靶向抑制拓扑异构酶和端粒酶的钌配合物研究进展

陈相　巢晖　计亮年

(中山大学化学与化学工程学院生物无机与合成化学教育部重点实验室，广州510275)

靶向抑制拓扑异构酶和端粒酶的钌配合物研究进展

陈相巢晖＊计亮年＊

(中山大学化学与化学工程学院生物无机与合成化学教育部重点实验室，广州510275)

金属配合物抗肿瘤研究，尤其是铂类药物，已取得了相对令人瞩目的成功，但同时也面临着包括耐药性和毒副作用等诸多问题。近年来钌配合物作为新的抗癌药物引起了人们的注意。在非铂系药物中，金属钌配合物是最有前途的抗癌药物之一，国际上普遍认为钌和钌的配合物属于低毒性，容易吸收并在体内很快排泄。本文将着重介绍钌配合物与DNA结合后进一步引发的细胞内核酶活性抑制研究，从新的角度来诠释钌配合物的抗肿瘤研究最新进展。

钌配合物；拓扑异构酶；G-四链体；端粒酶

0　引言

自从1953年DNA双螺旋结构被发现和提出至今60多年以来，生物学的研究逐渐进入了全新的分子生物学时代。脱氧核糖核酸(DNA)在生命体内扮演生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于每一个物种生命的延续、保持各种物种间的遗传特性、调控生物体的生长发育代谢衰老等起着重要的作用，而且在生物变异(如肿瘤、遗传病等)、进化等生命活动的延续也密切相关。基于DNA突变是导致细胞癌变的重要因素之一，因此DNA也成为了一种药物在生物体中重要的靶分子。传统的以DNA为靶分子的抗肿瘤药物，如第一代铂族抗肿瘤药物顺铂(Cisplatin)，及随后经过结构优化的卡铂(Carboplatin)及奥沙利铂(Oxaliplatin)等金属配合物类药物，它们的作用机理主要是通过化合物与DNA结合，从而影响DNA的正常复制过程[1-4]。但目前，耐药性成为铂类抗肿瘤药物临床应用最大阻碍，由于许多患者先天拥有或后天产生对铂类抗肿瘤药物的耐药性，导致了药物活性严重下降。近年来，钌配合物作为新的抗癌药物引起了人们的注意，逐渐成为在非铂系药物中最有前途的抗癌药物之一[5-7]。人们在最初设计合成钌配合物作为抗肿瘤试剂时，由于对该体系的认识还不够全面，设计的思路依然遵循铂类抗癌药物中的有效规律，将其应用到钌抗癌药物研究上，将DNA共价结合的能力作为抗肿瘤活性的最高评价标准。但是随着研究的不断深入，科学家们发现小分子化合物与DNA结合后不仅造成DNA复制的受阻，同时还会影响细胞核内部的多种酶(如拓扑异构酶，端粒酶等)与DNA的相互作用，通过不同的通路，引起肿瘤细胞的凋亡[8]。因此，目前以DNA为靶分子的酶抑制剂抗肿瘤药物研究受到了广泛的关注并取得了许多令人瞩目的成就。而金属配合物，尤其是钌配合物，与有机化合物相比，具有非常明显的优势：第一，钌配合物在生物体内易于吸收，同时也易于代谢，既容易产生药效，又不会在体内积聚产生毒性，因此具有较好的生物利用度和较低的毒性；第二，钌配合物采取八配位，具有更加丰富多变的结构，这种多变的结构比铂类化合物更能匹配复杂多变的生物大分子；第三，钌配合物具有丰富的光物理和光化学性能，也有良好的热稳定性，特别是随着如今合成理论的成熟，手段的发展，人们可以很方便地创造出带有不同配体的配合物，而通过配体或者配合物构型的改变，则可以来调节配合物与靶向分子间的亲合力以及结合模式，从而获得新颖的活性配合物，同时，通过对电子转移方向和还原电位的调控，还可以实现光电的活化。因此近年来，钌配合物作为抗癌药物和相关探针的研究引起了人们极大的兴趣。其中，配合物与DNA的相互作用得到了较多的重视。

鉴于以上观点，本文将结合我们课题组的相关工作，对近年来钌(Ⅱ)多吡啶配合物作为拓扑异构酶及端粒酶抑制剂的研究进展进行介绍。

1　拓扑异构酶抑制剂

1.1拓扑异构酶的结构与功能

细胞核内DNA拥有大量的碱基对用以涵盖其需要携带的所有遗传信息，如果DNA呈线型分子存在，则其长度将远大于细胞核所能容纳的体积范围，因此DNA在细胞核内部呈现高度折叠的高级结构状态。但是在细胞内多种涉及核酸的活动中，如转录、复制和修复过程等，都需要核酸序列遗传信息的表达和参与，此时又要求DNA以解旋后的低级结构存在。因此，生物有机体中，需要有一定的机制来实现高级与低级结构之间的转化功能：将松散的DNA折叠压缩，以及将高度密集缠绕的DNA解开。DNA拓扑异构酶在这一机制中起到关键的作用，是存在于细胞核内的一类特殊的酶家族。DNA拓扑异构酶同时拥有DNA内切酶和DNA连接酶的双重功能。在拓扑异构酶参与的反应过程中，它可以先通过切断DNA的磷酸二酯键，增加或者减少DNA链的环数，然后重新连接，改变DNA的超螺旋状态或者解开缠绕的DNA片段，通过以上过程，控制DNA复杂拓扑结构的变化[9-10]。

根据拓扑异构酶催化机制的不同，主要将其分为TypeⅠ和TypeⅡ两类。TypeⅠ拓扑异构酶为单体酶，包括TopoⅠA、TopoⅠB和TopoⅠC三种亚型。TypeⅡ拓扑异构酶为同源二聚体酶，包括Topo IIα、TopoⅡβ2种亚型[11]。在人类细胞中，主要包含DNA拓扑异构酶Ⅰ(TopoⅠ)和DNA拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)2种，分别属于于Topo IB和TopoⅡα这2个类型。其中TopoⅠ含有765个氨基酸，其相对分子质量为91 KD；TopoⅡ则分为相对分子量分别为170 KD和180 KD的α和β2种亚型[9]。TopoⅠ和TopoⅡ在功能上有相似之处，也有明显的不同，两者在对DNA拓扑结构的改变过程中功能相互补充。TopoⅠ可以在DNA双链上的一条单链中产生断裂缺口，另一单链则从缺口处穿过(图1)，以此改变DNA的超螺旋或螺旋不足；TopoⅡ作用过程中，在DNA主链上切割产生双链断裂位点，另一条DNA双链则从断裂缺口处穿过(图2)，TopoⅡ不但具有Topo I改变DNA的超螺旋或螺旋不足的功能，同时还能将细胞有丝分裂过程中DNA完成复制后交联的姐妹染色单体分开。除了上述过程，TopoⅡ还与细胞核内DNA的复制、转录、重组及DNA缠绕为染色体的组织等过程密切相关，是所有真核生物细胞中不可或缺的关键酶[12]。

1.2拓扑异构酶抑制剂作用机理

由于DNA拓扑异构酶在生命活动中扮演着重要的角色，并且已有研究表明，因为肿瘤细胞的细胞核内反应较正常细胞更为活跃，造成DNA拓扑异构酶在肿瘤细胞中的表达水平高于正常细胞，因此，以DNA拓扑异构酶为靶点的抑制剂，有望成为抗肿瘤药物的研发创造一条新的途径。目前已发现靶向拓扑异构酶的抑制剂已经非常多，它们对拓扑异构酶抑制作用的机理大致可分为毒性机理和催化抑制机理。

拓扑异构酶毒剂是指抑制剂通过与拓扑异构酶和DNA形成的Topo-DNA共价复合物相结合，形成稳定的三元复合物，从而提高断裂复合物的稳态浓度，导致拓扑异构酶诱导的DNA瞬时断裂变为“永久”断裂，以干扰正常的催化循环[13]。拓扑异构酶催化抑制剂则是通过影响酶的结构或功能，又或是阻断酶催化反应过程中的某一个或多个步骤，从而实现对拓扑异构酶催化活性的抑制作用[14]。

图1　Topo I结构及作用机理图Fig.1　Structure and mechanism of topoisomerase I

图2　TopoⅡ结构及作用机理图Fig.2　Structure and mechanism of topoisomeraseⅡ

1.3钌(Ⅱ)多吡啶配合物作为拓扑异构酶抑制剂

与有机化合物相比，一方面金属配离子本身带电荷，可增加化合物的溶解性；另一方面金属配合物分子结构具有更大的可塑性，通过更换配体或在配体上引入活性基团，可以针对不同的底物结合环境进行相应的结构修饰；而且其丰富的光电磁性质将有助于探索某些复杂的生命过程，同时金属配合物还可以为选择不同抑制对象、调控药物活性提供多种潜在的途径。早在1999年，印度科学家Kondapi就对一系列茂钌配合物作TopoⅡ催化抑制剂进行了相关的研究[15]。但至今为止，仍仅有少数几例金属配合物抑制DNA拓扑异构酶的研究报道。计亮年院士和巢晖教授课题组通过利用钌(Ⅱ)多吡啶配合物的优势，针对拓扑异构酶抑制剂方面开展了系列研究工作，我们发现一些钌多吡啶配合物对DNA拓扑异构酶II有明显的抑制效果[16-17]。但是近期研究发现，对一种DNA拓扑异构酶的选择性抑制可以引起另一种DNA拓扑异构酶的过度表达[18-20]，例如依托泊苷、拓扑替康和伊立替康的联合用药不是协同作用治疗肿瘤。一些靶向TopoⅡ的药物在治疗中可以诱发二次恶性肿瘤[21]。肿瘤涉及到多种致病因素，设计具有TopoⅠ和Topo IIⅡ双重抑制活性的药物将是解决这一问题的有效途径之一。在2011年，我们设计合成了2个新型的钌(Ⅱ)配合物[Ru(bpy)2(bfipH)]2+ (1)和[Ru(phen)2(bfipH)]2+(2)(图3)[22]，通过紫外说吸收光谱，DNA热变实验及粘度实验研究了这3个配合物与DNA结合的行为，结果证实配合物可以有效地插入DNA碱基对之间。2个配合物因具有与DNA插入结合的能力，可以较好地稳定拓扑异构酶与DNA结合形成的中间产物或阻止拓扑异构酶与DNA相结合，因此具有较好地拓扑异构酶抑制活性。通过实验证实，2个配合物同时对TopoⅠ和TopoⅡ都有抑制活性，抑制浓度IC50均在10 μmol·L-1数量级。通过对其机理的研究表明，配合物对TopoⅠ遵循催化抑制机理，是TopoⅠ的催化抑制剂；对于TopoⅡ则表现出催化抑制剂和毒剂的双重效果。这是首例报道关于对DNA拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ双重抑制的金属配合物。

图3　[Ru(bpy)2(bfipH)]2+和[Ru(phen)2(bfipH)]2+结构Fig.3　Structure of[Ru(bpy)2(bfipH)]2+and[Ru(phen)2(bfipH)]2+

图4　Δ-和Λ-[Ru(bpy)2(ipad)]2+结构Fig.4　Structure of Δ-and Λ-[Ru(bpy)2(ipad)]2+

图5　作为TopoⅠ和TopoⅡ双重抑制剂的新型钌配合物结构Fig.5　Structure of novel ruthenium complexes as dual inhibitors of TopoⅠandⅡ

此外，我们还设计合成了一对手性钌(Ⅱ)多吡啶配合物Δ-和Λ-[Ru(bpy)2(ipad)]2+(3,4)(图4)[23]，通过紫外可见光谱，DNA热变等实验证实配合物有较强的DNA碱基对插入能力。而拓扑异构酶抑制实验和DNA迁移实验证实2个配合物对TopoⅠ和TopoⅡ表现出有效地双重抑制效果。这2个配合物对HeLa，MCF-7，HepG2及BEL-7402等肿瘤细胞表现出较高的抑制生长活性。通过流式细胞仪对其细胞周期阻滞情况进行了进一步的研究，发现配合物可以选择性的将细胞阻滞在G1和G2/M期，并显著的增加了细胞凋亡的数量。而单细胞凝胶电泳实验也验证了配合物可以有效地引起细胞DNA碎片化，这也是引起细胞凋亡的重要因素之一。

图6　可作拓扑异构酶抑制剂多个新型钌(Ⅱ)多吡啶配合物结构Fig.6　Structure of novel ruthenium polypyridyl complexes as topoisomerase inhibitors

最近，我们进一步报道了一系列新型钌(Ⅱ)多吡啶配合物(5～15)(图5)，这些配合物均表现出了优异的TopoⅠ和TopoⅡ双重抑制效果[24-26]。总的来看，金属配合物对DNA拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ的双重抑制研究目前还是全新研究方向。

同时在近年来，国内多个课题组也对钌(Ⅱ)配合物作拓扑异构酶抑制剂的相关研究进行了相关的报道。谭黎峰课题组报道了一系列带有不同主配体的钌(Ⅱ)配合物，研究了主配体与配合物抑制拓扑异构酶活性的构效关系进行了详细的研究[27-28]。刘云军，刘学文等课题组也先后在该领域开展了深入的研究，设计合成了多个结构各异的钌(Ⅱ)多吡啶配合物(16～25)，并对它们的拓扑异构酶抑制活性进行了探索[29-31](图6)。

2　端粒酶抑制剂

2.1端粒和端粒酶的结构与功能

每一个真核细胞的染色体都包含了1个DNA的单分子以及多种与之结合的蛋白。真核细胞的染色体DNA分子是线型的，因此也就包含了2个末端(这一点与原核生物不同，大肠杆菌中的染色体是1个封闭的圆，即不具有端部)。1个典型的真核生物染色体DNA分子中含有包含了两部分，分别是基因(即可以编码蛋白质和RNA的序列)以及穿插在基因序列中的非编码DNA。非编码DNA中很长一段构成了着丝粒和分布在染色体的末端构成了端粒。端粒与细胞的寿命密切相关，同时他们的存在能避免细胞内多个染色体发生意外的交联。人类的端粒由多达2000个含有5′-GGTTAG-3′的重复序列组成。

细胞在分裂过程中，由于线型的染色体DNA进行时，DNA聚合酶在合成DNA新链过程中，只能沿着模板链3端向5端移动，这一过程使得DNA复制面临了一些问题。正常情况下，该过程进行非常顺利，因为以染色体的3端作为DNA聚合酶的复制起点可以使得DNA聚合酶由3端向5端不间断地移动，直到DNA聚合酶到达下一个复制的起点或染色体的末端。但是，相反的以染色体的5端为模板向3端复制的过程却是不连续的。当复制叉充分地打开后，DNA聚合酶才可以开始由3端向5端合成互补链被打开的一小部分部分(冈崎片段)，随后再由DNA连接酶(DNA ligase I)将不连续合成的冈崎片段连接在一起。这一复制过程将持续进行，直到接近染色体的末端。

随着复制叉接近染色体DNA的末端，此时不再有足够的模板形成新的冈崎片段。这一原因导致了每一个新合成的DNA链的5端都不能完整的保留，所以每个子染色体相较于母链都将有一个缩短了的端粒。据估计，在每一次有丝分裂过程中，人类端粒DNA大约会丢失100个碱基对[32-33]。这100个碱基对对应约16个GGTTAG重复，按照这个速度，约经历125次有丝分裂后，端粒就会完全消失[34-35]。所以端粒在有丝分裂过程中稳定地缩短这一行为将会对细胞的寿命造成影响。实际情况也如上所预测，置于培养基中的正常细胞(非肿瘤细胞)并不能无限的生长下去。

图7　靶向端粒G-四链体的端粒酶抑制剂作用机理示意图Fig.7　Mechanism of G-quadruplex targeted telomerase inhibitors

端粒酶是一种核糖核蛋白。它也是一种称作TERC(Telomere RNA Component)的snoRNA(Small Nucleolar RNA)分子，它能在哺乳动物细胞内提供了一个CCAAUC模板用以引导GGTTAG插入端粒。端粒酶的蛋白成分，称为TERT(Telomere Reverse Transcriptase)则提供催化作用。因此可以认为端粒酶是一种从RNA模板合成的DNA的逆转录酶。端粒酶通常只在以下几种细胞中存在，包括生殖细胞，胚胎干细胞，某些单细胞真核生物(如嗜热四膜虫)以及某些或所有的体内的干细胞(包括正常干细胞和肿瘤干细胞)。端粒酶的存在，使得这些细胞具有了不断分裂的能力。

区分肿瘤细胞与正常组织的重要特征之一是肿瘤细胞具有无限增殖的能力。在大约85%～90%的肿瘤细胞中端粒酶有过表达的现象[36-39]，这造成了肿瘤干细胞拥有无限增殖的能力，导致肿瘤组织的增大(图7)。因此对端粒酶的抑制，从而实现抑制肿瘤细胞分裂，诱导肿瘤细胞进入衰老及程序性死亡过程的研究已成为抗肿瘤研究的一个新的方向。

2.2端粒酶抑制剂研究进展

通过小分子化合物诱导稳定端粒3端悬垂单链序列(约150～200个含有TTAGGG核苷酸是单链)形成G-四链体，G-四链体并非端粒酶的底物，该结构将阻止端粒酶与端粒的结合而实现抑制端粒酶逆转录端粒序列的效果，抑制了端粒的延长(图7)。同时由于表达端粒酶蛋白亚基的基因启动子序列同样可以形成G-四链体结构，因此通过稳定基因启动子序列使其形成G-四链体，端粒酶的表达将受到抑制，该方法则可以从根源上减少端粒酶的表达量。

基于以上观点，靶向G-四链体的小分子端粒酶抑制剂备受关注，目前已有多种类型的小分子被用于该方向的研究。由于具有潜力形成G-四链体的DNA序列多数存在于基因启动子及端粒中，尤其是诱导端粒序列形成G-四链体并不会对正常细胞造成过大的影响，因此特异性识别端粒序列并诱导其形成G-四链体的小分子化合物将对肿瘤细胞具有很强的选择性，这也会大大降低了其对正常细胞的毒性，减少用药过程中可能产生的毒副作用。虽然目前已有大量的靶向端粒DNA的G-四链体诱导稳定试剂被广泛的研究和报道，它们在体外结合人端粒的G-四链体的能力也已被确认(包括端粒抑素，及吖啶类化合物)，但是仍然没有一个靶向端粒DNA的G-四链体诱导稳定试剂进入临床研究，主要的障碍在于这些化合物仍然具有较多的不适合作为药物的性质。但是继续基于此方向，进一步优化及改善这一类前药的结构，或开发在生物体内具有较好效果的靶向端粒DNA的G-四链体诱导稳定试剂仍然具有广阔的前景[40-42]。

2.3钌(Ⅱ)多吡啶配合物作为端粒酶抑制剂

计亮年院士课题组在2008年报道了一个可以诱导和稳定G-四链体结构的双核钌配合物[43]。随后计亮年院士和巢晖教授课题组将钌配合物可稳定G-四链体这一性质进一步发挥，探索了其作为靶向端粒G-四链体的端粒酶抑制剂的可能性。在2010年，我们课题组报道了2个三核钌(Ⅱ)多吡啶配合物(26,27)(图8)[44]，通过圆二色谱实验发现，这2个配合物可以显著地诱导人端粒序列DNA发生构型的转变，而FRET熔点实验则进一步说明配合物对G-四链体结构有优秀的稳定能力。这是第一例对多核钌配合物与人端粒G-四链体DNA相互作用的研究报道，也为进一步探索钌配合物作为端粒酶抑制剂的相关研究奠定了基础。

图8　三核钌(Ⅱ)多吡啶配合物结构Fig.8　Structure of trinuclear ruthenium polypyridyl complexes

在上面的基础之上，我们组继续了相关工作，先后报道了一系列靶向G-四链体的钌(Ⅱ)多吡啶配合物(28～31)，并进行了端粒酶抑制剂方面的研究(图9)[45-46]。从圆二色谱实验数据可以证实，所报导的配合物均能一定程度上诱导人端粒DNA序列形成G-四链体结构，随后的FRET熔点实验表明配合物对这一类G-四链体结构有较好的稳定作用。竞争实验进一步证实相对双链DNA，配合物与G-四链体的结合具有较好的选择性。以上均表明这一系列配合物在体外有优秀的诱导和稳定G-四链体结构的能力，这一点是作为靶向G-四链体的端粒酶抑制剂的基础条件。随后通过PCR终止实验和TRAP实验评价了这一系列配合物对端粒酶活性的抑制情况，结果表明在配合物存在的条件下，可以通过诱导富含鸟嘌呤的模板序列形成G-四链体，从而终止了DNA聚合酶对模板序列的扩增。同时，在与配合物共同孵育后，端粒酶对端粒的延长能力发生了下降，对照组的加入排除了其它影响因素，很好的验证了配合物可以通过诱导端粒序列形成G-四链体结构从而抑制端粒酶的活性，这一系列配合物对端粒酶的抑制IC50均处于微摩尔至纳摩尔级别。通过对细胞生长状态影响的评估，发现这系列配合物通过使用没有急性毒性的浓度对细胞进行长期孵育后，对细胞产生了抑制生长的效果，这一性质很好的避免了药物对正常细胞的毒性，使其仅对端粒酶过表达的细胞产生较好的抑制效果。

图9　单核钌(Ⅱ)多吡啶配合物结构Fig.9　Structure of mononuclear ruthenium polypyridyl complexes

图10　双核钌(Ⅱ)多吡啶配合物结构Fig.1　0Structure of dinuclear ruthenium polypyridyl complexes

图11　部分可诱导端粒形成G-四链体并抑制端粒酶活性的新型钌配合物结构Fig.1　1Structure of novel ruthenium complexes that can induce telomeric sequence into G-quadruplex and inhibit telomerase activity

在2015年，我们组再次对多核钌多吡啶配合物作端粒酶抑制剂的工作进行了新的报道(32～35)(图10)[47]，相比单核配合物，双核配合物拥有更好的水溶性，结构的多变性的优势。报道中还对桥联配体部分的结构差异与它们对端粒酶的抑制活性之间的构效关系进行了初步的探究。

通过利用钌(Ⅱ)配合物诱导端粒序列DNA形成G-四链体结构从而抑制端粒酶活性的研究已取得许多成就。国内的刘杰课题组以及石硕和姚天明课题组设计和合成了一系列具有诱导和稳定G-四链体结构的钌(Ⅱ)配合物(36～41)，并探究了配合物稳定G-四链体对端粒酶活性的影响，在这方面工作中作出了许多突出的贡献(图11)[48-57]。

3　钌配合物作为拓扑异构酶和端粒酶双重抑制剂

尽管对于拓扑异构酶和端粒酶之间存在的联系目前尚不明确，但是已有科学家开始尝试将这2种酶的抑制剂共同使用以求达到更好的治疗肿瘤的效果。在2003年，Hurley等[58]研究了多种可能同时拥有TopoⅡ毒剂性质和G-四链体稳定能力的小分子化合物，发现这一系列化合物在对一些Topo II抑制剂有抗药性的细胞表现出了十分优秀的抗肿瘤活性。随后Von等[59]科学家在一些金属配合物方面的研究中也发现了类似的效果。然而，目前并没有对拓扑异构酶抑制剂和端粒酶抑制剂两者的功能相结合的相关研究。

据我们所知，端粒酶、拓扑异构酶以及其它细胞内的酶之间存在包括协同作用和拮抗作用等多种联系。单一靶点的端粒酶或拓扑异构酶抑制剂可能会导致其它酶类一些不可预知的上调或下调，其结果可能会削弱了药物的抗肿瘤效果。因此，利用钌配合物结构多样性的优势，对配体部分进行设计和组合，使得单一一个配合物同时拥有拓扑异构酶和端粒酶双重抑制的效果，这将对研究新型抗肿瘤药物有重要的指导作用。

图12　可作为端粒酶和拓扑异构酶双重抑制剂的钌多吡啶配合物结构Fig.1　2Structure of ruthenium polypyridyl complexes as dual inhibitors of topoisomerase and telomerase

我们研究组在2015年首次报道了钌(Ⅱ)多吡啶配合物作为靶向拓扑异构酶和端粒酶双重抑制剂的相关研究。文中报道了3个单核钌(Ⅱ)配合物[Ru(bpy)2 (icip)]2+(42)、[Ru(bpy)2(pdppz)]2+(43)和[Ru(bpy)2(tactp)]2+(44)(图12)[60]，这一系列配合物拥有较强的诱导和稳定人端粒G-四链体DNA的能力，对端粒酶的抑制IC50均在纳摩尔数量级，同时也存在对拓扑异构酶的抑制活性，IC50在微摩尔数量级，机理实验表明[Ru(bpy)2(icip)]2+是TopoⅠ的毒剂,而[Ru(bpy)2(pdppz)]2+和[Ru(bpy)2(tactp)]2+则是TopoⅠ/Ⅱ的双重毒剂。此外，通过ICP-MS实验，说明配合物进入细胞后主要在细胞核内发生富集，这也为配合物可以在细胞内抑制端粒酶和拓扑异构酶提供了依据。

4　研究展望

金属配合物，尤其是铂类药物用于抗肿瘤的研究，已取得了相对令人瞩目的成功，但同时也面临许多问题。目前，对于除了铂类抗肿瘤药物的其它金属配合物的抗肿瘤活性研究受到越来越多的重视，而其中，钌配合物因其有与铂类配合物不同的作用机理以及较低的毒性，引起了人们的广泛兴趣。虽然已有很多钌配合物被发现具有抗肿瘤活性，但是与传统的铂类药物共价结合DNA的机理并不尽相同，它们中许多抗肿瘤的机制也尚不明确，这也给我们提供了许多新的研究方向。跳出传统的研究思路框架，配合物与DNA的相互作用除了直接引起DNA复制受阻之外，还将随之带来多种细胞核内酶活性的变化。其中，针对细胞核内的拓扑异构酶和端粒酶的相关研究是目前的一个热点。目前已有的一些有机小分子被证实通过抑制拓扑异构酶或端粒酶取得了很好的抗肿瘤活性，因此，通过利用钌配合物的优势，结合目前已有的一些酶抑制剂结构特点，开发新型的金属配合物拓扑异构酶和端粒酶抑制剂的研究具有广阔的前景，这也有利于对金属配合物的抗肿瘤机制进行相关研究。这方面研究工作的开展对设计和研发新一代作为细胞核内酶抑制剂的金属配合物抗肿瘤药物有着非常重要的意义。

[1]Jamieson E J,Lippard S J.Chem.Rev.,1999,99:2467-2498

[2]Van Zutphen S,Reedijk J.Coord.Chem.Rev.,2005,249: 2845-2853

[3]Fuertes M A,A lonso C,Pérez J M.Chem.Rev.,2003,103: 645-662

[4]Kelland L.Nat.Rev.Cancer,2007,7:573-584

[5]Kostova I.Curr.Med.Chem.,2006,13:1085-1107

[6]Clark M J.Coord.Chem.Rev.,2002,232:69-93

[7]Bergamo A,Sava G.Dalton Trans.,2007:1267-1272

[8]CHEN Yu(陈禹),DU Ke-Jie(杜可杰),CHAO Hui(巢晖), et al.Prog.Chem.(化学进展),2009,5:836-844

[9]Wang J C.Annu.Rev.Biochem.,1996,65:635-692

[10]QIAN Chen(钱晨),PENG Zai-Li(彭再利),CHAO Hui (巢晖).Univ.Chem.(大学化学),2014,29:1-10

[11]Li T K,Liu L F.Annu.Rev.Pharmacol.Toxicol.,2001,41: 53-77

[12]Malonne H,Atassi G.Anti.Cancer Drugs,1997,8:811-822

[13]John L N.Nat.Rev.Cancer,2009,9:338-350

[14]MO Xiao-Mei(莫晓媚),LI Jing(李静),GENG Mei-Yu (耿美玉).Chinese Pharmaco.Bull.(中国药理学通报), 2007,1:20-23

[15]Gopal Y N V,Jayaraju D,Kondapi A K.Biochemistry,1999, 38:4382-4388

[16]Gao F,Chao H,Wang J Q,et al.J.Biol.Inorg.Chem.,2007, 12:1015-1027

[17]Gao F,Chao H,Zhou F,et al.J.Inorg.Biochem.,2008,102: 1050-1059

[18]EderJP,ChanV,WongJ,etal.CancerChemother.Pharmacol., 1998,42:327-335

[19]Crump M,Lipton J,Hedley D,et al.Leukemia,1999,13: 343-347

[20]Vey N,Kantarjian H,Beran M,et al.Invest.New Drugs, 1999,17:89-95

[21]Azarova A M,Lyu Y L,Lin C P,et al.Proc.Natl.Acad. Sci.USA,2007,107:11014-11019

[22]Du K J,Wang J Q,Kou J F,et al.Eur.J.Med.Chem., 2011,46:1056-1065

[23]Kou J F,Qian C,Wang J Q,et al.J.Biol.Inorg.Chem., 2012,17:81-96

[24]Wang Y C,Qian C,Peng Z L,et al.J.Inorg.Chem.,2014, 130:15-27

[25]Du K J,Liang J W,Wang Y,et al.Dalton Trans.,2014,43: 17303-17316

[26]Zhang P Y,Wang J Q,Huang H Y,et al.Dalton Trans., 2013,42:8907-8917

[27]He X J,Jin L H,Tan L F.Spectrochim.Acta A,2015,135: 101-109

[28]He X J,Zeng L L,Yang G,et al.Inorg.Chim.Acta,2013, 408:9-17

[29]Liu X W,Zhang S B,Li L,et al.Organomet.Chem.,2013, 729:1-8

[30]Liu Y J,Zeng C H,Yao J H,et al.Chem.Biodivers.,2010, 7:1770-1783

[31]Liu Y J,Zeng C H,Huang H L,et al.Eur.J.Med.Chem., 2011,45:564-571

[32]Blackburn E H.J.Biol.Chem.,1990,265:5919-5921

[33]Blackburn E H.Annu.Rev.Biochem.,1984,53:163-194

[34]Blackburn E H.Nature,2000,408,53-56

[35]Liu D,OConnor M S,Qin J,et al.J.Biol.Chem.,2004, 279,51338-51342

[36]Hiyama K,Hiyama E,Ishioka S,et al.J.Natl.Cancer Inst., 1995,87:895-902

[37]Counter C M,Hirte H W,Bacchetti S,et al.Proc.Natl. Acad.Sci.USA,1994,91:2900-2904

[38]Hiyama E,Yokoyama T,Tatsumoto N,et al.Cancer Res., 1995,55:3258-3262

[39]Hiyama E,Gollahon L,Kataoka T,et al.J.Natl.Cancer Inst.,1996,88:116-122

[40]Burge S,Parkinson G N,Hazel P,et al.Nucleic Acids Res., 2006,34:5402-5415

[41]Monchaud D,Teulade-Fichou M P.Org.Biomol.Chem.,2008, 6:627-636

[42]Shay J W,Wright W E.Nat.Rev.Drug Discov.,2006,5: 577-584

[43]Shi S,Liu J,Yao T M,et al.Inorg.Chem.,2008,47:2910-2912

[44]Xu L,Liao G L,Chen X,et al.Inorg.Chem.Commun., 2010,13:1050-10053

[45]Chen X,Wu J H,Lai Y W,et al.Dalton Trans.,2013,42: 4386-4397

[46]Liao G L,Chen X,Wu J H,et al.Dalton Trans.,2014,43: 7811-7819

[47]Xu L,Chen X,Wu J H,et al.Chem.Eur.J.,2015,21:4008-4020

[48]Yu Q Q,Liu Y N,Xu L,et al.Eur.J.Med.Chem.,2014, 82:82-95

[49]Zhang J N,Yu Q Q,Li Q,et al.J.Inorg.Biochem., 2014,134:1-11

[50]Li Q,Zhang J N,Yang L C,et al.J.Inorg.Biochem.,2014, 130:122-129

[51]Xia Y,Chen Q C,Qin X Y,et al.New J.Chem.,2013,37: 3706-3715

[52]Li Q,Sun D D,Zhou Y H,et al.Inorg.Chem.Commun., 2012,20:142-146

[53]Yu Q Q,Liu Y Y,Zhang J N,et al.Metallomics,2013,5: 222-231

[54]Sun D D,Zhang R,Yuan F,et al.Dalton Trans.,2012,41: 1734-1741

[55]Yu Q Q,Liu Y N,Wang C,et al.PloS one,2012,7:e50902

[56]Sun D D,Liu Y N,Liu D,et al.Chem.Eur.J.,2012,18: 4285-4295

[57]Shi S,Gao S N,Cao T C,et al.PloS one,2013,8:e84419

[58]Kim M Y,Duan W,Guzman M G,et al.J.Med.Chem.,2003, 46:571-583

[59]Von S T,Seng H L,Lee H B,et al.J.Biol.Inorg.Chem., 2012,17:57-69

[60]Liao G L,Chen X,Wu J H,et al.Dalton Trans.,2015,DOI: 10.1039/c4dt03585b

New Trends of Ruthenium Complexes as Inhibitors Targeting Topoisomerase and Telomerase

CHEN XiangCHAO Hui＊JI Liang-Nian＊
(MOE Laboratory of Bioinorganic and Synthetic Chemistry,School of Chemistry and Chemical Engineering, Sun Yat-Sen University,Guangzhou 510275,China)

The anti-tumor study of metal complexes,especially the platinum-base drugs,has achieved remarkable success but still facing several problems such as drugs resistance and side effects.Recently,ruthenium complexes attract many scientists′interests with their brand new application of anti-tumor drugs.In the series of nonplatinum drugs,ruthenium complexes are regarded as one of the most potential anti-tumor drugs for the reason not merely the metal ruthenium and its complexes exhibit low toxicity but also they can be efficiently absorbed and excreted for human body.Herein,the study of the follow-up inhibition towards nucleus enzymes induced by the binding between ruthenium complexes and DNA was expatiated,introducing the advance anti-tumor applications of ruthenium complexes in new perspectives.

ruthenium complexes;topoisomerase;G-quadruplex;telomerase

O614.82+1

A

1001-4861(2015)09-1667-11

10.11862/CJIC.2015.241

2015-05-20。收修改稿日期：2015-07-15。

973项目(No.2015CB85630)、国家自然科学基金(No.21172273，21171177，21471164)和教育部高校博士点基金博导类课题(No.20110171110013)资助项目。

＊通讯联系人。E-mail：ceschh@mail.sysu.edu.cn，cesjln@mail.sysu.edu.cn；会员登记号：S06N4211M1006。