT-116 cells were lower than those of fluorouracil, and their cytotoxicity was 1.5-7.8 times higher than that of fluorouracil. To conclude, copper/iron/zinc-fluorouracil complexes exhibit synergic inhibitory effects on cancer cell proliferation.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

Key words: fluorouracil, cell line, tumor, cell proliferation

中图分类号:

R318

周轶平，陈元晓，周云，石中正，罗敏，钟文远，陈英杰. 铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物合成及其对肿瘤细胞增殖的抑制[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(39): 6309-6315.

Zhou Yi-ping, Chen Yuan-xiao, Zhou Yun, Shi Zhong-zheng, Luo Min, Zhong Wen-yuan, Chen Ying-jie. Copper, iron, zinc-fluorouracil complexes synthesized in vitro inhibit tumor cell proliferation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(39): 6309-6315.

图/表（结果） 4

2.1 配合物的表征

2.1.1 配合物的组成配合物[Cu(5-Fu)₂Cl₂]，[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]，[Fe(5-Fu)₃] SO₄和[Zn(5-Fu)₂Cl₂]为粉状固体，均微溶于水。配合物中金属百分含量、C、H、N元素分析数据及摩尔电导见表1。

由表1中数据表明：配合物4种配合物属于配分子，配合物铁配合物属于1∶1的电离类型^[21]。根据表中数据初步确定配合物的化学式为[Cu(5-Fu)₂Cl₂]，[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]，[Fe(5-Fu)₃]SO₄和[Zn(5-Fu)₂Cl₂]。

2.1.2 配合物的高分辨率质谱质谱测定的电离方式为电喷雾ESI⁺，扫描范围在50-1 000 Da。在电喷雾ESI⁺电离方式下，基峰、分子离子峰等会出现加H⁺峰、加Na⁺峰。在[Cu(5-Fu)₂Cl₂] 质谱图中，基峰为346 Da，可以确定此峰为Cu(5-Fu)₂(326)的加Na⁺(23)峰，此外还出现了194 Da和131 Da的分子离子峰，可以确定此峰分别为Cu(5-Fu) (193)和5-Fu(130)的加H⁺(1)峰；在[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂] 质谱图中，与前者相同，出现了基峰346 Da和分子离子峰 194 Da、131 Da；在[Fe(5-Fu)₃]SO₄质谱图中，基峰186 Da，可以确定此峰为Fe(5-Fu)(185)加H⁺(1)峰，分子离子峰 131 Da，可以确定此峰为5-Fu(130)的加H⁺(1)峰；在[Zn(5-Fu)₂Cl₂]质谱图中，基峰348 Da，可以确定此峰为Zn(5-Fu)₂(325)的加Na⁺(23)峰，此外还出现了131 Da的分子离子峰，可以确定此峰为5-Fu(130)的加H⁺(1)峰，见图1。根据上述质谱图，进一步证明5-Fu确实与金属离子Cu²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺配位。

2.2 配合物的体外抗肿瘤活性

对K562、HCT-116细胞的增殖抑制作用：铜、铁、锌盐及氟尿嘧啶配体，以及由它们形成的铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物在体外对K562，HCT-116细胞的增殖抑制作用见图2所示。图2A-D显示的是以铜盐CuCl₂•2H₂O， Cu(NO₃)₂•3H₂O为配体的作用情况，在0.1-100 mg/L范围内，2种铜盐均能较强地抑制2株细胞的增殖，在 0.1-30 mg/L范围内，作用随浓度的增强而增强；在 30-100 mg/L范围内，作用持平，呈现平台期。与5-氟尿嘧啶形成配合物[Cu(5-Fu)₂Cl₂]和[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]后，配合物对2株细胞的增殖抑制作用较2种铜盐降低，在 1-10 mg/L范围内，作用较氟尿嘧啶增强。经计算，[Cu(5-Fu)₂Cl₂]和[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]对K562细胞的IC₅₀值(表2)分别为88 μmol/L和54 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀=200 μmol/L)的2.3倍和3.7倍；对HCT-116细胞的IC₅₀值分别为120 μmol/L和79 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀=180 μmol/L)的1.5倍和2.3倍。

图2E，F显示的是以锌盐ZnCl₂•2H₂O为配体的作用情况，在0.1-100 mg/L范围内，ZnCl₂•2H₂O能较强抑制2株细胞的增殖，在0.1-30 mg/L范围内，作用随浓度的增强而增强；在30-100 mg/L范围内，作用持平或缓慢增强，呈现平台期。与氟尿嘧啶形成配合物[Zn(5-Fu)₂Cl₂]后，在0.1-10 mg/L范围内，配合物对2株细胞的增殖抑制作用较ZnCl₂•2H₂O增强，在0.1-30 mg/L范围内，作用较氟尿嘧啶增强。经计算，[Zn(5-Fu)₂Cl₂] 对K562细胞的IC₅₀值(表2)为54 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀= 200 μmol/L)的3.7倍；对HCT-116细胞的IC₅₀值为23 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀=180 μmol/L)的7.8倍。

图2G，H显示的是以铁盐FeSO₄•7H₂O为配体的作用情况，在0.1-100 mg/L范围内，FeSO₄•7H₂O能够促进K562和HCT-116细胞的增殖，在1-10 mg/L范围内，作用随浓度的增强而增强；在10-100 mg/L范围内，作用基本持平，呈现平台期。与氟尿嘧啶形成配合物[Fe(5-Fu)₃]SO₄后，则对2株细胞均呈现增殖抑制作用。在1-10 mg/L范围内，配合物对K562细胞的增殖抑制作用较氟尿嘧啶增强；在0.1-30 mg/L范围内，配合物对HCT-116细胞的增殖抑制作用较氟尿嘧啶增强。经计算，[Fe(5-Fu)₃]SO₄对K562细胞的IC₅₀值(表2)为87 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀=200 μmol/L)的2.3倍；对HCT-116细胞的IC₅₀值为 33 μmol/L，细胞毒活性是氟尿嘧啶(表2，IC₅₀=180 μmol/L)的5.5倍。

参考文献

[1]Rosenberg B,Vancamp L,Trosko JE,et al. Platinum complexes: a new class of potent antitumor agents. Nature.1969;222(5191):385-386.
[2]Jung Y,Lippard SJ.Direct cellular responses to platinum-induced DNA damage. Chem Rev. 2007;107: 1387-1407.
[3]Ang WH,Dyson PJ.Classical and non-classical ruthenium-based anticancer drugs: Towards targeted chemotherapy. Eur J Inorg Chem.2006:4003-4018.
[4]Thompson KH,Orvig CM,et al.Metal complexes in medicinal chemistry: new vistas and challenges in drug design. Dalton Trans.2006;14(6):761-764.
[5]Hambley TW. Developing new metal-based therapeutics: challenges and opportunities. Dalton Trans. 2007;(43): 4929-4937.
[6]Colotti G,Ilari A,Boffi A,et al.Metals and metal derivatives in medicine.Mini Rev Med Chem.2013;13(2):211-221.
[7]Wang T,Guo Z.Copper in medicine: homeostasis, chelation therapy and antitumor drug design. Curr Med Chem. 2006; 13(5):525-537.
[8]鲁晓明,夏晓明.1,10-菲咯啉及其衍生物铜配合物的抗癌活性研究进展[J].化学通报,2011, 78(4): 1096-1104.
[9]李雪,王静.1,10-菲咯啉及其衍生物铜配合物的合成、表征及抗肿瘤作用[J].广东化工,2012,9(39): 08-109.
[10]杨莉宁,支燕翔,黑佳慧,等.4种联咪唑衍生物的铜配合物的合成、表征及与ct-DNA相互作用的光谱研究[J].光谱实验室,2012, 29(4): 2488-2492.
[11]姜波,魏冬,范九良,等.二乙酰姜黄素金属(铜,铂)配合物的合成及其与ctDNA的键合作用[J].合成化学,2012, 20(4): 430-433.
[12]赵芳,梁慧,程惠,等.大黄酸金属配合物的合成、表征及抗氧化活性研究[J].化学学报,2011, 69(8): 925-930.
[13]袁明,许勤龙,李家明,等.丹皮酚衍生物的研究进展[J].亚太传统医药,2012,8(9):194-199.
[14]Tabassum S, AI-Asbahy WM, Afzal M, et al. Molecular drug design, synthesis and structure elucidation of a new specific target peptide based metallo drug for cancer chemotherapy as topoisomerase I inhibitor.Dalton Trans. 2012;41(16): 4955-4964.
[15]李婷,胡晓荣,郝阳.槲皮素金属配合物的研究进展[J].化学与生物工程,2012,29(12): 19-23.
[16]渠文涛,朱玮,翟广玉,等.槲皮素衍生物的合成及生物活性研究进展[J].化学研究,2012,23(4): 101-110.
[17]刘衍季,何小燕,刘晓华,等.黄芩苷铜和铝配合物的合成及其生物活性研究[J].中国中药杂志,2012, 37(9): 1296-1302.
[18]刘衍季,何小燕,左华,等.黄酮类金属配合物的生物活性研究进展[J].中国中药杂志,2012,37(13): 1901-1904.
[19]汤昆,徐俊,付丽娜,等.席夫碱Zn(II)配合物的合成及体外抗肿瘤活性[J].化学通报,2012, 75(11): 1036-1039.
[20]王慧芳,李清.席夫碱与锌配合物的应用研究进展[J].天津化工, 2011,25(6):12-15.
[21]林纪筠,马德建,钟文远.稀土-邻菲罗啉-氟尿嘧啶三元配合物的合成及表征[J].中国稀土学报,1996,14(3): 193-196.
[22]Chen ZF, Liu YC, Huang KB, et al.Alkaloid-metal based anticancer agents.Curr Top Med Chem. 2013; 13(17): 2104-2115.
[23]Rouault TA. The role of iron regulatory proteins in mammalian iron homeostasis and disease. Nat Chem Biol. 2006; 2: 406-414.
[24]De Domenico I,McVey Ward D,Kaplan J.Regulation of iron acquisition and storage: consequences for iron-linked disorders. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9: 72-81.
[25]Formigari A,Gregianin E,Irato P. The effect of zinc and the role of p53 in copper-induced cellular stress responses. J Appl Toxicol. 2013;33(7): 527-536.
[26]Linder MC. Copper and genomic stability.Mutation Res. 2001; 475:141-152.
[27]Lutsenko S. Human copper homeostasis: a network of interconnected pathways.Curr Opin Chem. Biol. 2010;14: 211-217.
[28]Grattan BJ,Freake HC.Zinc and cancer: implications for LIV-1 in breast cancer.Nutrients. 2012;4(7):648-675.
[29]Bystrom LM,Guzman ML,Rivella S.Iron and reactive oxygen species: friends or foes of cancer cells.Antioxid Redox Signal. 2014;20(12):1917-1924.
[30]Mahmoud WH,Mohamed GG, El-Dessouky MM. Coordination modes of bidentate lornoxicam drug with some transition metal ions. Synthesis, characterization and in vitro antimicrobial and antibreastic cancer activity studies. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2014;122: 598-608.
[31]Raman N, Pravin N. Lasing the DNA fragments through β-diketimine framed Knoevenagel condensed Cu(II) and Zn(II) complexes--an in vitro and in vivo approach. Spectrochim Acta A. Mol Biomol Spectrosc. 2014;118:867-882.
[32]Quiroga AG.Understanding trans platinum complexes as potential antitumor drugs beyond targeting DNA J Inorg Biochem. 2012;114:106-112.
[33]Katkar P1,Coletta A,Castelli S,et al.Effect of oxindolimine copper(II) and zinc(II) complexes on human topoisomerase I activity. Metallomics.2014;6(1):117-125.
[34]Lu J,Sun Q,Li JL,et al.Two water-soluble copper(II) complexes: Synthesis, characterization, DNA cleavage, protein binding activities and in vitro anticancer activity studies. J Inorg Biochem. 2014;137:46-56.
[35]Shao J,Ma ZY,Li A,et al.Thiosemicarbazone Cu(II) and Zn(II) complexes as potential anticancer agents: Syntheses, crystal structure, DNA cleavage, cytotoxicity and apoptosis induction activity. J Inorg Biochem. 2014;136:13-23.
[36]Abdel-Rahman LH,El-Khatib RM,Nassr LA,et al.Metal based pharmacologically active agents: synthesis, structural characterization, molecular modeling, CT-DNA binding studies and in vitro antimicrobial screening of iron(II) bromosalicylidene amino acid chelates. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2014;117:366-378.
[37]Verani CN.Metal complexes as inhibitors of the 26S proteasome in tumor cells. J Inorg Biochem. 2012;106(1): 59-67.
[38]Boerner LJ,Zaleski JM.Metal complex-DNA interactions: from transcription inhibition to photoactivated cleavage. Curr Opin Chem Biol. 2005;9(2):135-144.
[39]Muhammad N, Guo Z. Metal-based anticancer chemotherapeutic agents. Curr Opin Chem Biol. 2014;19: 144-153.
[40]Gandin V,Porchia M,Tisato F, et al. Novel mixed-ligand copper(I) complexes: role of diimine ligands on cytotoxicity and genotoxicity. J Med Chem. 2013;56(18):7416-7430.

引言

1969年Rosenberg发现顺铂(Ⅱ)具有强烈的抗肿瘤活性^[1]，开辟了无机抗肿瘤药物研究的新领域。1971年顺铂进入临床实验，1978年获FDA批准，是“抗癌药里的青霉素”。目前，临床用药以第一代顺铂、第二代卡铂和第三代奥沙利铂为主。然而，由于有较强的神经毒性，肝毒性及肾毒性，并且耐药现象明显，顺铂的临床应用受到了限制^[2]。研究者开始考虑用其他金属或改变作用靶点来克服这些局限。随后的研究证实，金、钌、钛、锡等金属配合物对多种人癌细胞有较好的抑制作用^[3-5]。铜、铁、锌等金属是人体内必需的微量元素，也是过渡金属元素，具有丰富的生理功能并易形成配合物^[6]。铜作为生物正常生长发育必需的微量金属元素，可与蛋白质结合形成铜蛋白或含铜酶，参与生物体内的电子转移、氧的输送、生物氧化还原反应，另外还具有调节体内铁吸收，血红蛋白合成及形成皮肤、头发和眼睛的色素等功能，在生物体中起着十分重要的作用。铜配合物的抗肿瘤活性几十年前已有报道，许多新型的配合物显示出强大的抗肿瘤潜力。铜配合物可能比铂配合物具有相对更低的不良反应，并且有可能克服顺铂的天然及获得性耐药性^[7]。铜的一些螯合物对治疗某些癌症有一定的效果，铜配合物和铜盐的混合物可以有效抑制癌细胞增殖，诱导癌细胞凋亡^[8]。多吡啶铜配合物能够选择性抑制肿瘤细胞生长，通过线粒体通路诱导乳腺癌细胞MCF-7凋亡^[9]。铜配合物可以与DNA以部分插入模式相互作用而发挥其抗肿瘤等活性作用^[10-11]。中药有效成分与金属离子结合可能会发挥二者的协同作用，或者改变有效成分理化性质而易于与病灶靶点结合，所以中药与金属离子通过化学配位可能会增强其生物活性。以天然大黄酸为配体合成的大黄酸铜(Ⅱ)、铁(Ⅱ)的配位化合物抗氧化活性与配体相比均有显著提高^[12]。丹皮酚金属同形成配合物有较好的抑菌作用^[13]。Tabassum等^[14]用Gly-Gly、Cu(NO₃)₂和ppz 合成了配合物[Cu₂(Gly-Gly)₂(ppz)(H₂O)₄]• 2H₂O，该配合物在抑制肿瘤细胞DNA复制、抑制肿瘤细胞拓扑异构酶活性、清除自由基和抗氧化等方面起到了很好的作用。锌在人体内作为多种酶的组成成分，与组织呼吸、三大营养物质和核酸的代谢密切相关，能促进生长发育，提高机体免疫力，维护皮肤健康，促进伤口愈合。槲皮素-锌配合物能降低血清谷丙转氨酶含量，在体外对3种肿瘤细胞(HePG2、SMMC7721和A549)均有显著增殖抑制作用；槲皮素-铜配合物具有血清超氧化歧化酶活性，能促进人肺腺癌细胞A549凋亡^[15-16]。黄芩苷铜可以增强黄芩苷的抗菌和抗肿瘤活性^[17]，黄芩苷锌能够抑制HIV-1诱导的合胞体形成，黄芩苷锌抗HIV活性强于黄芩苷可能发挥了黄芩苷与Zn²⁺的双重效果。黄酮类Zn²⁺形成配合物后稳定性与脂溶性均大大增加，抗肿瘤活性也明显强于配体与Zn^2+[18]。2-吡啶甲醛缩苯二胺双席夫碱Zn(Ⅱ)配合物对人白血病细胞(K562)、人肝癌细胞(SMMC-7721)、人乳腺癌细胞(MCF-7)均有较强的体外抗肿瘤细胞增殖的活性，作用方式可能是以部分插入方式结合到细胞基因组DNA中，造成DNA结构及功能损伤，抑制细胞增殖，并进一步诱导细胞凋亡^[19]。席夫碱与锌配合物具有较好的抑菌、抗氧化、抗肿瘤活性^[20]。

将具有抗癌等生物活性配体引入到抗癌金属配合物中，是一个简洁而有效的思路。氟尿嘧啶是第一个根据一定设想而合成的抗代谢药，是临床上应用最广的抗肿瘤类药物之一，通过防止嘧啶类核苷酸的形成而干扰DNA的合成来杀伤癌细胞，临床上主要用于治疗乳腺癌、消化道癌、卵巢癌和原发性支气管肺腺癌等。为了得到新型高效低毒的金属配合物抗肿瘤药物，也为了研究金属与有机抗肿瘤药物协同作用，本文合成了新型[Cu(5-FU)₂Cl₂]，[Cu(5-FU)₂(NO₃)₂]，[Zn(5-FU)₂Cl₂]和[Fe(5-FU)₃SO₄]配合物，并且对其进行了体外抗肿瘤活性测试。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

材料方法

设计：观察性实验。

时间及地点：实验于2012年12月至2013年12月在昆明医科大学药学院暨重点实验室完成。

材料：氟尿嘧啶(白色固体，购自华联制药有限公司)；MTT (5 g/L，Sigma)；元素分析仪(Vario EL，德国)；LC-MS/TOF仪(Agilent 1100，美国)。

实验方法：

配合物的合成：在搅拌条件下，依次将2 mmol氟尿嘧啶和1 mmol CuCl₂•2H₂O，Cu(NO₃)₂•3H₂O，ZnCl₂•2H₂O(分析纯试剂)分别混合；将3 mmol氟尿嘧啶和 1 mmol FeSO₄•7H₂O(分析纯试剂)混合。随后加入盛有40 mL无水乙醇的反应器中，加热到74 ℃原料完全溶解。5 min后，逐渐有色沉淀生成。继续反应3.5 h，静置过夜。次日，抽滤，用无水乙醇洗涤沉淀2次，经干燥后得到产品。

配合物的表征：配合物金属百分含量测定：①铜用EDTA返滴定法测定。准确称取10-20 mg样品于100 mL锥形瓶；用适当方法溶解样品；加入20 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，再加入一二滴二甲酚橙指示剂；加过量1 mmol/L的标准EDTA溶液至溶液亮黄色；用1 mmol/L的标准锌溶液滴定至亮黄色变为红色；计算金属百分含量。②铁和锌用EDTA直接滴定法测定。准确称取10-20 mg样品于 100 mL锥形瓶；用适当方法溶解样品；加入20 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，再加入一二滴二甲酚橙指示剂；用 1 mmol/L的标准EDTA溶液滴定至红色变为亮黄色；计算金属百分含量。室温下用电导率仪(DDS-11A)测定配合物在水溶液中的摩尔电导。配合物中C、H、N元素分析由云南大学现代分析测试中心元素分析室用元素分析仪测定。配合物质谱由云南大学化学科学与工程学院用LC-MS/TOF仪测定。

配合物的体外抗肿瘤活性实验：

细胞株：人白血病细胞株K562、人结肠癌细胞株HCT-116均来自云南省天然药物药理重点实验室细胞库。

样品的配制：将配合物溶于生理盐水，配成1-5 g/L的母液，用生理盐水等比稀释至1，10，100，300，1 000 mg/L备用。氟尿嘧啶用生理盐水配至1，10，100，300， 1 000 mg/L备用。

金属盐CuCl₂•2H₂O，Cu(NO₃)₂•3H₂O，FeSO₄•7H₂O 和ZnCl₂•2H₂O溶液分别作为4种配合物的相应对照，配法与配合物相同。

细胞毒活性测试：取处于对数生长期的细胞，将浓度调整为5×10⁷ L^-¹，加入96孔培养板，90 μL/孔。每孔分别加入10 μL不同质量浓度的样品。阴性对照为等体积的生理盐水，阳性对照为顺铂。配合物、金属盐的受试浓度分别为0.1，1，10，30，100 mg/L；顺铂的受试浓度分别为：0.1，1，10 mg/L。加样组与对照组均设4个复孔，每块板均设有4个空白对照孔(仅加培养基)。细胞在37 ℃、体积分数5%二氧化碳培养箱中孵育48 h后，加入MTT，10 μL/孔。继续培养4 h后加入三联液[10% SDS-5%异丁醇-0.012 mol/L HCl(w/v/v)] 100 μL/孔，放置过夜后，用酶标仪(SpectraMax Plus384，Molecular Devices)在 570 nm，630 nm双波长下测定各孔的A值。

数据处理：样品对细胞的增殖抑制率=(1-实际A均值/溶剂对照实际A均值)×100%，对于在所测浓度范围内，抑制率大于40%的样品用GWbasic软件计算IC₅₀值及其95%置信区间。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

全文链接：

讨论

金属配位化合物一般指金属离子中心和有机配体通过自组装而形成的具有周期性网络结构的骨架化合物，包括一维、二维或三维结构，具有与配体或金属离子不同的特殊的物理、化学性质，有时还会表现出非常特殊的光、电、磁性，在光、电、磁、吸附、催化等多个领域都具有潜在的应用前景。药理学研究表明：金属离子与具有生物活性的有机配体配合后，通过配体与金属离子之间的协同作用从而使药效得到增强。为了克服铂类抗癌配合物显著的不良反应及耐药性，目前的研究着力于设计新的铂类或非铂类的具有更好的药理学特性及更广的抗癌谱的金属抗癌配合物^[22]。氟尿嘧啶是目前临床常用的有机抗肿瘤药物，被广泛用于治疗结肠癌、直肠癌、胃癌和乳腺癌等多种癌症的治疗。铜、铁、锌是体内很多生物反应酶的辅助因子，也是重要的抗氧化成分^[6^，^23-24]。他们在体内适当的浓度可以维持机体生理功能，过高的浓度会对机体产生毒性^[6^，^25]。有机抗癌药与金属盐形成配合物后会形成新的结构或改变离子浓度，因此改变二者的毒性与活性^[6]，从而产生协同作用。本实验中，铜盐和锌盐具有较强的抑制人癌细胞生长的作用，2种铜盐与氟尿嘧啶形成配合物后，细胞毒活性较铜盐降低，但仍然强于氟尿嘧啶。以Cu(NO₃)₂•3H₂O为配体形成的[Cu(5-Fu)₂(NO₃)₂]，活性强于以CuCl₂•2H₂O为配体形成的[Cu(5-Fu)₂Cl₂]配合物，说明配合物中的负电离子也可以影响配合物的活性，NO₃^-比Cl^-更利于配合物活性的发挥。铁盐则具有一定的促人癌细胞增殖的作用，这可能与肿瘤细胞中转铁蛋白升高有关，肿瘤细胞的生存需要更多的铁离子^[26-29]，与氟尿嘧啶形成铁-氟尿嘧啶配合物后，则产生了协同细胞毒作用，细胞毒活性强于氟尿嘧啶。

关于金属配合物的抗肿瘤作用机制，研究认为，形成配合物后分子结构变化，使其立体结构更容易贴合受体的构象，其电子分布与受体产生特异性的结合而发生药效；配合物形成后较配体稳定性及共轭效应增强，脂水分配系数得到改善从而使其跨膜渗透速率提高；配合物氧化还原电势的降低也使其更易还原自由基；配合物摩尔电导率显示其为非电解质，表明形成了有机金属共价键，金属离子毒性降低的同时其空轨道还可与受体发生亲电反应形成共价键或电荷转移复合物从而延长药效^[30-32]。

研究报道，过渡金属铜(Ⅱ)和锌(Ⅱ)的配合物有显著的抑制拓扑异构酶Ⅰ的作用^[33]。2种水溶性的铜配合物可以与小牛胸腺细胞DNA的小沟结合。体外能抑制HeLa、MCF-7和A549细胞的增殖，将其细胞周期阻滞在S期^[34-35]。铁(Ⅱ)与希夫碱氨基酸形成的配合物是细胞毒性的抗肿瘤活性物质，其活性强于其配体希夫碱氨基酸^[36]。肿瘤细胞尤其是象前列腺癌这样的实体瘤细胞中，由于细胞生长的需要蛋白酶体样的作用明显，金属配合物具有抑制肿瘤细胞中26S蛋白酶体的作用，进而发挥抗肿瘤作用^[37]。金属离子及配合物由于具有阳离子，三维结构特征，以及水解倾向，氧化还原性及光反应性，故而能与DNA发生相互作用^[38-39]。铜(Ⅰ)与二亚胺的配合物可以使DNA裂解成片段导致细胞凋亡，但同时也会对正常细胞产生基因毒性，因此在研发时必须考虑使用的危险^[40]。

本实验中，4种铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物均显示出与配体氟尿嘧啶的协同抗肿瘤作用，有待对配合物的立体结构，毒性以及体内抗肿瘤活性及其作用机制进行进一步研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
全文链接：

铜、铁、锌-氟尿嘧啶配合物合成及其对肿瘤细胞增殖的抑制

Copper, iron, zinc-fluorouracil complexes synthesized in vitro inhibit tumor cell proliferation

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 4

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[2]	周安琪, 唐渝菲, 吴秉峰, 向琳. 骨膜组织工程设计：共性与个性的结合[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3551-3557.
[3]	郎丽敏, 何生, 姜增誉, 胡奕奕, 张智星, 梁敏茜. 导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应用进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3584-3590.
[4]	刘鋆, 杨龙, 王伟宇, 周玉虎, 吴颖, 卢涛, 舒莉萍, 马敏先, 叶川. 聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯/聚乙二醇/氧化石墨烯组织工程支架的制备和性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3466-3472.
[5]	黎少, 梁永康, 高毅, 彭青. 三维胶原HepaRG微球的建立及其体外功能特征[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2541-2547.
[6]	解健, 苏俭生. 静电纺丝取向纳米纤维作为组织工程生物支架的优势与特征[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2575-2581.
[7]	纪琦, 喻正文, 张剑. 3D打印金属基生物材料工艺和临床应用的问题与趋势[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2597-2604.
[8]	宋涯含, 吴云霞, 范道洋. 基于VOSviewer生物医学领域3D打印的知识图谱分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2385-2393.
[9]	钱楠楠, 张潜, 杨睿, 敖俊, 章涛. 间充质干细胞治疗脊髓损伤：细胞治疗及联合新药和生物材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(13): 2114-2120.
[10]	罗雅馨, 毕浩然, 陈晓旭, 杨琨. 细胞外基质与组织的再生与修复[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(11): 1785-1790.
[11]	贾巍, 张满栋, 陈维毅, 王晨艳, 郭媛. 股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1477-1481.
[12]	王倩, 李璐, 舒静媛, 董志恒, 靳友士, 王青山. 氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度生物材料的微观形貌和物相分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1517-1521.
[13]	杨亚楠, 李峻峰, 王立, 刘恒全, 赖雪飞. 柠檬酸钙：一种有趣的有机钙生物医用材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1609-1615.
[14]	赵春涛, 卿明松, 余浪波, 彭笳宸. 运动学对线和机械力学对线指导全膝关节置换效果的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(9): 1435-1442.
[15]	涂鹏程, 郭杨, 马勇, 潘娅岚, 郑苏阳, 王礼宁, 吴承杰, 过俊杰. 威灵仙提取物可促进体外牵张应力环境下软骨细胞表型的维持[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1182-1187.