吲哚羧酸类Dy（Ⅲ）配合物与DNA 作用机制研究

罗思雨，朱小双，何秋蓉，王思茗，李 冰

（宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021）

脱氧核糖核酸（DNA）作为遗传信息的载体，在癌细胞的生长、发育和繁殖中起着主导作用，是许多抗癌药物在体内的主要靶点[1]。金属基药物因其优异的生理活性和潜在应用价值，在生物医学领域引起了广泛关注[2]。药物的作用机制与药物结合过程相关，通常涉及到药物小分子与大生物分子的相互作用。因此，研究金属配合物与DNA 之间的相互作用，对于了解配合物作为抗癌药物的潜力和药物的作用机制具有重要价值。

吲哚衍生物在自然界中广泛存在，他们以苯并五元氮杂环为骨架，在生物体内表现出良好的生物活性[3]。其中，7-氮杂吲哚类衍生物因其具有许多重要的如抗癌、抗菌等药理活性而备受关注[4]。7-氮杂吲哚类衍生物除了表现出显著的生物学特性外，还具有O-和N-供体基团，使其能与金属离子通过多种方式配位。在7-氮杂吲哚中，sp2杂化的N 原子置换了吲哚母环7-位上的C 原子，使7-氮杂吲哚具有不同于吲哚的物理化学性质，如1-N 的酸性以及3-C 的亲核性有所增强，7-位N 原子成为氢键受体[5]。此外在吲哚环中引入羧酸基团可提供丰富的配位位点，有利于构筑结构新颖的配合物[6]。

稀土金属配合物通常比相应的配体和金属盐具有更好的生物活性和药理性质，因此，备受关注。另外，7-氮杂吲哚-3-羧酸具有丰富的配位位点，是研究与小牛胸腺DNA（CT-DNA）作用的优良配体。基于此，本文制备了一种新型的基于7-氮杂吲哚-3-羧酸的Dy（Ⅲ）配合物，在充分结构表征的基础上研究了其与CT-DNA的作用机理，已期为新型药物的设计和合成提供理论指导。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

傅里叶变换红外光谱仪（WQF-530 型，北分瑞利）；元素分析仪（Vario EL Cube 型，德国元素）；同步热分析仪（Labsys Evolution STA 型，法国赛特拉姆）；荧光光谱仪（F-7000 型，日本日立）。

7-氮杂吲哚-3-羧酸（7AI3CAH2）、Dy（NO3）3·6H2O和乙醇均为分析纯。

1.2 配合物的制备

在10 mL 乙醇和5 mL 二次去离子水的混合溶剂中，依次加入配体7AI3CAH2（8.10 mg，0.05 mmol）、Dy（NO3）3·6H2O（45.66 mg，0.10 mmol），磁力搅拌混合均匀后，用1 mol/L 氢氧化钠溶液调节pH 至7.0，再将其倒入15 mL 带四氟乙烯的反应釜内，在65.0 ℃下保持3 d，再以5 ℃/h 的速率降温至室温。过滤，用二次去离子水洗涤3 次，室温干燥，收集淡黄色粉末。产率：42%（基于7AI3CAH2）。

1.3 荧光光谱实验

在0.1 mol/L Tris-HCl 缓冲溶液（pH=7.4）中，配合物与DNA-EB 发生相互作用。保持DNA-EB 浓度（1×10-5mol/L）恒定下，依次加入浓度梯度为（0～5）×10-6mol/L的配合物溶液。以520 nm 为激发波长，记录混合体系在25.0 ℃下的荧光光谱。

1.4 黏度法

将配合物与CT-DNA 的缓冲液按一定比例混合均匀，静置在30.0 ℃的恒温水浴中30 min，加入乌式黏度计，记录该缓冲液混合物的流经时间。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱

在傅里叶变换红外光谱仪上测定了配体和配合物在400～4 000 cm-1的红外光谱（图1）。相比于配体，配合物在3 400 cm-1处出现新的吸收峰，对应配合物中水分子。此外配体在1 683 cm-1和1 531 cm-1处的吸收峰分别属于配体的羧基中羰基的伸缩振动（C=O）和六元环上的（C=N）。在配合物的红外光谱中，1 683 cm-1处羧基的（C=O）吸收峰消失，1 604 cm-1和1 385 cm-1之间的吸收峰归属于羧基的对称和不对称振动吸收峰，说明配体中的羧基氧原子参与了配位。

图1 配体与配合物的红外光谱

2.2 热重分析

配合物的热重分析是研究其稳定性的重要参数。由图2 可知，随着温度的升高，该配合物有两次质量损失。第一次质量损失发生在79.5～139.5 °C，损失率为6.19%，对应失去两个水分子。第二次质量损失在275.4～557.1 ℃，对应于主体框架的损失（损失率为60.86%）。

图2 配合物的热重曲线

2.3 元素分析

为了进一步分析配合物的组成，利用元素分析仪对配合物的C、H、N 元素含量进行测定。结果如下：C，32.94%；H，2.40%；N，12.02%。综合红外光谱、热重分析和元素分析，最终推测配合物结构见图3，分子式为［Dy（7AI3CAH）2（NO3）（H2O）2］，形成了7 配位的构型。

图3 配合物的结构

2.4 配合物与DNA 的作用机理分析

黏度法是研究DNA 与金属配合物结合模式的有效手段。若配合物以插入方式与DNA 作用时，DNA 的相邻碱基对增加了容纳配合物的距离，拉长了DNA 的双螺旋结构，从而增加了DNA 溶液的黏度；当配合物与DNA 通过静电结合或沟槽结合相互作用时，DNA溶液的黏度变化不大；若配合物以部分插入的形式与DNA 作用，DNA 的双螺旋结构将发生扭结，其溶液的黏度将降低[7]（图4）。随着配合物浓度的增加，混合溶液黏度逐渐增加，因此，配合物与DNA 发生了嵌插结合。

图4 配合物与DNA 黏度图（CDNA=2×10-5mol/L；10-5Ccompounds/（mol/L）1～6：0，1，2，3，4，5）

为了进一步确定配合物与CT-DNA 之间的结合机制，进行了溴化乙锭（EB）的置换研究。众所周知，EB是经典的嵌插探针，常被用于探究配合物与DNA 的结合模式。随着配合物浓度的增加，DNA-EB 符合体系在630 nm 左右处的荧光强度不断降低（图5），反映出配合物与EB 发生竞争作用，置换出嵌插在CT-DNA 碱基对中的EB。进一步通过Stern-Volmer 方程（1）研究配合物与CT-DNA 的结合作用强度（F0是加被测化合物前BSA 的荧光强度；F 则是加入被测化合物后DNA的荧光强度；Ksv是结合常数；Q 是加入的被测化合物浓度），计算其结合常数为5.81×103L/mol，表明配合物与CT-DNA 具有良好的结合作用。

图5 配合物对DNA-EB 体系的荧光光谱（CDNA=CEB=1×10-5mol/L；10-5Ccompounds（/mol/L）1～6：0，1，2，3，4，5）

3 结论

以7-氮杂吲哚-3-羧酸为配体制备了一种新型Dy（Ⅲ）配合物［Dy（7AI3CAH）2（NO3）（H2O）2］。利用红外光谱、热重分析、元素分析确定其组成和结构。黏度法和荧光光谱研究表明该配合物与CT-DNA 间的结合模式为嵌插结合，配合物与CT-DNA 具有良好的结合作用，研究结果为该类配合物的生物活性研究提供了理论依据。