Tri-I之案例二：Gaussian在抗癌特效药物研究中的应用
一种含左炔诺孕酮基团的钌络合物的研究 近年来顺铂（cisplatin）的发现大大加速了抗癌新药铂络合物的研发过程。顺铂、卡铂等药物已广泛运用于临床，每年销售额高达2亿多美元。但其也具有明显的副作用，如：引起神经中毒、肾中毒，某些癌细胞会产生 (或固有)耐药性等。因此，急需开发出替代的金属络合物来克服上述弊端。José Ruiz实验小组设计并合成了新型的钌（Ru）络合物，17-R--19-nortestosterone(LEV-ppy) (1号化合物, 结构如图一) ， (2号化合物，结构如图二)和 (3号化合物，结构如图二)。作者将合成后的产物分别用1 H ，13 C NMR和 ESI-MS做了分析，确定了1-3号化合物的结构。图一：1号化合物
图二： 2号化合物和3号化合物
接着，为了分析这类钌化合物的抗癌特性，分别将1-3号化合物、顺铂与人类乳腺癌细胞T47D、上皮性卵巢癌细胞A2780、A2780cisR结合，培养48小时后进行了细胞毒性分析。分别检测了这四种化合物的IC50值，相应的IC50值和抗阻系数（RF）见表一，从表中可以看出，2号化合物的抗阻系数最低，说明该化合物比类似的钌络合物、顺铂等，更能有效对抗癌细胞获得的耐药性。
表一：在相同实验条件下将化合物1,2,3以及顺铂分别与人类乳腺癌细胞T47D和上皮性卵巢癌细胞A2780，A2780cisR进行结合后，得到的这四种化合物的IC50和RF值
同时，作者采用了电泳迁移法考察2号化合物对DNA超螺旋结构的影响，结果见图三。2号化合物在共价闭环状态（CCC）和开环状态（OC）均能使DNA超螺旋结构发生改变，而其它对照组均未出现类似情况。
图三：电泳迁移效果图。 1：pBR322; 2: pBR322+1号化合物；3：pBR322+2号化合物；4: pBR322+3号化合物；5：pBR322+顺铂。为了进一步分析2化合物的结构，作者采用了密度泛函方法（DFT，一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法）进行了结构优化和能量计算。计算最初采用X-衍射实验得到的RuII(η6-p-cymene)(ppy)Cl的几何结构作为初始片段，通过旋转该结构中的C-C≡C键来寻找能量最低的稳定构型，计算所得的最稳定构型见图四。在该结构中，亲脂性的甾体基团远离金属中心（Ru原子投射到四轮列平面上的17-C原子的距离为8.446 Å），Ru原子被四个不同供体原子（Do）包围。接着，作者用MBO和AIM理论分析了Ru-Do键的强度，分析表明Ru-arene键的强度最大，不易断裂；Ru- Cl键强最弱，易断裂。该计算说明了亲脂性的甾体基团远离金属中心；不稳定的Ru-Cl键中的Cl原子容易被其它基团取代。 图四：计算得到的2号化合物的最稳定构象。 最后，为了探究2号化合物与DNA的反应机理，作者再次采用了DFT方法进行计算，以2号化合物与碱基（9-EtG）的反应为模型，反应中，由于Ru-Cl键最易断裂，因此Cl被9-EtG取代，形成稳定的阳离子+ (4+)，接着，Cl-与4+结合形成了稳定的化合物4+•Cl-（结构见图五），该化合物位于势能面能量最低处。在4+•Cl-的结构中，Cl-进入一个由甾体α面、苯基吡啶、鸟嘌呤包围的空间中，该空间中存在大量的非键作用（图五中由虚线表示），比如Cl-与苯基吡啶环之间存在π-anion作用, NH-O之间的氢键等。这些较强的非键作用都说明了该化合物稳定存在。 图五：计算得到的4+•Cl-的结构 为了证实这一机理，即该反应最终形成了稳定的化合物4+•Cl-，作者还进行了电喷雾质谱(ESI-MS)分析，在ESI-MS的实验中同样检测到了4+•Cl-，该实验数据（图六）支持了计算所得结论。 图六：(4+•Cl-)的电喷雾质谱(ESI-MS)信息
结论：这篇文章采用了实验与计算相结合的方法。首先，对合成的1-3号化合物与顺铂进行了对比性的毒理研究，验证了2号化合物能更加有效的对抗癌细胞获得的耐药性。接着，通过电泳迁移方法讨论了2号化合物对DNA超螺旋结构的影响。最后计算了2号化合物与DNA反应的机理，并进行了电喷雾质谱(ESI-MS)分析来验证计算所得机理的合理性。该反应机理的研究对设计新的具有抗癌特性的金属络合物提供了有用信息。
Edit by Tri-I Christina 表一中的IC50值单位是多少呢？还有这类金属络合物，包括顺铂，对正常组织的细胞毒作用明显么？最后左炔诺孕酮（避孕药主要成分）结构对于人体激素会不会造成很大负面影响呢？ 我对金属络合物了解的非常少，LZ所提到的化合物该怎么合成呢？
在那张电泳迁移实验的片子上，3号化合物好像有点特别哦！:) 哈哈，精华帖~~
学习！
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