2 药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理
2.1 顺铂的作用机理
60年代末期，顺铂(cis-platin)抗癌作用的发现及其临床应用，开辟了金属配合物抗
癌药物研究的新领域。顺伯抗癌作用的化学基础，如顺铂的靶分子、顺铂的跨膜机制等，
至今仍是人们致力研究的课题。王夔曾提出金属-细胞相互作用的多靶模型［41］，为后来
更多的实验事实所支持。他用实验证实了细胞膜是细胞外金属配合物进攻的前沿，金属离
子与膜分子的结合是首先发生的事件［42］。王夔等还用1H NMR研究了水铂在氘代氯仿溶
液与DPPC脂质体的相互作用［37］，结果表明水铂(顺DAP)与DPPC结合引起构象改变。卢景
芬等的自旋标记ESR结果表明，铂配合物的结合引起磷脂相变温度升高。苏雅娴等通过荧光
漂白的方法，发现艾氏腹水肝癌细胞用顺铂类似物二氯二甲基多巴胺合铂处理后，膜磷脂
的侧向扩散增强和恢复率降低，表明铂结合后磷脂分子扩散难度增加［42］。微丝微管是
细胞骨架的重要成分。王夔等［43］对微丝与铂化合物作用的研究主要集中于研究铂化合
物对微丝肌动蛋白构象及自缔合过程的影响及一系列后续变化，导致膜通透性增加和流动
性下降，进而可能造成细胞损伤。
2.2 抗癌活性金属茂类化合物的作用机理
二氯二茂钛等是另一类具有很好的抗癌活性化合物，已进入二期临床研究。杨频研究
组［44～46］开展了以下工作：(1)应用电子光谱、园二色谱、荧光谱、透析检测法等，研
究了二氯二茂钛(TDC)作用于DNA的机制，发现TDC可与DNA发生不可逆共价结合，在低的TD
C/DNA浓度比时，TDC与DNA磷酸基团结合而导致DNA收缩；在高的TDC/DNA浓度比时，TDC与
DNA碱基作用而导致DNA二级结构改变，双螺旋解开甚至变性；(2)利用NMR(直接)方法，研
究了二氯二茂钛与5′-AMP、5′-CMP、5′-TMP、5′-GMP的成键特征。研究结果表明，除
5′-TMP只有磷酸根参与成键外，5′-CMP、5′-AMP、5′-GMP均既有磷酸根参与成键，又
有碱基上的N原子参与成键。当以二氯二茂钛与等当量的5′-AMP及5′-TMP的混合物作用时
，发现参与形成氢键的5′-AMP上的N(6)H质子峰消失，从而首次发现二氯二茂钛对碱基对
之间的氢键有破坏作用。这与以前报道的二氯二茂钼、二氯二茂钒对碱基对之间的氢键无
损伤是不同的。也表明二氯二茂钛有着完全不同的抗肿瘤机理；(3)根据文献合成了苷氨酸
和丙氨酸的两种二氯二茂钛氨基酸衍生物，进行体外活性试验时，首次发现二茂钛苷氨酸
衍生物及丙氨酸衍生物具有很高的抗肿瘤活性。以光谱法研究它们与DNA的作用时，发现它
们与DNA均有很强的成键作用；(4)应用电子光谱、园二色谱、荧光探针技术、酶切及电泳
手段，对二茂铁钅 翁离子三氯乙酸盐(FcT)与DNA作用机制进行了研究，结果表明，FcT首
先作用于DNA磷酸基团，使DNA收缩，进一步导致DNA结构破坏，单键断裂，形成3′-羟基缺
刻，其作用程度明显依赖于FcT与核苷酸的摩尔比。FcT与DNA的作用不存在插入方式。首次
提出了FcT的可能的分子作用机制模型。
2.3 有机锡配合物的抗癌活性及其与DNA作用的分子机理
自80年代初，Crowe等人发现有机锡配合物有抗癌活性以来，已进行了大量合成和筛选
工作。国内胡盛志等［47～49］发现，由抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-Fu)和Et2SnCl2Phen反应
制得的Et2SnCl(Phen)(5-Fu)，大大增强了原产品的抗癌活性。潘华德等［50，51］合成了
一系列有机锡甾醇化合物及碳环醇化合物，都具有很好的活性。杨频研究组［52～56］进
行了多类、大量新化合物的合成和活性筛选工作，经北京医科大学天然药物与仿生药物国
家重点实验室和上海药物研究所新药筛选国家重点实验室两单位共同进行的抗癌活性筛选
，首次发现［R2Sn(L)］2O型(R=乙基、正丁基和苯基；HL=芳香异羟肟酸)化合物不仅对P3
88淋巴白血病的抗癌活性明显优于国内外已合成的活性最高的化合物，而且这些新化合物
对HL-60白血病、K562红白血病、HCT-8结肠癌、BGC胃癌、KB鼻咽癌、BeL-7402肝癌、A54
9肺癌、艾氏腹水癌等人癌有显效，显示了高效、广谱抗癌活性，极有希望开发为一类抗癌
新药。在机理方面：(1)研究了四配位有机锡R2SnCl2和六配位有机锡二大类配合物在近生
理条件下与单核苷酸的作用，探讨了与DNA键合的模式。对于四配位R2SnCl2:首先在水相p
H=5～7.0条件下合成得到了［R2Sn(Nu)H2O］n和［R2Sn(Nu)(OH)］n固体产品(R=乙基、丁
基和苯基；Nu=AMP、CMP、GMP)。通过元素分析、熔点、差热分析、FT-IR和1H NMR、31P
NMR超导核磁手段对这些配合物进行了表征；(2)研究了四配位二氯二乙基锡(Et2SnCl2)和
六配位Et2 SnCl2(phen)与DNA的作用机理。对于Et2 SnCl2(phen)，结果表明，药物首先与
DNA的磷酸根结合，导致其局部构象改变，然后平面配体phen插入到DNA中，可能通过锡的
氧化还原反应使DNA断裂，凝胶电泳支持这一结论。对于Et2SnCl2，结果表明，药物只能与
DNA的磷酸根作用，不能与碱基结合，并且也只能使DNA构象变化，电泳实验表明，Et2SnC
l2不能切断DNA。
3 稀土元素生物无机化学
我国科学工作者对稀土生物无机化学、稀土生物化学和稀土毒理学进行了研究。早期
主要是进行了大量的环境调查［57］及农用稀土毒理研究［58］。80年代开始从分子水平
及细胞水平上开展稀土的生物无机化学研究，并已出版了专著［59］。
钟淑琳等［59］从茶叶中分离出含稀土的成分，认为是一种类脂与多糖结合的大分子
化合物。赵贵文等从福建稀土矿区采集到的铁芒萁植物中测得含有较高的稀土，认为该植
物对稀土具有富集作用。郭繁清等［60］从江西赣县大田地区的铁芒萁中分离出二种含稀
土的糖结合蛋白。钟广涛等［59］研究了牙体中的稀土含量，指出随着人的年龄增长，牙
中稀土量逐渐积累；卢国埕等［69］指出矿区居民的头发中稀土含量明显增高。卢国埕等
［69］还报道了三氯化钇对大鼠精子的毒性，可使精子运动速度明显降低。牛春吉等［61
］用电位滴定法，测定了在接近体液条件下的稀土-氨基酸二元、三元及多元配合物溶液中
的稳定性，并用数学模型方法计算了当有稀土等金属离子存在下，其物种的分布。
关于稀土的跨膜行为及其对细胞的作用，孙洪业等［62］研究了Ce3+及Yb3+的柠檬酸
配合物对人体红细胞的摄入动力学过程，认为稀土配阴离子是通过人体红细胞的阴离子通
道而进入细胞，并服从零级动力学方程。杨晓达等［63］用较低浓度的Eu3+及其配合物研
究了稀土跨红细胞膜的输运行为，指出非阴离子的稀土可与红细胞作用而在膜上形成特殊
的空洞结构，稀土可通过这种空洞进入细胞内部。杨频等［63，64］用荧光法测定Myelom
a(Sp2/0)细胞在Ce3+、La3+及Y3+及其它小分子量的阴离子存在时的跨膜行为，指出当稀土
浓度低于1mmol/L时，并不能通过细胞膜，而稀土浓度增大，会使细胞膜受到损坏。李荣昌
等［65］测定了Y3+等18种金属离子对人体红细胞的临界溶血浓度。李新民［59］等完成了
多种磷脂如二棕榈酰磷脂酰胆碱等与稀土的作用，用NMR位移、驰豫及2D谱等确定了其结合
位点及与稀土作用前后的构象。稀土对动物体内各种酶的作用极为复杂，聂毓秀等［59］
报道了不同稀土化合物对体外培养细胞的胞内琥珀酸脱氧酶、细胞色素氧化酶、酸性磷酸
酶的影响。唐任寰等［66］研究了Yb3+对四膜虫细胞内酶活性的影响。李丹等［67］研究
了稀土离子对鸡组织中同工酶谱的影响。关于稀土对动植物体内激素体系的影响，聂毓秀
等［59］系统研究了不同稀土离子及不同给药方式对大鼠体内各种激素的影响，指出低剂
量的稀土离子非常显著地促进生长激素(GH)的分泌，同时对促甲状腺激素(TSH)、三碘甲状
腺原氨酸(T3)和皮质醇素等亦有促进作用，得出：影响内分泌的原因是通过中枢神经系统
及下丘脑-腺垂体轴系统对许多体内的激素产生调节作用［68］。稀土对植物内源激素的影
响，曾福礼等用不同浓度氯化稀土处理大豆、玉米、黄瓜的种子，观察了稀土对植物生长
的刺激作用［69］。稀土化合物作为药物早在本世纪初已有报导。蒋德和等指出一些抗炎
、抗凝血药物如与稀土配位后能增强其疗效［70］。聂毓秀［71］研究了低剂量稀土氯化
物对免疫功能的影响及对一些病症的治疗作用。
4 金属离子与细胞的作用
本节着重叙述细胞与重金属配合物的作用。同一般物质跨膜传递的特征一样，它们传
递的方式可分为三类：主动运送，被动扩散和细胞的吞吐作用。主动运送是膜上载体蛋白
将物质逆电化学梯度从低浓度侧经过膜运送到高浓度侧的过程。这一过程需要能量的供给
才能实现，其能量来源于ATP的水解。被动扩散是顺物质浓度梯度由较浓一侧向较稀一侧的
运送。这是不需要能量供给的自发过程。某些亲水性物质，特别是金属离子或它们的配合
物常常在载体或膜内通道蛋白的帮助下，顺浓度梯度进入细胞。此类过程由于需要特异性
的载体，因此有选择性和饱和性。人们早已知道，缬氨霉素可作为K+离子跨膜传递的活动
载体。近年发现Hg2+和Cu+离子也像某些有机金属化合物，如三烷基锡(R3Sn+)那样，可作
为介导细胞膜及脂质体膜中Cl-/OH-交换的离子载体，它们与Cl-或OH-离子可形成一定脂溶
性、电中性化合物，如HgCl2、CuCl等，在膜内来回穿梭以介导Cl-/OH-的交换扩散。
在细胞膜内的带3蛋白(band 3 protein)是许多阴离子跨膜传递的离子通道。而金属离
子可以和阴离子形成负一价的离子对，利用此阴离子通道过膜，从而加速了金属阳离子的
被动扩散过膜。一些重金属离子可以与Cl-、OH-、CO32-等配体形成阴离子，利用阴离子通
道进入红细胞。值得注意的是，在利用阴离子通道蛋白传递的阴离子之间也存在着相似性
规律。许多大分子及物质颗粒不能通过膜的孔道或载体介导进入细胞，而是由质膜运动产
生的内吞作用(endocytosis)使之进入胞内。细胞对物质的内吞和外吐都需要能量的供给，
属主动输运过程。虽然重金属配合物跨膜传递将呈现如上所述的物质跨膜传递的一般特征
，但它与某些有机物及O2、H2O、CO2这类小分子的跨膜传递有所不同。不论是主动运送或
被动扩散，由于重金属配合物一般具有高的反应活性，在它们进入细胞的过程中，不可能
不与沿途遇到的膜分子如膜磷脂、膜蛋白发生作用。这些作用的性质和强度不仅取决于配
合物的结构和性质，还与膜分子结构和性质有关。
细胞对顺铂类配合物摄入的动力学和机理已进行不少研究。抗肿瘤配合物顺铂和它的
类似物的细胞摄入不仅与这类配合物的抗癌活性密切相关，而且与其细胞毒性、抗药性有
关，对其摄入的机理仍存在争论：一方面顺铂的细胞积累与接触细胞的顺铂浓度成正比、
且具有不饱和性、也不被其类似物所抑制，这些事实符合被动扩散机制；而另一些实验表
明，顺铂的摄入不仅受许多药物试剂、如两性霉素B、蛋白酶A及C的激活剂、钙调蛋白的拮
抗剂等的调节，而且还受胞外pH、渗透压、Na+及K+浓度的影响。因此，顺铂的传递似乎通
过某种特定的通道。张万明等［72］研究了血浆等渗缓冲液中七种铂(II)配合物的跨红细
胞膜传递的动力学。李荣昌等的研究指出，红细胞阴离子通道特异性抑制剂DIDS可以抑制
95%以上PtCl42-进入红细胞，可以推断，PtCl42-是利用阴离子通道带3蛋白进入红细胞内
。邹娟、杨晓改等［73］研究了具有不同手性配体的12个铂(II)配合物跨红细胞膜传递的
动力学，测得一级动力学常数，显示了明显的手性选择性。
细胞膜的通透性与细胞对物质的摄取有密切关系。卢景芬［74］的研究表明，顺铂对
人体红细胞膜的结合导致维生素C向内扩散及TEMPO向外扩散的增加；她们还利用自旋标记
的顺铂等，研究了这些配合物从细胞流出的动力学［75］，结果表明在初始阶段药物进入
人体红细胞的速率是最快的，但3h后胞内铂浓度下降，这意味着流出的速率超过了进入的
速率。
稀土元素显示广泛的生物学效应，但它们是在胞内还是在胞外发生作用的问题是人们
关注、并常常引起争议的问题。研究表明，稀土元素的胃肠道吸收极少，这主要由于在肠
道中它们形成了极难溶的磷酸盐、碳酸盐和氢氧化物。为了弄清稀土元素是否能进入细胞
及其摄入机理，国内学者作了许多研究。邹仲之等［76］运用电镜及X-射线微区分析技术
，对小鼠在注射了稀土化合物后这些元素在肝脏中的分布与沉积，进行了系统的研究，发
现镨、铈、铕、钆、铽都可进入肝细胞与Kupfer细胞，镧可进入Kupfer细胞，这些元素在
Kupfer细胞或肝细胞中形成凝集体。为了确定稀土元素进入细胞的机制，他们对小鼠注射
镨的氯化物后，对镨在肝细胞与Kupfer细胞中的运转进行了追踪观察，发现其后5min至2h
内，两种均以胞吞方式摄取肝血窦中含镨微粒，在胞质中形成了吞噬体；但他们认为不能
排除镨以其他方式进入肝细胞的可能性。
孙洪业等［77］的研究表明，铈、钇的柠檬酸配合物分别在血浆等渗缓冲液中与人红
细胞温育，用等离子发射光谱法测定胞浆中铈及钇的浓度发现，这两种配合物均能进入红
细胞内、并在1.5h内其跨膜传递服从零级动力学方程。杨晓达［78］根据研究结果提出人
红细胞摄入的“孔洞”机制，即稀土离子与人红细胞作用时在膜上形成孔洞、并经孔洞进
入胞内；血红蛋白也可经孔洞漏出。
杨频等［79］运用AR-CM-MIC型阳离子测定系统研究了稀土离子跨淋巴细胞跨膜行为。
初步结果是：(1)La3+、Y3+、Ce3+在不同浓度下均不能过膜；柠檬酸、HCO-、脯氨酸、色
氨酸、精氨酸、酪氨酸、羟脯氨酸及抗癌药物阿霉素、米托蒽醌等配体，均不能促进稀土
离子过膜；(2)La3+-丙氨酸配合物有一定程度地过膜，但随浓度的变化不明显；(3)稀土离
子在Ca2+离子载体离子霉素(Ionomycin)的作用下能迅速过膜，并且在过量EDTA存在下，又
能将稀土从胞内运到胞外。他们还研究了小鼠骨髓细胞对La3+、Y3+、Ce4+等游离稀土离子
的摄入及某些配体如HCO3-、Cit3-、酪氨酸、色氨酸、羟脯氨酸的影响，结果表明，这些
稀土离子无论是否有上述配体存在，均不能跨膜进入骨髓细胞；而离子霉素能促进稀土离
子进入细胞内。他们［80］应用磷光寿命探针法研究了Tb(Cit)2和Tb(EDTA)在小鼠腹水瘤
细胞中的跨膜行为，发现随着时间的变化，Tb(Cit)2先使磷光寿命增大，然后又使其减小
，而Tb(EDTA)随着时间变化磷光寿命不变化。因此，柠檬酸是Tb3+跨小鼠腹水瘤细胞膜传
递促进剂。
金属离子与细胞骨架蛋白的作用可引起其构象的变化。王夔等［81］研究了软硬度不
同的金属离子与肌动蛋白的相互作用，得出：随金属/肌动蛋白(G-AC)的比值R增加，首先
结合在初始构象中强亲合位点，引起构象变化，这时如能暴露新的结合位点，即有新的结
合出现。比值越高，构象变化越大，金属离子结合越多，以致蛋白质丧失其功能。关于金
属离子对骨架蛋白缔合的影响，王夔等［82］得出，对于已经正常缔合形成的F-AC，外来
金属离子主要产生两个结果：解缔合和聚集。
5 金属蛋白与金属酶
细胞色素(Cyt)是一类含血红素的电子传递蛋白，在生物氧化、固氮和光合作用、以及
能量转换及储存中有重要功能。
关于细胞色素c的开沟取代反应及其热力学和动力学的研究，我国学者曾开展了工作：
唐雯霞等［69］用1D、2D NMR等方法研究了一些小配体与Cyt c的反应速率和热力学常数以
及轴向配体改变对Cyt c的电位影响，确定了Im取代引起的Cyt c二级、三级结构变化；发
现了弱配位Py存在下引发的Lys72、Lys79及Met80和Fe的竞争配位，阐明了60—80肽段的构
象及分子内有关氢键网对稳定Met80配位的重要影响。为了阐明轴向配体对Cyt c电子传递
功能的影响，刘高华等［83］用光谱电化学方法测定外源配体取代的Cyt c在pH=7、T=298
K时的氧化还原电位，结果表明，轴向配体由Met变为Im或MeIm，EtIm时，电位由262mV下降
到负值，说明轴向配体对电子传递的功能起着重要作用。邵伟平，刘高华等［69］用2D N
MR技术研究了外源配体引起蛋白的结构变化，阐明了Cyt c中的血红素和Met80间的Fe-S配
位键不仅对维持蛋白三级结构有重要作用，而且对其中某些二级结构的形成也起关键作用
。
关于细胞色素间的电子传递反应，黄仲贤等［69］提出了一个“半内轨型”反应机制
(semiinner sphere mechanism)。在这里把整个蛋白肽链考虑作为配体，蛋白肽链以及它
的辅因子(在这里是血红素c)同时与Cyt c中的铁离子(电子受体)以及金属配合离子中的金
属离子(电子供体)相结合，蛋白肽链上的残基和配合离子之间有较大的相互渗透，这种稳
定结合的中间体可以解释此种动力学行为。他们［84］还进行了牛肝Cyt b5表面荷电残基
的定点突变研究，成功地进行了定点突变，突变体蛋白的稳定性几乎没有变化，但只对野
生型蛋白的结构产生很小的扰动［69］。
金属硫蛋白(MT)是一类低分子、富含半胱氨酸酶的金属结合蛋白，对它的研究和利用
都必须进行分离提取。黄仲贤等［85］用金属诱导从鼠肝中获得了较高纯度的Cd5Zn2-MT(
其A250/A280>18)，产率为文献报道的2.5倍。用类似方法他们还分离得到了兔、鼠、刺猬
、熊猫等哺乳动物的金属硫蛋白、鱼类和蚯蚓的金属硫蛋白以及若干植物，如凤眼莲微生
物的金属硫蛋白［69］。王文清等研究了金属硫蛋白对汞化合物引起的红细胞溶血的抑制
作用［86］；黄仲贤等［69］研究了Cu-MT清除．OH自由基的能力。然而，体内清除自由基
的机制很复杂，金属硫蛋白在生理过程中，是否起清除自由基的作用，尚需更直接的证据
。
关于金属酶的化学模拟，1990年罗勤慧［87］得到了第一个咪唑桥联的Cu(II)、Zn(I
I)异双核配合物单晶结构，继后唐雯霞等［88］合成了结构类似的模拟物。计亮年等［89
］研究了以苯基卟啉或酞菁为母体的铁配合物的吸氧动力学，轴向配体对催化作用的影响
和羟化反应机理等。罗勤慧等合成出一些不对称的氧桥和羧桥的多核铁配合物，探讨了其
催化反应机理。徐辉碧等［90］合成了一类具有高活性、新的硒酶模型，还具有好的水溶
性和低毒性。罗贵民等［91］制备出一种硒代半胱甘肽，其活性比有机小分子模拟物高。
关于酶的修饰及固定化，李春华等［92］将α-淀粉酶、糖化酶和葡萄糖异构酶共固定
化，用于淀粉转化为果糖，取得了良好的效果。徐俊等［93］将醇脱氧酶、乳酸脱氢酶和
辅酶I共固定化，研究了固定化条件及辅酶的再生能力，发现固定化三元酶系统的辅酶再生
能力是相应游离酶的4～5倍。罗贵民［69］用化学修饰单抗法，制备出具有较高谷胱甘肽
过氧化物酶(GPX)活力的抗体酶。刘卫华等［94］用化学修饰法将GPX的催化基团硒代半胱
氨酸引入到超氧化物歧化酶(SOD)分子中，使SOD在基本保留原来活力的基础上，又具有显
著的GPX活力，从而制成了双功能酶。李增吉等［95］利用自由基沉淀聚合反应，合成了甲
基丙烯酸-丙烯酰胺-顺丁烯二酸酐三元聚合物，利用共聚物上的酸酐基团，直接进行了木
瓜蛋白酶的固定化。卓仁禧等［96］利用N-异丙基烯酰胺、聚二甲基硅氧烷和N-羟基琥珀
酰亚胺丙烯酸酯、在少量交联剂存在下共聚，然后水解得到了良好性能的大孔凝胶。
硒蛋白和硒多糖是人体重要的功能蛋白，硒对人的健康有重要影响［97］，国外研究
已取得重要进展。我国也开展了不少研究。杨铭等［98］从恩施富硒大蒜中分离出一种硒
多糖。唐家俊等［99］对角叉菜胶进行了硒化、获得了具有较高生物活性的硒多糖——硒
化角叉菜胶，已制成了保健品和药物。陈春英等［69］从恩施的箬叶中分离出了多糖，并
进行了硒化修饰，研究了其生物效应。黄开勋等［100］采用75Se示踪技术、就含硒蛋白在
大鼠脑组织中的亚细胞分布进行了研究，结果表明大鼠脑组织中至少存在有12种含硒蛋白
或蛋白亚单位。
关于金属辅酶，陈慧兰研究组［101］设计、合成了三个系列、近30个不同烷基、反应
碱基及平面配体的烷基钴西夫碱类模型化合物，测定了它们的Co—C键离解能，取得了新的
结果。他们［102］还合成了两个等系列、12个辅酶B12类似物，研究了它们的热力学和成
键特性。陈慧兰等［103］在研究B12模型化合物和钴胺素类似物的基础上，将辅酶B12模型
化合物通过分子间相互作用，与环糊精组装形成超分子体系，使之作为辅因子的模型化合
物(部分或全部)处在人工酶(环糊精)的疏水环境中。该体系比单纯的辅酶B［12］模型更接
近真实体系，对于阐明催化反应机理更有价值。
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FROM 61.135.165.*