含有脂肪族甘氨酸配体的新型奥沙利铂类似物的抗癌活性

《Journal of Molecular Liquids》：Anticancer activity of new oxaliplatin analogs with aliphatic glycine ligands

铂配合物抗肿瘤活性及DNA结合机制研究。合成[Pt(DACH)(R-gly)]NO3（R为甲基、丁基、异戊基）三类水溶性的铂类抗癌药物，通过光谱分析和细胞实验发现异戊基衍生物对A549、HCT116、MCF7癌细胞系抑制效果最佳，并具有更高DNA结合选择性。分子动力学模拟显示异戊基甘氨酸铂通过沟槽结合增强DNA相互作用，范德华力和静电作用是主要结合因素。

　　

Mahboube Eslami Moghadam | Sara Hadian Rasanani | Morteza Rezaeisadat | Ameneh Jafari

伊朗化学与化学工程研究中心，德黑兰，伊朗

摘要

1,2-二氨基环己烷（DACH）配体在奥沙利铂结构中的存在减少了顺铂类似物的副作用，使其成为一种有效的抗癌剂，能够靶向DNA。考虑到基于甘氨酸的配体的良好细胞毒性，制备了三种新的水溶性奥沙利铂类似物，其通用公式为[Pt(DACH)(R-甘氨酸)]NO₃（其中R-甘氨酸 = 甲基-、丁基-和异戊基-甘氨酸），并通过电导率测量、元素分析、红外光谱、紫外-可见光谱和¹H NMR光谱对其进行了全面表征。这些含铂化合物的抗增殖活性在人类肺癌（A549）、结直肠癌（HCT116）和乳腺癌（MCF7）细胞系中进行了评估。在合成的化合物中，含有异戊基甘氨酸配体的铂复合物对癌细胞系的抗增殖活性显著高于奥沙利铂和其他衍生物。通过对正常HFF细胞系的细胞毒性评估，确定了选择性指数，结果表明甲基和异戊基衍生物对MCF7细胞的选择性比参考铂类药物更强。使用多种光谱技术研究了奥沙利铂及其基于甘氨酸的类似物与高度聚合的小牛胸腺DNA的相互作用。实验结果表明，所有合成的铂复合物与DNA的相互作用都比奥沙利铂更有效。异戊基甘氨酸复合物-DNA体系的Stern–Volmer常数（K_sv）最高，表明配体大小和疏水性在DNA结合行为中起关键作用。圆二色光谱显示这些含铂化合物诱导了DNA二级结构的显著构象变化。此外，分子对接和分子动力学模拟表明，异戊基甘氨酸含铂化合物通过DNA上的沟槽结合方式与DNA的结合更为牢固。模拟数据表明该配体对DNA具有中等亲和力，这一点得到了分子动力学和MM-PBSA分析的支持。总体而言，这些发现为DNA-铂复合物结合的热力学基础提供了清晰的见解。

引言

自从发现顺铂、卡铂和奥沙利铂的抗癌活性后，人们设计并应用了新的金属基药物用于化疗[1]。尽管这些化合物非常有效，但由于不良副作用和癌细胞的耐药性，其临床应用受到限制[2]、[3]。其中，只有顺铂、奥沙利铂和卡铂被临床使用，而且针对转移或顺铂耐药复发情况也开发了相应的铂类药物[4]、[5]。此外，铂耐药细胞系中最常见的机制之一是药物积累减少，这可能是由于药物外排增加和药物内流减少[6]、[7]。因此，设计了几种新型铂化合物以克服这些问题[1]、[2]、[8]。 然而，大多数额外的金属复合物仅在成功的临床试验中被制备和使用[9]。在所有临床使用的铂类药物中，奥沙利铂被批准与亚叶酸钙和5-氟尿嘧啶联合用于治疗晚期转移性结直肠癌[10]。关于不良反应，奥沙利铂引起的神经毒性比顺铂更快可逆，并且会导致剂量限制毒性[11]。有几种策略可以改善奥沙利铂在全身治疗中的效果[12]。关于奥沙利铂在细胞内的摄取机制，最近的研究集中在被动扩散和脂溶性无关的转运蛋白介导的摄取上，通过修改铂类药物的化学结构和DNA相互作用作为化疗的主要目标[11]、[13]。新的铂-DNA加合物具有疏水性和更大的配体，在环己烷环的4位有一个赤道甲基，其中R,R-环己烷二胺（DACH）配体控制了奥沙利铂衍生物在小鼠白血病模型中的活性[14]。此外，为了改善抗癌铂复合物的水解性质，可以考虑使用N^O双齿螯合配体（如氨基酸、氨基酸衍生物配体）来提高铂类药物的疗效并减少其副作用[15]、[16]，从而带来低成本生产、高溶解度、由于非共价相互作用而低毒性的有益特性，以及较少的有害铂(II)复合物[17]。由于复合物的水解减少，因此显示出更高的抗癌效果。甘氨酸是引入抗肿瘤药物的合适候选者。甘氨酸通常被高度增殖的癌细胞消耗，并具有抗血管生成作用[18]、[19]、[20]。 在本研究中，合成了三种新的奥沙利铂衍生物，其公式为[Pt(DACH)(R-甘氨酸)]NO₃（其中R = 甲基-、丁基-和异戊基-），并对其相关的体外活性进行了分析。研究了配体结构及其溶解性和脂溶性的影响。为了研究铂化合物的抗增殖活性，选择了癌细胞系MCF7、HCT116和A549，而使用正常HFF细胞系通过MTT测定法评估了细胞毒性。此外，还确定了这些铂复合物在细胞内的积累情况。通过与水合奥沙利铂相比，使用等温滴定、荧光光谱和圆二色光谱等实验技术研究了这些复合物与DNA的相互作用，以了解结合模式。有趣的是，一些烷基甘氨酸衍生物在草酸位点的存在及其与DNA的结合亲和力通过分子对接和动力学模拟进行了跟踪。

材料与方法

钠盐、(1,R,R)-1,2-二氨基环己烷、Tris-HCl缓冲液和溴化乙锭、高度聚合的小牛胸腺DNA均购自Sigma-Aldrich（美国）。氯化钠、碳酸氢钠、硝酸银、盐酸、甲基胺、丁基胺、异戊基胺、盐酸和四氯合铁(II)钾盐购自Merck（德国）。所有溶液均使用双蒸馏水配制。熔点通过IA9100数字设备进行分析。

铂化合物的结构表征

FTIR。支持信息中的图S1a至S1c显示了所有铂化合物在400–4000 cm^?1范围内的FTIR光谱，所有频率均列在SI的表S1中。所有金属复合物中NH基团的伸缩振动出现在3072至3184 cm^?1范围内[21]。两种化合物中CH的伸缩振动出现在2931–2975 cm^?1范围内[25]。所有复合物的ν_as(COO^?)位于约1630 cm^?1

结论

在这项研究中，研究了一系列含有甲基、丁基和异戊基甘氨酸配体的新合成的Pt(II)复合物，并与奥沙利铂进行了比较，以评估它们的DNA结合行为和电子性质。通过UV-Vis光谱、红外光谱和¹H NMR对这些三种铂化合物及其二水中间体进行了初步表征。

作者贡献

Mahboube Eslami Moghadam 设计并指导了该项目，合成了金属药物，分析了数据，检查了结果，并撰写和编辑了手稿。 Sara Hadian Rasanani 进行了实验并撰写了文章初稿。 Morteza Rezaeisadat 进行了理论研究并撰写了文章初稿。 Ameneh Jafari 进行了体外评估和理论研究，并撰写了手稿初稿。

版权声明

Mahboube Eslami Moghadam: 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原初稿，可视化，验证，监督，资源管理，项目管理，方法论，研究，资金获取。 Sara Hadian Rasanani: 撰写 – 原初稿，可视化，研究，形式分析。 Morteza Rezaeisadat: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，软件，方法论，研究。 Ameneh Jafari: 撰写 – 原初稿，可视化，软件，方法论。

出版同意

在审阅我们的手稿时，不存在与之前的导师、学生或近期合作者之间的利益冲突。

伦理批准

本文不包含任何作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。

资助

作者感谢伊朗化学与化学工程研究中心的财政支持。

未引用的参考文献

[27], [101]

利益冲突声明

作者声明以下可能的利益冲突/个人关系：在审阅我们的手稿时，不存在与之前的导师、学生或近期合作者之间的利益冲突。该工作得到了伊朗化学与化学工程研究中心的支持。此外，本文不包含任何作者进行的涉及人类参与者或动物的研究。

致谢

作者感谢伊朗化学与化学工程研究中心对本项目的财政支持。