苯基苯并噻唑双(环金属化) Pt(IV)配合物含菲咯啉配体作为ROS、NADH和微管去稳定剂

《Applied Organometallic Chemistry》：Phenylbenzothiazole Bis(Cyclometalated) Pt(IV) Complexes With Phenanthroline-Based Ligands as ROS, NADH and Microtubule Destabilizing Agents

　　

Pt(IV)配合物因其光学性质和生物活性而受到广泛关注。在此，研究人员报道了一系列新型发光阳离子环金属化Pt(IV)配合物，配体为菲咯啉型[Pt(pbt)₂(N^N)](ClO₄)₂ (pbt = 苯基苯并噻唑；N^N = phen 2, pyraphen 3, NH₂-phen 4)，由[Pt(pbt)₂Cl₂] (1)制备，并研究了它们的生物活性。配合物2和3显示橙色发光，归属于³IL (pbt)激发态，而配合物4显示来自紧密排列的³IL′CT/³L′LCT (L′ = NH₂-phen)态的双重发射，经DFT计算证实。在蓝光照射下，配合物1和4产生¹O₂并催化NADH光氧化。光谱研究表明配合物2和4与BSA结合。在该系列中，配合物4表现出最高的抗癌细胞毒性活性，与顺铂相当，而1-3显示轻微的光毒性。配合物4在A549细胞中产生细胞内ROS、微管去聚合和线粒体损伤，但不与DNA相互作用。

**论文解读：新型环金属化Pt(IV)配合物的抗肿瘤活性与多机制研究**

**研究背景与目的**

铂(IV)配合物因其动力学惰性和可轴向修饰的特性，被视为克服传统Pt(II)药物耐药性和副作用的潜在前药。然而，其光致发光行为受低能配体-金属电荷转移（LMCT）态抑制，限制了在光动力疗法（PDT）和生物成像中的应用。同时，关于发光环金属化Pt(IV)配合物生物活性的报道仍较为稀少。本研究旨在设计并合成一系列基于苯基苯并噻唑（pbt）和菲咯啉型配体的阳离子双环金属化Pt(IV)配合物，系统评估其光学性质、光化学活性及抗肿瘤机制，以探索兼具成像与治疗功能的新型铂基光敏剂。

**主要研究方法**

研究人员采用MALDI-TOF质谱、1D/2D NMR及X射线单晶衍射对配合物进行结构表征；通过紫外-可见吸收光谱、稳态/瞬态发光光谱及DFT/TD-DFT计算解析光物理性质；利用近红外发光法检测单线态氧（¹O₂）生成；通过BSA结合实验评估蛋白质亲和力；采用紫外-可见光谱监测NADH光氧化动力学；在A549和HeLa肿瘤细胞及BEAS-2B正常细胞中，通过MTS法测定暗毒性和光毒性IC₅₀值；以H₂DCFDA探针检测胞内ROS；通过免疫荧光染色观察微管形态；利用MitoTracker和JC-10染色评估线粒体损伤及膜电位变化。

**研究结果**

**2.1 合成与表征** 配合物[Pt(pbt)₂(N^N)](ClO₄)₂（2-4）由前体[Pt(pbt)₂Cl₂] (1)与相应二亚胺配体在AgClO₄和KClO₄存在下回流制得。配合物2的X射线结构证实为伪八面体几何，pbt配体呈trans-N,N、cis-C,C构型，菲咯啉配体反式位于金属化碳对面。

**2.2 光物理性质与理论计算** 配合物2和3在77 K下显示³IL(pbt)特征的橙色发光；配合物4在298 K呈现双重发射（495 nm和600 nm），分别源于³IL′CT和³L′LCT激发态（L′=NH₂-phen）。质子化实验表明，加入对甲苯磺酸（PTSA）后，发射峰蓝移且强度增强，计算表明激发态由NH₂-phen主导的³IL′CT转变为pbt主导的³ILCT。

**2.2.3 单线态氧生成** 仅配合物1和4在蓝光照射下于1270 nm处检测到¹O₂发光，量子产率分别为22.6%和3.6%，表明菲咯啉配体类型影响光敏效率。

**2.3 稳定性与光稳定性** 配合物1-4在DMSO及DMSO/D₂O混合液中暗处稳定72 h；蓝光照射30 min后光谱无显著变化。配合物1和2与抗坏血酸（1:10）反应后未见还原产物，说明这些Pt(IV)配合物在类似生理条件下不遵循经典前药还原活化机制。

**2.4 BSA结合** 配合物2和4均能导致BSA荧光猝灭并使紫外吸收峰增强，表明其可与血清白蛋白结合，可能影响药物运输。

**2.5 NADH光氧化** 蓝光照射下，配合物1和4有效催化NADH氧化为NAD⁺，转化数（TON）分别为106.9和83.6，并伴随H₂O₂生成，提示存在Type-I光动力途径；配合物2和3的氧化效率显著较低。

**2.6 细胞毒性** 配合物4在A549细胞中IC₅₀为4.32 μM，活性优于顺铂（6.45 μM），且对正常细胞BEAS-2B的毒性较高，选择性指数（SI）<1，显示非选择性杀伤。NH₂基团可能通过质子化或氢键增强生物分子相互作用。

**2.7 ROS生成** 配合物4在A549细胞中以浓度依赖方式（8-32 μM）显著升高胞内ROS水平，与其高细胞毒性相关。

**2.8 光诱导细胞毒性** 蓝光照射后，配合物1-3的IC₅₀值降低约一半（如配合物2从98.47降至45.78 μM），表现出中等光毒性，但整体效应弱于暗毒性较强的配合物4。

**2.9 相对脂溶性** 反相UPLC显示中性配合物1的保留时间最长（3.3 min），但高脂溶性并未直接对应高细胞毒性，提示其他机制更为关键。

**2.10 DNA相互作用** 凝胶电泳表明配合物3和4均不改变pBR322质粒DNA的迁移率，说明其不通过DNA结合发挥作用，不同于顺铂。

**2.11 微管聚合影响** 共聚焦显微镜显示，配合物4（25 μM）处理A549细胞30 min后即引起微管解聚，2 h后细胞变圆，6 h后微管网络严重破坏，类似微管解聚剂诺考达唑但作用较缓，提示其通过微管去稳定化诱导细胞死亡。

**2.12 线粒体损伤与膜电位丧失** MitoTracker染色显示配合物4处理1 h后线粒体网络紊乱，3 h后线粒体含量显著减少。JC-10检测表明膜电位（MMP）降至对照的76.45%，证实线粒体功能障碍参与其细胞毒性。

**总结与结论**

本研究合成了一系列阳离子双环金属化Pt(IV)配合物，系统揭示了其光物理性质与生物活性。与常规Pt(IV)前药不同，这些配合物在生物条件下不被抗坏血酸还原，但表现出BSA结合能力。配合物1和4可同时通过Type-I（NADH光氧化生成H₂O₂）和Type-II（产生¹O₂）途径发挥光动力效应。配合物4因含有NH₂单元而活性最优，其细胞毒性源于胞内ROS升高、微管去稳定及线粒体损伤的协同作用，且不依赖DNA相互作用。该研究为发展非DNA靶向的多机制铂类光敏剂提供了新思路。论文发表在《Applied Organometallic Chemistry》。

**结论部分翻译：**

本文合成、表征并研究了一系列阳离子双(环金属化)苯基苯并噻唑/菲咯啉基Pt(IV)配合物[Pt(pbt)₂(N^N)](ClO₄)₂（2-4），前体为[Pt(pbt)₂Cl₂] (1)。配合物2和3的低能跃迁（吸收与发射）归属于pbt环金属化配体上的IL态，而NH₂-衍生物4则与涉及氨基-菲罗啉配体的混合IL′CT/L′LCT态相关。4可被对甲苯磺酸（PTSA）可逆质子化，发射强度增强，伴随激发态性质向IL_pbtCT的转变。发射光谱证实配合物1和4高效生成单线态氧，量子产率?(¹O₂)分别为22.6%和3.6%。这些Pt(IV)配合物不表现常规Pt(IV)前药行为（不被抗坏血酸还原），但显示与BSA的相互作用。此外，配合物1和4是NADH氧化的高效光催化剂，中性配合物1的转化效率更高。检测到NADH光氧化副产物H₂O₂，表明1和4可通过Type-I（NADH氧化，H₂O₂）和Type-II（产生¹O₂）途径产生光毒性。这是基于Pt(IV)光敏剂的新发现。含有NH₂单元的配合物4在A549和HeLa癌细胞中表现出最高毒性。很可能通过质子化和/或氢键与生物分子相互作用是其强细胞毒性活性的原因。配合物4产生细胞内ROS，具有微管去稳定活性，并诱导显著的线粒体损伤，这可解释其高细胞毒性。在紫外光照射下，配合物1-3显示增强的抗肿瘤活性，这一特征归因于ROS的产生。