劉延成，陳振鋒，梁宏

（廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院 省部共建藥用資源化學(xué)與藥物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

鈣元素在地殼中的含量僅次于氧、硅、鋁、鐵。同時(shí)，鈣也是人體及高級(jí)生物體必需的常量元素之一，其以+2價(jià)鈣離子（Ca2+）的形態(tài)在運(yùn)動(dòng)、生殖、免疫、神經(jīng)活動(dòng)等一系列重要生命活動(dòng)中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用：如作為神經(jīng)遞質(zhì)，通過神經(jīng)元控釋的方式參與肌肉收縮的過程；同時(shí)也是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞增殖、遷移和死亡的第二信使分子[1-2]。此外，Ca2+還在骨骼生成、血液凝結(jié)等生理過程以及惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展等病理過程中扮演著重要角色[3-5]。

另一方面，Ca2+也會(huì)表現(xiàn)出一定的細(xì)胞毒性，這取決于Ca2+所具體參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及與之相作用的內(nèi)源性/外源性化學(xué)物質(zhì)[6]。大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明：Ca2+確實(shí)在細(xì)胞凋亡途徑中扮演關(guān)鍵角色，許多毒性外源性化學(xué)物質(zhì)尤其會(huì)針對(duì)Ca2+參與或介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并改變它們，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。具體的凋亡途徑可分為2種：一種途徑涉及Ca2+介導(dǎo)的配體表達(dá)，進(jìn)而通過鍵合作用激活死亡受體[如CD95（也稱Fas，即APO-1）]，引起細(xì)胞凋亡；另一種途徑則表現(xiàn)為Ca2+直接的毒性作用，主要靶向細(xì)胞線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。其中，線粒體對(duì)Ca2+凋亡信號(hào)的反應(yīng)一般為選擇性釋放細(xì)胞色素C或使胞內(nèi)活性氧（ROS）水平升高，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體內(nèi)膜孔開放引起凋亡；而針對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)引起的Ca2+通道開放和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激更是直接與外源性刺激相關(guān)。相反，在某些條件下，Ca2+信號(hào)則具有細(xì)胞保護(hù)和拮抗凋亡的作用機(jī)制，表現(xiàn)出Ca2+在細(xì)胞生化功能中的復(fù)雜性。由此可見，Ca2+在細(xì)胞生物學(xué)中所扮演的重要角色的確十分復(fù)雜，涉及眾多靶點(diǎn)和通路，但Ca2+生理作用的發(fā)揮離不開與Ca2+發(fā)生潛在配位作用的內(nèi)源性/外源性分子以及由此引起的通路調(diào)控變化，因此深入探討和闡明Ca2+的配位化學(xué)具有重要意義。

在傳統(tǒng)的金屬配合物研究領(lǐng)域中，鈣（Ⅱ）配合物的研究與過渡金屬配合物相比明顯偏少，有關(guān)鈣（Ⅱ）配合物的綜述也很匱乏[7]。其原因可能與如下因素有關(guān)：1）鈣（Ⅱ）因其飽和電子結(jié)構(gòu)和硬酸的特點(diǎn)而傾向于形成離子型配位鍵為主的配合物，故其配位能力弱于一般過渡金屬元素；2）鈣（Ⅱ）配合物的溶液穩(wěn)定性亦弱于其他過渡金屬配合物，因此更難于表征和確定相應(yīng)配合物的溶液化學(xué)性質(zhì)及配位方式等[8]；3）Ca2+在生物體中作為常量元素而普遍存在，生物活性比較顯著，因此一般不具有某些微量/痕量金屬元素因機(jī)體或生物體的敏感性而顯示出的生理/藥理作用。

但是，必須承認(rèn)，鈣作為高等生命所必需的元素，其在體內(nèi)發(fā)揮的一系列關(guān)鍵作用中大多與配位結(jié)合方式相關(guān)，如血漿中的Ca2+近半數(shù)與蛋白結(jié)合；而Ca2+與蛋白結(jié)合一般都通過與幾種典型氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸等）的羧羥基和羰基配位實(shí)現(xiàn)[9]。天然產(chǎn)物中很多典型的生物活性小分子（如生物堿、黃酮等）也能與Ca2+形成穩(wěn)定的配合物，這方面的研究也為進(jìn)一步開拓天然產(chǎn)物活性化合物的鈣（Ⅱ）配合物提供了經(jīng)驗(yàn)和指引。例如，基于紫外可見光譜和熒光光譜法對(duì)天然大環(huán)生物堿——粉防己堿（tetrandrine，1）與一系列主族堿金屬/堿土金屬離子的配位結(jié)合能力的對(duì)比研究結(jié)果表明，只有堿土金屬離子Ca2+和Mg2+能夠與粉防己堿形成穩(wěn)定配合物，堿金屬離子則不能[10]。尤其是粉防己堿與Ca2+配位后引起的構(gòu)象約束能使粉防己堿的熒光發(fā)射強(qiáng)度顯著增強(qiáng)并發(fā)生藍(lán)移，這對(duì)于其在生物體內(nèi)的分子識(shí)別應(yīng)用及相應(yīng)的生物活性研究具有重要意義。基于類似的紫外可見光譜和電位滴定手段也研究了天然蒽醌類化合物——茜素（1，2-二羥基蒽醌，2）與Ca2+在溶液中的條件配位穩(wěn)定常數(shù)，為茜素作為天然低毒型染料和食品抗氧化劑提供了依據(jù)[11]。從上述2種典型天然化合物-鈣（Ⅱ）配合物的研究可以看出，溶液的溶劑類型、pH 值、離子強(qiáng)度等因素對(duì)配合物穩(wěn)定性影響顯著，這為相關(guān)的鈣（Ⅱ）配合物的合成、藥理活性及機(jī)制研究提供了有意義的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。

總之，Ca2+作為潛在金屬藥物的金屬中心，具有良好的體內(nèi)安全性，不存在諸如過渡金屬離子在藥學(xué)上不得不面對(duì)的“重金屬”攝入門檻，因此在金屬藥物的研究與開發(fā)中具有很大的吸引力和優(yōu)勢(shì)。目前，有關(guān)鈣（Ⅱ）配合物及其藥理活性研究進(jìn)展的綜述比較鮮見。本文基于Ca2+顯著而不可或缺的生物活性及其功能，同時(shí)結(jié)合筆者課題組近期開展的2種氟喹諾酮類-鈣（Ⅱ）配合物的研究情況，綜述相關(guān)的鈣（Ⅱ）配合物的合成與結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其藥理活性研究進(jìn)展。

1 鈣（Ⅱ）配合物的抗菌活性

Ca2+的簡單無機(jī)物形式——?dú)溲趸}[Ca(OH)2]本身即因具有抗菌活性而被有效應(yīng)用，如在牙科根管治療方面以及牙膏抗菌成分中的應(yīng)用等[12]。Ca(OH)2在不同孵育時(shí)間后對(duì)多種典型致病菌（藤黃微球菌、具核梭桿菌、金葡菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌及鏈球菌屬等）增殖抑制的實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究也早已開展，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在24、48和72h時(shí)，藤黃微球菌和具核梭桿菌對(duì)Ca(OH)2最為敏感，作用12h 時(shí)即表現(xiàn)出增殖抑制作用，其次為鏈球菌屬（24h）、大腸埃希菌（48h）、金葡菌和銅綠假單胞菌（72h），充分表明Ca2+在合適的化學(xué)結(jié)合形態(tài)下具有顯著的廣譜抗菌活性[13]。同時(shí)，相關(guān)研究表明Ca(OH)2能夠有效抑制常見的牙髓性病原菌（如鏈球菌）、真菌（白色念珠菌）等的增殖，其作用機(jī)制可能與其引起細(xì)菌蛋白質(zhì)變性、DNA/細(xì)胞膜損傷以及能唯一有效滅活革蘭陰性菌細(xì)胞壁上的內(nèi)毒素有關(guān)，后者可以引起牙根管炎癥和骨吸收[14]。由于Ca(OH)2中除Ca2+外無其他外源性物質(zhì)，推測(cè)Ca(OH)2的活性應(yīng)與Ca2+被細(xì)胞攝入后與內(nèi)源性生物分子配位結(jié)合進(jìn)而作用于底物而發(fā)揮抗菌機(jī)制有關(guān)。

近年來，以食物來源的天然多肽為配體的鈣（Ⅱ）配合物的研究也有了一定進(jìn)展。在自然界中，天然多肽-鈣（Ⅱ）配合物的來源十分豐富，包括可食用的動(dòng)物（豬、牛血清）、植物（大豆蛋白、小麥胚芽）或水生生物（魚肉、魚鱗、魚骨、蝦皮及藻類）等。從各種天然多肽-鈣（Ⅱ）配合物的研究結(jié)果來看，鈣（Ⅱ）主要通過多肽中的磷酸根或羧酸根與Ca2+配位，如酪蛋白磷酸肽（CPPs）和卵黃磷蛋白磷酸肽（PPPs）通過絲氨酸磷酸鹽殘基與Ca2+配位，不含磷酸化殘基的多肽則可通過谷氨酸、天冬氨酸殘基的羧酸根與Ca2+配位。正是通過上述配位作用，各種多肽得以通過與細(xì)胞膜鈣離子通道的相互作用或作為胞內(nèi)載體與Ca2+有效螯合，提高了Ca2+的生物利用度[15]。此外，利用木瓜蛋白酶/風(fēng)味酶的復(fù)合酶酶解羅非魚蛋白所制得的多肽，在室溫、中性的適宜條件下即可與Ca2+配位形成新穎的活性多肽-鈣（Ⅱ）螯合物，所得螯合產(chǎn)物對(duì)7種細(xì)菌的生長抑制能力均顯著高于多肽原液40%～120%，其中對(duì)白色念珠菌、枯草桿菌、熒光假單胞菌以及金葡菌的生長抑制活性接近或超過了0.05%山梨酸鉀陽性對(duì)照液。上述研究目前雖然尚未明確其抗菌機(jī)制，但初步推測(cè)也可能為鈣-多肽螯合物作用于細(xì)菌細(xì)胞膜受體蛋白，通過改變膜的通透性破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)而引起細(xì)菌死亡[16]。

在小分子有機(jī)配體方面的鈣（Ⅱ）配合物研究也有一定進(jìn)展。近年來即有關(guān)于2種簡單的小分子鈣（Ⅱ）配合物的合成和抗菌活性研究的報(bào)道，兩者對(duì)比很值得思考。首先合成的是一個(gè)基于2-巰基苯并噻唑和1，10-鄰菲啰啉混配的單核鈣（Ⅱ）配合物（3）；在5種受測(cè)的典型致病菌中，該鈣（Ⅱ）配合物對(duì)其中的鮑曼不動(dòng)桿菌和銅綠假單胞菌增殖抑制活性顯著，其抑菌圈與高效抗菌藥物左氧氟沙星總體相當(dāng)，對(duì)銅綠假單胞菌的抑菌效果甚至優(yōu)于左氧氟沙星[17]。一個(gè)如此簡單的鈣（Ⅱ）配合物即有如此顯著的抗菌活性，Ca2+在其中發(fā)揮的作用值得深入研究。而同時(shí)報(bào)道的吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷（Ⅱ）共結(jié)晶配合物（見圖1），也是一種簡單小分子配體的鈣（Ⅱ）配合物[18]。但其對(duì)受測(cè)的革蘭陽性菌（金葡菌、蠟樣芽孢桿菌）/革蘭陰性菌（大腸埃希菌、產(chǎn)酸克雷伯菌）的增殖抑制活性均不理想，甚至低于吡啶二羧酸配體，顯示出Ca2+配位的負(fù)協(xié)同效應(yīng)。不過其引起抗菌活性降低的分子機(jī)制和Ca2+的角色同樣值得探究，以便為高活性的鈣（Ⅱ）配合物設(shè)計(jì)和合成提供構(gòu)效關(guān)系層面上的借鑒和指導(dǎo)。

圖1 吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷(（Ⅱ）共晶配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖[18]Figure 1 The co-crystal structures of Ca(II)/Co(II)complexes of dipicolinic acid[18]

抗生素纈氨霉素（valinomycin）的鈣（Ⅱ）配合物（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN，式中，V 表示大環(huán)配體valinomycin）的晶體結(jié)構(gòu)及其譜學(xué)數(shù)據(jù)也被首次報(bào)道[19]。纈氨霉素是極暗黃鏈霉菌屬產(chǎn)生的大環(huán)抗生素，具有螯合金屬離子的能力，是K+的高選擇性離子載體。通過單晶X-射線衍射分析所確定的晶體結(jié)構(gòu)來看，環(huán)狀的纈氨霉素借助于三氟甲基磺酸根的橋聯(lián)作用，通過O原子螯合配位方式與2個(gè)Ca2+穩(wěn)定配合物（見圖2）。結(jié)合質(zhì)譜和紫外可見光譜，進(jìn)一步了解到纈氨霉素與鈣（Ⅱ）的配位結(jié)合程度盡管弱于K+，但仍然相當(dāng)強(qiáng)。由于Ca2+與K+在生物體內(nèi)大量共存，因此該研究通過確定纈氨霉素-鈣（Ⅱ）配合物的結(jié)構(gòu)及其溶液穩(wěn)定性將有助于認(rèn)識(shí)和理解纈氨霉素在Ca2+相關(guān)的生物學(xué)過程中的作用。

圖2 纈氨霉素的鈣（Ⅱ）配合物（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN）的晶體結(jié)構(gòu)圖[19]Figure 2 The crystal structure of the Ca(II)complex of valinomycin（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN）[19]

近年來，多位日本學(xué)者先后研究了另一種抗菌藥物普那米星A（4）及其衍生物BMY-28864（5）的抗念珠菌活性和抗真菌活性機(jī)制。研究表明：普那米星A 對(duì)白色念珠菌的體外抗菌活性達(dá)到10 mg · L-1水平，其抗菌作用機(jī)制包括了與特定細(xì)胞表面受體聚糖基團(tuán)之間的多元相互作用，而上述作用實(shí)際上與Ca2+存在直接關(guān)系，主要機(jī)制是普那米星A-Ca2+-聚糖三者之間的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗作用[20]。該結(jié)合作用包括了與細(xì)胞表面的甘露聚糖成分鍵合以及隨后在細(xì)胞質(zhì)膜水平上的相互作用；其分子機(jī)制可歸結(jié)于普那米星A 與Ca2+配位結(jié)合后快速降解白色念珠菌的原生質(zhì)膜并干擾膜功能，進(jìn)而引起K+外泄和細(xì)胞死亡[21]。而普那米星A 水溶性衍生物BMY-28864 與D-甘露糖苷、鈣（Ⅱ）形成的三元復(fù)合物在體外和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均能表現(xiàn)出顯著的抗真菌活性，其中鈣（Ⅱ）的配位作用同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用；在分子機(jī)制上也是通過BMY-28864的鈣（Ⅱ）配合物與真菌質(zhì)膜表面的D-甘露糖苷相互作用造成細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜功能干擾和K+外泄，引起細(xì)菌死亡[22]。

相比而言，不同抗菌藥物的鈣（Ⅱ）配合物活性并不一致，有的甚至呈相反結(jié)果，尤其值得研究者借鑒和避免。例如從抗菌藥物配體頭孢拉定（cephradine，CPH）的一系列金屬配合物[鎂（Ⅱ）、鈣（Ⅱ）、鉻（Ⅲ）、錳（Ⅱ）]的研究結(jié)果來看，這些金屬配合物的抗菌活性相比配體大多呈降低的趨勢(shì)，最低抑菌濃度（MIC）增大；其中頭孢拉定-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(CPH)2]Cl2）對(duì)幾種嗜酸菌表現(xiàn)出中等的抑制活性，但對(duì)傷寒沙門菌、金葡菌、變形桿菌等常見的典型致病菌的抑制能力并不理想[23]。

早在上世紀(jì)80年代就有關(guān)于多種典型四環(huán)素類抗生素藥物的鈣（Ⅱ）配合物及其抗菌活性的研究報(bào)道[24]。早期的研究方法主要利用電位滴定法，對(duì)包括四環(huán)素、土霉素、多西環(huán)素、米諾環(huán)素等在內(nèi)的多種四環(huán)素類藥物在藥物治療水平的生理溶液條件下與Ca2+形成配合物的特點(diǎn)及其物種分布進(jìn)行了分析。之后，Lunestad 等[25]開展了土霉素與Ca2+/Mg2+配位結(jié)合后負(fù)面影響其藥效的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，其研究目的是解釋為何在海水魚類（如鮭魚）養(yǎng)殖過程中施用土霉素時(shí)抗菌療效與淡水養(yǎng)殖相比顯著降低。研究發(fā)現(xiàn)其原因正是土霉素與海水中富含的Ca2+/Mg2+形成了配合物（配位結(jié)合率高達(dá)95%），因此改變了藥物的荷電狀態(tài)而導(dǎo)致其對(duì)魚類胃腸道細(xì)胞透膜能力下降；同時(shí)該類配合物因水溶性大大降低，長期沉積于養(yǎng)殖設(shè)備底部而易于引起周圍菌叢的耐藥性。這對(duì)于海水養(yǎng)殖業(yè)能否合理施用土霉素作為抗菌藥劑具有重要指導(dǎo)意義。

2 鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性

上世紀(jì)90年代開始已有鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性研究的相關(guān)報(bào)道。如Sasaki 等[26]研究發(fā)現(xiàn)一系列羥基化的番荔枝內(nèi)酯衍生物（annonaceous acetogenins，6a～6b''）可以通過其鄰位雙呋喃環(huán)的氧原子對(duì)Ca2+螯合配位；構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果顯示，與Mg2+、Na+、K+相比，Ca2+表現(xiàn)出最高的配位選擇性。由此可推測(cè)，番荔枝內(nèi)酯類化合物的抗腫瘤活性與其作為Ca2+載體而有效結(jié)合Ca2+密切相關(guān)，進(jìn)而運(yùn)載Ca2+鍵合到腫瘤細(xì)胞膜表面受體上，從而影響和破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)而引起腫瘤細(xì)胞死亡；這一解釋與前述的多肽-鈣（Ⅱ）螯合物的抗菌機(jī)制有相似之處。

光輝霉素（mithramycin，MTR，7）是一種典型的糖苷類抗腫瘤藥物，F(xiàn)rézard 等[27]研究了光輝霉素與Ca2+的配位結(jié)合作用，并通過對(duì)比脂質(zhì)體分別裝載氯化鈣、氯化鈉的方式研究了脂質(zhì)體對(duì)光輝霉素的包覆率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：脂質(zhì)體內(nèi)部水相只有裝載氯化鈣時(shí)才能顯著提高M(jìn)TR包封率（61%），其中光輝霉素與鈣（Ⅱ）以4 : 1的配位比形成穩(wěn)定配合物[Ca(MTR)4]2-；而裝載氯化鈉時(shí)的包封率只有7%。更有意思的是，如果脂質(zhì)體外部溶液中含有Ca2+（10 mmol · L-1），包封率也會(huì)大幅降低至5%。這一研究為光輝霉素脂質(zhì)體的抗腫瘤藥劑學(xué)研究提供了重要參考，由此可見Ca2+的配位作用在金屬基抗腫瘤藥物的研究和應(yīng)用方面也有廣闊前景。

有機(jī)席夫堿配體因具有潛在的藥理活性而一直是金屬配位化學(xué)的研究熱點(diǎn)，大量不同結(jié)構(gòu)類型的席夫堿金屬配合物被研究和報(bào)道；但筆者發(fā)現(xiàn)席夫堿-鈣（Ⅱ）配合物及其生物活性和藥理活性的相關(guān)研究還比較匱乏，因此這一領(lǐng)域的探索研究可能會(huì)產(chǎn)生十分有價(jià)值的成果，亟待深入開展。國內(nèi)學(xué)者曾報(bào)道了以2-羧基苯甲醛縮二乙烯三胺為席夫堿配體合成的新型鈣（Ⅱ）配合物[28]，其中3個(gè)配體各自通過2個(gè)氧原子與Ca2+雙齒螯合配位，構(gòu)成一個(gè)變形八面體配合物。該配合物能夠有效抑制SMMC-7721、A549、WiDr、P388等幾種典型人腫瘤細(xì)胞株的增殖，IC50介于49～87 mg · L-1。此外，他們嘗試合成了一個(gè)1，6-萘二磺酸根和4，4'-聯(lián)吡啶與鈣（Ⅱ）混配的配合物，其對(duì)SMMC-7721和A549的IC50分別降至36和27mg · L-1[29]；進(jìn)而合成的一個(gè)1，5-萘二磺酸根橋聯(lián)方式的2，2'-聯(lián)吡啶雙核鈣（Ⅱ）配合物，其對(duì)肝癌細(xì)胞SMMC-7721 的IC50降至16 mg · L-1，對(duì)肺癌細(xì)胞A549的IC50則下降到56mg · L-1[30]。上述結(jié)果雖然還屬于一些初步研究，但可以看到不同類型的鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性是確切的；也顯示出通過不同配體和不同配位方式的調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)鈣（Ⅱ）配合物對(duì)不同腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性選擇性。

小分子羧酸類化合物也是細(xì)胞體系內(nèi)一系列生化反應(yīng)過程的重要參與者?；隰人犷愋》肿优潴w的鈣（Ⅱ）配合物的活性研究也有報(bào)道，如不同組成形式的乙二胺琥珀酸鹽的鈣（Ⅱ）配合物。有研究者計(jì)算了各羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的穩(wěn)定常數(shù)及其在不同溶液pH值下的物種分布，并進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)配合物對(duì)轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤具有很高活性，能夠抑制腫瘤細(xì)胞增殖[31]。近年來有研究報(bào)道顯示，更為簡單的有機(jī)小分子鈣（Ⅱ）配合物——丁酸鈣對(duì)化學(xué)誘導(dǎo)的F334大鼠結(jié)腸炎具有顯著的體內(nèi)抗炎效果[32]。相關(guān)研究結(jié)果顯示，二硝基苯磺酸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠經(jīng)連續(xù)6天結(jié)腸內(nèi)灌注丁酸鈣后，不但有效避免其體質(zhì)量減輕，還使結(jié)腸炎水腫程度降低22.7%、腸黏膜損傷面積減少48%；在繼之開展的氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)結(jié)腸變性隱窩病灶（ACF）實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)4周腸內(nèi)滴注丁酸鈣可使整個(gè)結(jié)腸內(nèi)的病灶數(shù)目顯著減少22.7%；此外，丁酸鈣在體外對(duì)HT29、SW620和HCT116這3種典型結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞也具有顯著的增殖抑制活性且呈劑量依賴性，3H-同位素標(biāo)記攝入實(shí)驗(yàn)表明其作用與減少腫瘤細(xì)胞對(duì)胸苷的攝入有關(guān)[32]。盡管其抗腫瘤活性是否與其抗炎活性直接相關(guān)尚不確定，但由于丁酸鈣在實(shí)驗(yàn)中并不顯示細(xì)胞毒類藥物特征，因此這一鈣（Ⅱ）配合物具有良好的藥用開發(fā)前景。

另一個(gè)有意思的研究對(duì)比來自前述的基于吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷（Ⅱ）共晶配合物；盡管該配合物的體外抗菌活性較差，甚至低于吡啶二羧酸配體，但研究者發(fā)現(xiàn)其卻有顯著的體外抗腫瘤活性；其對(duì)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖抑制活性是所有受測(cè)化合物中最強(qiáng)的（包括吡啶二羧酸的其他幾種過渡金屬配合物以及陽性對(duì)照藥物奧沙利鉑）[18]。初步推測(cè)其抗腫瘤活性可能與金屬配合物影響細(xì)胞內(nèi)ROS的平衡而引起腫瘤細(xì)胞凋亡有關(guān)。而從相關(guān)研究中，不難發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象似乎并不少見。例如，已經(jīng)報(bào)道的以柳氮磺胺吡啶（sulfasalazine，H3Suz，8）為配體的一系列堿土金屬配合物中，其中的柳氮磺胺吡啶-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(HSuz)(H2O)4]）的體外抗菌活性就很不顯著，其僅對(duì)金葡菌和炭疽桿菌有較弱的增殖抑制活性[33]；但該配合物對(duì)2種人肝癌細(xì)胞和人結(jié)腸癌細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的增殖抑制活性，其IC50分別為0.67和0.94mg · L-1，甚至與作為陽性對(duì)照的臨床抗癌藥物阿霉素的活性相當(dāng)。研究者認(rèn)為柳氮磺胺吡啶-鈣（Ⅱ）配合物的較高抗腫瘤活性可解釋為與腫瘤細(xì)胞DNA/RNA 堿基和核苷對(duì)配合物狀態(tài)的鈣（Ⅱ）的主動(dòng)結(jié)合而導(dǎo)致細(xì)胞損傷有關(guān)。對(duì)于同一個(gè)鈣（Ⅱ）配合物在抗菌活性和抗腫瘤活性上的這些巨大反差，相關(guān)研究者尚未進(jìn)行深入研究和討論。實(shí)際上這類研究發(fā)現(xiàn)中的不同藥理活性的顯著差異非常有深入挖掘的價(jià)值，也顯示出鈣（Ⅱ）配合物在藥理活性機(jī)制研究方面的嚴(yán)重不足。

3 鈣（Ⅱ）配合物的其他藥理活性

鈣（Ⅱ）配合物在人體骨骼形成這一生理過程中發(fā)揮著十分重要的作用。從骨骼形成及骨骼的組成成分分析，Ca2+易于與磷酸根配位形成多種配位方式的配合物，如骨骼的主要組成成分——羥磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]。Luttrell[34]利用Ca2+敏感電極法研究了肌醇聚磷酸鹽與Ca2+在生理pH 值下的配位結(jié)合特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)肌醇聚磷酸鹽與Ca2+之間存在中等的配位親和性，并依賴于磷酸基團(tuán)的取代數(shù)量（在不考慮空間位阻的情況下）。這一配位特點(diǎn)為Ca2+對(duì)肌醇-1，4，5-三磷酸與大鼠小腦和其他組織中的肌醇受體結(jié)合的抑制作用提供了一個(gè)可能的解釋；此外，這種配位結(jié)合也可能在限制肌醇磷酸鹽介導(dǎo)的胞內(nèi)Ca2+的增加方面發(fā)揮重要作用。肝素（9）是一種存在于動(dòng)物體內(nèi)的天然糖胺聚糖類抗凝血物質(zhì)，在國內(nèi)外普遍用于治療/預(yù)防血栓及心絞痛。早在上世紀(jì)60年代，肝素與Ca2+配位結(jié)合在檢測(cè)血清低密度脂蛋白方面的藥理應(yīng)用就已有研究。作為糖胺聚糖類生物多糖的一種，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)肝素通過其羧酸基與Ca2+配位，相鄰糖基上的2-胺基磺酸基團(tuán)則通過關(guān)鍵的弱靜電作用以穩(wěn)定肝素-鈣（Ⅱ）的這種特異性結(jié)合；對(duì)比研究表明，如果去掉2-胺基磺酸基團(tuán)，肝素-鈣（Ⅱ）配合物的穩(wěn)定性會(huì)大大減弱；而這種穩(wěn)定性又與肝素的抗凝血活性顯示出高度的一致性，由此可見肝素-鈣（Ⅱ）配位結(jié)合在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[35]。

最近，Ga??zowska 等[36]在Ca2+作為關(guān)鍵角色介導(dǎo)氨基雙膦酸與牛血清白蛋白（BSA）結(jié)合方面也開展了研究。其通過熱力學(xué)方法，首次揭示了氨基雙膦酸鹽（BPs）與BSA 的結(jié)合熱力學(xué)特征，這對(duì)于充分理解該類藥物在治療多種骨相關(guān)疾病時(shí)的生物分布十分重要。而之前的研究顯示雙膦酸根與血清蛋白結(jié)合能力并不高。但他們通過差熱量熱法對(duì)BPs-Ca2+-BSA 三元體系的結(jié)合特征進(jìn)行了科學(xué)分析，研究結(jié)果表明，Ca2+的存在可以使兩者結(jié)合能力提高15倍。這種顯著差異與雙膦酸根和Ca2+的配位結(jié)合直接相關(guān)，其配位物質(zhì)的量比為3 : 1。這一研究發(fā)現(xiàn)否定了雙膦酸因其親脂性而應(yīng)具有更好的針對(duì)BSA 的疏水結(jié)合作用的假設(shè)，表明與Ca2+配位結(jié)合后憑借靜電作用與BSA 的結(jié)合成為主導(dǎo)因素。該研究的發(fā)現(xiàn)對(duì)于更好地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用雙膦酸類藥物用于相關(guān)疾病治療具有理論上的指導(dǎo)意義。Liao等[37]則研究了白內(nèi)障治療藥物比諾克辛（pirenoxine，10）與Ca2+的配位作用及作用方式。由于Ca2+已被證明是導(dǎo)致晶狀體白內(nèi)障形成的主要因素，因此該研究從配位化學(xué)角度為比諾克辛有效治療白內(nèi)障的分子機(jī)制及其進(jìn)一步的生物活性研究提供了理論依據(jù)，也進(jìn)一步擴(kuò)展了基于藥用配體的鈣（Ⅱ）配合物的研究領(lǐng)域和視野。

此外，羧酸類化合物的鈣（Ⅱ）配合物也的確顯示了除抗菌活性、抗腫瘤活性之外的更廣泛的藥理活性。如研究發(fā)現(xiàn)糖類氧化產(chǎn)物——糖酸類物質(zhì)與Ca2+通過羧基螯合作用形成相應(yīng)配合物后，可以直接影響Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收。近年來，有研究者通過電化學(xué)的摩爾電導(dǎo)率法對(duì)D-蔗糖酸-鈣（Ⅱ）的水溶性及其形成方式進(jìn)行了分析研究；研究結(jié)果表明，D-蔗糖酸-鈣（Ⅱ）配合物可作為其他羥基羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的過飽和溶液的穩(wěn)定劑，通過形成吸熱配合物以熱誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移的方式平衡溶液中的不同羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的濃度[38]，這一研究也將有助于理解如何通過提高鈣（Ⅱ）的有效生物利用度而設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更好的新型鈣強(qiáng)化食品。Hacht 等[39]通過電位滴定法結(jié)合紅外光譜和紫外光譜法，也對(duì)另一種用于生物合成核酸嘧啶堿基的關(guān)鍵羧酸分子——乳清酸（即維生素B13，oroticacid，11）的鈣（Ⅱ）配合物在生理?xiàng)l件下（包括溫度和離子強(qiáng)度）的配位平衡和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；研究結(jié)果顯示，乳清酸脫去6-羧基的質(zhì)子以后可通過其羧基O-和嘧啶1-N 原子與鈣（Ⅱ）形成較穩(wěn)定的螯合配位。由于Ca2+和Mg2+在乳清酸鹽代謝轉(zhuǎn)運(yùn)過程中扮演關(guān)鍵角色，這方面的深入研究將為理解乳清酸-鈣（Ⅱ）配合物的生物功能提供更為清晰的化學(xué)基礎(chǔ)。

4 基于氟喹諾酮類藥物的鈣（Ⅱ）配合物

眾所周知，喹諾酮類藥物因其顯著而確切的抗菌活性而被廣泛應(yīng)用。喹諾酮類藥物結(jié)構(gòu)中的3-羧基和4-酮羰基具備良好的O，O'-雙齒螯合能力，能夠與包括鈣（Ⅱ）在內(nèi)的大部分金屬離子螯合配位，相關(guān)研究已有較多報(bào)道[40]；Turel[41]也曾較為全面地綜述了喹諾酮類藥物的金屬配合物化學(xué)研究進(jìn)展。盡管喹諾酮類藥物的金屬配合物研究已有廣泛報(bào)道，但其鈣（Ⅱ）配合物研究明顯缺乏。已有報(bào)道包括：Warner Lambert 公司曾于1994年申請(qǐng)了關(guān)于一種無組織刺激、腸外注射型的抗菌用乳酸鈣與系列喹諾酮、萘啶配合物的美國專利，顯示出喹諾酮類金屬配合物的良好應(yīng)用前景和潛在藥用價(jià)值[42]。此外，筆者曾通過水熱法合成了一種新的諾氟沙星（nfH）的雙核鈣（Ⅱ）配合物（[Ca2(μ-Cl)(nfH)6]Cl3，12）[43]。其中雙核鈣（Ⅱ）均采取7配位方式，通過一個(gè)氯離子橋聯(lián)，并分別與3個(gè)諾氟沙星分子螯合配位。盡管筆者未對(duì)配合物的生物活性開展進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，但對(duì)該類型配合物在藥用領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，預(yù)期其在細(xì)胞透膜、DNA/DNA 旋轉(zhuǎn)酶結(jié)合等生物功能方面具有不同于諾氟沙星的作用性質(zhì)。

近期，筆者課題組開展了2種氟喹諾酮類藥物，即馬波沙星（marbofloxacin，MBF）和恩諾沙星（enrofloxacin，ERFX）的鈣（Ⅱ）配合物的合成及抗菌藥用研究。其中，先期開展研究的馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(MBF)2(MBF-H)(H2O)]）與之前報(bào)道的諾氟沙星-雙核鈣（Ⅱ）配合物的配位方式類同，均為物質(zhì)的量比為3 : 1的7配位方式（見圖3A）[44]。電噴霧質(zhì)譜分析結(jié)果顯示，即使在弱電場(chǎng)下，馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物在水溶液中仍可部分保持配位方式，伴隨有馬波沙星配體存在。該配合物的抗菌活性與馬波沙星相當(dāng)，而在體外抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶活性的能力高于馬波沙星。值得注意的是，馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物的小鼠急性毒性（LD50=3186 mg · kg-1）遠(yuǎn)低于馬波沙星（LD50=1294mg ·kg-1）；且對(duì)死亡小鼠主要臟器的組織病理學(xué)檢查結(jié)果總體正常，未顯示明顯病變，具有較好的安全性，有望發(fā)展成為一種新型的金屬獸藥[45]。

但另一方面，由于獸藥應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于獸藥成本的控制十分嚴(yán)格，而馬波沙星原料藥價(jià)格一直居高不下，對(duì)于國內(nèi)禽畜養(yǎng)殖用藥來說過于昂貴，無法實(shí)現(xiàn)良好的新獸藥銷售預(yù)期。盡管調(diào)研表明馬波沙星在國外成功研發(fā)并推入市場(chǎng)之后主要用作寵物藥（即藥物成本和價(jià)格因素可以顯著忽略），但開發(fā)一種面向更大市場(chǎng)的安全低毒、低成本金屬獸藥仍然具有重要意義。因此，筆者課題組又合成得到了一種新的ERFX 的鈣（Ⅱ）配合物——[Ca(ERFX)2(H2O)4]·H2O，其采取物質(zhì)的量比為2 : 1的8配位方式，除2個(gè)恩諾沙星配體雙齒螯合配位之外，另有4 個(gè)水分子與鈣（Ⅱ）配位（見圖3B）[46]。體外抗菌試驗(yàn)顯示，在5種受測(cè)菌株中，2種革蘭陰性菌（大腸埃希菌和傷寒沙門菌）對(duì)配合物最為敏感，其MIC均為0.03 mg · L-1，最低殺菌濃度（MBC）則均達(dá)到0.06mg · L-1，與恩諾沙星的體外抑菌活性總體持平且略優(yōu)。進(jìn)一步的小鼠體內(nèi)急性毒性試驗(yàn)則表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的LD50為7736 mg · kg-1，急性毒性遠(yuǎn)低于臨床上使用的恩諾沙星鈉鹽（LD50=1241mg · kg-1），充分表明恩諾沙星與鈣（Ⅱ）的配位可以從分子水平上有效降低其毒性，提高使用安全性。SD大鼠的藥動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)則表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物可以較恩諾沙星進(jìn)一步降低血漿結(jié)合率，提高大鼠體內(nèi)分布和生物利用度[藥-時(shí)曲線下面積（AUC）為5875.83μg · h · L-1]，且其消除半衰期更長（4.41h）。筆者課題組進(jìn)一步開展了針對(duì)2種人為感染大腸埃希菌的常用養(yǎng)殖肉雞（AA 白羽肉雞和817 肉雜雞）的準(zhǔn)臨床治療試驗(yàn)，結(jié)果表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的治療效果的確優(yōu)于恩諾沙星，其在中、低劑量下即可對(duì)AA 白羽肉雞和817肉雜雞分別達(dá)到較高的治愈率（78%、88%），顯著高于常規(guī)劑量恩諾沙星的治愈率（64%、60%）。上述研究結(jié)果為合成和開發(fā)高效低毒的金屬獸藥新產(chǎn)品提供了較為科學(xué)詳實(shí)且積極的反饋數(shù)據(jù)，具有重要的實(shí)踐意義。

圖3 馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物和恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖Figure3 The crystal structures of the Ca(II)complexes of marbofloxacin and enrofloxacin

5 結(jié)語與展望

從鈣（Ⅱ）配合物的已有研究進(jìn)展可以看出，其能夠區(qū)別于自由Ca2+的生物活性嚴(yán)格依賴于與之配位結(jié)合的配體類型和功能。不同配體與Ca2+結(jié)合，并非都能表現(xiàn)出生物活性上的正協(xié)同效應(yīng)。在相關(guān)研究探索中，既要明確理解有機(jī)配體的生物功能及其藥效團(tuán)，又要通過廣泛而深入的生物化學(xué)或藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)予以證明。但有一點(diǎn)可以明確的是，Ca2+作為配合物的生物活性中心，其低毒性和生物安全性是其最大優(yōu)勢(shì)之一，具有“安全的輕金屬”和“生命必需常量元素”這樣的顯著特征。因此，在鈣（Ⅱ）配合物的后期藥物臨床研究中，可以輕松邁過常見的過渡金屬配合物類潛在藥物不得不面對(duì)的重金屬毒性和體內(nèi)殘留等障礙和門檻。

通過對(duì)上述研究成果所進(jìn)行的歸納和總結(jié)，也可以明顯發(fā)現(xiàn)，由于電子層結(jié)構(gòu)上的顯著差別而導(dǎo)致的配位能力的差異，有關(guān)Ca2+的配位化學(xué)研究與過渡金屬離子或稀土離子相比的確偏少，但并不罕見；相比較而言，鈣（Ⅱ）配合物的藥理活性及生物活性研究方面仍然嚴(yán)重不足，缺乏系統(tǒng)性。這也使得筆者對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展的綜述稍顯零散，難以從中總結(jié)更為清晰的規(guī)律，更好地指引研究方向?？梢哉f，鈣（Ⅱ）配合物的藥理活性研究方興未艾，已有的研究結(jié)果也并非一致。但也應(yīng)意識(shí)到Ca2+的弱配位能力也符合“弱相互作用”在生物學(xué)中的微妙之處，未嘗不是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。此外，其顯著的生物活性也使其具備作為新型輕金屬基藥物進(jìn)行開發(fā)的潛質(zhì)，一定會(huì)吸引越來越多的研究者進(jìn)入這一領(lǐng)域。本文對(duì)于上述研究進(jìn)展的綜述，可以拋磚引玉，為更全面、更深入地認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)鈣（Ⅱ）配合物的生物化學(xué)性質(zhì)和藥理作用機(jī)制提供有意義的思路和借鑒?？梢灶A(yù)見，藥用鈣（Ⅱ）配合物的研究與開發(fā)將是一個(gè)具有前景的新領(lǐng)域。