羟基镓咔咯光动力抗肝癌的体内外活性

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230339

摘要/Abstract

摘要：

制备了10-（4-羟基苯基）-5，15-二（五氟苯基）咔咯（1）及其金属镓配合物（1-Ga），并用分子生物技术对肝癌细胞的光动力活性进行了研究。结果表明，咔咯金属配合物的光动力活性在很大程度上取决于中心金属，镓的引入可以提高光动力抗肿瘤活性在肝癌细胞中，1-Ga在光照射下触发细胞内活性氧物种（ROS）的显著产生以及线粒体膜电位的变化，最终导致癌细胞坏死和凋亡。 1-Ga对人肝癌细胞MHCC97H细胞（MHCC97H）与人肝癌细胞HepG2细胞（HepG2）的光动力半数抑制浓度在2~4 μmol/L之间，而1的浓度大于4 μmol/L。此类咔咯化合物表现出较高的生物相容性和光动力抗癌效率，在小鼠体内癌症模型中表现明显，与对照组相比，治疗组肿瘤组织质量下降超过70%。其作用机制可能与ROS产生后对线粒体功能影响有关。 1-Ga的光动力活性明显优于1，可能是金属镓光动力产生更多ROS的结果。

关键词: 光动力活性, 咔咯, 镓, 肝癌

Abstract:

10-（4- hydroxyphenyl）-5， 15-bis（pentafluorophenyl） corrole （1） and its metal gallium complex （1-Ga） were prepared， and the photodynamic activity of hepatocellular carcinoma cells was studied by molecular biotechnology. The results indicated that the phototoxicity of corroles depended largely on the central metal， and gallium could enhance the photodynamic activities. In liver cancer cells， 1-Ga triggered the significant production of reactive oxygen species （ROS） and the change of mitochondrial membrane potential under light irradiation， which eventually led to cancer cell necrosis and apoptosis. The half inhibitory concentration of 1-Ga on the photodynamic activity of human hepatoma cells （MHCC97H） and human hepatoma cells （HepG2） is between 2~4 μmol/L， while the concentration of 1 is greater than 4 μmol/L. These corroles showed high biocompatibility and photodynamic anticancer efficiency， which were obvious in mouse cancer model. Compared with the control group， the mass of tumor tissue in the treatment group decreased by more than 70%. And the mechanism may be related to the influence of ROS production on mitochondrial function. It is worth mentioning that the photodynamic activity of 1-Ga is obviously better than that of 1， which may be related to the photodynamic production of more ROS by gallium corrole.

Key words: Photodynamic activity, Corrole, Gallium, Liver cancer

中图分类号:

O614.3

钟永辉, 欧晓倩, 黄岳卿, 郑佩莎, 黄慧琳, 郑嘉琪, 史蕾, 张召. 羟基镓咔咯光动力抗肝癌的体内外活性[J]. 应用化学, 2024, 41(8): 1184-1192.

Yong-Hui ZHONG, Xiao-Qian OU, Yue-Qing HUANG, Pei-Sha ZHENG, Hui-Lin HUANG, Jia-Qi ZHENG, Lei SHI, Zhao ZHANG. Improvement in Photodynamic Activity of Gallium Hydroxycorrole Towards Hepatocellular Cancer Cells invitro and invivo[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2024, 41(8): 1184-1192.

图/表 8

图1 化合物1和1-Ga的合成路线

Fig.1 The synthetic route of 1 and 1-Ga

图2 化合物1、1-Ga的紫外可见光谱（A、B）； 1、1-Ga（C）的荧光光谱以及1和1-Ga（D）在荧光峰值波长处的荧光衰减曲线（○，实验曲线；---，拟合曲线）；溶剂为甲苯，测试浓度为~5 μmol/L，荧光激发波长为405 nm

Fig.2 UV-Vis spectra of 1 and 1-Ga （A， B）；FL spectra of 1 and 1-Ga （C） and the fluorescence attenuation profile of 1 and 1-Ga （D） at the peak wavelength of fluorescence （○， experimental curve； ---， fitting curve）； The solvent is toluene， the test concentration is 5 μmol/L， and the excitation wavelength of fluorescence is 405 nm

图3 化合物1（A）和1-Ga（B）对有/无照射的肿瘤细胞作用。 MHCC97H细胞在不同浓度下1-Ga孵育24 h后的光学图像（C）。红色箭头表示细胞凋亡。标尺均为100 μm

Fig.3 Cytotoxic effects of 1 （A） and 1-Ga （B） on human hepatocel lular cancer cell lines with/without illumination. Optical images of MHCC97H cells after incubation with 1-Ga for 24 h in different concentration （C）. Red arrows represent the apoptotic cells. The rulers are all 100 μm

图4 通过荧光显微镜测定1-Ga（2.0 μmol/L）在MHCC97H细胞中的细胞定位。 Hoechst-33342染色（蓝色）。标尺均为100 μm。 Complex为红色荧光通道视野

Fig.4 Cell localization of 1-Ga （2.0 μmol/L） in MHCC97H cells determined by fluorescence microscopy. Nuclei： Hoechst-33342 stain（blue）. The rulers are all 100 μm. Complex represents the field of view of the red fluorescent channel

图5 1-Ga（2.0 μmol/L）对MHCC97H细胞线粒体膜电位（Mitochondrial membrane potential， MMP）降低的影响。 MHCC97H细胞用1-Ga处理24 h，并用荧光探针JC-1染色。（Control）显示了来自3个独立实验的代表性图像。（1-Ga） JC-1单体或聚集体荧光强度的定量分析。与对照组比较， **P＜0.01， *P＜0.05， n=3。标尺均为100 μm

Fig.5 Effect of 1-Ga （2.0 μmol/L） on the MMP decrease in MHCC97H cells. MHCC97H cells were treated with 1-Ga for 24 h， and stained with the fluorescent probe JC-1. （Control） Representative images from three independent experiments are shown. （1-Ga） Quantitative analysis of the fluorescence intensity of JC-1 monomers or aggregates. **P＜0.01， *P＜0.05， n=3. The rulers are all 100 μm

图6 用1-Ga（2.0 μmol/L）处理后MHCC97H细胞中的细胞内ROS检测，其通过荧光显微镜测定（所有标尺均为100 μm）

Fig.6 Intracellular ROS detection in MHCC97H cells after treatment with 1-Ga （2.0 μmol/L）， which determined by fluorescence microscopy （The rulers are all 100 μm）

图7 化合物1-Ga（2.0 μmol/L）对MHCC97H细胞侵袭转移的影响。（A）划痕实验测定法用于评估1-Ga加入后MHCC97H的迁移。（B） 1-Ga对MHCC97H细胞转移的影响。所有标尺均为100 μm

Fig.7 The study of cell motility and metastasis by wound healing assay and transwell assay. （A） A wound healing assay was used to evaluate the migration of MHCC97H after silencing by 1-Ga. （B） The effects of metastasis in MHCC97H cells after treatment with 1-Ga. The rulers are all 100 μm

图8 1-Ga在MHCC97H活体中的光动力抗肿瘤作用。（A）光动力治疗后代表性肿瘤组织。（B）观察期结束时各组肿瘤组织的重量。（C）观察期结束时各组小鼠的质量。数据以平均值±SEM表示。对照组相比， **表示P＜0.01， *表示P＜0.05， n=3。（D）1和1-Ga光动力治疗后小鼠肿瘤的H&E组织学分析。红色箭头表示细胞凋亡。标尺均为100 μm

Fig.8 The photodynamic anti-tumor effect of 1-Ga in MHCC97H xenograft tumors. （A） Representative tumor images at 24 days post-PDT treatment. （B） The weight of the tumors for each group at the end of the observation period. （C） The body mass of mice from each group at the end of the observation period. Data are presented as the mean ± SEM. ** represents P＜0.01， * represents P＜0.05， n=3. （D） The histology analysis by H&E for the mice tumor after 1 and 1-Ga PDT treatment. Red arrows represent the apoptotic cells. The rulers are all 100 μm

参考文献 28

1	PAOLESSE R. Porphyrin handbook［M］. San Diego CA： Academic Press， CA， 2000： 201-232.
2	LIU H Y， LAI T S， YEUNG L L， et al. First synthesis of perfluorinated corrole and its Mn=O complex［J］. Org Lett， 2003， 5： 617-620.
3	FU B Q， HUANG J， REN L， et al. Cationic corrole derivatives： a new family of G-quadruplex inducing and stabilizing ligands［J］. Chem Commun， 2007， 31： 3264-3266.
4	MAHAMMED A， GROSS Z. Corroles as triplet photosensitizers［J］. Coord Chem Rev， 2019， 379： 121-132.
5	FU B Q， ZHANG D， WENG X C， et al. Cationic metal-corrole complexes： design， synthesis， and properties of guanine-quadruplex stabilizers［J］. Chem Eur J， 2008， 14： 9431-9441.
6	GROSS Z， MAHAMMED A， ABDALES M， et al. Bioinorganic chemistry of corrole metal complexes： interactions with proteins and cells［J］. J Inorg Biochem， 2003， 96： 140.
7	CHANG C K， KONG P W， LIU H Y， et al. Synthesis and photodynamic activities of modified corrole derivatives on nasopharyngeal carcinoma cells［J］. Proc SPIE， 2006， 6139： 613915.
8	SUN Y M， JIANG X， ZE Y L， et al. Hydroxy-corrole and its gallium（Ⅲ） complex as new photosensitizer for photodynamic therapy against breast carcinoma［J］. Eur J Med Chem， 2020， 112794 （208）： 1-10.
9	WANG Y G， ZHANG Z， WANG H， et al. Phosphorus（Ⅴ） corrole： DNA binding， photonuclease activity and cytotoxicity toward tumor cells［J］. Bioorg Chem， 2016， 67： 57-63.
10	SHI L， YANG W C， ZENG S Y， et al. DNA-binding and anti-tumor activities of Cobalt corrole complexes［J］. Chin J Chem， 2016， 37： 1059-1068.
11	ZHANG Z， WANG H H， YU H J， et al. Synthesis， characterization and in vitro and in vivo photodynamic activities of a gallium（Ⅲ） tris（ethoxycarbonyl）corrole［J］. Dalton Trans， 2017， 29： 9481-9490.
12	ZHANG Z， WEN J Y， LV B B， et al. Photocytotoxicity and G-quadruplex DNA interaction of water-soluble gallium（Ⅲ） tris （N-methyl-4-pyridyl）corrole complex［J］. Appl Organomet Chem， 2016， 30： 132-139.
13	ZHANG Z， YU H J， HUANG H， et al. The photodynamic activity and toxicity evaluation of 5，‍10，‍15-tris（ethoxylcarbonyl）corrole phosphorus（V） in vivo and in vitro［J］. Eur J Med Chem， 2019， 163（1）： 779-786.
14	ZHANG Z， YU H J， HUANG H， et al. The photocytotoxicity effect of cationic sulfonated corrole towards lung cancer cells： in vitro and in vivo study［J］. Laser Med Sci， 2019， 34（7）： 1353-1363.
15	XI A N， ZHANG Z， WANG H H， et al. DNA-binding， photocleavage and anti-cancer activity of tin（Ⅳ） corrole［J］. J Porphyrin Phthalocya， 2018， 22： 739-750.
16	TEO R D， HWANG Y Y， TERMINI J， et al. Fighting cancer with corroles［J］. Chem Rev， 2017， 117： 2711-2729.
17	LI M Y， YANG W， CEN J H， et al. Gallium（Ⅲ） amide corroles： DNA interaction and photodynamic activity in cancer cells［J］. Chem Plus Chem， 2023， 88： e202200413.
18	LIU L G， SUN Y M， LIU Z Y， et al. Halogenated gallium corroles： DNA interaction and photodynamic antitumor activity［J］. Inorg Chem， 2021， 60： 2234-2245.
19	ZHANG Y， WEN J Y， WANG X L， et al. DNA binding and nuclease activity of cationic iron（Ⅳ） and manganese（Ⅲ） corrole complexes［J］. Appl Organomet Chem， 2014， 28： 559-566.
20	NA N， ZHAO D Q， LI H， et al. DNA binding， photonuclease activity and human serum albumin interaction of a water-soluble freebase carboxyl corrole［J］. Molecules， 2016， 21： 1-14.
21	ZHANG Y， WANG Q， WEN J Y， et al. DNA binding and oxidative cleavage by a water-soluble carboxyl manganese（Ⅲ） corrole［J］. Chin J Chem， 2013， 31： 1321-1328.
22	LU J， LIU H Y， SHI L， et al. DNA cleavage mediated by water-soluble manganese corrole［J］. Chin Chem Lett， 2011， 22： 101-104.
23	ZHANG Y， WEN J Y， MAHMOOD M H R， et al. DNA cleavage mediated by water-soluble manganese corrole［J］. Luminescence， 2015， 30： 1045-1054.
24	HUANG J T， WANG X L， ZHANG Y， et al. DNA binding and nuclease activity of a water-soluble sulfonated manganese（Ⅲ） corrole［J］. Transit Met Chem， 2013， 38： 283-289.
25	CHENG F， WANG H H， ATIF A L I， et al. Photophysical properties and photodynamic anti-tumor activity of corrole-coumarin dyads［J］. J Porphyrin Phthalocya， 2018， 22（9）： 886-898.
26	WANG L L， WANG H， CHENG F， et al. Investigation of excited-state photophysical properties of water soluble gallium corrole［J］. J Phys Chem C， 2017， 121： 12350-12357.
27	RASU A， BAO R， MALHI M， et al. Induction of apoptosis by costunolide in bladder cancer cells is mediated through ROS generation and mitochondrial dysfunction［J］. Molecules， 2013， 18： 1418-1433.
28	KANKALA R K， LIU C G， CHEN A Z， et al. Overcoming multidrug resistance through the synergistic effects of hierarchical pH-sensitive， ROS-generating nanoreactors［J］. ACS Biomater Sci Eng， 2017， 3： 2431-2442.

[1]	杨弘力, 王倩琪, 汪欢, 颜晗, 林芃晖, 宋金秋, 丁洋, 李善花, 李福男. 肉桂酰胺类化合物的结构优化、合成及其抗肝癌活性[J]. 应用化学, 2023, 40(2): 261-267.
[2]	史蕾, 杨文聪, 沈淇, 尹伟, 霍朝晖, 司利平, 刘海洋. 咔咯铁(Ⅲ)配合物与DNA的作用及其抗肿瘤活性[J]. 应用化学, 2019, 36(12): 1376-1386.
[3]	李善花,黄志宁,苗方笑,郑满意,梁涵,王宝睿,曲宁,乔红,王海莉,李福男. 1,3-取代吲唑类低氧诱导因子l抑制剂的设计合成及其抗肝癌活性[J]. 应用化学, 2018, 35(4): 410-419.
[4]	黄志宁, 郑满意, 苗方笑, 于婧琦, 李善花, 李福男, 曲宁. N-(4-哌啶基)苯甲酰胺衍生物的设计、合成及其抗肝癌活性[J]. 应用化学, 2016, 33(6): 661-667.
[5]	盛世厚, 于惠秋, 刘铜军, 柳时, 郑永辉, 胡秀丽, 宋祥福. 键合紫杉醇纳米胶束对H22肝癌小鼠的体内疗效评估[J]. 应用化学, 2011, 28(11): 1280-1285.
[6]	李东红, 刁俊林, 刘建仓. 载光敏剂磁性纳米粉的制备及其光敏活性[J]. 应用化学, 2008, 25(9): 1065-1068.
[7]	姚有为, 王如骥. 一种新颖层状磷酸镓化合物[Ga3(PO4)4](H3NCH2CH2)2NH2的合成与结构表征[J]. 应用化学, 2002, 19(6): 611-612.
[8]	霍丽华, 王旭, 赵经贵, 马淑杰. 钛酸盐(钴、镓)沸石分子筛的合成与表征[J]. 应用化学, 2000, 17(3): 322-324.
[9]	杨健美, 苏锵. 铬离子取代对LaGa_1－xCr_xO₃性质的影响[J]. 应用化学, 1996, 0(6): 46-48.
[10]	余新武, 王力, 张继余, 张淑云, 王恩波, 阎羽. Na₇H₄[GaW₉O₃₇Cu₃(H₂O)₃]·18H₂O的制备及其磁性[J]. 应用化学, 1996, 0(3): 30-33.
[11]	赵经贵, 邢美君, 刘宏. 2-乙基己基膦酸单(2-乙基己基)酯从盐酸溶液中萃取Ga(Ⅲ)的机理[J]. 应用化学, 1996, 0(1): 101-103.
[12]	刘景福, 王敬平, 瞿伦玉, 陈亚光, 徐桂英. 三缺位α-9钨镓杂多酸盐的合成与性质[J]. 应用化学, 1992, 0(5): 16-20.
[13]	钱道荪, 孙立中, 沈毅. n-GaAs为基的光电化学电池输出特性[J]. 应用化学, 1988, 0(5): 93-95.