norcantharidin（NCTD）的一族第一周期过渡金属配合物的发现、晶体结构及其抗癌特性：这些配合物可能作为线粒体损伤的诱导剂

《Journal of Inorganic Biochemistry》：Discovery, crystal structure, anticancer property of the first-row transition metal complexes of norcantharidin (NCTD) as potential inducer of mitochondrial damage

本研究成功合成了四种pH响应性金属复合物2AP[M(NCTD)?]（M=Cu, Co, Ni, Mn），并揭示了其抗癌机制。通过单晶X射线衍射证实复合物为离子型结构[2AP][M(NCTD)?]2?。在pH 6.6条件下，复合物分解释放NCTD和金属离子，与谷胱甘肽（GSH）催化Fenton-like反应，引发线粒体功能障碍和凋亡通路激活，其中2AP[Cu(NCTD)?]显示最佳抑癌活性（IC?? 12.41 μM），并通过亚G?期细胞周期阻滞增强疗效。

　　

黄云侯|刘圆|黄月|孟伟英|魏洪祖|文长春|刘丽敏|刘彦成

广西师范大学化学与药学科学学院，药物资源化学与分子工程重点实验室（中国教育部），广西桂林541004

摘要

诺卡星丁（NCTD）是来自传统中药（TCM）的活性成分——刺尾虫素的结构修饰衍生物，具有特定的抗癌活性。在本研究中，成功合成了四种以阳离子2-氨基吡啶（AP）作为反离子的NCTD pH敏感复合物，并对其结构进行了表征。单晶X射线衍射分析表明，这些复合物均以离子型2AP[M(NCTD)₂]（M = Cu、Co、Ni 和 Mn）的形式存在，由负二价六配位物种[M(NCTD)₂]^{2?和两个反离子（AP）组成。研究发现，在微酸性条件下（pH = 6.6），2AP[M(NCTD)₂]（M = Cu、Co、Ni 和 Mn）的分解会释放NCTD和金属离子，随后触发由GSH共催化的类似芬顿反应。这些复合物在体外对一系列典型癌细胞系的抗癌活性优于NCTD本身，IC₅₀值介于12.41–33.43 μM之间，其中2AP[Cu(NCTD)₂]表现出最佳效果。在最敏感的SK-OV-3细胞中，2AP[Cu(NCTD)₂]通过诱导线粒体内ROS过度积累导致线粒体功能障碍，从而激活凋亡途径。}

引言

癌症严重威胁着全球人民的健康和生命。根据世界卫生组织（WHO）的最新报告，到2050年新发癌症病例数将达到3500万例[1]。尽管该疾病可以通过药物或其他疗法得到控制，但它仍然具有致命性和无法治愈性。化疗作为传统的治疗手段，在临床实践中仍起着关键作用。然而，许多临床证据表明，这些疗法存在严重的副作用和耐药性问题[[2], [3], [4]]。因此，发现新型抗癌化合物对于克服现有药物的局限性并有效治疗癌症至关重要。

近年来，大量研究表明，来自传统中药（TCM）或天然产物的生物活性成分具有显著的生物活性[[5], [6], [7], [8]]。因此，发现和修饰生物活性天然产物也被视为药物开发和设计的重要策略[6,9,10]。刺尾虫素是从Mylabris phalerata（一种广泛分布于中国西南部的传统中药昆虫）中提取的生物活性成分，已被确认为潜在的抗癌剂[[11], [12], [13], [14], [15]]。此外，刺尾虫素的衍生物已被用于抗癌药物的研发，其中诺卡星丁（NCTD）作为一种合成刺尾虫素衍生物，已获得中国食品药品监督管理局（CFDA）的批准用于癌症治疗[16]。

另一方面，包括顺铂、奥沙利铂和卡铂在内的铂基药物在癌症化疗中得到了广泛应用。然而，由于长期临床使用中出现的严重副作用和耐药性问题，它们的疗效和应用受到限制[[17], [18], [19]]。因此，研究人员致力于开发具有多重作用机制的非铂金属复合物或纳米材料以解决这些问题。在过去十年中，一些过渡金属复合物被认为在非铂抗癌药物的研发中具有前景[20,21]。特别是Cu(II)/Co(II)复合物因其与Cu²⁺/Co²⁺的氧化还原潜力密切相关的特定抗癌特性而受到关注[22,23]。这些复合物能够通过类似芬顿的反应生成活性氧（ROS），从而激活线粒体功能障碍-凋亡途径[[22], [23], [24], [25]]。普遍认为芬顿反应是产生•OH的典型反应，而细胞内ROS的过度积累会损害线粒体，这与大多数与ROS生成相关的生命事件（如Ca²⁺调控、凋亡等）密切相关，进一步激活凋亡途径[[26], [27], [28], [29], [30]]。因此，设计能够引起线粒体功能障碍的过渡金属离子复合物被视为抗癌药物研发的关键目标。

为了合理设计抗癌金属复合物，选择合适的配体和中心金属被认为是提高其活性和改变其抗癌机制的重要策略[31,32]。由于NCTD的化学稳定性不佳，在碱性条件下容易水解为相应的二羧酸盐，其中两个羧基具有优异的配位能力。2012年，张等人证明了2ABT[M(NCTD)₂]金属复合物的阴离子形式具有潜在的抗癌活性，这是由于过渡金属离子（Cu²⁺、Co²⁺和Ni²⁺）与2-氨基苯并噻唑阳离子（ABT）之间的配位反应[33]。然而，这些复合物的抗癌机制尚未完全阐明。2022年，王等人报道了两种Zn(II)与NCTD形成的复合物在类肿瘤环境中表现出pH敏感性，能够释放NCTD和Zn²⁺[34]。这一发现表明[M(NCTD)₂]^{2?（M = Cu、Co 和 Ni）可能作为pH敏感复合物发挥作用。此外，含有过渡金属离子（Cu2+、Co2+和Mn2+）的纳米材料在抗肿瘤纳米技术中得到了广泛研究，因为它们能够通过类似芬顿的反应实现化学动力学疗法（CDT）[35], [36], [37]]。最近的研究表明，结合Cu2+和NCTD的pH响应性纳米材料在体内和体外均表现出强烈的抗癌活性，这种效应是通过类似芬顿的反应引发的线粒体功能障碍来实现的[38]。基于这些发现以及过渡金属离子（Cu2+和Co2+及其复合物诱导类似芬顿反应的特性[[24], [25], [26],[33], [34], [35], [36], [37], [38]]，强烈建议[M(NCTD)₂]2?（M = Cu 和 Co）能够在肿瘤微环境中引发类似芬顿的反应，无论是直接还是通过释放金属离子，最终导致线粒体功能障碍-凋亡途径。此外，由于氨基吡啶配体（AP）具有质子转移能力和作为氢键供体/受体的潜力，它们有助于过渡金属离子和羧酸配体之间形成超分子结构[[39], [40], [41]]。因此，我们将2-氨基吡啶（AP）引入配位复合物[M(NCTD)₂]2?（M = Cu 和 Co），形成了金属复合物2AP[M(NCTD)₂（M = Cu 和 Co），该复合物通过线粒体功能障碍-凋亡途径发挥抗癌活性。为了更好地说明NCTD过渡金属复合物的抗癌特性，还合成了另外三种第一行过渡金属复合物2AP[Ni(NCTD)₂和2AP[Mn(NCTD)₂，并与其2AP[Cu(NCTD)₂和2AP[Co(NCTD)₂进行了体外抗癌活性比较。}

2AP[M(NCTD)₂]（M = Cu、Co、Ni 和 Mn）复合物结构研究

根据先前报道的反应方法，成功获得了四种过渡金属（Cu、Co、Ni 和 Mn）与NCTD形成的复合物，分别使用了相应的金属醋酸盐Cu(Ac)₂•2H₂O、Co(Ac)₂•6H₂O、Ni(Ac)₂•6H₂O或Mn(Ac)₂•4H₂O[33]。这些复合物通过HRMS、元素分析、红外（IR）光谱和单晶X射线衍射分析进行了结构表征。HRMS数据显示了最特征性的信号

结论

本研究成功合成了四种含有天然来源抗癌配体诺卡星丁（NCTD）的过渡金属复合物，其形式为2AP[M(NCTD)₂（M = Cu、Co、Ni 和 Mn），并利用多种光谱技术对其结构进行了表征。单晶X射线衍射分析证实了它们特殊的离子配位特性，即两个2-氨基吡啶inium阳离子（AP）与负二价配位物种[Cu(NCTD)₂]^2?相结合

化学试剂和材料

所有化学试剂和溶剂（试剂纯度等级）均为市售产品，无需进一步纯化即可直接使用。HRMS数据是在Scientific ITQ 1100仪器（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）上记录的，该仪器配备了电子喷雾离子化（ESI⁺）。复合物在三缓冲溶液（pH = 7.40）中的稳定性在UV–vis分光光度计（Japan，UV-2600i）中于293 K下进行监测。复合物的红外数据通过傅里叶变换红外光谱仪记录

CRediT作者贡献声明

黄云侯：撰写初稿、正式分析、数据管理。刘圆：撰写初稿、方法学设计、正式分析。黄月：方法学设计、正式分析。孟伟英：正式分析、数据管理。魏洪祖：正式分析、数据管理。文长春：撰写、审稿与编辑。刘丽敏：撰写、审稿与编辑、监督、正式分析。刘彦成：撰写、审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：22167005）和广西高校中青年教师科研能力提升项目（编号：2025KY0107）的财政支持。