新型硼酸衍生物M86与M87在肝细胞模型中对铅、镉、砷毒性的保护作用及机制研究

针对环境重金属污染导致的健康风险，研究人员通过合成新型硼酸衍生物M86和M87，系统评估其抗氧化、酶抑制活性及对Pb、Cd、As的肝细胞保护作用。结果表明，两种化合物通过清除自由基（DPPH/ABTS/CUPRAC测试）和抑制AChE/BChE等酶活性，显著逆转金属毒性导致的细胞损伤，为开发多功能重金属解毒剂提供了新思路。

　　

随着工业化进程加速，铅(Pb)、镉(Cd)和砷(As)等重金属通过空气、水和土壤进入生态系统，对人类健康构成严重威胁。这些金属在肝脏等器官积累后，会引发氧化应激、酶功能紊乱甚至癌症。现有螯合剂如EDTA和DMSA虽能促进金属排出，但存在肾毒性、脑部金属再分布等副作用。如何开发高效低毒的新型解毒剂，成为环境医学领域的重大挑战。

在此背景下，研究人员聚焦硼酸衍生物的独特性质——硼原子的空p轨道使其具备优异的配位能力和生物活性。通过将3-甲氧基邻苯二酚与1,4-苯二硼酸以不同摩尔比（1:1和1:2）反应，成功合成两种新型化合物：4-(4-甲氧基苯并[d][1,3,2]二氧杂硼烷-2-基)苯基硼酸(M86)和1,4-双(4-甲氧基苯并[d][1,3,2]二氧杂硼烷-2-基)苯(M87)。研究采用THLE-2人肝细胞系建立2D和3D模型，系统评估了这两种化合物对抗重金属毒性的双重机制：抗氧化防御和酶调节功能。

关键技术方法包括：1）通过核磁共振(¹
H/¹³
C NMR)、质谱(LC-MS-IT-TOF)和光谱(UV-Vis/FTIR)表征化合物结构；2）采用DPPH、ABTS和CUPRAC法测定抗氧化能力；3）检测乙酰胆碱酯酶(AChE)、丁酰胆碱酯酶(BChE)、脲酶和酪氨酸酶抑制活性；4）通过XTT法和ATP检测评估细胞活力；5）建立重金属暴露的2D/3D肝细胞模型。

【合成与表征】
M86和M87分别通过1:1和1:2摩尔比反应合成，质谱显示M86分子离子峰m/z 269 [M86–H⁺
]^?
，¹
H NMR检测到芳香质子(δ=6.39–8.74 ppm)和甲氧基特征峰，证实结构正确性。

【抗氧化与酶抑制】
在ABTS、DPPH和CUPRAC测试中，M86和M87的活性显著优于α-生育酚(α-TOC)和BHT标准品。同时，两者对AChE和BChE的抑制率分别达到68.3%和72.1%，提示其可通过调节胆碱能系统缓解神经毒性。

【重金属保护效应】
XTT实验显示，M86和M87能将Pb、Cd、As暴露后的细胞存活率从40-50%提升至80%以上。ATP检测进一步证实，化合物可逆转重金属导致的能量代谢障碍，IC₅₀
值显著优于传统螯合剂。3D模型验证了其在更接近生理条件下的保护效果。

【讨论与结论】
该研究首次揭示硼酸衍生物通过"抗氧化-酶调节"双通路对抗重金属毒性的机制：1）硼原子与金属离子配位减少游离态毒性物质；2）邻苯二酚结构清除ROS；3）调节AChE/BChE维持神经信号稳态。特别值得注意的是，增加硼酸基团数量（M87）并未线性增强活性，提示分子设计需平衡亲水性与膜穿透性。这项发表于《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》的工作，为开发兼具金属螯合和细胞保护功能的多靶点解毒剂奠定了理论基础，未来通过动物实验验证后，或可应用于职业暴露人群和污染地区居民的预防性干预。