基于锌(II)和小檗碱的复合物能够靶向线粒体，作为单一药物或与ABT-199联合使用时，表现出更强的抗增殖活性

《Bioorganic Chemistry》：Zinc(II)–berberine-based complexes targeting mitochondria exhibit enhanced antiproliferative activity as single drugs or in combination with ABT-199

靶向线粒体的Zn(II)-berberine复合物BerT1-8抑制Mcl-1并诱导癌细胞凋亡，BerT1和BerT3具有绿色荧光及高亲和力Mcl-1结合能力，与ABT-199协同增效，为非铂类抗癌药物开发提供新方向。

　　

王振峰|黄晓琼|吴润春|秦启平|秦爱淼|张树华|谭敏雄|梁宏

教育部有色金属与新材料加工新技术重点实验室/桂林理工大学材料科学与工程学院光电材料与器件广西重点实验室，中国桂林541004

摘要

髓系细胞白血病-1（Mcl-1）是一种主要位于线粒体中的蛋白质，具有抗凋亡活性，可促进肿瘤生长。本文设计了一种创新策略，通过靶向线粒体来有效抑制Mcl-1的表达。为此，我们合成了一种新型的小檗碱类配体BerT，并全面表征了其相应的Zn(II)配合物，包括[Zn(BerT)(H₂O)Cl₂]（BerT1）、[Zn(BerT)(ppe)Cl]Cl（BerT2）、[Zn(BerT)(ipq)Cl]Cl（BerT3）、[Zn(BerT)(phe)Cl]Cl（BerT4）、[Zn(BerT)(bph)Cl]Cl（BerT5）、[Zn(BerT)(dph)Cl]Cl（BerT6）、[Zn(BerT)(pha)Cl]Cl（BerT7）和[Zn(BerT)(mph)Cl]Cl（BerT8），其中ppe = 1,2-二苯基膦乙烷，ipq = 2-(1H-咪唑[4,5-f][1,10]菲啶-2-基)喹啉-8-醇，phe = 1,10-菲啶，bph = 巴索菲啶，dph = 4,7-二氯-1,10-菲啶，pha = 1,10-菲啶-5-胺，mph = 5,6-二甲基-1,10-菲啶）。在人乳腺癌MDA-MB-231癌细胞中，化合物BerT1–BerT8表现出较强的抗癌活性（IC₅₀ = 0.52–1.97 μM），而顺铂的IC₅₀为10.04 ± 0.61 μM。BerT1和BerT3具有天然绿色荧光，表明它们在线粒体成像应用中具有潜在价值。据我们所知，BerT1和BerT3是首批靶向线粒体的Zn(II)-小檗碱类配合物，它们能够以高亲和力选择性地结合Mcl-1，在MDA-MB-231肿瘤细胞中显示出增强的抗癌效果。这两种配合物还能诱导MDA-MB-231细胞中的Bax/Bak依赖性凋亡，并与ABT-199协同作用，杀死对ABT-199具有抗性的细胞。在MDA-MB-231 BALB/c小鼠模型中，BerT3无论是单独使用还是与ABT-199联合使用都表现出良好的效果且耐受性良好。因此，我们认为基于Zn(II)-小檗碱的衍生物具有开发非铂类抗癌药物的潜力。

引言

髓系细胞白血病1（Mcl-1）属于Bcl-2抗凋亡蛋白家族[1]，其mRNA转录本包括长形式（MCL-1L）、短形式（MCL-1S）和极短形式（MCL-1ES）[1]，已被证实是多种实体瘤和癌症的潜在药物靶点[2,3]。目前已有四种有机小分子Mcl-1抑制剂被用于临床治疗和试验，包括ABT-199[4]、GX15–070[5]、ABT-263[6]和AT-101[7]。尽管多种有机化合物和金属配合物可能结合Mcl-1（如香豆素衍生物[8]、金(I)双四唑烯配合物[9]、锌酞菁[10]、3-氯苯[b]噻吩-2-羧酸Pt^IV前体[11]以及β-咔啉铜/铂配合物[12]），但它们的活性很少有报道。

在各种生物金属中，锌（Zn）是人体内必需的辅因子，也是第二丰富的微量元素[13,14]。最近，一些基于Zn(II)的化合物在抗癌应用中显示出潜力，例如姜黄素[14]、隐酚[15]、蒽基多功能有机分子[16]、8-羟基喹啉Schiff配体[17]、沸石-Y包载的Salmphen[18]、菲[9,10-d]-咪唑配体[19]、三蝶啶和噻吩基衍生物[20]等[14],[15],[16],[17],[18],[19],[20]。此外，越来越多的研究关注能够在生理条件下结合半胱天冬酶、DNA、端粒酶及其相关蛋白、线粒体、拓扑异构酶和p53的金属配合物[15],[20],[21],[22],[23],[24],[25]。特别是，Lu等人证明含有β-咔啉配体的铜和铂金属配合物可以作为靶向线粒体的Mcl-1抑制剂[12]。先前的研究已经展示了小檗碱及其衍生物的Cu(II)、Zn(II)和Pt(II)配合物的设计和抗癌活性[26],[27],[28]。在本研究中，我们通过将小檗碱（BerT）配体与1,2-二苯基膦乙烷（ppe）、2-(1H-咪唑[4,5-f][1,10]菲啶-2-基)喹啉-8-醇（ipq）、1,10-菲啶（phe）、巴索菲啶（bph）、4,7-二氯-1,10-菲啶（dph）、1,10-菲啶-5-胺（pha）和5,6-二甲基-1,10-菲啶（mph）结合，合成了新型的Zn(II)配合物，以抑制Mcl-1的表达。

本文报道了基于Zn(II)的配合物BerT1–BerT8的潜在抗癌机制，这些配合物包含一种新型的小檗碱配体BerT，并与ppe、ipq或phe混合使用。我们还研究了BerT1和BerT3在MDA-MB-231肿瘤细胞中对Mcl-1的结合亲和力，这两种配合物具有天然绿色荧光。最终结果表明，BerT3无论是单独使用还是与ABT-199联合使用，在MDA-MB-231癌症模型中都表现出优异的抗增殖活性。我们的发现表明，基于Zn(II)-小檗碱的金属化合物BerT1和BerT3是有效的Mcl-1抑制剂和线粒体靶向药物。

设计与合成

BerT的合成方法如下：在DMF（1000 mL）存在下，将0.1 mol的小檗碱与等量的4′-(4-溴甲基苯)-[2,2′:6′,2′′]噻吩和碳酸钾（K₂CO₃）在80°C下反应12小时（方案1）。随后，将0.1 mmol的BerT与ZnCl₂（0.1 mmol）在无水甲醇（3 mL）中于68°C下反应3天，生成黄色固体配合物[Zn(BerT)(H₂O)Cl₂]（BerT1），产率为88.9%。之后，对BerT1进行进一步处理

结论

总结来说，我们合成了含有BerT配体的新型BerT1–BerT8配合物。据我们所知，这些配合物是首批靶向线粒体的Zn(II)-小檗碱类药物。BerT1和BerT3具有天然绿色荧光，能够选择性地抑制MDA-MB-231肿瘤细胞中的Mcl-1，这种机制在体外和体内实验中均增强了抗增殖活性。我们的研究表明

ipq的制备

ipq配体的制备和表征方法如前文所述[41]。在250 mL圆底烧瓶中，加入5,6-二氨基-1,10-菲啶（2.1 mg，10 mmol）、8-羟基-2-喹啉甲醛（1.74 mg，10 mmol）、无水乙醇（100 mL）和三乙基正甲酸酯（0.1 mL），在78°C下回流24小时。冷却后，过滤混合物并用乙醚洗涤3-5次。真空干燥后得到黄色化合物ipq（产率为58.5%）。¹H NMR（400 MHz，DMSO?d₆

CRediT作者贡献声明

王振峰：撰写原始稿件、数据可视化、资源获取、方法学设计、实验实施、资金争取、数据管理、概念构思。黄晓琼：数据验证、方法学设计、实验实施、数据分析、形式化分析。吴润春：数据验证、软件应用、方法学设计、实验实施。秦启平：撰写与编辑、原始稿件撰写、数据验证、实验监督、资源协调、项目管理、资金争取、概念构思。秦爱淼：撰写与审稿

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了广西自然科学基金（2024GXNSFDA010015、2018GXNSFAA050018、2025GXNSFAA069961）、广西研究生教育创新项目（YCBZ2025174）、国家自然科学基金（22267020）、广西百桂青年拔尖人才计划（2024ZKBGQB01）、广东石化技术研究院人才引进计划（编号2020RC033和2020RC035）以及国家自然科学基金的支持