二μ-乙酸根双核Zn(II)配合物与硫代半卡巴唑配体的合成、表征及其体外抗癌活性

《Inorganic Chemistry Communications》:Synthesis, characterizations, and in vitro anticancer activity of di μ-acetato binuclear Zn(II) complexes with thiosemicarbazone ligands

【字体: 时间:2025年09月25日 来源:Inorganic Chemistry Communications 5.4

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  本研究合成了两个乙酸桥连的Zn(II)配合物[Zn(μ-ac)CyHCT]?和[Zn(μ-ac)CyBHCT]?,晶体结构显示Zn(II)中心为畸变的三重锥形配位,配体含N-S-O配位。体外实验表明[Zn(μ-ac)CyHCT]?对HT-29人结肠癌细胞IC50达150 μM(24h)和110 μM(48h),通过DAPI染色、AO/EtBr双染、ROS检测及线粒体膜电位测定揭示其通过ROS介导的线粒体依赖性凋亡机制发挥抗癌作用,同时显示对HEK-293正常肾细胞低毒性。

  
Shivendra Kumar Pandey|Anand Kumar Patel|Seema Gupta|Ray J. Butcher|A. Acharya|Manoj Kumar Bharty
印度瓦拉纳西班纳拉斯印度教大学化学系,邮编221005

摘要

本文报道了由二μ-乙酸根桥联的Zn(II)配合物{[Zn(μ-ac)CyHCT]? 和 [Zn(μ-ac)CyBHCT]?},这些配合物含有硫代半卡巴唑(又称肼-1-碳硫酰胺)配体:N-环己基-2-(1-(吡啶-2-基)乙叉)肼-1-碳硫酰胺 (HCyHCT) 和 N-环己基-2-(苯基(吡啶-2-基)亚甲基)肼-1-碳硫酰胺 (HCyBHCT)。晶体结构显示,Zn(II)中心通过三个硫代半卡巴唑原子(两个氮原子和一个硫原子)以及两个乙酸根中的一个氧原子,以扭曲的三棱双锥形构型进行配位。此外,在[Zn(μ-ac)CyBHCT]?中,二μ-乙酸根桥存在连接异构现象。进一步研究了这些配体及其对HT-29(人类结肠癌细胞)和DL(Dalton淋巴瘤细胞)的抗癌活性。结果表明,这些化合物对HT-29细胞具有显著的细胞毒性。在所有化合物中,[Zn(μ-ac)CyHCT]?的细胞毒性最强,IC50值分别在24小时和48小时孵育后接近150 μM和110 μM。还进行了DAPI染色、AO/EtBr双重染色、ROS生成和线粒体膜电位测量等实验,以了解细胞死亡机制,发现ROS生成减少和增加,表明线粒体依赖性凋亡是肿瘤细胞死亡的主要机制。此外,还使用HEK-293(正常肾细胞)测试了其生物相容性,结果表明该配合物具有生物相容性,对正常细胞的细胞毒性较低。

引言

癌症是全球主要的疾病和死亡原因之一,其特征是细胞增殖失控,这由遗传和表观遗传变化引发。世界卫生组织报告2022年约有1930万新发癌症病例和960万癌症相关死亡病例[1]。结直肠癌(CRC)是消化系统中最常见的癌症。根据2020年的全球癌症统计数据,它在全球范围内排名第三,是癌症相关死亡的第二大原因[2]。虽然有多种治疗选择,但由于化疗具有较高的生存率,它仍然是最常用的方法之一[3,4]。
自从发现顺式二氨基二氯铂(cisplatin)具有抗癌活性以来,过渡金属配合物在癌症治疗中的使用变得越来越重要[5,6]。包括顺式铂、卡铂和奥沙利铂在内的一些金属配合物已获得美国食品药品监督管理局(FDA)的批准,目前在全球范围内用于治疗各种癌症[7,8]。九种含有铂、金和钌金属中心的过渡金属配合物正处于不同的临床试验阶段,而在过去两年中,有两种铂配合物和一种钯配合物进入了临床试验[5],[9],[10],[11]。尽管基于铂的药物取得了进展,但它们仍存在副作用,并且对某些类型的癌症无效[12],[13],[14]。因此,需要探索新的筛选方法和开发新的配合物。
锌(Zn)是人体中仅次于铁的第二大微量元素,对生长和发育至关重要,在多种生物系统中发挥着重要作用[15,16]。它是许多细胞过程的关键辅因子,可能是细胞代谢中的主要调节离子[15]。与其他许多金属(II)配合物类似,锌配合物也被视为潜在的新型抗癌金属基药物,作为铂衍生物的替代品[16]。锌配合物特别有吸引力,因为与其他金属(如铁、铜、汞等)相比,锌(II)在高剂量下几乎无毒[15],[16],[17],[18],[19],[20],[21]。Dincer等人报道了双核乙酸根桥联的Pt(II)配合物的晶体结构[22]。Wilson等人报道了一种源自顺式铂的双核乙酸根桥联的Pt(III)配合物,并通过光谱方法研究了其结构特征[23]。Shao等人报道了一种二乙酸根桥联的锌配合物,并研究了其对HeLa细胞系的体外抗癌活性[24]。Nfor等人和Bresolin等人仅报道了含有硫代半卡巴唑配体的双核乙酸根桥联配合物的结构特征,但没有研究其生物活性或其他性质(图1)。基于硫代半卡巴唑的过渡金属配合物已被研究用于多种应用,如传感、电催化、抗菌、抗真菌、抗肿瘤等[20,21],[27],[28],[29],[30],[31]。硫代半卡巴唑配体及其金属配合物的抗癌效果令人鼓舞;某些配体的活性甚至超过了顺式铂[28],[29],[30]。
基于上述事实,我们合成了两种基于硫代半卡巴唑(又称肼-1-碳硫酰胺,HCT)的配体:N-环己基-2-(1-(吡啶-2-基)乙叉)肼-1-碳硫酰胺 (HCyHCT) 和 N-环己基-2-(苯基(吡啶-2-基)亚甲基)肼-1-碳硫酰胺 (HCyBHCT),以及相应的二乙酸根桥联的双核Zn(II)配合物[Zn(μ-ac)CyHCT]? 和 [Zn(μ-ac)CyBHCT]?,其中ac = 乙酸根。所制备的配合物通过光谱和单晶X射线衍射数据得到了充分表征。进一步通过多种生化实验评估了这些配体及其配合物对HT-29(人类结肠癌细胞)和Dalton淋巴瘤(DL)细胞的抗癌活性。

实验部分

化学品、仪器和方法的详细信息见支持材料。硫代半卡巴唑配体HCyHCT和HCyBHCT是使用2-乙酰吡啶[28]和2-苯甲酰吡啶[32]通过文献中描述的类似方法合成的。在15 mL乙醇中,2-苯甲酰吡啶或2-乙酰吡啶(5 mmol)与N-环己基肼碳硫酰胺(5 mmol)在催化量的冰醋酸存在下回流6小时,从而制备了相应的配体。

结果与讨论

硫代半卡巴唑与锌(II)乙酸根的反应生成了锌配合物(见图1)。通过单晶X射线晶体学对每个配合物进行了结构描述。在成功表征配合物后,我们继续研究其抗癌潜力。
我们使用MTT实验测定配体和配合物对HT-29细胞和DL细胞的细胞毒性和抗增殖活性。

结论

本研究合成了两种基于生物活性硫代半卡巴唑配体的二乙酸根桥联双核Zn(II)配合物,并对其进行了表征。配合物的晶体结构显示,两种配合物中的乙酸根桥以不同的方式存在,并以弯曲的方式与锌中心配位。两种配合物中的Zn(II)中心都具有三棱双锥形几何结构。所有四种化合物HCyHCT、HCyBHCT、[Zn(μ-ac)CyHCT]? 和 [Zn(μ-ac)CyBHCT]?均表现出较好的细胞毒性。

作者贡献声明

Shivendra Kumar Pandey:撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析、概念化。Anand Kumar Patel:软件、方法学、研究、数据分析。Seema Gupta:撰写——审稿与编辑、数据分析。Ray J. Butcher:软件、数据分析。A. Acharya:撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理。Manoj Kumar Bharty:撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

MKB博士感谢B. H. U.在仪器和资金方面的支持(IoE教师发展计划编号6031)。SKP感谢UGC印度提供的JRF和SRF奖项(147012)。
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