金素星，郭子建，王曉勇

（1.南京大學化學化工學院 配位化學國家重點實驗室，江蘇 南京210023；2.南京大學生命科學學院 醫(yī)藥生物技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 南京210023）

癌癥是造成人類非正常死亡的重要原因之一，也是影響人類預期壽命的主要因素[1]。在癌癥治療中，可以通過單獨使用化學治療劑或化療制劑與其他藥物聯(lián)用來阻斷癌細胞增殖。近年來，隨著分子腫瘤學的不斷發(fā)展以及人們對腫瘤細胞周期、凋亡等生物過程的深入研究，針對靶點的藥物設(shè)計成為研發(fā)抗癌藥物的主要手段。能量代謝是腫瘤細胞抵抗凋亡、發(fā)生組織侵襲和轉(zhuǎn)移等的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此是抗癌藥物潛在的作用靶標。通過調(diào)控腫瘤能量代謝可以改變腫瘤生長的微環(huán)境，切斷能量供應(yīng)途徑，抑制腫瘤細胞增殖并促進其凋亡。

金屬抗腫瘤藥物是化療藥物的重要成員，其主要優(yōu)點是化學結(jié)構(gòu)和生物性能的多樣性，這是有機藥物難以企及的[2-4]。金屬配合物的中心金屬離子可以具有多種配位數(shù)和幾何構(gòu)型，包括平面四方形、四方錐、四面體、三角雙錐、八面體等，甚至還有體積更大的幾何構(gòu)型，這些構(gòu)型賦予其廣泛的生物活性；而金屬離子獨特的性質(zhì)又賦予配合物特有的理化性質(zhì)[5]；此外，配合物中的配體還能以協(xié)同作用方式發(fā)揮重要的藥理作用?？紤]到配體對配合物熱力學和動力學的影響，對配體進行修飾可以微調(diào)金屬藥物的生物性質(zhì)。金屬配合物的結(jié)構(gòu)多樣性和可調(diào)性為設(shè)計金屬藥物提供了方便。

金屬抗癌藥物順鉑（cisplatin）具有平面四方形結(jié)構(gòu)，可以單獨或與其他藥物聯(lián)合用于治療不同類型的癌癥，在結(jié)腸直腸癌、非小細胞肺癌等多種實體腫瘤治療中發(fā)揮著主導作用[6-8]。但是由于順鉑細胞毒性較大，無選擇性，患者會出現(xiàn)嚴重的不良反應(yīng)。為了克服此缺點，藥物研究人員相繼開發(fā)了第2代（卡鉑、奈達鉑）和第3 代（奧沙利鉑、樂鉑及庚鉑）鉑類抗腫瘤藥物。目前普遍認為經(jīng)典鉑類藥物是通過損傷細胞核DNA 誘導腫瘤細胞凋亡，從而實現(xiàn)抗腫瘤的目的[9]。

除了鉑類抗癌藥物，釕配合物也具有較好的應(yīng)用前景，其優(yōu)勢是對多種腫瘤及轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞具有較好的抑制作用；NAMI-A 是首個進入臨床試驗的釕配合物，此后又有若干釕配合物進入臨床試驗[10]（見圖1）。

圖1 一些正在進行臨床試驗的抗腫瘤釕配合物Figure1 Some anticancer ruthenium complexes under clinical trials

金屬抗癌藥物存在系統(tǒng)毒性較高、容易誘發(fā)細胞耐藥性、對腫瘤組織的選擇性低以及生物利用度低等缺點[11-13]，由于第2、3代鉑類藥物都是順鉑的類似物，所以這些問題并未得到根本解決。例如鉑類藥物與血液中的蛋白質(zhì)結(jié)合，會導致大部分藥物在到達病變部位前失活[14]，不僅引起一些毒副作用，而且使生物利用度降低。另一方面，傳統(tǒng)鉑類藥物主要以DNA 為作用靶點，而腫瘤細胞對DNA 損傷具有修復能力，因此容易出現(xiàn)耐藥性。為了降低藥物的系統(tǒng)毒性，克服腫瘤細胞的耐藥性，需要研制新一代鉑類配合物，同時發(fā)現(xiàn)新的作用靶點或途徑。

前藥是一種很有應(yīng)用前景的藥物類型，它能在體內(nèi)特定部位通過生物轉(zhuǎn)化釋放活性物質(zhì)，避免藥物分子在到達靶標前失活[15]，有可能幫助鉑類藥物克服上述缺點[16]。目前前藥策略已經(jīng)成為提高藥物潛在靶向性和生物利用度、改善其理化性質(zhì)、藥理活性和藥動學特性的主要手段[17]。四價鉑配合物是二價鉑類藥物的前藥（見圖2），相比于4配位的二價鉑，處于配位飽和狀態(tài)、動力學更為惰性的四價鉑配位中心對配體取代反應(yīng)抵抗力更強，因此可以減少藥物在與DNA 結(jié)合前同其他生物分子發(fā)生副反應(yīng)，從而降低毒副作用[18]。四價鉑中心的兩個軸向配體為修飾配合物結(jié)構(gòu)提供了極大便利，可以通過直接修飾或微調(diào)配體改變配合物的還原速率（Ep）、親脂性（logP）、氧化還原穩(wěn)定性、分子靶向性和微環(huán)境靶向性，以及提高細胞攝取等。由于四價鉑配合物較為穩(wěn)定，所以可以延長在體內(nèi)的循環(huán)時間，有利于藥物到達靶標部位，甚至可能實現(xiàn)口服給藥。

圖2 四價鉑類配合物的結(jié)構(gòu)模式Figure2 Structural motif of PtIVcomplexes

1 能量代謝

1.1 腫瘤細胞的能量代謝特點

腫瘤細胞與正常細胞的區(qū)分是基于Hannahan等[19]所描述的癌癥特征，即持續(xù)的增殖信號、逃避生長抑制、逃避細胞凋亡、無限的復制潛能、誘導血管生成、組織侵襲和轉(zhuǎn)移、逃避免疫損傷和能量代謝重新編程。其中，能量代謝重新編程是指修改或重新調(diào)整細胞代謝途徑，以便更有力地支持腫瘤細胞增殖。雖然關(guān)于癌癥起源的研究大多數(shù)都指向驅(qū)動基因病變的識別與表征，但近年來對其認識出現(xiàn)了重大突破，即癌癥中發(fā)生了重要的生化或代謝改變。最為重要的是，這些變化不僅與細胞適應(yīng)微環(huán)境的需要相關(guān)，而且還與細胞癌變及轉(zhuǎn)移過程相關(guān)[20-21]。

碳水化合物或葡萄糖代謝是人體提供三磷酸腺苷（ATP）的最重要途徑。當葡萄糖轉(zhuǎn)運到細胞后，在氧氣存在下非增殖組織首先通過糖酵解將葡萄糖代謝成丙酮酸，然后丙酮酸在線粒體中經(jīng)氧化磷酸化（OXPHOS）被完全氧化為CO2。由于氧是葡萄糖完全氧化所需要的最終電子受體，所以在此過程中必不可少。當氧氣受到限制時，細胞可以通過厭氧糖酵解產(chǎn)生乳酸，將糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸從線粒體氧化磷酸化方向轉(zhuǎn)移。在厭氧糖酵解過程中產(chǎn)生的乳酸允許糖酵解繼續(xù)進行，通過循環(huán)還原態(tài)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）回到氧化態(tài)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），但與氧化磷酸化相比，無氧糖酵解產(chǎn)生的ATP最少[22]。然而，大多數(shù)癌細胞即使在有足夠氧氣的情況下依然會將丙酮酸轉(zhuǎn)化為細胞質(zhì)中的乳酸，而不經(jīng)歷氧化磷酸化過程，這種現(xiàn)象即為“Warburg效應(yīng)”，又稱為有氧糖酵解，是正常細胞和腫瘤細胞之間最顯著的代謝差異，也是惡性腫瘤的主要特征之一；同時腫瘤細胞中谷氨酰胺的吸收和利用也有所增加。正常細胞每分子葡萄糖完全氧化產(chǎn)生36個ATP，而異常增殖的癌細胞每分子葡萄糖最多產(chǎn)生4個ATP（見圖3）[23]。近年來，靶向癌細胞異常能量代謝途徑正在成為設(shè)計新型抗癌藥物的策略之一。

圖3 氧化磷酸化、無氧糖酵解和有氧糖酵解間的差異Figure 3 Differences among oxidative phosphorylation, anaerobic glycolysis, and aerobic glycolysis (Warburgeffect)

1.2 線粒體在能量代謝中的作用

線粒體是細胞內(nèi)微小的細胞器，它通過產(chǎn)生ATP為細胞運轉(zhuǎn)提供幾乎全部所需的能量。線粒體廣泛參與信號傳導、能量代謝、自噬和凋亡等細胞過程[24-25]，對維持生物體正常生理功能至關(guān)重要；同時，其功能損傷也與癌癥、老年癡呆等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。線粒體功能需要在多種蛋白質(zhì)和無機物共同參與下才能完成，所以可利用金屬配合物的獨特理化性質(zhì)來干預或調(diào)控，從而實現(xiàn)預防或治療疾病的目的。

線粒體膜電位（ΔΨm）是線粒體的重要特征之一。正常細胞的線粒體膜電位約為180～200mV，外正內(nèi)負，可以維持線粒體進行氧化磷酸化并產(chǎn)生ATP，因此帶離域正電荷的親脂性藥物分子易被線粒體內(nèi)膜吸引并選擇性地聚集在線粒體基質(zhì)中。腫瘤細胞線粒體因代謝差異其膜電位比正常細胞線粒體膜電位高60mV 左右[26]，而且親脂性陽離子進入細胞也是由外正內(nèi)負的30～60mV 細胞膜電位（ΔΨp）所驅(qū)動。受這兩個因素影響，帶離域正電荷的親脂性化合物在腫瘤細胞線粒體中的積聚量比在正常線粒體中大100～500倍，從而實現(xiàn)靶向線粒體的目的（見圖4）。

1.3 能量代謝的檢測

細胞主要通過線粒體有氧呼吸作用消耗氧氣來產(chǎn)生ATP，線粒體的呼吸能力一般用Seahorse XFe24細胞生物分析儀來評估，即通過測試線粒體在有氧條件下氧化底物產(chǎn)生ATP時的耗氧速率（oxygen comsumption rate，OCR）來衡量線粒體的有氧呼吸能力。該測試可以給出以下幾個指標：基礎(chǔ)呼吸值（basal respiration）、ATP生成量（ATP production）、質(zhì)子滲漏（proton leak）、最大呼吸能力（maximal respiratory capacity）以及備用呼吸量（reserve respiratory capacity）。這些指標的變化可以從多方面反映線粒體有氧呼吸功能的強弱[27]。

除了檢測線粒體中進行的有氧呼吸外，在細胞質(zhì)中進行的糖酵解也可以用SeahorseXFe24分析儀來評估。在缺少氧化磷酸化的腫瘤細胞中糖酵解會導致乳酸含量增加，氫離子會被泵出胞外，從而引起pH值變化。細胞外氫離子濃度的變化率（extracellular acidification rate，ECAR）間接反映了細胞的糖酵解能力。ECAR 越大，即培養(yǎng)基中pH的變化速率越大，表示細胞的糖酵解反應(yīng)越快。

此外，利用一些生物試劑盒對代謝中的小分子如ATP、葡萄糖、過氧化氫（H2O2）等進行間接檢測也可以反映出藥物對細胞代謝程度的影響。

圖4 正常細胞膜電位和線粒體膜電位示意圖Figure 4 Schematic diagram of normal cellular and mitochondrial membrane potentials

2 金屬配合物對能量代謝的影響

2.1 二價鉑類配合物對能量代謝的影響

癌細胞具有在氧化磷酸化和糖酵解兩種能量代謝方式之間進行切換的能力，即代謝適應(yīng)性，從而對化療藥物產(chǎn)生耐藥性。此外，癌細胞對糖酵解的依賴不僅源于缺氧，部分也源于其不能根據(jù)線粒體膜電位梯度合成ATP。癌細胞這種獨特的葡萄糖代謝途徑可成為癌癥治療的靶標，通過對線粒體功能的調(diào)控改變癌細胞的能量代謝模式，進而促進細胞凋亡。例如以8-取代喹啉衍生物為配體的單功能鉑配合物1與A549細胞作用后ATP濃度呈藥物劑量依賴性下降，細胞與12 μmol · L-1的配合物1 作用8 h后，ATP水平下降了76%（見圖5），表明該配合物可以有效抑制細胞的線粒體能量代謝，并證實細胞死亡與線粒體功能障礙有關(guān)[28]。

圖5 配合物1的晶體結(jié)構(gòu)（A）及其對A549細胞ATP的影響（B）Figure 5 Crystal structure of complex 1(A)and its impacton the level of ATP in A549cells (B)

圖6 配合物2 的晶體結(jié)構(gòu)（A）及其對Caov3細胞能量代謝指數(shù)的影響（B）Figure 6 Crystal structure of complex 2 (A)and its impact on the indices of energy metabolism of Caov3 cells (B)

傳統(tǒng)觀點認為，細胞核DNA（nDNA）是鉑類抗腫瘤藥物的主要作用靶點。由于細胞內(nèi)存在nDNA 損傷修復機制，鉑類藥物對nDNA 的損傷容易被修復，使腫瘤細胞易產(chǎn)生耐藥性。線粒體中含有環(huán)狀線粒體DNA（mtDNA），是動物細胞內(nèi)除了nDNA 外唯一的遺傳物質(zhì)。mtDNA 由于缺乏組蛋白保護和相對較弱的損傷修復能力，更容易受到損傷，可以成為鉑類藥物潛在的作用靶點。因此將鉑類配合物靶向mtDNA 可能會影響腫瘤細胞的能量代謝和生存能力，克服傳統(tǒng)鉑類抗腫瘤藥物的耐藥性。

將線粒體穿透肽（MPP）修飾到鉑藥效基團上得到的配合物3可以選擇性地聚集在線粒體中，通過對比nDNA 和mtDNA 的損傷程度發(fā)現(xiàn)配合物3可以損傷mtDNA，而不損傷nDNA，經(jīng)配合物3作用24h 后A2780細胞中線粒體超氧化物歧化酶含量顯著增加，導致腫瘤細胞線粒體功能障礙，進而促進細胞凋亡[30]。最近筆者課題組設(shè)計了一系列具有線粒體靶向功能的吡啶衍生物鉑配合物4～6[31]，并從DNA 損傷、能量代謝和構(gòu)效關(guān)系等角度研究了它們的抗腫瘤作用機制。N-鄰位取代的配合物4對A549肺癌細胞作用48h 的IC50為8.7μmol · L-1，而配合物5、6、順鉑和吡啶鉑的IC50分別為47.58、23.50、12.60和125.50μmol · L-1，因此配合物4 比其他配合物表現(xiàn)出更強的抑制活性，且其對人肺癌裸鼠移植模型也表現(xiàn)出顯著的治療效果，對正常肝細胞HL-7702則毒性較低（IC50=64.5μmol · L-1）。配合物4 一方面與nDNA 和mtDNA 結(jié)合形成Pt-DNA 單加合物，使DNA 構(gòu)象發(fā)生改變，不能正常復制，并損傷mtDNA 控制區(qū)基因；另一方面抑制腫瘤細胞糖酵解，影響線粒體結(jié)構(gòu)和功能，致使線粒體氧化磷酸化和三羧酸（TCA）循環(huán)過程不能正常進行（見圖7）。這種同時干預DNA 復制和能量代謝途徑的作用機制與現(xiàn)有鉑類藥物的作用機制完全不同。

圖7 配合物4 的作用機制Figure 7Proposed mechanism of action for complex 4

異雙核配合物7是一種能夠克服順鉑耐藥性的新型配合物，引入銥（Ⅲ）可以使配合物快速穿透細胞膜并在細胞中高度積聚，而且能同時靶向線粒體[32]。研究發(fā)現(xiàn)，配合物7對A549R 耐藥細胞的基礎(chǔ)呼吸、最大呼吸、質(zhì)子泄漏、ATP產(chǎn)生及備用呼吸能力均能產(chǎn)生抑制作用；糖酵解的補償性增加表明腫瘤細胞代謝從葡萄糖氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒饽Ｊ剑ㄒ妶D8）。

圖8 配合物7對A549R細胞有氧呼吸（A）和糖酵解功能（B）的影響Figure 8Effects of complex 7on the aerobic respiration(A)and glycolysis(B)of A549R cells

2.2 四價鉑類配合物對能量代謝的影響

葡萄糖是產(chǎn)生能量的主要營養(yǎng)物質(zhì)，癌細胞優(yōu)先選擇有氧糖酵解作為葡萄糖代謝的途徑，這種異常的能量代謝過程涉及眾多蛋白質(zhì)和酶，從而為設(shè)計抗癌藥物提供了潛在靶點。丙酮酸脫氫酶激酶（PDK）是葡萄糖代謝途徑中的關(guān)鍵酶，它可以通過磷酸化丙酮酸脫氫酶復合物（PDC）并保留底物丙酮酸、乳酸和丙氨酸用于糖異生作用，使PDC失活。過表達PDK 可阻斷丙酮酸的氧化脫羧作用以滿足癌細胞的高氧需求；而抑制PDK 可上調(diào)PDC、調(diào)節(jié)氧氣供需平衡，最終導致癌細胞死亡[33]。丙酮酸的結(jié)構(gòu)類似物二氯乙酸（DCA）是一種口服小分子PDK 抑制劑[34]，通過抑制PDK 激活PDC，導致丙酮酸流入線粒體，減少腫瘤細胞內(nèi)乳酸的生成，促進葡萄糖氧化而非糖酵解[35]。經(jīng)DCA 修飾的配合物8 和9 均能使腫瘤細胞產(chǎn)生大量活性氧（ROS），經(jīng)其處理的胰腺癌細胞BxPC3內(nèi)H2O2含量比經(jīng)線粒體呼吸鏈復合物Ⅲ抑制劑抗霉素A（antimycin A）處理的細胞高出3.5 倍，表現(xiàn)出較強的抑制細胞OXPHOS能力，并減少了胞內(nèi)耗氧量。與此同時，OXPHOS的阻滯和ROS增加進一步導致線粒體膜去極化，并引起線粒體腫脹[36]。

與奧沙利鉑相比，含DCA 軸向配體的奧沙利鉑衍生物10和11具有獨特的生物學特性[37]。它們不僅能有效克服腫瘤細胞對奧沙利鉑和順鉑的耐藥性，而且其作用機制與線粒體、葡萄糖代謝和自噬相關(guān)?？诜嶥CA 的攝取和生物利用度較低，且線粒體靶向能力有限，而配合物11可以改變細胞代謝，減少細胞內(nèi)葡萄糖的積蓄，因此可作為代謝調(diào)節(jié)劑，幫助降低癌細胞的能量消耗。

圖9 配合物12～19對A2780 細胞OCR 值和生物能量學特征的影響Figure 9Impact of complexes 12～19 on the OCRs and bioenergetics of A2780 cancer cells

為了降低腫瘤治療過程中的脫靶效應(yīng)，使正常細胞免受損傷，筆者課題組曾嘗試將腫瘤靶向基團生物素連接到四價鉑軸向位置，發(fā)現(xiàn)它可以顯著增加腫瘤細胞對鉑的攝取并增強順鉑在乳腺癌治療中的優(yōu)勢[39]。為了同時干預腫瘤細胞的能量代謝，最近課題組設(shè)計了一種多功能四價鉑前藥20[40]，其中仍保留生物素以避免藥物的脫靶效應(yīng)，同時引入DCA 以干預腫瘤細胞的糖酵解。結(jié)果表明配合物20可以抑制腫瘤細胞的能量代謝效率，使氧化磷酸化和糖酵解過程都進入低代謝狀態(tài)（見圖10），從而誘導細胞發(fā)生DNA 損傷途徑以外的線粒體途徑死亡。研究還發(fā)現(xiàn)配合物20具有激活丙酮酸脫氫酶、降低線粒體膜電位、升高ROS、改變線粒體形貌、抑制OXPHOS和糖酵解等功能。這些功能均可顯著干擾腫瘤細胞的能量代謝，“餓死”細胞，并降低藥物對正常細胞的損傷，提高治療效果。

圖10 配合物20 作用于HeLa細胞后的OCR-ECAR 能圖Figure 10 OCR-ECAR map of HeLa cells treated with or without complex 20

配合物21是用具有線粒體靶向功能的親脂性TPP+離域陽離子構(gòu)建的線粒體靶向性順鉑前藥，進而將其包裹進末端修飾了TPP+的聚合物PLGA-b-PEG-TPP 中，形成納米載藥系統(tǒng)[41]。該化合物可被精確輸送到線粒體中，被還原后與mtDNA 結(jié)合，破壞其結(jié)構(gòu)，并對順鉑耐藥的卵巢癌細胞A2780/CP70 表現(xiàn)出很強的細胞毒活性（IC50=0.74μmol · L-1，72h）；線粒體生物能量學數(shù)據(jù)也支持這一結(jié)論（見圖11）。最近筆者課題組研究了兩種具有線粒體靶向功能的四價鉑配合物22和23，二者在72h時對肺癌細胞A549的IC50分別為34.40和12.20 μmol· L-1，雖然它們對腫瘤細胞的抑制作用明顯弱于順鉑（IC50=7.58μmol · L-1），但具有較強的線粒體損傷能力。靶向基團的引入增強了配合物的脂溶性并降低了與DNA 的反應(yīng)活性；尤其是配合物23，不僅可以抑制線粒體產(chǎn)生ATP，而且還能抑制有氧糖酵解，切斷腫瘤生長的能量供應(yīng)，從而為四價鉑配合物抑制腫瘤細胞增殖提供了一條新途徑[42]。

圖11 配合物21對SH-SY5Y細胞能量代謝的影響Figure 1 1Effect of complex 21 onenergy metabolism of SH-SY5Y cells

2.3 其他金屬配合物對能量代謝的影響

釕類配合物作為鉑類藥物的替代品同樣具有顯著的抗癌活性。許多聚吡啶釕（Ⅱ）配合物因在可見光照射下能產(chǎn)生ROS而被認為是一類高效光敏劑。與鉑類藥物的平面結(jié)構(gòu)相比，釕配合物多為八面體結(jié)構(gòu)，其中較大的平面配體為載藥提供了疏水空腔。釕（Ⅱ）配合物因其較高的量子產(chǎn)率、較大的斯托克斯位移、發(fā)光壽命長及良好的光穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于生物成像。如前所述，腫瘤細胞mtDNA 缺乏損傷修復機制，突變易于積聚，從而引起細胞線粒體功能異常。最近發(fā)現(xiàn)，一些具有取代惰性的八面體釕配合物（24～27）具有選擇性DNA結(jié)合能力，與有機小分子相比，這些配合物具有豐富的光物理和電化學性質(zhì)，可作為熒光標記物、DNA 印跡試劑和電化學探針[43]。其中配合物24通過靶向mtDNA 優(yōu)先對膠質(zhì)瘤細胞產(chǎn)生細胞毒性，當該配合物與mtDNA 調(diào)控區(qū)結(jié)合后，會阻斷線粒體RNA 轉(zhuǎn)錄，進而抑制蛋白質(zhì)的生物合成，干擾能量產(chǎn)生，從而阻止細胞增殖，延長膠質(zhì)瘤小鼠的生存時間，說明它是潛在的神經(jīng)膠質(zhì)瘤診斷劑或治療劑。

異核配合物28是一種靶向mtDNA 的光動力（PDT）治療劑[44]，該配合物可以與DNA 發(fā)生共價和非共價相互作用，因此比單核釕配合物29具有更高的DNA 結(jié)合效率；光照下配合物28可引起mtDNA 損傷，影響其擴增和轉(zhuǎn)錄，進而導致線粒體功能障礙（見圖12），包括線粒體膜電位坍塌、ATP消耗、線粒體能量狀態(tài)衰減以及產(chǎn)生大量ROS，并可消除實體瘤?？梢娡ㄟ^合理分子設(shè)計靶向mtDNA 是設(shè)計金屬光動力治療劑的有效策略。

圖12 配合物28 和29 與A549細胞作用后引起的能量代謝變化（37℃，12h，光照強度450 nm, 5 J·cm-2）Figure 1 2Effects of complexes 28 and29 on energy metabolism of A549 cells after treatment at 37℃ for 12 h before irradiation(450 nm, 5 J·cm-2)

除了釕配合物，銥配合物，特別是金屬有機銥配合物，也受到了人們的廣泛關(guān)注，這類配合物有許多表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光特性和產(chǎn)生單線態(tài)氧（1O2）的能力，其中環(huán)金屬化銥（Ⅲ）配合物是很好的PDT試劑。此外，與其他親脂性陽離子類似，親脂性陽離子銥（Ⅲ）配合物也對線粒體具有高親和力[45]。已經(jīng)證實，在多種癌癥中mtDNA 近端暴露于ROS會導致其較高的突變率[46]，為了維持癌細胞的代謝需求，這些異常的線粒體基因組會導致線粒體功能發(fā)生改變。最近報道，環(huán)金屬化銥配合物30～35能抑制腫瘤細胞代謝并從不同方面促進腫瘤細胞凋亡[47-50]。又如一系列含有延伸平面配體的環(huán)金屬化銥（Ⅲ）配合物36～41對不同腫瘤細胞如A549、HepG2、HeLa、PC3和順鉑耐藥的腫瘤細胞A549R 作用48h 的IC50均小于5μmol · L-1，比順鉑（IC50均大于10μmol · L-1）具有更高的細胞毒性，并能有效定位于線粒體，其中配合物38和39在體外可與DNA 緊密結(jié)合，在原位插入mtDNA，造成mtDNA 損傷。同時，這兩個配合物還能損傷線粒體，使線粒體膜電位下降、阻礙ATP生成、中斷線粒體能量代謝（見圖13），繼而引起保護性的線粒體吞噬和G0/G1期細胞周期阻滯，導致腫瘤細胞凋亡。體內(nèi)試驗也表明配合物39能有效抑制異種移植腫瘤的生長[51]。這些研究表明銥配合物是一類具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦头倾K類抗腫瘤配合物，靶向線粒體基因組是一種抑制腫瘤細胞能量代謝的有效策略。

近年來，能夠同時治療和追蹤癌癥的熒光診斷治療劑引起了人們的極大興趣。含磷的錸（Ⅰ）配合物Re(CO)3是一種有前景的新型抗癌劑，其抗腫瘤活性與順鉑相當甚至優(yōu)于順鉑，通過調(diào)節(jié)配體和親脂性，它們可以迅速進入細胞并選擇性地積聚在線粒體中。同時，錸（Ⅰ）配合物具有量子產(chǎn)率高、斯托克斯位移大、磷光壽命長、光穩(wěn)定性好等特點，而且其O2敏感性磷光壽命適宜于監(jiān)測細胞耗氧量，這些特性使它們能夠被用來監(jiān)測細胞攝取、細胞器分布、細胞器形態(tài)變化及治療過程中線粒體呼吸的變化情況[52-53]。作為干預腫瘤細胞代謝的多功能治療劑，Re（Ⅰ）-DCA 配合物42和43對PDK 活性有很強的抑制作用，但只有配合物43可以選擇性地積聚在A549細胞及PDK 高表達的NCI-H1229細胞線粒體中，因此它能有效誘導腫瘤細胞從糖酵解逆轉(zhuǎn)到葡萄糖氧化磷酸化（見圖14），進而導致線粒體膜電位去極化、細胞內(nèi)活性氧水平升高以及引發(fā)Caspase 依賴的腫瘤細胞凋亡。研究表明：配合物43能選擇性殺傷與正常細胞共培養(yǎng)的惡性腫瘤細胞，顯著抑制細胞的轉(zhuǎn)移和侵襲，并在斑馬魚胚胎中顯示出良好的抗血管生成活性。相比之下，在相同條件下，未經(jīng)DCA 修飾的配合物44不能誘導癌細胞發(fā)生代謝逆轉(zhuǎn)，其對NCI-H1229細胞作用24h 的IC50為2.9μmol · L-1，活性遠低于配合物43（IC50=0.8μmol · L-1），推測配合物43的優(yōu)良抗癌特性是細胞毒性中心錸（Ⅰ）與代謝調(diào)節(jié)劑DCA聯(lián)合作用的結(jié)果[54]。

圖13 A549細胞與配合物38 和39 作用后的氧化呼吸圖Figure 13Respiratory profiles of A549 cells after treatment with complex 38 or 39

圖14 NCI-H1229 細胞與配合物43、44 或二氯乙酸鈉作用后的糖酵解圖（A）及氧化呼吸圖（B）Figure 1 4 Glycolysis profiles (A)and respiratory profiles (B)of NCI-H1229 cells after treatment with complex 43, 44 or Na-DCA at indicated concentrations

3 結(jié)語與展望

本文綜述了近年來出現(xiàn)的一類靶向腫瘤細胞能量代謝的金屬配合物的研究進展，以期為金屬抗腫瘤藥物的設(shè)計與研發(fā)提供新的思路和方向。腫瘤的發(fā)生與發(fā)展是一個多信號網(wǎng)絡(luò)交叉的復雜過程，線粒體參與或主導了多種腫瘤細胞生物功能的改變，其中生物能量學起著重要作用。能量代謝異常是癌細胞普遍存在的特征，除了線粒體氧化磷酸化，糖酵解也是癌細胞獲取養(yǎng)分和能量的重要途徑，為癌細胞的形成、生長和轉(zhuǎn)移提供動力。因此，調(diào)控腫瘤細胞的能量代謝可以改變腫瘤細胞微環(huán)境，促進癌細胞凋亡。

靶向線粒體或能量代謝的策略已經(jīng)得到廣泛的嘗試和重視，本文僅對近年來出現(xiàn)的靶向腫瘤細胞能量代謝的金屬配合物做了簡要介紹，其他類型的分子或納米藥物并未涉及。目前，金屬抗腫瘤配合物在此方面的研究已取得初步成效，但是多數(shù)研究主要關(guān)注線粒體介導的凋亡通路，對腫瘤細胞能量代謝的具體機制研究尚不深入，而針對代謝途徑中相關(guān)蛋白或生物酶的分子作用機制及作用效果的研究尚未涉及，這對于從分子層面了解金屬配合物干預腫瘤細胞代謝的途徑具有重要意義。此外，腫瘤具有異質(zhì)性，不同腫瘤細胞都有其獨特的代謝模式，即使在同一種腫瘤內(nèi)不同細胞間仍存在代謝方式的差異，而且代謝方式會因環(huán)境的變化而改變，因此在特定細胞中取得的結(jié)果未必具有普適性。腫瘤細胞除了特有的糖代謝異常外，還有異常的脂肪酸代謝、無需線粒體呼吸鏈的谷氨酸代謝等其他代謝旁路，這些途徑對癌細胞獲取能量和養(yǎng)分也很重要，可以通過金屬配合物干預或阻斷這些異常能量代謝過程來實現(xiàn)癌癥的分子靶向治療。最后需要指出，深入了解和闡釋腫瘤細胞不同能量代謝表型的內(nèi)在分子機制將有助于揭示腫瘤細胞代謝改變與生物學行為之間的關(guān)系，為設(shè)計有效的金屬配合物提供理論基礎(chǔ)和實踐依據(jù)，這是未來發(fā)展新型靶向能量代謝的抗腫瘤金屬藥物不應(yīng)忽視的重要內(nèi)容。