多金属氧酸盐抗肿瘤活性研究进展

　　作者：谢杨林，刘霞，冯长根 作者单位：1. 100081 北京理工大学新医药研究开发中心;2. 中国农业大学理学院

　　【关键词】 多金属氧酸盐;抗肿瘤活性

　　0 引言

　　多金属氧酸盐是一类具有空间网络结构的多核金属–氧簇合物，由过渡金属离子(如WⅥ、VⅤ、MoⅥ等)与氧高度聚合形成 [1]。含一类酸酐的多金属氧酸盐叫同多化合物，含两类或两类以上酸酐的叫杂多化合物。1826年，Berzerius用钼酸铵和磷酸合成了历史上第一个杂多化合物——12-钼磷酸铵(NH4)3 [PMo12O40]。1864年，Marignac合成了12钨硅酸H4 [SiW12O40]·nH2O，从而真正开拓了多酸研究的新时代 [2]。经过百余年的发展，多金属氧酸盐已广泛应用于工业催化、药物化学、材料化学等领域中。在药物化学上的应用研究主要集中在抗肿瘤、抗病毒、抗艾滋病、抗血凝和抗风湿等方面，本文着重概述钨系、钼系多金属氧酸盐抗肿瘤活性的研究进展。

　　1 钨系

　　1.1 一般的钨系杂多化合物

　　1971年，Raynaud等 [3]在体外试验中，首次发现杂多阴离子 [SiW12O40]4-能够抑制MoMSV(莫罗尼氏鼠科肉瘤病毒)在胚胎鼠纤维原细胞中的转移活动。

　　1972年，Michelon等报道了一种穴状结构的锑钨酸盐杂多化合物(NH4)17Na [NaSb9W21O86](代号为HPA-23)对病毒的DNA、RNA聚合酶具有抑制作用 [4]。1974年，Jasmin等 [5]发现HPA-23能够抑制由病毒诱发的肿瘤，用HPA-23治疗感染了FLV(血友白血病病毒)的小鼠，可使小鼠脾重减轻，增加平均延活时间;还能使预种了MoMSV的新生小鼠身上的肿瘤延迟出现。

　　从1973年到1984年的十余年间，对多酸的研究主要集中在几种多钨酸上，并相继发现 [BW12O40]4-、 [P2W18O62]6-、 [As2W18O62]6-等杂多阴离子在体外和体内实验条件下，均表现出较高的抗病毒和抗肿瘤活性 [1]。

　　1985年，HPA-23在法国和美国被应用于临床治疗艾滋病时，发现其不仅抗病毒活性低，而且还伴有明显的肝脏毒性、肾脏毒性和血小板减少等副作用，于是停止了临床的使用 [6]。为了寻找到高效、低毒的药物，人们利用多酸的分子多样性和可修饰性，向杂多化合物中引入稀土元素和有机基团，发现修饰后的杂多化合物具有较高的生物活性和较低的毒副作用。

　　1.2 含稀土元素的钨系杂多化合物

　　1996年刘景福等 [7]报道，稀土杂多化合物Am [XW10O36](A为碱金属离子、H+、NH+4等，X为稀土元素)具有抑制Meth-A(肉瘤)和MX-1(胸癌)的抗肿瘤活性和低的毒性，以100 mg/kg的Na9 [EuW10O38]对植有MethA的小鼠用药14天后，肿瘤重量为1 186.4μg，平均成活期为31.8天;而空白对照组肿瘤重量为2 676.0μg，平均成活期为25.9天。以100mg/kg的Na9 [GdW10O38]对植有MX1的小鼠用药10天后，肿瘤体积为783.2mm3，停药后第15天为1 098.6mm3;而空白对照组对应数据分别为1 818.2mm3和4 021.5mm3。显然，停药后药物仍维持着较强的抑制肿瘤增殖的作用。

　　2000年刘景福等 [8]又研究了穴状稀土杂多阴离子 [TbAs4W40O140]25-及 [PrSb9W21O86]16-的钾盐、铵盐在体外、体内实验条件下的抗肿瘤活性。TbAs4W40和PrSb9W21对H22(小鼠肝癌细胞)、B16(小鼠黑色素瘤细胞)及HL-60(人早幼粒白血病细胞)具有明显的体外抑瘤效应：当TbAs4W40和PrSb9W21的浓度为50μg/ml时，对H22的抑制率分别为61.0%和84.1%，对B16的抑制率分别为40.4%和53.7%;而当它们的浓度为25μg/ml时，对HL60的抑制率就分别达到35%和62%。细胞浓度为1×107/ml时，EuAs4W40 4μg/ml剂量组对乳腺癌活体细胞的抑制率为57%，TbAs4W40 16 μg/ml剂量组对直肠癌活体细胞的抑制率为65%。TbAs4W40和PrSb9W21还可使体内植有S180(腹水型肉瘤细胞)和H22的小鼠肿瘤重量明显减轻37.2%以上，显示出了较好的体内抑瘤作用。

　　1.3 含有机基团的钨系杂多化合物

　　2002年Sun等 [9]经空穴聚氧合阴离子与PhP(S)Cl2或C6H11P(S)Cl2反应，合成了有机硫代磷酰聚氧合钨酸盐R2 [XW11O39]n-、R2 [P2W17O61]6-、R2 [PW9O34]5-(X = P、Si、Ge、B、Ga等，R = PhP(S)、C6H11P(S))等系列化合物，它们均表现出一定的抗真菌(如酵母菌)和抗肿瘤(如乳腺瘤)活性。

　　2002年Wang等 [10]合成Keggin型有机金属取代多金属氧酸盐的异构体K4H3 [(CH3CO2CH2CH2Sn)3(α-GeW9O37)]·10H2O，并进行抗肿瘤活性研究，发现拥有相同聚阴离子和有机金属基团的化合物，不论是有机金属单取代、多取代还是形成夹心结构的化合物，其抗肿瘤活性的强弱与聚阴离子的氧化能力是一致的。该研究为进一步合成具有高效抗肿瘤活性的杂多化合物提供了理论依据。

　　2003年Wang等 [11]制备了一种新的杂多钨酸盐 [CoW11O39(CpTi)]7-(Cp = η5-C5H5)。当用药量为15mg/kg时，对SSMC7721(肝癌细胞)的抑制率为41.9%;当用药量为200mg/kg时，对HL60和HLC(肺癌细胞)的抑制率分别为72.2%、61.7%，可见化合物对这3种癌细胞均有显著的抑制作用。同时这种化合物的LD50为2 898mg/kg，LD50 95%可信区间为2 797～3 004 mg/kg，属低毒类化合物。

　　2004年张澜萃等 [12]以体外培养的HL60、B16为靶细胞，采用3HTdR掺入法观察了3种有机膦杂多化合物 [Bu4N]4H [PhP(S)]2 [GaW11O39]、 [Bu4N]5K [PhP(S)]2 [P2W17O61]和 [Bu4N]3H [PhP(S)]2 [SiW11O39]对HL60和B16的抑制作用。结果表明：(1)3种有机膦杂多化合物对HL60和B16均有较好的抑制作用，且随着化合物浓度的增大，抑制作用增强;(2)在同一浓度下， [Bu4N]5K [PhP(S)]2 [P2W17O61]对HL60的抑制作用大于B16，而 [Bu4N]3H [PhP(S)]2 [SiW11O39]对B16的抑制作用大于HL60。

　　1.4 纳米尺寸的钨系杂多化合物

　　2003年王晓红等 [13]首次利用现代制药技术中的纳米技术，以杂多化合物αK8H6 [Si2W18Ti6O77](简记为αSi2W18Ti6)和脂质体合成了平均粒径为76nm，分布在60～150nm之间的αSi2W18Ti6脂质体纳米粒子。用微量细胞培养四氮唑(MTT)法测定了不同粒径的纳米粒子在体外对Hela(人子宫颈癌细胞)和HL60的抗肿瘤活性，结果发现多金属氧酸盐形成脂质体纳米粒子后，由于受到脂质体双分子层的保护而提高了稳定性、活性和靶向性，降低了其毒副作用。αSi2W18Ti6为50μg/ml时，对Hela的抑制率为66.3%;在纳米脂质体中，αSi2W18Ti6为8.09μg/ml，粒径为150nm时，抑制率达到70.4%，相同浓度下粒径为60nm时，抑制率可达到100%。显然，多酸脂质体纳米粒子的抗肿瘤活性大大高于多金属氧酸盐。

　　2003年他们又发现 [14]，淀粉在水中膨胀具有凝胶的特性，有助于它在人体内的分布运转和在病变区的浓集。利用反相微乳液聚合方法 [15]，以可溶性淀粉和实验中合成的K6H2 [CoW11TiO40]·12H2O(简记为CoW11Ti)为基本试剂，三氯氧磷为交联剂，制备了平均粒径为50 nm，分布在22.8～100 nm之间的CoW11Ti/淀粉纳米复合物。由于受到淀粉纳米粒子的保护，多酸化合物的酸碱稳定性提高。用MTT法测定了纳米复合物对Hela和HL60的体外抗肿瘤活性。在复合物中，CoW11Ti为13.2μg/ml时，对Hela和HL60的抑制率都达到100%;而单纯的CoW11Ti在50μg/ml时，抑制率仅分别为69.4%和76.2%。所以，该纳米复合物比多金属氧酸盐的抗肿瘤活性高。

　　1.5 生物活性显著的钨系杂多化合物

　　2004年Botto等 [16]报道，含钒、钼、钨的杂多化合物是一类具有多种重要的生物活性的聚阴离子化合物，如抑制特定的生物酶、抗病毒、抗肿瘤等。在水溶液中，由Na8H [PW9O34]·24H2O(II)、CoCl2和过量KCl制得了K10 [(PW9O34)2Co4(H2O)2](I)，研究了其对UMR106(老鼠骨肉瘤细胞)和MC3T3E1(头颅造骨细胞)增殖的生物活性。结果表明，化合物(II)不能抑制UMR106的增殖，对MC3T3E1还有促使增殖的作用，而化合物(I)对这两种肿瘤细胞的增殖都表现出很强的抑制作用。因此，化合物(I)有可能用作抗肿瘤药物。

　　2004年Sun等 [17]报道了用荧光光谱和CD光谱研究在Keggin型杂多化合物K5 [SiW11O39]Co(简记为KSiWCo)和人类基本纤维原细胞生长因子bFGF之间的交互作用。结果表明：KSiWCo对bFGF的粘合使得bFGF发生构象改变。细胞增殖化验显示在较低摩尔比率内，KSiWCo会刺激bFGF的有丝分裂活性;在较高摩尔比率内，KSiWCo会抑制bFGF的有丝分裂活性。因此，KSiWCo用作抗肿瘤药物有着潜在的可能性。

　　2004年李娟等 [18]报道，5Fu是一种阻止肿瘤细胞嘧啶类核苷酸合成的抗代谢药物，但该药毒副作用较大，使其临床应用受到一定限制。以5Fu为有机分子给体，借助分子自组装，在室温下与杂多钨酸盐K5 [BW12O40]·nH2O(简记为KBW)发生反应，合成了具有Keggin结构的C20H19F5N10 [BW12O52](简记为WBF)，并通过MTT法对该化合物进行了体外抗SSMC7721的活性研究。当浓度为1.29μmol/L时，对SSMC7721的抑制率达到50%以上;WBF对SMMC7721的IC50低于对照组5Fu和KBW，表明5Fu与KBW形成的WBF具有协同的抗肿瘤活性。急性毒性实验表明，WBF对小鼠的LD50为1 117.38mg/kg，LD50 95%可信区间为911.59～1 369.6mg/kg，最大耐受剂量为500mg/kg，绝对致死剂量为2 500mg/kg。与5Fu的毒性(小鼠1次灌胃给药的LD50为220mg/kg)相比，5Fu与KBW形成WBF后使5Fu的毒性降低。所以WBF具有较高的抗肿瘤活性和较低的毒性。

　　2 钼系

　　2.1 钼系同多、杂多化合物

　　1988年Yamase等 [19]发现(NH3Pri)6 [Mo7O24]·3H2O(代号为PM8)具有较好的体内抗肿瘤活性且无细胞毒性。1993年Yamase [20]报道，PM8对于MethA、MX1、MM46(乳腺癌)、Co4(结肠癌)、OAT(肺癌)等均具有较大的抑制作用。例如，PM8对MethA和MM46的抑制率达80%，对移植于鼠的MX1抑制率达73%。

　　1996年刘术侠等 [21]采用MTT法，检测了不同种类钼系杂多化合物对肿瘤细胞的体外抑制作用，讨论了钼系杂多阴离子结构对抗肿瘤活性的影响。结果表明：杂多阴离子的空间体积越小，对肿瘤细胞的抑制作用越强。在Anderson、Keggin、Dawson结构及1∶11、2∶17双系列结构的杂多化合物中，Anderson及Keggin结构的空间体积相对较小，其抗肿瘤活性也相对较强。文献还讨论了取代原子、还原态及反荷阳离子等因素对抗肿瘤活性的影响：(1)钨取代钼原子时对肿瘤细胞的抑制作用减弱，并且被钨取代的钼原子数越多，抗肿瘤活性越弱;而钒取代钼原子时，抗肿瘤活性却有所增强。(2)将Keggin结构钼硅、钼锗、钼磷、钼砷杂多酸还原为杂多蓝(杂多蓝除阴离子骨架发生轻微畸变外仍保持原来的母体酸或盐的结构)时，发现杂多蓝对肿瘤细胞的IC50明显低于其相应的母体，显示出优于母体的抗肿瘤活性。(3)反荷阳离子为不同的碱金属离子时，对肿瘤细胞的抑制作用无明显影响;反荷阳离子为过渡金属离子时，会使抑制作用降低;但反荷阳离子为稀土离子时，抑制作用则有所增强。这些规律为进一步合成新型的抗肿瘤药物提供了重要的理论依据。

　　2.2 含有机基团的钼系杂多化合物

　　2002年Han等 [22]报道了(HAla)8 (H3O)10 [PMo12O40]6·22H2O(Ala = alanine，丙氨酸)的合成，表征发现该化合物为正交的斜方晶系。经抗肿瘤活性测试，该杂多化合物具有抗Pc3m(前列腺癌细胞)和Hela的生物活性。

　　2002年韩正波等 [23]制备了一种三斜晶系的新型有机无机杂化材料，化学式是(C3H5N2)4· [PMoVMo11VIO40]·4DMF·2H2O(C3H5N2 = imidazolium，质子化咪唑)。采用MTT法，对其体外抗Pc3m活性及毒性进行了研究，并与钼磷酸进行了对比。结果表明：该化合物对Pc3m的抑制率可达88%，而钼磷酸对Pc3m的最高抑制率仅为31%。同时，该化合物400μg/ml时没有显示出毒性，故有望成为新型的抗肿瘤药物。

　　2003年Zhang等 [24]合成并表征了 [La(NMP)4(H2O)4] [HGeMo12O40]·2NMP·3H2O (NMP = Nmethyl2pyrrolidone，N甲基2吡咯烷酮)，为单斜晶系空间群。抗肿瘤活性实验结果表明：所合成的化合物具有抗Hela和Pc3m的作用。

　　2003年张学军等 [25]采用MTT法进行体外抑瘤效应测定，观察了甘氨酸钼磷酸盐(GlyH)4 [PMo12O40]·5H2O(简记为GP;Gly = glycine，甘氨酸)对肿瘤细胞生长的抑制作用及对荷瘤小鼠的抑瘤效应。体外实验表明，GP对Hela、Pc3m、S180、Lung cancer(原代肺癌细胞)的生长有明显抑制作用(P<0.05)，并呈一定的量效关系。100μg/ml时对Hela的抑制率达95.92%，对Pc3m的抑制率达95.11%。体内实验表明，给药组能够抑制S180的生长，明显延长小鼠生命期。急性毒性实验中，LD50为2 735.27mg/kg，LD50 95%可信区间为1 931.97～3 872.58mg/kg。该研究表明，GP属高效、低毒抗肿瘤药物，可抑制多种人癌细胞的生长。

　　2003年韩正波等 [26]报道，氨基酸侧链官能团能与多金属氧酸盐形成新型配合物。了解氨基酸和肽与多金属氧酸盐的相互作用对于深入研究多酸药物化合物的抗肿瘤及抗病毒机理很有意义。由Na2MoO4·2H2O和甘氨酸二肽(GlyGly)在酸性条件下合成了有机无机杂化材料{ [Na2(H2O)4]2 [γMo8O26(GlyGly)2]}·4H2O，并发现 [γMo8O26(GlyGly)2]单元与 [Na2(H2O)4]单元之间存在弱的相互作用，可形成无限二维平面结构。

　　2005年Li等 [27]将鸟氨酸(C5H12N2O2)引入到Keggin型多金属氧酸盐中，合成了3种新型杂多化合物：(C5H13N2O2)2(H3O) [PMo12O40]·8H2O、(C5H14N2O2)2 [SiMo12O40]·12H2O和(C5H14N2O2)2 [GeMo12O40]·12H2O。X单晶衍射表明，这3种化合物的结构中，在质子化鸟氨酸阳离子、水分子和杂多阴离子之间包含有N—H…O和O—H…O氢键，因此表现出多金属氧酸盐和质子之间的相互作用。在抗肿瘤活性研究中发现，这些化合物对Hela的IC50依次为17.81、41.88、12.51μmol/L，对Pc3m的IC50依次为20.58、79.87、12.67μmol/L，可见抑瘤效果显著。

　　3 研究方向

　　尽管多金属氧酸盐作为抗肿瘤药物研究已取得很大成果，但目前对其作用机制、构效关系及药物动力学尚不明确。所以今后的研究主要是应用研究→理论研究→再应用研究的过程：(1)根据已有经验设计并合成大量新的杂多化合物，以寻找具有良好临床价值的抗肿瘤药物;(2)进一步把杂多化合物的性能与组成、结构关联起来，深入研究杂多化合物的抗肿瘤活性机理，搞清楚结构与生物活性之间的内在联系;(3)在研究得到性能与组成、结构关系的基础上，设计并合成具有更高的抗肿瘤活性和更低的毒性的新型多金属氧酸盐。

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