基于叶酸的联核Mn(II)螯合物靶向结肠癌细胞的双功能抗癌机制研究

本研究针对传统锰(II)抗癌配合物缺乏靶向性的问题，开发了两种新型叶酸(FA)修饰的联核Mn(II)螯合物[Mn2(FA)(Bpy)2(H2O)2Cl2]·7H2O（螯合物1）和[Mn2(FA)(Phen)2(H2O)2Cl2]·7H2O（螯合物2）。通过DFT计算证实其扭曲八面体结构，SRB实验显示对叶酸受体(FR)阳性结肠癌HCT116细胞具有显著选择性（IC50=5.8-7.2 μg/mL），机制研究揭示其通过S期阻滞、调控Cyclin E/CDK2通路及激活Caspase-3/Bax促凋亡途径发挥双重抗癌作用，为靶向抗癌药物设计提供新思路。

　　

在抗癌药物研发领域，如何实现"精准打击"一直是科学家们面临的重大挑战。传统化疗药物往往敌我不分，在杀死癌细胞的同时也会损伤正常细胞，导致严重的副作用。而叶酸受体(FR)在多种癌症细胞表面过度表达的特性，为药物靶向递送提供了"导航系统"。与此同时，锰(II)配合物因其独特的氧化还原特性和DNA相互作用能力，展现出良好的抗癌潜力，但普遍存在靶向性不足的缺陷。

针对这一科学难题，开罗大学化学系和生物化学系的Mona S. Ragab团队创新性地将叶酸与锰(II)配合物结合，设计出两种新型联核Mn(II)螯合物。研究人员通过叶酸桥联策略，构建了分别以2,2'-联吡啶(Bpy)和1,10-菲咯啉(Phen)为辅助配体的双核配合物，借助DFT计算证实其扭曲八面体几何构型，并系统评估了其对FR阳性/阴性癌细胞的差异化杀伤效果及相关分子机制。这项突破性研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。

研究团队采用多学科交叉的研究方法：通过元素分析、FTIR、UV-vis、EI-MS和TGA等技术表征配合物结构；运用DFT计算优化分子构型；采用SRB法检测细胞毒性；通过伤口愈合、集落形成实验评估抗迁移能力；结合流式细胞术分析细胞周期；最后采用ELISA检测细胞周期和凋亡相关蛋白表达水平。

红外光谱与结构表征
FTIR分析显示羧酸根对称振动峰(ν_as(COO^-) 1566-1573 cm^-1)证实叶酸采取双齿桥联配位模式。质谱中m/z 1096.93(M+2)和996.00(M-2-8H₂O)峰验证了目标分子量。TGA热重分析显示螯合物1在236°C失去结晶水(14.8%)，而螯合物2在283°C出现相似失重(13.2%)。DFT计算揭示两个Mn(II)中心均呈扭曲八面体构型，螯合物2的总能量(-4660.8134 a.u.)低于螯合物1(-4576.2627 a.u.)，表明其更高的稳定性。

DNA相互作用研究
紫外滴定实验显示螯合物2具有更强的DNA结合能力(K_b=5.37×10⁶ M^-1)，约为螯合物1(1.06×10⁶ M^-1)的5倍。琼脂糖凝胶电泳证实两者均能切割pBR322质粒DNA，螯合物2可同时产生切口环状(NC)和线性(L)两种断裂形式，而螯合物1仅产生NC形式，这与结合常数结果一致。

抗癌活性与机制
SRB实验显示两种螯合物对FR阳性细胞(HCT116、HeLa、Caco-2)的毒性显著高于FR阴性细胞(MCF-7、A549)，其中对HCT116的IC₅₀最低(5.8-7.2 μg/mL)，而对正常皮肤成纤维细胞(HSF)的抑制率不足10%，证实其良好选择性。伤口愈合实验显示处理48小时后，螯合物1和2分别使HCT116细胞迁移率降至14.9%和19.1%(对照43.3%)。流式细胞术揭示螯合物引发S期阻滞(螯合物1:20.3%；螯合物2:23.4%；对照13.1%)，伴随G0/G1期细胞比例下降。

分子机制解析
ELISA检测发现螯合物显著下调细胞周期蛋白(Cyclin E降至对照36%-52%，Cyclin A降至43%-68%)和CDK2(降至49%-59%)，同时上调促凋亡蛋白Bax(3.1-3.5倍)和Caspase-3(4.2-5.4倍)，而抗凋亡蛋白Bcl-2降至43%-47%。Bax/Bcl-2比值升至6.47-8.06，表明其通过线粒体途径诱导凋亡。

这项研究的重要意义在于：首次将叶酸靶向策略与联核Mn(II)配合物的DNA切割能力有机结合，开发出具有双重作用机制的新型抗癌候选化合物。其创新性体现在：(1)通过叶酸受体介导的内吞作用实现肿瘤靶向；(2)双核结构增强DNA结合/切割效率；(3)通过调控Cyclin E/CDK2-Cyclin A通路诱导S期阻滞；(4)激活Bax/Caspase-3凋亡通路。该研究为开发高选择性、低毒性的靶向抗癌药物提供了重要理论依据和实验基础，特别是针对过表达叶酸受体的结直肠癌等恶性肿瘤。