铜(Ⅱ)配合物抗癌活性研究进展

[摘要] 金属配合物抗癌药物的研究已经成为抗肿瘤药物研究的热点之一。越来越多的研究表明铜（Ⅱ）配合物具有较好的抗癌活性。本文在参阅大量文献的基础上，对铜（Ⅱ）配合物的结构特征和铂（Ⅱ）配合物的活性对比、与DNA的作用与氨基酸的共价作用及对癌细胞的诱导凋亡作用等方面作了介绍。

[关键词] 铜（Ⅱ）配合物；结构特征；抗癌活性；共价作用；诱导凋亡

[中图分类号] R979.1 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2013）16-30-04

60年代末期，顺铂（cis-platin）做为抗肿瘤药物应用于临床，引导金属配合物抗癌药物研究步入了一个新领域，引起了人们对金属配合物抗肿瘤研究的重视。近年来已证实锗、钼、钯、铜、锌等金属配合物也具有抗肿瘤活性，对金属配合物的研究已经成为抗肿瘤药物研究中的热点之一[1]。

铜是一种很重要的微量金属元素，它在人体内的含量仅次于铁和锌。所有的动物、植物都需要靠它来生存和维持正常的生理机能。同时铜还是机体内氧化还原体系中有着独特作用的催化剂。目前已知铜存在于生物体内金属蛋白和金属酶的活性部位，对造血系统和中枢神经系统的发育，骨骼和结缔组织的形成以及皮肤色素的沉积等过程具有重要作用[2]。铜作为配合物的活性中心还存在于具有生物功能的蛋白质分子中，其配合物多变的配位结构和活化小分子的催化活性，使其对生命体系有特殊的生物活性和催化作用。而目前的研究表明：铜是生物体内正常的新陈代谢所必须的，亦是治疗许多疾病的一个主要因素。近期研究也证实铜与肿瘤血管的形成有密切关系，因此铜配合物已成为抗肿瘤药物的研究热点。早在1912年，德国就用一种由铜的氯化物和蛋黄素组成的混合物来治疗患有面部癌的患者。这一治疗的成功说明铜化合物具有抗癌功能[3]。在众多的过渡金属中，铜具有良好的配位特性，且其配合物具有良好的光裂解活性[4]，众多的研究者们开始将铜配合物作为研究对象。

本研究在参阅大量文献的基础上，结合自己的工作，从以下几方面对铜（Ⅱ）配合物抗癌活性的研究进展作了介绍。

1 铜（Ⅱ）配合物的结构特征

Cu（Ⅱ）金属原子的配位多含O、N原子，Cu（Ⅱ）配位数从4～6多变，配位构型有四面体、三角双锥、八面体等。既有螯合型的，又有桥联型的，Cu（Ⅱ）金属配合物多是双核的。

胡喜兰等[5]合成了一种新型双核铜配合物[Cu（pht）2（ba）2]2，该新型铜配合物中，Cu（II）离子配位于变形的三角双锥中，两个铜原子之间与C，O，N原子相互作用桥接构成一个八元环结构，配合物通过氢键连接成一个稳定的网状结构；李庆祥等[6]合成了1-亚甲基苯并眯唑-1，4，7-三氮环壬烷和[Cu（C14H21N5）Br]2[CuBr4]的铜配合物，研究其结构发现，该配合物由两个1-亚甲基苯并咪唑-1，4，7一三氮环壬烷一溴合铜配阳离子和一个四溴合铜配阴离子组成。在两个配阳离子中Cu（II）离子位于一个变形四方锥的中心，在配阴离子中Cu（II）离子与四个溴阴离子配位，位于一个稍变形的四面体的中心。尹富玲等[7]利用联吡啶的DNA靶向作用及去甲基斑蝥酸根的抗癌、水溶性作用，合成了2，2'-2联吡啶和去甲基斑蝥酸根合铜（Ⅱ）桥联三元混配合物，并研究了它的结构特征和抗肿瘤生物活性。配合物中2个铜原子呈六配位的拉长畸变八面体构型，生物测试表明该配合物具有较强的抗癌活性。Ferrari等[8]合成了新的5-甲酰尿嘧啶缩氨基硫脲配合物并用x射线单晶衍射进行了结构表征。发现所有的配合物中配体均以S、N、O通过三螯合来与金属键合。其中铜配合物的结构是四方锥体，配体组成基底的平面四方形。

2 铜（Ⅱ）和铂（Ⅱ）配合物的活性对比

铂（Ⅱ）配合物是当今抗肿瘤药物开发中应用较多的一种，但在使用过程中同时还表现出的一些副作用，如明显的毒性及抗药性。多数含有机配体的铜配合物都具有抗细胞增殖活性。反式一二（水杨醛肟）合铜（Ⅱ）和一些大环配体与铜的化合物对实验性动物肿瘤具有较强的抵抗能力。1，2-双（二苯基膦）乙烷及相关的苯代二磷化合物对许多肿瘤细胞都具有抑制作用。某些含Cu（Ⅱ）的药物如丁二酮肟铜，博莱霉素等都表现出抗癌活性。赵喜荣等[9] 研究发现苯乙酮缩氨基硫脲与金属铜（Ⅱ）形成的二齿配合物具有很好的抗癌活性，对S180腹水瘤细胞的生长有良好的抑制作用。当表阿霉素、丝裂霉素C与铜配合物联合作用时，对HeLa-S3人宫颈癌细胞的生长有明显的协同抑制作用，铜与丙二酸衍生物的配合物和表阿霉素及顺铂联合作用时对人乳腺癌和宫颈癌细胞的生长也有显著的协同抑制作用。

2004年，张寿春等[10]合成了两种新型的8-氨基喹啉-蛋氨酸衍生物Cu（Ⅱ）配合物[Cu（CMQA）（H2O）]（Ⅰ）和[Cu（MQA）（Ac）]（Ⅱ）。这两个配合物具有相似的配位结构，但其细胞毒活性及与GSH之间的反应性能差异比较大。配合物Ⅱ对P-388小鼠白血病细胞和A-549肺癌细胞都有明显的抑制作用，并且在相同的实验浓度范围内其抗肿瘤活性强于顺铂。同时又合成了一种新型三元1，10-菲咯啉-苏氨酸-铜（Ⅱ）配合物，该配合物对HL-60和SGC-7901肿瘤细胞都显示出明显的体外细胞毒活性，且在多数的实验浓度范围内其抗肿瘤活性强于顺铂。

Zhong等[11]以新的席夫碱为配体合成了铜络合物。体外抗肿瘤活性实验结果表明，新络合物及其配体对肿瘤细胞有一定程度的抑制作用。贺飞等[12]以DTC为配体合成了一系列新型的DTC金属络合物，并对六种人肿瘤细胞进行了体外试验，结果发现SR-Cu具有较好的抗肿瘤活性，其他的金属则不具次活性。而以氟喹诺酮类药物环丙沙星与Cu-2，2-联吡啶或1-10邻菲咯啉（phen）形成的双核铜络合物对BEL-7402人肝癌细胞和HL-60人白血病细胞均具有较强的抑制作用。

另研究表明，带Cu动态平衡路径的金属键合运送器能够阻止Pt药物对癌细胞的抵抗力。研究所提供的证据是顺铂和h-Ctrl蛋白质间的直接相互作用，并且证实了顺铂和铜在其输送过程中具有明显的生化结果[13]。贾磊等[14]以席夫碱为配体，合成了一种含有邻菲咯啉和氨基酸的三元双核铜配合物，对该配合物进行研究后发现，铜配合物在较低浓度时即对HL-60细胞显示出较高的抑制率，对A-549细胞的抑制率相对低一些。但两者均比顺铂的抗肿瘤活性要高。

3 铜（Ⅱ）配合物与DNA的作用

核酸（DNA）是一类重要的生命物质，它几乎包含了细胞功能所有的遗传信息，对生物的生长、发育和繁殖等起着关键的作用。因此DNA在生命过程中扮演着很重要的角色。DNA包含了细胞功能几乎所有的遗传信息.因此它在生命过程中扮演了很重要的角色。

但是，一旦DNA分子与其他分子发生反应，其结构极易被破坏，从而导致生物体发生许多病理性改变。生物试验证明，DNA是抗癌试剂的靶向分子，从抑制癌细胞中DNA分子的角度来讲，与DNA相互作用的分子可作为潜在的新治疗剂，小分子可与DNA相互作用从而阻止癌细胞DNA的复制，导致癌细胞的死亡。研究抗癌的新药都是以DNA为作用靶进行设计的[15]。

近年来，过渡金属配合物作为抗癌药物和DNA结构探针等方面表现出了巨大的应用前景，受到了人们的广泛重视。研究金属配合物与DNA的作用方式与机理，对于探索金属配合物在生物医学等领域的应用具有重要的指导意义。从而为合成新抗癌药物开辟了新的途径。

由于系统开始研究铜（Ⅱ）抗肿瘤配合物相对较晚，且主要研究目标侧重在活性配合物上。铜配合物发挥抗癌作用的原因可能是铜与药物化合物配位后增加了配合物的亲脂性，使其更易跨膜进入细胞内，进一步对癌细胞DNA的插入或其它方式以破坏DNA碱基对间的氢键，使DNA损伤失去复制功能而发挥作用。最近美国相关研究表明：实体性肿瘤患者服用适量的铜的配合物治疗后，肿瘤的生长和转移得到了明显的抑制，从而提高了生存率。但这些配合物并不是消灭了癌细胞，只是将其转化为了正常细胞。报道已合成出了一系列具有核酸酶活性的铜配合物.如单核铜配合物，双核铜配合物及多核铜配合物等[16]。另有文献报道[17]：配合物与DNA作用主要有共价键结合，插入结合，静电作用和沟槽结合四种基本方式。

多吡啶铜配合物与DNA之间有相互作用，有些还存在插入结合。一些抗肿瘤药物分子就是通过插入DNA从而使DNA的构象发生改变，使其无法进行复制而显示出抗肿瘤活性[18]。另有研究发现水杨醛类希夫碱的过渡金属配合物对DNA具有选择性断裂作用，氨基酸分子的引入能够增强药物的脂溶性，缓解对细胞的毒性[19]。铜配合物因具有核酸酶活性引起了研究者的极大兴趣。如dimetallo-copper-bipyridyl porphyrins20就可以通过插入结合的方式与DNA键合，还可以在一定条件下连接和附着于DNA上。其独特的结构对于DNA的影响在分子生物学实验和药物设计上都是很有价值的[20]。

Sigman等[21]于1979发现，Cu（phen）2及其肽或蛋白质衍生物的核酸酶活性甚至优于天然核酸酶。该配合物与DNA的反应在还原剂H2O2或硫醇存在时，对核酸聚合酶有抑制作用；张寿春[10]合成了一种新型三元1，10-菲咯啉-苏氨酸-铜（Ⅱ）配合物，该配合物以嵌入方式与DNA结合，当以抗坏血酸作为还原剂时，配合物还能显著切割超螺旋pBR322 DNA。机理研究表明，该切割反应的活性部位可能为羟基自由基。

4 铜（Ⅱ）配合物与氨基酸的共价作用

氨基酸是生物体不可缺少的物质，它是构成蛋白质并同生命活动有关的基本单元，可以识别DNA的特殊碱基对。

一些氨基酸席夫碱配合物具有抑菌、抗癌等生物活性，这类化合物的研究已经相当活跃。特别值得一提的是，由于氨基酸特有的羧酸基团，更利于金属的配位，再加上癌变细胞对氨基酸的需求量比正常细胞大得多，因而铜与氨基酸的配合物就可能将抗癌基团运载到癌变细胞内，从而提高到达靶标的有效剂量，增大杀伤癌变细胞的选择性。氨基酸铜配合物切割DNA的研究受到了人们的广泛关注，因此含有氨基酸的铜化合物可以作为模板被用来研究含有铜的生物酶的作用模式，已有报道表明某些含有氨基酸的铜配合物具潜在的抗癌活性及人造核酸酶的性质[22]-苏氨酸的引入可能使配合物与DNA之间发生选择性相互作用，并且L-苏氨酸作为辅助配体，可以有效改变Cu-phen配合物的人工核酸酶和抗肿瘤活性[23]。

陈建化等[24]成了N-（2-羟基萘甲醛）甘氨酸席夫碱配体及其铜（Ⅱ）、镍（Ⅱ）的配合物，通过动物体内抗癌活性试验表明，配体对小白鼠EAc（艾氏腹水癌细胞）无抑制作用，而其铜配合物却有一定的抑制作用。

5 铜（Ⅱ）配合物对癌细胞的诱导凋亡作用

细胞凋亡是生物体组织中发生的程序性细胞死亡过程。研究表明，金属元素可以诱导细胞凋亡的发生。而关于金属配合物对细胞凋亡的作用研究并不多见。

梁峰等[25]研究了含羟基三氮环多氨铜配合物对肝癌细胞BEL-7402的诱导凋亡行为，结果发现铜配合物主要在机体内通过调节氧化损伤机制来参与细胞凋亡的过程。Dou，Chen等[26]报道了一系列的铜配合物抑制恶性肿瘤细胞中蛋白酶体的活性进而诱导肿瘤细胞凋亡的现象。Milacic等[27]研究了Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）离子对纯20S蛋白酶体的抑制作用，比较发现二者的IC50分别为5.3μm和13.8μm，还研究了Cu（Ⅱ）配合物抑制蛋白酶体活性的能力及对细胞凋亡的诱导作用，结果发现其能通过抑制蛋白酶体的活性进而诱导肿瘤细胞的凋亡。体内或者体外试验中，有机配体可以与游离的或肿瘤细胞表皮内的铜离子反应生成蛋白酶体抑制剂，进而诱导前列腺癌细胞及人乳腺癌细胞凋亡。Adsule等[28]合成了4个喹啉-2-甲醛衍生的席夫碱化合物，并使其分别与铜（II）形成1∶1的配合物，体外实验表明这8个化合物都能够抑制前列腺癌细胞系LNCaP和PC-3细胞的蛋白酶体糜蛋白酶样活性，诱导细胞凋亡。Daniel等[29]报道了有机铜配合物NCl-109268、8-羟基喹啉铜（II）配合物Cu（8-OHQ）2能有效并选择性地抑制白血病细胞蛋白酶体麇蛋白酶样活性，诱导白血病细胞凋亡。

Dou等[30]报道了一系列铜配合物，该配合物作为蛋白酶体抑制剂具有抗肿瘤活性。体外实验发现有机铜配合物与铜离子相比，前者不但体外可以抑制纯化的20S蛋白酶体，而且可以通过抑制整细胞中26S蛋白酶体的活性进而诱导肿瘤细胞凋亡，成为具有研究价值的蛋白酶体抑制剂。

6 结论

由于癌症仍在威胁着人类的健康与生命，而人类还远远没有征服它甚至对它的认识还很不够。因此可以预见，开展对癌症进行治疗的探索和研究仍是今后人们所关注的问题。金属配合物作为抗癌药物，目前多数仍处于试验阶段，深入研究抗癌金属配合物与肿瘤细胞的作用机制，设计和合成出新型高效低毒的金属抗癌化合物是当前的重要任务。随着越来越多的具有抗癌活性的金属配合物药物被发现，及人们对其抗癌活性研究的逐步深入，将会有更多的金属配合物作为抗癌药物应用于临床。

[参考文献]

[1] 周双生，程俊，鲁传华，等.N-取代四氮杂大环镧（Ⅲ）配合物的合成及其生物活性[J].中国药物化学杂志，2007，17（4）：246-248.

[2] 王飞利，常艳玲，安丽荣，等.非铂类金属抗癌化合物的研究进展[J].化学研究与应用，2003，15（5）：612-616.

[3] 刘新勇，刘洛生，王慧才，等.铂（Ⅳ）类配合物的合成及其抗肿瘤活性[J].中国药物化学杂志，2002，12（5）：272-275.

[4] 孙献茹，程鹏，廖代正，等.草酸根桥联的钒氧铜配合物的合成、表征及抗肿瘤活性研究[J].化学通讯社，1997，12（4）：44

[5] 胡喜兰，施鹏飞，徐兴友，等.双核铜配合物[Cu（pht）2（ba）2]2的合成、晶体结构和抑菌活性[J].人工晶体学报，2009，38（5）：1285-1289

[6] 李庆祥，沈云军，孟祥高.1-亚甲基苯并咪唑-1，4，7-三氮环壬烷配体及其铜配合物[Cu（C14H21N5）Br2].[CuBr4]的合成与晶体结构[J].化学学报，2008，66（2）：268

[7] 尹富玲，申佳，邹佳嘉，等.2.2-联吡啶和去甲基斑蝥酸根桥联双核铜（Ⅱ）配合物的合成、结构表征及抗癌活性的研究[J].化学学报，2003，6l（4）：556―561.

[8] Ferrari MB，Bisceglie F，Pelosi C，et al.Synthesis，characterisation，X-ray structure and biological activity 0f three new 5-formyluracil thiosemicarbazone complexes[J].J Inorg Biochem，2001，83（2-3）：169-179.

[9] 赵喜荣，莫简.对氯对甲氧基苯乙酮缩氨基硫脲合铜（Ⅱ）配合物的合成表征及其抗癌活性[J].药学学报，2002，17（3）：137-139.

[10] 张寿春.新型含铂、铜络合物杭肿瘤活性与DNA切割活性研究[D].南京：南京大学，2004：53-56.

[11] Jie Liu，Tixiang Zhang，Tongbu Lu，et al.DNA-binding and cleavage studies of macrocyclic copper（II）complexes[J].J Inorg Biochem，2002，91：269.

[12] 俞志刚，丁为民，纪红蕊，等.1-对氯苯基-3苯基-4-苯甲酰基-吡唑啉酮-5缩胺类席夫碱铜配合物的合成与抑菌活性[J].有机化学，2010，30（9）：1363.

[13] 周建良，春晓改，周琳姣，等.新型三元铜配合物的合成、晶体结构及与DNA的相互作用[J].无机化学学报，2010，26（4）：645-650.

[14] 贾磊，唐宁.含有邻菲咯啉和氨基酸支链的三元铜（Ⅱ）配合物的合成，表征，DNA-binding性质及其抗癌活性的研究[J].安徽大学学报（自然科学版），2010，34（2）：104-107.

[15] Lainé M，Richad F，Tarnaud E，et al.Synthesis of novel types of copper-bipyridy l porphyrins and characterization of their interactions and reactivity with DNA[J].J Inorg BioChem.2004，9：550-562.

[16] hang S，Zhu Y，Tu C，et al.A novel cytotoxic ternary copper（II） complex of 1，10-phenanthroline and L-threonine with DNA nuclease activity[J].J Inorg Biochem，2004，98：2099.

[17] Geromichalos GD，Katsoulos GAA，Had-Jikostas CC，et al.In vitro synergistic effects of some novel Cu（Ⅱ）complexes in combination with epirubicin and mitomycin C against HeLa_S3 cervical cancer cell line[J].Anticancer Drugs，1996，7（4）：469-475.

[18] 王彦美，韩杰，周绍兵.铂抗癌药物研究进展[J].合成化学，2003，11（1）：27-29.

[19]宋智军，乐学义.多吡啶氨基酸铜配合物研究进展[J].广东化工，2004，6：22-24.

[20] Belicchi FM，Bisceglie F，Pelosi G，et al.Synthesis，characterrization and X-ray structures of new antiproliferative and proapoptotic natural aldehyde thiosemicarbazones and their nickel （Ⅱ）and copper （Ⅱ）complexes[J].J Inorg Biochem，2002，90（3-4）：113-126.

[21] 孙颖.8-羟基喹啉衍生物化合物库的设计、合成与抗癌活性的初步研究[D].济南：山东大学，2009：41-45.

[22] 蔡小强，潘逆娜，郑忠亮.菲咯啉铜配合物与组蛋白H1的相互作用[J].武汉大学学报（理学版），2008，54（4）：443-446.

[23] 马小芳，田金磊，顾文.水杨醛缩酪氨酸还原Schiff碱铜配合物的合成、结构及与DNA键合作用的光谱学研究[J].南开大学学报（自然科学版），2008，41（1）：61-64.

[24] 陈建华，李常胜，李习俊.N-（2-羟基萘甲醛）甘氨酸席夫碱及其铜（Ⅱ）、镍（Ⅱ）配合物的合成、表征和抗癌活性[J].中国药物化学杂志，1995，5（3）：192.

[25] 梁峰，吴成泰，李朝阳，等.含羟基三氮环多氨铜配合物诱导细胞凋亡研究[J].南开大学学报（自然科学版），2008，41（1）：61-64.

[26] 王硕.邻菲罗啉铜锰钴配合物及其抗癌抗肿瘤活性[D].北京：首都师范大学，2008：48-52.

[27] Pattubala ANR，Bidyut KS，Munirathinam N，et al.Metal-assisted light-induced DNA cleavage activity of 2-（methylthio）phenylsalicylaldimine Schiff base copper（II）complexes having planar heterocyclic bases[J].J Inorg Biochem，2004，98：377.

[28] 高恩君，程卯生，王克华.钯配合物抗癌活性研究进展[J].中华医药杂志，2006，2：45.

[29] 古琴，乐学义.铜（?）二肽配合物的配位形式、结构和稳定性研究进展[J].化学研究与应用，2006，18（2）：113-118.

[30] 东野广智.铂、铜、锌配合物抗肿瘤活性研究[D].广州：中山大学，2007：36-42.

（收稿日期：2013-03-07）