|
新型有机锗萘酚酯倍半氧化物的合成及其对体外培养癌细胞的抑制作用
|
|
【免费西医学论文】作者：周金辉 上官国强 王国华【摘要】 合成了两种新型有机锗化合物，即萘酚酯乙基锗倍半氧化物和萘酚酯α甲基乙基著倍半氧化物，用IR光谱、元素分析、1H NMR研究了它们的组成和结构特征；用MTT方法研究新化合物对体外培养PC3M细胞的抑制作用。结果显示，新化合物能够显著抑制PC3M细胞的增值，对细胞形态也产生了严重影响。进一步研究发现，化合物对细胞增值的抑制作用发生在S期，即细胞内DNA合成期，说明药物与细胞内DNA发生了相互作用。研究结果将为进一步系统研究有机锗的合成以及对抗癌作用机理的深入探讨提供重要的参考资料。
【关键词】 有机锗倍半氧化物 2－萘酚 合成 抗癌活性
The Synthesis and Cytotoxic Activity of Novel
Organogermanium Sesquioxides with Naphthalene MoietyZhou Jinhui, et al (Department of Pharmacy, Jining Medical College, Rizhao 276826)Abstract Two novel organogermanium sesquioxides with naphthalene moiety were synthesized. Cytotoxicity measurements were performed with PC3M cell lines. The new compounds could inhibit cell proliferation obviously. Their anticancer activity could be improved by the introduction of planar aromatic chromophore moiety to the parent compound, Ge132.
Key words organogermanium sesquioxides; 2naphthol; synthesis; anticancer activity
上世纪70年代以来，日本、美国、前苏联、中国等国先后合成了近千种有机锗合物，并进行了多方面的抗癌活性研究，共发表论文和专利800余篇（项），研究较多的是Ge132及其衍生物［1～5］。前人工作主要限于有机锗化合物纯化学合成或个别化合物的活性筛选，未注重有机基团的相关性，忽略了分子整体对抗癌作用的影响，因而至今没有得到抗癌活性强且选择识别性高的有研究价值和应用前景的活性化合物。
针对上述问题，我们在保留Ge132基本结构的基础上，引入本身具有药物活性和光谱学性质，并且能够与DNA有相互作用的有机基团2萘酯［6，7］，合成了两种新型有机锗萘酚酯化合物。该类化合物含两个功能基团，可能产生协同效应，不仅使新化合物具有较强的抗癌活性，而且有利于通过光谱学等方法研究化合物与体内生物大分子的相互作用，进而研究其抗癌作用机理。用MTT法研究了两种新化合物对PC3M（人前列腺癌细胞）增值的抑制作用；对作用后的PC3M细胞进行了形态学观察；应用流式细胞光度术检测了化合物对PC3M细胞周期的影响，取得了重要的研究成果。
1 实验部分
1.1 材料及方法
所有合成用试剂均为分析纯。IR光谱由BIORAD FTS 135红外谱仪测定，KRr压片；1H NMR由Bruker Avance 600 MHz完成；元素分析（C、H、N）在Vario EL 上完成。
1.2 萘酚酯乙基锗倍半氧化物（NF1）的合成
首先按文献方法［8，9］合成三氯锗基丙酰氯和α甲基三氯锗基丙酰氯室温下，向含0.04mol 2萘酚的30ml二氯甲烷溶液中滴加20ml含0.02mol三氯锗基丙酰氯的二氯甲烷溶液和2.0ml三乙基胺，搅拌反应3h。旋转蒸发掉溶剂，剩余物加10ml四氢呋喃溶解，快速搅拌下转入到30ml的蒸馏水中，搅拌4h，滤集沉淀，依次用冷水、乙醇和冷丙酮冲洗，真空干燥，得粉末状产品（NF1）。
结构表征，IR（KBr,cm-1): 3058(m,=C-H),1754(s,C=0),1596和1512（m,C=C),1204(s,C-O-C),896和808（s,Ge-O）,550(m,Ge-C)。 1HNMR(DMSO-d6): δ 1.64(t,2H,-GeCH2-),3.01(t,2H,-CH2CO-),7.22-7.92(m,7H,HAr)。元素分析：按C26H22O7Ge2计算C，52.64；H，3.73。实测值：C，52.71；H，3.68。
1.3 萘酚酯α甲基乙基锗倍半氧化物（NF2）的合成
用α甲基三氯锗基丙酰氯替代三氯锗基丙酰氯，重复1.2项下的合成操作，得萘酚酯α甲基乙基锗倍半氧化物（NF2）。
结构表征，IR（KBr,cm-1): 3054(m,=C-H),1756(s,C=0),1596和1511（m,C=C),1223(s,C-O-C),882和806（s,Ge-O,557(m,Ge-C)。 1HNMR(DMSO-d6): δ 1.34(b,3H,-CH3),1.6-1.8(db,2H,-GeCH2-),3.21(b,1H,-CH-CO-),7,27-7.98(m,7H,HAr)。 元素分析：按C28H28O7Ge2计算C，52.32；H，4.31。实测值：C，54.43；H，4.24。
两种新化合物的合成路线见图1。
1.4 PC3M细胞培养
将PC3M细胞接种于瓶中，用含10%牛血清的IMDM培养基（Gibco)在37℃、5%CO2的培养箱中培养。取生长良好的PC3M细胞，稀释成2×106个细胞/ml，接种于96孔培养板，每孔100μl，置于37℃、5%CO2的培养箱中培养，24h后，每孔加入不同浓度的有机锗化合物100μl（用IMDM稀释），使最终浓度分别为10、30、60μM。继续培养48h，弃去上清液收集细胞，每孔加MTT（5.0mg/ml)溶液20μl，置孵箱中培养4h，弃掉上清液，每孔加酸化异丙醇200μl终止反应。置酶标仪（Labsystem)中测定492nm波长的吸光度。每个样品重复3次，取平均值。观察化合物对癌细胞生长的抑制作用。
实验结果按抑制率分析抗癌活性大小。
抑制率%=（对照组A均值-实验组A均值）/对照组A均值×100%
2 结果与讨论
2.1 新化合物的结构
两种新有机锗化合物的IR光谱相似。800～900cm-1均出现强Ge-O振动吸收峰，为-Ge-O-Ge-O-聚合网络结构的基本特征。根据Tsutsui等人的观点［10］，两种新合成的有机锗化合物应具有同Ge-132相似的空间结构，基本骨架由Ge-O环构成（图2）。由于Ge-O环大小及内部结构的对称性不同，而使Ge-O振动吸收强度和位置有所差别［8］。此外，IR中1750cm-1附近呈现酯键-CO-O-的振动吸收峰，550cm-1附近出现Ge-O振动吸收峰。
有机锗酯类化合物已有很多报道［9］，已有的实验事实证明，该类化合物往往具有较强的体外抗癌活性。而具有多元共轭大环的有机锗酯类化合物有可能与生物大分子（如DNA）产生较强的相互作用，更有利于抗癌作用的发挥。
水溶液中，化合物逐渐水解为单体NF1’和NF2’（图1）。新化合物在水溶液中是以单体的形式发挥作用的。
2.2 新化合物对PC3M细胞增值的抑制作用
表1列出了两种新化合物对PC3M的抑制率（%）。总体来讲，随着药物浓度的加大和作用时间的延长，对细胞的抑制作用越来越强。对NF1，当时间达48h后，抑制作用不再增强；而对NF2，72h时抑制作用仍在增强。还可以看出，两种药物在30和60μM浓度时，对细胞的抑制作用几乎相同。任何情况下，NF1对PC3M的抑制作用均强于NF2，说明甲基的存在不利于抗癌作用的发挥。表1 化合物对PC3M的抑制率（略）
2.3 新化合物对PC3M细胞形态的影响
我们还对化合物作用后的PC3M细胞进行了形态学观察。与对照组相比，实验组细胞形态不规则，细胞皱缩，颗粒增多，细胞碎片增加，这充分说明药物不仅强烈抑制了细胞的增值，而且对细胞形态也产生了严重影响，显示了明显的细胞毒作用。
2.4 对PC3M细胞周期的影响
为进一步研究药物对增值过程中PC3M细胞的具体影响，我们应用流式细胞光度术检测了NF1对PC3M细胞周期的影响。药物作用细胞24h时，细胞中G2期和M期细胞明显减少，S期细胞和凋亡细胞显著增多，充分显示了药物对细胞增值的抑制作用，并且这种抑制作用发生在S期，即细胞内DNA合成期，说明药物与细胞内DNA发生了相互作用，正是由于这种相互作用干扰了DNA的正常复制以及对RNA的转录，使其难以进入G2期而不能正常分裂，最终结果导致凋亡细胞的增多。实验结果预示着新化合物可能与DNA存在相互作用。
上述研究结果为进一步系统研究有机锗化合物的合成以及对抗癌作用机理的深入探讨将提供重要的参考价值。
【参考文献】
1 John S. Thayer. Germapharmaca: some recent studies on biologically active organogermanium compounds, Applied Organometallic Chemistry, 1987,1:227.
2 刘国湘，胡文祥.有机锗抗癌药物研究进展.中国药物化学杂志，1993，3：216.
3 姜凤超，陈春泉.β锗代α氨基酸衍生物研究，II：β锗代溶肉瘤素倍半氧化物的合成及活性测定.中国药物化学杂志，1994，4：1.
4 上官国涛，王宁，朱军.α甲基β杂环酰胺基乙基锗倍半硫化物的合成和抗癌活性研究.数理医药学杂志，2004，17（4）：357.
5 Shangguan G, Xing F， Qu X. DNA binding specificity and cytotoxicity of novel antitumor agent Ge 132 derivatives, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2005,15(12):2962.
6 Brana M， Ramos A. Naphthalimides as Antotumor Agent: Synthesis and Bilogical Activity. Curr. Med. Chem: Anticancer Agents， 2001,1:237.
7 Brana M F， Cacho M， Gracia M A. Synthesis, Antitumor Activity, Molucular Modeling, and DNA Bing Properties of a NEW series of Imidazonaphthalimides, J. Med. Chem. 2002, 45:5813.
8 张树功，上官国强，倪嘉缵.β羧乙基锗倍半氧化物的性质及在水溶液中与某些生物底物的作用.化学学报，1990，48（9）：879.
9 上官国强，张树功，倪嘉缵.三氧化二β锗丙酸对硝基苯酯的合成和结构性质.药学学报，1996，31（9）：712.
10 Tsutsui M， Kakimoto N， Axtell D，et al. Crystal structure of carboxyethylgermanium sesquioxide”, J. Am. Chem. Soc, 1976,98:8287.
|
|
|
广告服务