氯离子配合物 [RuII(N-N)(tpy)Cl]+ 与二亚胺配体结合：对 DNA 亲和力及生物活性的动力学研究

《Journal of Inorganic Biochemistry》：Chloride complexes [RuII(N-N)(tpy)Cl]+ coordinated to diimine ligand: Kinetic insights into DNA affinity and biological activity

钌(II)配合物的配位几何与共配体效应影响其水合反应动力学及DNA结合能力，其中[o]-苯乙烯二胺配体（bd）的配合物比3,4-二氨基苯甲酸配体（bdq）的配合物具有更快的自发性水合反应速率，后者因羧酸基团的空间位阻效应导致动力学受限。两种配合物均与精子DNA发生插入作用，bd配合物展现出更强的抗寨卡和登革热病毒活性，且对乳腺癌细胞无毒性。

　　

埃芙琳·克里斯蒂娜·德·索萨·阿兰特斯（Evelyn Christine de Souza Arantes）、奈阿拉·克里斯蒂娜·贝萨斯（Naiara Cristina Bessas）、拉斐拉·卢西亚诺·德·奥利维拉·桑切斯（Rafaela Luciano de Oliveira Sanches）、艾莉森·莱安德罗·罗德里格斯·多斯·桑托斯（Allyson Leandro Rodrigues dos Santos）、莱蒂西亚·德·索萨·阿莫林（Letícia de Sousa Amorim）、维尼修斯·施米茨·佩雷拉·努内斯（Vinicius Schmitz Pereira Nunes）、娜塔莎·马克斯·卡萨尼（Natasha Marques Cassani）、乌里埃尔·恩里克·阿基诺·鲁伊斯（Uriel Henrique Aquino Ruiz）、马塞乌斯·托雷利·马丁（Matheus Torelli Martin）、塞萨尔·奥古斯托·佩尼亚·隆托普（César Augusto Pe?a Llontop）、阿尼齐奥·马西奥·德·法里亚（Anizio Marcio de Faria）、安杰利卡·埃伦·格拉米尼亚（Angelica Ellen Graminha）、吉尔森·德弗雷塔斯-席尔瓦（Gilson DeFreitas-Silva）、安娜·卡罗莱纳·戈麦斯·贾尔丁（Ana Carolina Gomes Jardim）、格尔曼·古斯塔沃·斯格罗（Germán Gustavo Sgro）、迭戈·费尔南多·达·席尔瓦·帕斯科阿尔（Diego Fernando da Silva Paschoal）、雷纳塔·加尔万·德·利马（Renata Galv?o de Lima）

巴西米纳斯吉拉斯州乌贝尔兰迪亚联邦大学（Universidade Federal de Uberlandia）化学研究所

摘要

为了将钌(II)多吡啶配合物开发为候选药物，需要了解几何结构和配体对其化学反应性和生物活性的影响。在本研究中，合成了两种类型的氯化物配合物：[Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆ 和 [Ru^IICl(bdq)(tpy)]PF₆，其中 tpy = 2,2′:6′,2″-三吡啶（terpyridine），bd = O-苯二胺（o-phenylenediamine），bdq = 3,4-二氨基苯甲酸（3,4-diaminobenzoic acid），并对它们进行了表征。相应的含水配合物 [Ru^II(OH₂)(bd)(tpy)](PF₆)₂ 和 [Ru^II(OH₂)(bdq)(tpy)](PF₆)₂ 是在原位（in situ）条件下获得的。为了了解这些氯化物配合物的自发水合反应动力学，我们进行了紫外-可见光（UV-VIS）区域的光谱变化研究和高效液相色谱（HPLC）分析，结果表明 [Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆ 的水合反应速率常数高于含有 bdq 配体的配合物。实验结果通过理论计算得到了补充，以确定水合反应的动力学常数和活化参数。提出了水合反应的关联机制，其中 COOH 替代基的立体效应影响了水合配体的进入。通过光谱研究发现，这两种配合物都能与 fs-DNA 发生插层作用，其结合常数分别为 (2.4 ± 0.1) × 10⁶ L mol^?1 和 (1.3 ± 0.3) × 10⁶ L mol^?1（对于 [Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆ 和 [Ru^IICl(bdq)(tpy)]PF₆），而只有 [Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆ 能够切割 DNA。这两种氯化钌(II) 配合物均未降低 MDA-MB-231 细胞的活力。此外，[Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆ 在抑制寨卡病毒（Zika virus）和基孔肯雅病毒（Chikungunya virus）方面表现出良好的效果。

引言

由于钌配合物具有多样的合成途径和独特的配位化学性质，它们已成为药物开发的有希望的候选者。值得注意的是，钌至少可以存在于两种氧化态：Ru(II) 和 Ru(III)，这两种状态在生理条件下都是稳定的。这种氧化还原灵活性，结合多种配位几何结构，使得可以设计出具有不同作用机制的配合物。与传统基于铂的药物相比，这些配合物通常具有更好的水溶性和较低的毒性[1]。在 Ru(II) 配合物中，含有多吡啶配体的配合物受到了特别关注[2][3]。这些配体与金属中心形成稳定的螯合物，增强了配合物的结构稳定性。此外，它们还能与 DNA 基因碱有效进行 π–π 堆叠相互作用，从而实现插层和 minor groove 结合。这种相互作用可能导致单功能加合物的形成，最终干扰 DNA 复制[4][5][6][7][8]。钌(II) 三吡啶配合物通常以 [Ru^II(tpy)(NCl+ 的形式分离出来，并已使用各种 N 类配体（如联吡啶（bpy）[9][10]、1,10-菲咯啉（phen）[9][10]、3,4,7,8-四甲基-1,10-菲咯啉（tmphen）[12]、二吡啶[3,2-a:2′,3′-c]吩嗪（dppz）[10][12] 和 2,2′-偶氮联吡啶（apy）[13]）进行了广泛的合成和表征。这些配合物与 DNA 的结合常数范围为 10⁴ 至 10⁶ M^?1。DNA 相互作用的强度和方式与 N 类配体的结构和电子性质密切相关，这影响了结合亲和力和选择性[2][8]。除了 N 类配体外，由于平面的特性，含有 tpy 配体的钌(II) 配合物还通过插层方式与 DNA 发生相互作用[15]。通过对三种不同的三吡啶钌配合物 [Ru^II(Cl-tpy)(en)Cl]Cl、[Ru^II(Cl-tpy)(dach)Cl]Cl 和 [Ru^II(Cl-tpy)(bpy)Cl]Cl（其中 en = 乙二胺，dach = 1,2-二氨基环己烷）的研究发现，这些配合物在经过类似于顺铂的水解过程后，能够与鸟嘌呤衍生物（如 9-甲基鸟嘌呤（9MeG）或鸟苷-5′-单磷酸（5′-GMP）结合[14]。因此，这种活化途径被认为是基于三吡啶的钌配合物生物活性的关键步骤。一类特殊的配体，包括 O-苯二胺（O-pda）及其衍生物，因其非毒性行为和独特的电子结构而受到越来越多的关注。非毒性配体可以参与氧化还原过程，稳定金属中心的多种氧化态，并对金属中心的电子性质进行精细调控，这对于生物应用尤为重要[16]。在本研究中，我们探讨了 [Ru^II(L)(tpy)Cl](PF₆

实验部分

RuCl₃.nH₂O、2,2′:6′,2″-三吡啶（tpy）、3,4-二氨基苯甲酸（bdq）、O-苯二胺（bd）、氯化锂、氘代二甲基亚砜（DMSO-d₆）、氧化铝（Al₂O₃ 58 ?）、溴化乙锭（EB）和 fs-DNA 作为高纯度试剂从 Aldrich Chemicals? 购买。用于 DNA 切割试验的试剂从 Thermo Fisher Scientific? 购买。Tris（三羟甲基氨基甲烷）也从 Chemicals? 购买。所有化学品均为分析级

结果与讨论

在 [Ru^II(tpy)(NL)n+ 系列（L = NO⁺ 或 NO₂^?；N–N = bd 或 bdq）中，单齿配体的性质显著影响了与大分子（HSA 和 DNA）的相互作用以及抗病毒活性，这一影响超过了螯合二亚胺配体[33]。本研究通过研究氯化物配合物中 RuCl 键的水合过程，扩展了 [Ru^II(tpy)(NL)n+ 系列的研究，得到了相应的水合配合物 [Ru^II(tpy)(NOH_{2n+。这些物种被认为介导了观察到的现象}

结论

合成了 [Ru^IICl(bd)(tpy)]PF₆（RubdCl）和 [Ru^IICl(bdq)(tpy)]PF₆（RubdqCl），并对其水合衍生物进行了原位分析。UV-VIS 和 HPLC 研究表明，这两种配合物在水溶液中通过关联机制发生自发水合。RubdCl 的水合速率大约是 RubdqCl 的两倍，后者的反应性受到 bdq 配体上 –COOH 替代基的立体效应的限制。pK_a 的测定证实了电子...

CRediT 作者贡献声明

埃芙琳·克里斯蒂娜·德·索萨·阿兰特斯（Evelyn Christine de Souza Arantes）： 起草初稿、验证、研究。奈阿拉·克里斯蒂娜·贝萨斯（Naiara Cristina Bessas）： 起草初稿、验证、研究。拉斐拉·卢西亚诺·德·奥利维拉·桑切斯（Rafaela Luciano de Oliveira Sanches）： 验证、研究。艾莉森·莱安德罗·罗德里格斯·多斯·桑托斯（Allyson Leandro Rodrigues dos Santos）： 研究。莱蒂西亚·德·索萨·阿莫林（Letícia de Sousa Amorim）： 研究。维尼修斯·施米茨·佩雷拉·努内斯（Vinicius Schmitz Pereira Nunes）： 研究。娜塔莎·马克斯·卡萨尼（Natasha Marques Cassani）： 研究。乌里埃尔·恩里克·阿基诺·鲁伊斯（Uriel Henrique Aquino Ruiz）： 研究。马塞乌斯·托雷利·马丁（Matheus Torelli Martin）： 研究。塞萨尔（César）：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

E.C.S.A. 感谢 PROEX UFU 和 Capes 提供的硕士奖学金。感谢乌贝尔兰迪亚联邦大学的 RELAM 多用户实验室为涉及光谱和 HPLC 表征的实验提供设备（FINEP/2013 INFR13 01.13.0371.00）。D.F.S.P. 感谢巴西机构 FAPERJ（E-26/210.070/2022 – DCTR, E-26/201.336/2022）的财政支持。G.G.S. 感谢巴西机构 FAPESP（2020/11189-0 和 2022/03018-7）的资助。