含有β-二酮酸盐的钌(II)芳烃配合物：通过实验数据、分子对接以及密度泛函理论（DFT）计算相结合的方法评估其抗利什曼原虫活性

《Journal of Molecular Structure》：Ruthenium(II)-arene complexes containing β-diketonates: Leishmanicidal activity evaluated by the combination of experimental data, docking and DFT calculations

抗利什曼病β-二酮及其 ruthenium(II)配合物的活性与结构电子因素分析，IC50分别为9.53 μM和55.8-90.5 μM。

　　这项研究聚焦于四种β-二酮化合物及其对应的钌(II)芳基配合物的抗利什曼原虫活性。β-二酮是一类具有广泛生物活性的有机化合物，它们的结构特点使得它们在与金属形成配合物后可能表现出不同的药理行为。研究人员选择了四种特定的β-二酮衍生物，包括4,4,4-三氟-1-苯基-1,3-丁二酮（HL?）、2-噻吩酰基三氟乙酸（HL?）、4,4,4-三氟-1-(4-溴苯基)-1,3-丁二酮（HL?）和4,4,4-三氟-1-(4-氟苯基)-1,3-丁二酮（HL?），并将其与钌(II)配合物结合，形成具有通式[Ru(??-p-樟脑)(L?-?)Cl]的化合物（编号为1-4）。这些化合物在实验中被详细分析，以评估其作为潜在抗利什曼药物的潜力。

研究发现，这些β-二酮化合物在体外实验中对利什曼原虫（Leishmania (L.) amazonensis）的原虫形式表现出良好的抗利什曼活性，其中HL?的活性最高，其半数抑制浓度（IC??）为9.53 μM。然而，当这些β-二酮与钌(II)形成配合物后，其生物活性普遍下降，其中化合物1-4的IC??值在55.8到90.5 μM之间，显示出中等至较低的活性。这表明，尽管β-二酮本身具有一定的抗利什曼潜力，但其与金属配位后可能会影响其活性，这可能是由于配位过程改变了分子的电子结构和物理化学性质。

为了评估这些化合物的毒性和选择性，研究人员对RAW 264.7巨噬细胞进行了细胞毒性实验。结果表明，无论是β-二酮本身还是其配合物，对细胞的毒性均表现出有限的选择性（SI ≤ 2.0）。这意味着，这些化合物对宿主细胞和寄生虫细胞的毒性相近，这在药物开发中是一个重要的考量因素，因为理想的抗利什曼药物需要在有效杀死寄生虫的同时，尽量减少对宿主细胞的伤害。

为了进一步理解这些化合物的电子结构及其对活性的影响，研究人员使用了时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）方法对实验数据进行了分析。TD-DFT计算不仅验证了实验获得的紫外-可见光谱（UV-Vis）的主要特征，还识别了分子内的电荷转移现象，包括分子内电荷转移（ILCT）、分子间电荷转移（LLCT）和金属到分子电荷转移（MCLT）等过程。这些电荷转移现象是化合物与生物靶标相互作用的重要机制，可能影响其生物活性和选择性。

通过前线轨道分析，研究人员发现这些配合物的最高占据分子轨道（HOMO）主要集中在钌(II)原子及其配位环境中，而最低未占据分子轨道（LUMO）则分布在β-二酮配体上。这种分布模式支持了MCLT过程的存在，即钌(II)与配体之间的电子转移，这可能在药物与靶标相互作用时起到关键作用。这些结果表明，配合物的电子结构对其生物活性有重要影响，而理解这些结构特征对于优化药物设计至关重要。

此外，研究人员对配合物4进行了分子对接和量子力学计算，以评估其对两种重要利什曼蛋白靶标的结合亲和力。分子对接结果显示，配合物4在这些靶标上的结合亲和力较高，这可能与其电荷转移特性有关。量子力学计算进一步支持了这一发现，表明配合物4能够通过电荷转移相互作用与这些靶标结合，从而影响其生物学功能。这些结果表明，配合物4在抗利什曼药物开发中具有一定的潜力，尽管其体外活性相对较低。

利什曼病是由利什曼原虫引起的一类寄生虫病，其临床表现因感染的原虫种类和宿主免疫状态而异。利什曼病可以分为三种主要形式：皮肤型、黏膜皮肤型和内脏型。内脏型利什曼病是其中最严重的一种，可能导致内脏器官的感染，引起发热、贫血、体力减弱、肌肉质量减少和体重减轻等症状。这种疾病的治疗目前仍面临诸多挑战，主要因为现有药物的疗效有限，并且存在较高的毒性和治疗成本。

目前，利什曼病的治疗主要依赖于化疗，包括使用五价抗锑药物作为一线治疗方案，而当这些药物无法使用时，会采用其他替代药物，如两性霉素B、帕罗霉素和戊脒等。然而，尽管存在这些药物，治疗效果仍然不理想，并且由于药物的高毒性，尤其是五价抗锑药物，治疗方案往往需要长期进行，这不仅增加了患者的经济负担，还可能导致寄生虫对药物产生耐药性。因此，开发更高效且毒性更低的抗利什曼药物成为一项紧迫的任务。

在这一背景下，有机和无机化合物都被广泛研究作为潜在的抗利什曼药物。其中，p-樟脑类的钌(II)有机金属配合物因其良好的化学性质、结构多样性和潜在的治疗效果而受到特别关注。这些配合物通常具有“钢琴凳”式的几何构型，即在配位环境中，只有三个配位点可用于单齿或双齿配体的取代。此外，它们的两亲性特性，源于芳烃配体的疏水性和金属中心的亲水性，可以通过选择合适的共配体进行调控，从而影响其与生物分子的相互作用。

研究人员在之前的实验中发现，含有miconazole的芳烃-钌配合物对引起血吸虫病的血吸虫（Schistosoma mansoni）、引起利什曼病的利什曼原虫（Leishmania major）和引起恰加斯病的锥虫（Trypanosoma cruzi）均表现出一定的抗寄生虫活性。特别是Martínez及其合作者的研究表明，某些钌(II)配合物，如[Ru(??-p-樟脑)(en)(ctz)][BF?]?、[Ru(??-p-樟脑)(bipy)(ctz)][BF?]?和[Ru(??-p-樟脑)(acac)(ctz)][BF?]，其中en为乙二胺，bipy为联吡啶，acac为乙酰乙酸，这些配合物含有clotrimazole作为配体，对L. major显示出显著的活性，并且对寄生虫表现出较好的选择性，相较于未感染细胞。

在另一项研究中，研究人员还探讨了含有N-供体配体的半夹心式钌(II)芳烃配合物的生物活性，这些配体包括5,6,7-三甲基-1,2,4-三氮唑[1,5-a]嘧啶（tmtp）、5,7-二乙基-1,2,4-三氮唑[1,5-a]嘧啶（detp）和5-甲基-1,2,4-三氮唑[1,5-a]嘧啶-7(4H)-酮（HmtpO）。这些配合物对不同种类的利什曼原虫和锥虫表现出一定的生物活性，表明它们可能成为抗寄生虫药物开发的新方向。

在本研究中，研究人员进一步探索了含有4,4,4-三氟-1-芳基-1,3-丁二酮配体的半夹心式钌(II)芳烃配合物的抗利什曼活性。这些配体通过与钌(II)形成配合物，可能改变其分子的物理化学性质，从而影响其生物活性。为了评估这些配合物的合成和结构特征，研究人员对它们进行了详细的合成和表征，包括X射线晶体结构分析，以确认其结构与预期一致。此外，他们还使用了密度泛函理论（DFT）方法对电子结构进行了研究，并结合分子对接技术，以理解这些配合物在体外实验中的抗利什曼活性。

研究人员通过X射线晶体结构分析确认了配合物4的结构，其几何构型与预期的“钢琴凳”式一致，这一结果支持了其作为抗利什曼药物的潜力。此外，通过DFT计算，研究人员进一步揭示了这些配合物的电子结构特征，这些特征与实验获得的UV-Vis光谱一致，并表明了这些配合物可能通过电荷转移机制与利什曼蛋白靶标相互作用。这些发现不仅有助于理解这些化合物的生物活性机制，还为未来抗利什曼药物的开发提供了重要的理论依据。

综上所述，这项研究展示了β-二酮化合物及其对应的钌(II)配合物在抗利什曼药物开发中的潜力。尽管钌(II)配合物的生物活性相对较低，但它们的结构和电子特性仍然值得关注，因为这些特性可能影响其与生物靶标的相互作用。通过进一步优化β-二酮配体的结构和钌(II)配位环境，研究人员希望能够提高这些配合物的抗利什曼活性，同时保持其对宿主细胞的较低毒性。这些结果表明，合理设计和修改β-二酮配体以及钌(II)的配位环境，是开发高效抗利什曼药物的重要策略。