《International Journal of Biological Macromolecules》：Benzothiazole hydrazone Cu(II) complex for therapeutic anticancer enhancement via PARP-1 inhibition
编辑推荐：
DNA修复酶PARP-1是肿瘤细胞治疗的关键靶点。本研究以苯并噁唑酮为配体骨架，合成了三种铜(II)配合物（Cu1-Cu3），其中Cu3对T98G肿瘤细胞具有最强抑制效果（IC50=0.51μM），同时表现出显著PARP-1抑制作用（IC50=0.45μM）。机制研究表明Cu3通过诱导ROS生成，造成DNA损伤并抑制PARP-1活性，从而激活线粒体途径诱导肿瘤细胞凋亡。
蒋明|满学宇|杨淼娅|严启伟|吴海娟|杨峰|魏友环
广西科技师范学院生物与食品工程学院，中国广西来宾市，546199
摘要
DNA是许多金属复合物抑制肿瘤细胞增殖的主要靶点，而Poly ADP核糖聚合酶-1（PARP-1）对DNA修复至关重要。在本研究中，利用苯并噻唑 hydrazone 作为框架，设计并合成了一系列Cu(II)复合物（Cu1-Cu3），这些复合物可作为新型PARP-1抑制剂。这些Cu(II)复合物不仅有效抑制了多种肿瘤细胞的增殖（IC50范围：0.51–5.37 μM），还表现出较强的PARP-1抑制活性（IC50范围：0.45–1.52 μM）。值得注意的是，Cu3的活性最强，对T98G细胞具有显著的细胞毒性（IC50 = 0.51 μM）和PARP-1抑制作用（IC50 = 0.45 μM）。此外，Cu3还能有效抑制T98G细胞的迁移。机制研究表明，Cu3通过产生过量的活性氧（ROS）、诱导DNA损伤、抑制PARP-1活性来加剧DNA双链断裂，并通过线粒体途径促进肿瘤细胞凋亡。
引言
癌症是一种复杂的病理状态，其特征是细胞增殖失控和恶性转化，肿瘤细胞会无限制地生长并侵犯邻近组织，对健康组织造成渐进性损伤[1]、[2]、[3]。传统的化疗药物，尤其是含铂化合物，主要通过诱导DNA损伤来发挥其细胞毒性作用[4]、[5]。然而，由于癌细胞内部存在DNA修复机制，这些药物的治疗效果常常受到削弱，导致药物耐药性的产生[6]、[7]、[8]。因此，针对DNA损伤修复途径进行治疗是一种有前景的方法，有助于克服肿瘤治疗中的耐药性问题。
Poly ADP核糖聚合酶（PARP）在与DNA单链断裂结合时催化poly-ADP核糖化反应，在碱基切除修复（BER）途径中起着关键作用[9]、[10]。PARP-1是最主要的异构体，占细胞内PARP活性的90%以上[11]、[12]、[13]。因此，PARP-1已成为抗癌研究中的重要治疗靶点。尽管已经开发出几种作为PARP-1抑制剂的分子有机化合物并获准临床使用[14]，但基于金属的PARP-1抑制剂仍然较为罕见。基于金属的复合物通常具有与DNA相互作用并诱导DNA损伤的能力，例如链断裂[15]、[16]、[17]。能够抑制PARP-1活性的金属复合物可以破坏DNA修复机制，从而促进细胞凋亡[18]。
铜（Cu）是生物学中的一种必需微量元素，在调节多种酶的活性和支持转录因子的功能方面起着关键作用[19]。与正常组织相比，肿瘤组织对铜的需求更高，铜水平的升高与癌症的发展直接相关[20]。因此，许多研究致力于开发用于癌症治疗的Cu复合物[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。Cu复合物的毒性效应主要源于氧化损伤机制，特别是通过产生ROS[26]、[27]、[28]。Cu(II)/Cu(I)氧化还原对的催化活性是这些有害反应的主要媒介，其化学反应性严重依赖于铜中心周围的配位化学和配体结构[26]、[29]。ROS应激可诱导DNA损伤并促进肿瘤细胞凋亡[30]、[31]、[32]。
一方面，苯并噻唑衍生物被报道为一种新的抑制剂骨架，它可以与PARP酶的结合口袋中的烟酰胺竞争[33]、[34]。另一方面，苯并噻唑 hydrazones表现出优异的抗癌活性，同时还能与多种过渡金属配位[35]、[36]。鉴于Cu(II)复合物在癌细胞中诱导DNA损伤的潜力以及苯并噻唑衍生物对PARP-1的抑制作用，我们开发了苯并噻唑 hydrazone Cu(II)复合物用于抗癌治疗。
在本研究中，我们选择了含有吡啶环的羰基化合物与2-肼基苯并[d]噻唑反应，合成了三齿Schiff碱配体。然后使用这些基于苯并噻唑 hydrazone 的配体成功制备了三种Cu(II)复合物（Cu1-Cu3）（见方案1）。接下来，研究了这些铜复合物的抗癌活性和PARP-1的抑制活性。Cu3在测试的化合物中具有最佳的抑制活性和抗肿瘤活性。最后，探讨了Cu3的抗肿瘤机制。本研究为新型基于金属的抗癌药物的开发提供了新的思路。
材料与化学品
6,7-二氢-5H-喹啉-8-酮、2-乙酰吡啶、2-苯甲酰吡啶、2-肼基苯并[d]噻唑、CuBr2、Cu(NO3)2·3H2O以及所有其他有机溶剂均从Bidepharm有限公司（中国上海）或Aladdin生化技术有限公司（中国上海）购买。
Cu(II)复合物的制备
配体HL2-HL3是根据我们之前发表的程序合成的[35]。HL1是通过2-肼基苯并[d]噻唑（3.0 mmol）和2-乙酰吡啶（3.0 mmol）在20 mL CH3CH2OH中的反应制备得到的。
Cu(II)复合物的设计与结构
苯并噻唑 hydrazones是一类具有重要生物活性的杂环化合物，例如抗肿瘤特性[37]、[38]。随后，三种不同的取代苯并噻唑 hydrazone 配体（HL1?HL3）与CuBr2/Cu(NO3)2·3H2O在乙醇中反应，合成了Cu1?Cu3复合物（见图1A）。Cu1?Cu3的晶体结构通过X射线晶体学确定，并展示在图1B中。
结论
总之，我们利用苯并噻唑 hydrazones作为配体，设计并合成了一系列Cu(II)复合物（Cu1–Cu3）。这些Cu(II)复合物能够有效抑制多种肿瘤细胞（MDA-MB-231、Hela、T98G和HepG2）的生长，并表现出显著的PARP-1抑制活性。特别是Cu3具有最高的PARP-1抑制能力，IC50值为0.45 μM，并对T98G细胞表现出最强的细胞毒性。此外，Cu3还能抑制...
作者贡献声明
蒋明：撰写初稿、研究、概念构思。
满学宇：撰写、审阅与编辑、研究。
杨淼娅：数据管理。
严启伟：方法学研究、研究。
吴海娟：研究。
杨峰：监督。
魏友环：监督、项目管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了广西自然科学基金（项目编号：2025GXNSFBA069173）、国家自然科学基金（项目编号：82560682）、来宾市科学研究与技术开发计划项目（项目编号：Laike 240104）以及广西“八桂”学者计划对杨峰的支持。
