槲皮素金属配合物合成及药理作用研究现状

王 勤，周 刚，申 键

(1.内蒙古自治区药品检验研究院，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古医科大学药学院，内蒙古 呼和浩特 010110)

槲皮素(quercetin，3,5,7,3′,4′-五羟基黄酮)属于多羟基黄酮类物质。自然界中广泛分布，许多种植物的根、茎、叶、花、果实中都存在。槲皮素具有多种生物活性，包括抗菌、抗肿瘤、抗自由基、抗氧化和调节免疫等[1-5]，槲皮素抗肿瘤和抗氧化作用的临床使用并不是十分理想，且稳定性和水溶性都较差。研究显示，金属元素与槲皮素生物活性的协同作用可以使药效提高，毒副作用降低，且槲皮素金属离子配合物的水溶性和稳定性一般高于配体本身[6]。通过形成金属配合物可以得到毒性低、药效高、生物利用度好的药物，且金属元素与配体结合产生新化合物的药理作用还具有一定的靶向性[7]，有利于槲皮素生物活性的改造，并为寻找其新的作用提供方向。

1 槲皮素金属配合物的合成与表征

槲皮素具有π键共轭体系，且含有强配位氧原子，其结构如图1所示。强配位氧原子可与不同的金属离子形成配位键，即分子中的-C=O、-OH的氧提供孤电子对，与金属离子缺少电子的空轨道形成配位键，这些金属可以是Al、Mg，Se、Cr、Cu、Zn、Fe、Pr、Eu、Tb、Dy等[8]元素，包括主族、副族、镧系和锕系的元素。

1.1 主族元素配合物

槲皮素可以和常见主族元素Ge(Ⅱ)、Al(Ⅲ)、Se(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)等形成配合物[9]。刘秋伟等[10]在碱性非水溶液中合成槲皮素-Ca(Ⅱ)，采用红外光谱、紫外光谱和核磁氢谱对其结构进行表征。结果显示，槲皮素的3-OH、4-C=O、3′-OH、4′-OH可与Ca(Ⅱ)结合形成配位比为2∶1的配合物，且3′-OH和4′-OH与Ca(Ⅱ)结合会导致配合物接受质子的能力下降。

翟广玉等[11]合成了槲皮素-铋，并对其进行表征。槲皮素于PH=8.5甲醇溶液中与无水氯化铋反应加热回流生成槲皮素-铋配合物，光谱表征表明槲皮素的3′-OH与铋形成配合物。张怀斌等[12]在碱性甲醇溶液中合成槲皮素-Al(Ⅲ) 2∶1配合物，使用吸收光谱、红外光谱和紫外-可见吸收光谱进行表征，表明Al(Ⅲ)与槲皮素通过3-OH和4-C=O的结构进行配位。

1.2 副族元素配合物

副族元素具有空d或空f轨道，缺电子结构与槲皮素富电子结构形成配位键，常见的能与槲皮素配体形成配合物的副族元素有Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等。吴新建等[13]采用紫外光谱探究了槲皮素与具有空3d轨道的二价副族金属离子(Mn、Co、Ni、Cu、Zn)的配位反应，讨论碱介质、水、温度、配位活性强弱、不同阴离子五个因素对配位反应的作用。研究显示：碱性介质是反应的必须条件，且碱介质影响配合物的存在形式和性质；水和温度对配位反应平衡具有反作用；槲皮素上的羟基越稳定越容易与金属离子形成配合物。

李婧等[14]在无水乙醇溶液中溶解槲皮素配体并与苯甲酸铜搅拌回流生成配合物，反应过程中槲皮素和苯甲酸铜的比例不同生成的产物不同，生成两种配合物的结构式如图2所示。当槲皮素和苯甲酸铜的原料比为2∶1时，合成槲皮素-铜2：1配合物1；当槲皮素和苯甲酸铜的原料比为1∶1时，合成含两分子苯甲酸根参与配位的槲皮素-铜4∶1配合物2。

韩慢慢等[15]讨论反应时间、反应温度、金属离子摩尔比与溶剂量及槲皮素配体对合成金属配合物的影响，并研究槲皮素配体与Mg(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ca(Ⅱ)五种金属的配位能力和反应速率差异。实验证明，在最佳条件下Cu(Ⅱ)最容易发生反应，其次是Fe(Ⅲ)，而Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)与配体反应形成配位键的能力较差。以上几个实验探究了不同反应条件对配位反应的影响和不同金属与槲皮素配位能力的差异。

1.3 稀土元素配合物

稀土离子具有缺电子结构(即空轨道)，空轨道可以与槲皮素富电子结构发生配位反应。稀土元素本身也具有一定的抗菌、抗炎、抗肿瘤和提高酶活性等作用[16-17]。蔡月琴等[18]合成了稳定1∶1二元体系槲皮素-Dy(Ⅲ)配合物。研究表明：4-C=O中的氧原子与Dy(Ⅲ)发生反应。

蒋建宏等[19-20]在PH=9.0的无水乙醇溶液中槲皮素与氯化镧加热回流合成了槲皮素-La(Ⅲ)，应用荧光猝灭光谱，表征槲皮素-La(Ⅲ)与牛血清蛋白的作用机制。实验表明，槲皮素-La(Ⅲ)通过与酪氨酸残基作用使牛血清蛋白构象改变。

2 槲皮素金属配合物的生物活性

槲皮素金属配合物有抑菌、抗肿瘤、抗氧化和清除自由基等作用。研究显示一般槲皮素金属离子配合物的生物活性比槲皮素单体强，原因是：①槲皮素类中药大多以水煎液的形式药用，但槲皮素单体的水溶性并不好，故而溶解度是限制槲皮素应用的主要原因，形成金属离子配合物后分子的溶解度增加，水溶性增加，使生物利用度也增加[21]。②金属离子本身也具有微弱的生物活性[22-23]，金属离子与槲皮素二者生物活性具有协同或拮抗作用，从而使生物活性加强或减弱[24]。Masoomeh Shaghagh[25]等人应用荧光静态猝灭技术研究Tb(III) -槲皮素(Tb - que)复合物与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。研究表明，氢键和范德华力在其作用中其主要作用，该研究表明了Tb - que在体内的转运过程。

2.1 抗肿瘤活性

槲皮素的抗肿瘤活性是近几年研究的热点之一，研究表明槲皮素抗肿瘤机制存在以下四种解释：①DNA键合作用：DNA键合作用有共价和非共价结合两种，非共价结合包含静电、插入和沟区结合，槲皮素金属配合物多以插入和半插入的方式与DNA作用，键合于DNA碱基对之间，从而影响DNA的结构，抑制DNA的复制、转录和表达[26]。②清除自由基：槲皮素金属配合物能够清除自由基，降低DNA受自由基的损害[27]。③亚硝酸钠具有很强的致癌作用，槲皮素金属配合物可以减少亚硝酸钠对机体的损害[28]。④槲皮素金属配合物还可以调节免疫，增强巨噬细胞和T淋巴细胞的活性[29]，在一定程度上也可以促进异常细胞凋亡[30-31]。

王继群等人探究了多核铜槲皮素配合物对DNA的作用方式，实验显示，配合物可以插入到DNA碱基对之间来裂解DNA，且实验研究的三种配合物对DNA的裂解能力都强于配体本身[26，31]。

梁安文[30]等利用细胞记数法，讨论槲皮素-Cr(Ⅲ)和槲皮素单体对白血病K562细胞凋亡的作用。结果显示，二者都有促进K562细胞凋亡的活性。槲皮素-Cr(Ⅲ)的活性强于槲皮素单体，且随时间变长效果差异变大。

2.2 抗氧化活性

槲皮素金属配合物具有抗氧化和清除自由基的生物活性，其作用机理有以下几种解释：①从配体的结构来说，槲皮素具有π键共轭结构，其中3′-OH、4′-OH增强了分子离域，使自由基稳定，是抗氧化性的关键；3-OH在槲皮素配合物抗氧化性上也具有重要的作用。槲皮素配合物相较于槲皮素单体抗氧化性均有不同程度的提高[32-33]。②从生理角度来说，槲皮素金属配合物可诱发机体Fenton反应，使配体与机体金属离子进行配合，即与Fe2+等金属离子配合，这些金属离子作为催化剂参与体内H2O2生成·OH的反应，从而间接抑制了氧自由基产生，使槲皮素金属配合物具有抗氧化的能力[34]。

侯巍、杨铭、赵宏等[35]研究了槲皮素与Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、和Ca(Ⅱ)配合物的抗氧化活性，比较上述四种配合物的抗氧化能力。实验表明，Cr(Ⅱ)抗氧化性能较差，Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Ca(Ⅱ)抗氧化性能较好。邱丽娟等[36]探究que-Zn(Ⅱ)的抗氧化活性，结果显示相比于配体本身配合物的抗氧化活性显著提高。

通过第一过渡金属对槲皮素化学改性产物抗氧化性研究，发现除槲皮素-Zn(Ⅱ)配合物外，当配合物中金属离子质子数为奇数时，抗氧化活性较好，如槲皮素-Cu(Ⅱ)、槲皮素-Co(Ⅱ) 等；当配合物中金属离子质子数为偶数时，抗氧化活性较差，如Fe(III) 配合物、Ni(Ⅱ) 配合物等。由此推断抗氧化强弱可能与金属原子电子结构有关[7]。这也许是一个新的方向，但还需进一步研究。

2.3 其他作用

槲皮素金属配合物的抗氧化和抗肿瘤活性强于槲皮素单体，在探究槲皮素金属配合物时，也发现一些槲皮素作用相对较弱的方面，如抗菌作用。目前对于槲皮素金属配合物的抗菌作用有两种比较普遍的解释:①槲皮素金属配合物与菌的转运核糖体(tRNA)结合，从而抑制菌群的生长。②槲皮素形成金属配合物后，分子脂溶性变强，对细胞膜的穿透能力变强，使得细胞生长和繁殖所必须的物质流失，导致菌类无法正常生存，从而实现抑菌的效果[37]。

张宇等[38]讨论了槲皮素-磺酸铜、锰、锌、钴四种配合物对金黄色葡萄糖球菌抑制作用强弱。研究显示，四种配合物中槲皮素-磺酸锌抑菌作用最强。徐海瑛等[39]测定并比较Que及其金属配合物的抗菌能力。结果表明Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)五种金属与槲皮素的配合物中，Que-Zn(Ⅱ)抗菌活性最强，但只有Que-Zn(Ⅱ)的抗菌活性比配体本身强，其余金属配合物都弱于配体。实验为槲皮素金属配合物抗菌研究和临床应用提供了数据，促进了槲皮素的研究。

3 结论与展望

近几年来槲皮素金属配合物的研究越来越多，包含合成、表征和药理作用等方面。槲皮素金属配合物类药物也很有的前景，合成的槲皮素金属配合物越来越多，包含主族、副族、镧系和锕系元素。但槲皮素金属配合物体系并不全面，也缺少系统的比较。槲皮素金属配合物表征方法有红外光谱(IR)、热重分析(TGA)、紫外-可见分光光谱(UV-vis)、荧光光谱(VF)等。X-衍射法作为最能体现分子结构的表征方法，槲皮素配合物在这方面的研究还需要继续深入。

槲皮素金属配合物药理作用探究不断深入，并逐步应用于临床。其抗肿瘤活性和抗氧化活性十分优良，但研究更偏向于药理方面，很少有毒理方面的实验数据。我们相信，槲皮素金属配合物的研究会不断完善，使得研究更加系统，更好的应用于临床。