设计并合成了一种新的Ru(II)-对伞花烃复合物，其结构中含有6-氟/溴-3-(羟甲基)-2-乙氧基色满-4-酮基团。该复合物在体外对耐药癌细胞具有细胞毒性，但在体内不会产生基因毒性作用，并且能够引发致命的双链DNA断裂

《Polyhedron》：Design and synthesis of new Ru(II)-p-cymene complexes of 6-fluoro/bromo-3-(hydroxymethylene)-2-ethoxychroman-4-one that induce cytotoxicity towards resistant cancer cells in vitro, show no in vivo genotoxic effect, and are capable of inducing lethal double-strand DNA breaks

　　萨尔曼·汗(Salman Khan) | 法鲁克·阿尔贾曼德(Farukh Arjmand) | 法伊夸·哈克(Faiqua Haque) | 萨尔塔杰·塔巴苏姆(Sartaj Tabassum)
印度阿里格尔穆斯林大学(Aligarh Muslim University)化学系，阿里格尔202002

**摘要**
利用基于生物活性黄酮类的色酮骨架，合成了新的Ru(II)-p-香芹酮氟基和溴基色酮配合物1和2，并通过FT-IR、1H、13C及19F核磁共振(NMR)、电喷雾质谱(ESI-MS)和元素分析以及单晶X射线衍射技术对其进行了全面表征。配合物1和2属于三斜晶系，空间群为P-1，表现出“钢琴凳”式几何结构，其中Ru(II)与一个p-香芹酮芳环、一个氯离子和一个2-乙氧基色酮配体配位，该配体作为O,O′-双齿配体。配合物1和2与ct-DNA的体外结合研究表明，它们通过π-π嵌入方式实现强结合，并伴有轻微的沟槽参与，结合顺序为2 > 1。使用pBR322 DNA进行的琼脂糖凝胶电泳显示，这两种配合物都能依赖于浓度诱导DNA切割，这一过程涉及活性氧物种。通过SRB检测方法对配合物1和2对抗耐药癌细胞（HeLa、MCF-7、MIA-PaCa-2、HeP-G2和MDA-MB-231）的细胞毒性进行了研究，结果显示配合物2对所有测试癌细胞均表现出显著的抗癌活性（GI50值<10），仅HeP-G2表现出中等活性。体内遗传毒性实验表明，配合物2未引起染色体异常或微核频率的显著增加，表明其具有良好的安全性，并且对成年白化大鼠的正常骨髓细胞无明显的毒性效应。

**引言**
在过去几十年中，顺铂以及后续开发的卡铂和奥沙利铂等第二代铂类化合物被引入临床实践，作为治疗睾丸癌、卵巢癌和结直肠癌等多种实体瘤的一线化疗药物[1][2][3]。尽管铂类抗癌药物疗效显著，但仍存在一些严重挑战，包括全身毒性、内在或获得性耐药性以及针对不同癌型的作用谱较窄，这些因素限制了它们的临床效果[4][5]。因此，药物化学研究者将研究重点转向了其他非铂类金属药物，特别是基于钌的药物。由于钌具有独特的物理化学性质和生物学可及的氧化还原态（RuII、RuIII和RuIV）、理想的配体替代性以及良好的药理特性[6][7][8][9]，钌配合物已成为最有前途的抗癌候选药物。钌与转运蛋白受体结合，而这类受体在大多数癌细胞中过度表达，因为癌细胞需要更多的铁来维持生长。钌配合物在癌细胞中的选择性摄取提高了基于钌的药物疗效，并降低了与传统铂基化疗相比的毒性[10][11]。在药物化学领域中，两种作为潜在抗癌剂的类似钌(III)配合物是NAMI-A ((ImH)[trans-RuCl4(dmso-S)(Im)]（其中Im=咪唑）和KP1019/KP1339（KP1019 = (IndH)[trans-RuCl4(Ind)2]，KP1339 = Na[trans-RuCl4(Ind)2]，其中Ind=吲唑）。这些化合物的化学和生物特性已被广泛研究，并已成功进入临床试验阶段。KP1019被证明对铂类耐药的结直肠癌具有很强的细胞毒性作用，而NAMI-A虽然无细胞毒性，但具有很强的抗转移特性[12][13][14][15]。Ru(II)-芳烃配合物的“钢琴凳”式几何结构使得配体修饰变得灵活，这被用于调节抗癌药物的生物活性和靶向特异性[16]。

在金属药物开发中，将生物活性配体整合到金属中心的配位球中是一种有前景的策略[17][18]。在这种情况下，色酮衍生物因其多样的药理特性（包括抗炎、抗菌、抗氧化和抗癌活性）而成为一类有价值的“生物活性”配体[19][20][21]。色酮是许多天然产物和合成药物中的核心结构单元，其羰基和羟基功能团为结构修饰和金属配位提供了丰富的机会[22][23]。这些特性不仅促进了金属螯合，还促进了与目标生物大分子（如DNA）在分子水平上的多模式相互作用及酶抑制作用。

**本文报告了含有取代色酮配体（特别是6-氟基和6-溴基-3-(羟基甲基)-2-乙氧基色满-4-酮）的新Ru(II)-p-香芹酮配合物的合成与结构鉴定。这些配合物通过FT-IR、1H、13C和19F NMR、ESI-MS、元素分析以及单晶X射线衍射技术进行了表征，证实了其预期的“钢琴凳”式几何结构。这些色酮衍生物被设计为O,O′-双齿配体，既稳定了Ru(II)中心，又显著增强了配合物的生物活性。通过使用多种光学方法（如紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和圆二色光谱）研究了这些配合物的潜在抗癌潜能。实验表明，这两种配合物能够切割癌细胞的DNA。此外，还利用Wistar大鼠的骨髓细胞进行了配合物2的体内遗传毒性评估，通过染色体异常和微核检测方法研究了其毒性效果。这些结果突显了色酮功能化的Ru(II)-芳烃配合物作为多功能抗癌剂的潜力，它们能够诱导致命的DNA双链断裂并破坏癌细胞的关键细胞通路。**

**结果与讨论**
配合物1和2是通过将[Ru(η6-p-香芹酮)Cl2]2二聚体（0.5 mmol）的乙醇溶液按1:2的化学计量比加入6-氟基-3-甲酰色酮（1 mmol）或6-溴基-3-甲酰色酮（1 mmol）的乙醇溶液中，在回流条件下搅拌5-6小时制得的（见图1）。色酮衍生物的2位发生亲核取代（乙氧基化）反应。

**DNA结合研究**
为了评估这些Ru(II)-p-香芹酮色酮配合物作为抗癌药物的潜力，使用了一系列互补的光学和其他生物物理方法对其与治疗靶标ct-DNA的结合进行了体外研究。电子吸收光谱用于研究配合物1和2与ct-DNA之间的相互作用，重点关注它们的结合模式和结合强度。

**DNA凝聚体的形态学研究**
使用扫描电子显微镜(SEM)研究了配合物1和2与ct-DNA结合后的形态变化。DNA凝聚体是通过将ct-DNA和配合物等摩尔量混合在Tris-HCl缓冲液（pH 7.4）中制备的，然后在室温下缓慢蒸发24小时后进行SEM分析。在相同条件下仅使用ct-DNA进行的对照实验未观察到类似的球形形态（见图5a）。

**圆二色光谱**
圆二色光谱用于研究配合物1和2与ct-DNA相互作用时ct-DNA的构象变化（见图6）。游离ct-DNA的CD光谱在275 nm处显示出特征性的正带，这与碱基堆叠相互作用有关；在245 nm处显示出负带，这与其右手螺旋结构相关，这两种现象都容易受到小分子的影响。

**切割机制研究**
使用琼脂糖凝胶电泳在Tris-HCl缓冲液（pH 7.4）中研究了超螺旋pBR322 DNA（300 ng）的切割机制。样品在310 K下孵育45分钟后，通过琼脂糖凝胶电泳检测配合物1和2的DNA切割能力。该检测方法监测超螺旋DNA（SC，形式I）向断裂的环状DNA（NC，形式II）和/或线性DNA（LC，形式III）的转化过程。

**分子对接和理论计算**
分子对接是药物设计中的关键工具，有助于理解药物与生物靶标（包括DNA、RNA和蛋白质）的相互作用。分子对接有助于分析药物-靶标相互作用，例如药物如何与其生物受体结合。对接模型显示，配合物1和2在DNA的小沟区域内部发挥作用。

**合成过程**
配合物1是通过在回流条件下将6-氟基-3-甲酰色酮(L1)（0.174 g，1 mmol）和[Ru(η6-p-香芹酮)Cl2]2（0.306 g，0.5 mmol）的乙醇溶液混合6小时合成的。所得棕色反应混合物过滤后置于室温下缓慢蒸发，两天后获得适合单晶X射线衍射的棕色晶体。配合物1的产率为72%，熔点为118°C，CCDC编号为2,424,889。

**结论**
本文报道了两种含有取代色酮配体（特别是6-氟基和6-溴基-3-(羟基甲基)-2-乙氧基色满-4-酮）的新Ru(II)-p-香芹酮配合物的合成与全面表征。这些色酮衍合物被设计为O,O′-双齿配体，既稳定了Ru(II)中心，又显著增强了配合物的生物活性。所得有机金属化合物通过FT-IR、1H、13C和19F NMR、ESI-MS、元素分析等技术进行了表征。

**作者贡献声明**
萨尔曼·汗(Salman Khan)：负责撰写初稿、可视化处理、验证、软件应用、方法学研究、数据分析。法鲁克·阿尔贾曼德(Farukh Arjmand)：负责审稿与编辑、数据分析。法伊夸·哈克(Faiqua Haque)：负责方法学研究、数据管理。萨尔塔杰·塔巴苏姆(Sartaj Tabassum)：负责审稿与编辑、验证、监督、研究及数据分析。

**利益声明**
作者声明没有已知的潜在财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

**致谢**
作者感谢阿里格尔穆斯林大学的USIF部门提供了单晶X射线衍射服务，感谢昌迪加尔旁遮普大学(CIL)的SAIF部门提供的元素分析支持。同时，作者也非常感谢孟买ACTREC的抗癌药物筛选设施使用SRB检测方法进行的抗癌活性分析。此外，萨尔曼·汗感谢印度新德里UGC提供的奖学金支持。