《Results in Chemistry》：A treatise on benzimidazole-anchored Schiff base ligands and their metal (II) complexes: an exegesis on pharmacological potential through spectroscopic interrogation of DNA topology, genotoxic activity, and antimicrobial profiling
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本研究针对癌症和耐药菌感染的治疗挑战，合成了基于2-氨基苯并咪唑的希夫碱过渡金属配合物。通过光谱学方法证实了其与DNA的非嵌入式结合模式（结合常数Kb达4.7×104M-1），并发现Cu(II)配合物在MCF-7细胞中展现出最强细胞毒性（IC50=3.2μM）。该研究为开发多功能金属药物提供了新候选化合物。
在全球公共卫生领域，癌症和多药耐药性微生物感染犹如两座难以逾越的大山，对新型治疗药物的需求日益迫切。传统的有机药物在某些情况下显得力不从心，这使得科学家们将目光投向了无机化学的广阔天地。在这里，金属药物展现出独特的魅力，它们往往具有不同于纯有机药物的作用机制。其中，希夫碱过渡金属配合物因其显著的药理潜力而成为一个 prolific 的研究方向。希夫碱，这个含有亚胺基（–C=N–）的化合物，由伯胺和羰基化合物缩合而成，在配位化学中扮演着关键角色，是优秀的多齿螯合配体。当具有生物活性的苯并咪唑基团被引入希夫碱骨架时，其生物学特性常常得到显著增强，这主要归功于“金属协同效应”。苯并咪唑核是许多药物的关键药效团，作为天然嘌呤碱基的生物电子等排体，使其能够轻松地与酶和受体相互作用，通过干扰核苷酸合成或DNA复制等基本过程，常常导致抗菌和抗肿瘤活性。
在此背景下，研究人员开展了一项旨在探索苯并咪唑锚定希夫碱配体及其金属（II）配合物药理潜力的研究。该研究基于一个核心假设：通过将生物活性苯并咪唑单元整合到希夫碱配体中，并与特定的过渡金属离子（如Cu(II)、Co(II)、Zn(II)等）配位，可以创造出具有强大DNA结合能力以及后续生物活性（如抗氧化、抗菌和抗癌）的新型金属配合物。为了验证这一假设，研究团队设计并执行了一套完整的实验方案。
研究人员为开展此项研究，主要运用了几个关键技术方法。在合成化学方面，他们通过2-氨基苯并咪唑与乙酰丙酮的缩合反应合成了希夫碱配体，并进一步与不同的金属盐反应得到目标金属配合物。在表征技术上，综合运用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR，针对Zn(II)配合物）、电喷雾电离质谱（ESI-MS）和元素分析来确认配体及配合物的结构和纯度。在生物物理相互作用研究中，采用紫外-可见吸收滴定和溴化乙锭（EB）荧光猝灭实验来定量评估配合物与CT-DNA的结合亲和力和模式。在生物学功能评价方面，使用了DPPH自由基清除实验评估抗氧化活性，采用磁盘扩散法测定对铜绿假单胞菌的抗菌活性，并利用MTT法检测了配合物对人乳腺癌MCF-7细胞系的细胞毒性。
4.1. FT-IR spectroscopy
通过比较游离配体与其金属配合物的FT-IR光谱，确认了配合物的成功形成。最关键的证据是亚胺基（C=N）的伸缩振动频率从游离配体的1635 cm-1降至配合物的1600-1608 cm-1，表明亚胺基氮原子参与了与金属中心的配位。此外，在远红外区（440-510 cm-1）出现了新的M-N伸缩振动吸收带，进一步证实了配位键的形成。
4.2. Nuclear magnetic resonance spectra
对游离配体（SL）和抗磁性的Zn(II)配合物（SM4）进行了1H和13C NMR表征。与游离配体相比，Zn(II)配合物中亚胺基质子信号向低场移动（δ值增加），这是由于配位后亚胺基氮原子上电子密度降低所致。13C NMR中亚胺基碳信号向高场移动（δ值减小），也与配位导致电子密度增加的推断一致。顺磁性金属配合物（Cu(II)、Co(II)、Fe(II)、Mn(II)）由于未成对电子导致信号展宽，无法获得可解析的NMR谱图。
4.3. Mass spectroscopy
ESI-MS数据为配体和所有金属配合物的结构提供了确凿证据。配体质谱图中观察到质谱图中观察到质子化分子离子峰[M+H]+at m/z 331.1562，以及特征碎片峰，如丢失甲基自由基（·CH3）和质子化2-氨基苯并咪唑单元，证实了配体结构。所有金属配合物的质谱均显示与1:1化学计量比一致的分子离子峰，例如Cu(II)配合物显示出63Cu和65Cu同位素特征的双重峰。所有配合物谱图中均重现的配体碎片峰（m/z 331.1562）进一步证实了配体在配合物中的完整性。
4.4. DNA binding
紫外-可见吸收滴定研究表明，所有五种金属配合物（Cu(II)、Zn(II)、Co(II)、Fe(II)、Mn(II)）均能与CT-DNA发生相互作用。计算出的内在结合常数（Kb）遵循以下顺序：Cu(II) (4.7 × 104M-1) > Zn(II) (4.26 × 104M-1) > Co(II) (3.8 × 104M-1) > Fe(II) (2.3 × 104M-1) > Mn(II) (1.3 × 104M-1)。光谱变化（明显的减色效应而无显著的波长红移）表明其结合模式为非嵌入性，可能为沟槽结合。
4.5. Fluorescence studies
溴化乙锭（EB）置换实验进一步验证了DNA结合亲和力趋势。随着金属配合物浓度的增加，EB-DNA体系的荧光强度逐渐降低，表明配合物能够竞争性置换出DNA中嵌入的EB。计算出的Stern-Volmer猝灭常数（Ksv）顺序与吸收滴定得到的Kb顺序一致：Cu(II) (4.1 × 104M-1) > Zn(II) (3.21 × 104M-1) > Co(II) (2.8 × 104M-1) > Fe(II) (2.2 × 104M-1) > Mn(II) (1.7 × 104M-1)。这证实了非嵌入性结合模式也能有效竞争EB的结合位点。
4.6. Antibacterial studies
基于DNA结合结果，选取活性较高的Cu(II)、Co(II)和Zn(II)配合物进行抗菌活性测试（针对铜绿假单胞菌）。结果显示，Cu(II)配合物的抑菌圈直径最大（14 ± 1 mm），其次是Zn(II)（11 ± 1 mm）和Co(II)配合物（10 ± 1 mm）。虽然其活性低于阳性对照环丙沙星（28 mm），但表明这些配合物具有一定的抗菌潜力。
4.7. Antioxidant activity
DPPH自由基清除实验评估了上述三种配合物的抗氧化活性。Cu(II)配合物表现出最强的活性，IC50值为23.2 μM，其次是Zn(II)配合物（IC50= 40.8 μM）和Co(II)配合物（IC50= 65.5 μM）。尽管所有配合物的活性均低于抗坏血酸标准品（IC50= 13.2 μM），但Cu(II)配合物显示了相对较好的抗氧化能力。
4.8. Anticancer activities
MTT法检测了三种配合物对MCF-7人乳腺癌细胞的细胞毒性。结果表明，Cu(II)配合物具有最强的抗癌活性，其IC50值低至3.2 μM。Zn(II)和Co(II)配合物的活性相对较弱，IC50值分别为23.0 μM和41.3 μM。显微镜观察也发现，经配合物处理的MCF-7细胞出现了明显的形态学变化，表明细胞死亡。
综上所述，本研究成功合成并表征了一系列新型苯并咪唑锚定的希夫碱过渡金属配合物。研究结果表明，这些配合物，特别是Cu(II)、Co(II)和Zn(II)的衍生物，能够以非嵌入模式（很可能是沟槽结合）与DNA相互作用，并表现出中等至强的多种生物活性，包括抗氧化、抗菌和显著的细胞毒性（尤其是Cu(II)配合物对MCF-7细胞）。该研究的意义在于提供了一类具有多功能生物活性的金属配合物候选化合物，为应对癌症和耐药菌感染的治疗挑战提供了新的潜在策略。特别是Cu(II)配合物展现出的强效抗癌活性，值得进行更深入的机制研究（例如，探究其是否诱导细胞凋亡或产生氧化应激）和后续的体内药效与安全性评价。未来的工作可以集中在结构优化以提高选择性和降低潜在毒性，以及探索其与其他生物大分子的相互作用机制上。这项研究凸显了合理设计金属配合物在开发新型治疗药物方面的巨大潜力。该论文已发表在《Results in Chemistry》上。
