AmBeed文献解读|JMC

光控抗癌活性和光开关顺铂类似物的细胞摄取

      2024年10月24日，雅盖隆大学Krzysztof Szczubiałka课题组在JMC（IF=6.8)上发表文章《Light-Controlled Anticancer Activity and Cellular Uptake of a Photoswitchable Cisplatin Analogue》，主要设计了一种光控的顺铂（cisplatin）类似物，它具有光开关特性，能够实现抗癌活性和细胞摄取的调控，展示了通过光控释放顺铂类似物来增强抗癌效果的潜力，并为癌症的化疗、光动力治疗和免疫治疗提供了一种新的治疗策略。

      顺铂（顺式二胺二氯铂（II），CDDP）是一种由Pt(II)阳离子配位两个氯离子和两个氨分子组成的平面复合物，其抗癌活性机制已得到广泛认可，但其治疗效果会受到不良反应的影响，光药理学方法提供了改善治疗效果和限制顺铂副作用的可能性。作者设计合成了一种基于芳基偶氮吡唑(AAP)配体的光开关（1，图 1a）。以分子1为配体，用两分子1取代PtCl₄^2–中的两个 Cl^–配体，得到 Pt(II) 复合物 (图 1b)。选择性的获得顺铂的结构 (图 1c)，其中顺铂的两个氨分子都被1取代。

 

图1. 设计的光开关结构：(a) 反式-1，其中的重要结构元素决定了其良好的光药理特性，(b) 反式-2，以及 (c) 顺铂。

复合物结构通过¹H NMR、ATR-FT-IR和LC-MS技术确认表征。并测试复合物的稳定性，将 100% DMSO 中的 1.0×10 ^–4 M反式-2溶液储存在黑暗的 Eppendorf 探针中，在室温下保存 0、3、4 和 24 小时制备的反式-2溶液样品，并记录其 HPLC 色谱图（图 2），图2表明反式-2在 100% DMSO 溶液中不稳定。验证了在纯DMSO中，反式-2中的反式-1配体被 DMSO 分子取代。

  

图 2  反式-2在 100% DMSO 中的 HPLC 色谱图

作者还发现复合物在含有1% DMSO 的 PBS 溶液中完全稳定（图3），这使得细胞毒性测试得以进行。

  

图3  反式-2在含有1% DMSO 的PBS中的液相色谱图。在室温下，测试样品在制备0、3、4 和 24 小时后的稳定性。

作者证实了该复合物在365nm和530 nm光照射下分别发生了反式-顺式和顺式-反式光异构化（图4），顺式光异构体在生理条件下的热半衰期为9天。

 

图4 分别用 365 和 530 nm 光照射，（a）反式-2和（b）顺式-2在含有1% DMSO的PBS（6.5 μg/mL，8.6 μM）溶液中的紫外可见光谱。（c）2在365和530 nm下循环照射最多5个周期（0.0125 mg/mL, 16.5 μM, 1% v/v DMSO，在350 nm处相对吸光度。（d）在含有 1% DMSO 的 pH 7.4 的PBS 溶液中，顺式-2 →反式-2热异构化的一级动力学分析。

作者利用密度泛函理论 (DFT) 方法进行了理论计算，深入了解配体和复合物的几何形状、电子结构、光化学性质和稳定性（图5）。

 

图5 （a） 反式-1和顺式-1光异构体的优化几何形状，（b）反式-1和顺式-1光异构体的分子静电势（MEP）（Δρ=0.05），（c）反式-2和顺式-2的优化几何形状，（d）反式-2和顺式-2的MEP。

复合物中铂-氯（Pt-Cl）和铂-氮（Pt-N）键的定量分析采用双ETS系统完成。ETS-1提供了1配体与分子其余部分之间键的特征，而ETS-2对应于与两个1配体结合的铂阳离子和氯阴离子之间的相互作用（图6中的右侧面板）。

  

图6  分配方案的微分密度函数Δρ（Δρ=0.003），描述（a）1配体与PtCl₂基团和（b）氯离子和配位后的Pt与1配体之间相互作用。

光异构化伴随着分子几何结构的变化而呈现显著变化，因此，与几种细胞系（正常细胞系（B16-F10、4T1、NMuMG）和癌症细胞系（A2780））相比，复合物的毒性也发生了显著变化（图7，图8）。作者发现反式光异构体相较于顺式光异构体和顺铂，以及与顺铂相比，都显示出更高的毒性。此外，反式光异构体对4T1癌细胞的毒性超过了对小鼠正常乳腺细胞的毒性。4T1癌细胞对反式光异构体的吸收能力也强于顺式光异构体，且两种光异构体的吸收能力均显著高于顺铂。当4T1癌细胞内化的顺式光异构体受到365 nm光照射时，其毒性有所下降；而反式光异构体在530 nm光照射下，其毒性则有所增强。该复合物通过引发坏死途径导致细胞死亡。

图7  用MTT试验测定顺式-2、反式-2和顺铂在B16-F10小鼠黑色素瘤细胞系中培养24小时（A）和48小时（B）后的细胞毒性。

  

图8. 顺式-2、反式-2和顺铂对4T1小鼠乳腺癌细胞（A、B）以及正常NMuMG细胞系（C、D）的细胞毒性影响，分别培养24小时（A、C）和48小时（B、D）后，通过MTT实验进行评估。

 

实验所用的cisplatin（CAS: 15663-27-1)和3[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium Bromide（CAS: 298-93-1)来自AmBeed

 

Doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c01575