（药物分析学专业论文）抗坏血酸有机锗倍半氧化物的合成及其生物活性的研究.pdf

黑龙江中医药大学硕士学位论文 缩略语 缩略语表 英文全称中文译名 i r u v l d5 0 m t d i n f r a r e ds p e c t r o p h o t o r n e t r y u l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r y m e d i a nl e t h a ld o s e m a x i m h mt o l e r a t e dd o s e 红外分光光度法 紫外分光光度法 半数致死量 最大耐受量 c a mc h o r i o a l l a n t o i cm e m b r a n e鸡胚尿囊膜 黑龙江中医药大学硕十学位论文 i i f i i i 萱i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 苗i i i i i i i i i i i 置i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i i i 宣i i i i i i i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：殇鸣 日期：仞矿吕年易月，；日 关于论文使用授权的说明 本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允 许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有关机构有权公布论文的全部或部 分内容，并采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本论文内容以任何形式公开发表或成果转让时须经导师同意。 ，论文作者签名； 诱鸟 日期：z 粥年6 月乡日 4 9 纭丁 扎仅日 ，7夕 c 、夕、 r 二 月 名 莎 签 年 j y ， 刻 矽 导 ： 匕日陌叮 指 期 黑龙江中医药大学硕十学位论文 中文摘要 目的：研究抗坏血酸有机锗倍半氧化物的合成路线；表征目标化合物 的结构；研究其生物活性，包括毒性、抗癌活性和抑制鸡胚尿囊膜血管生 成三个指标。 方法：以二氧化锗为原料，利用三氯锗烷( g e h c l 3 ) 对抗坏血酸双键的 加成活性，合成一种新型有机锗倍半氧化物。产物通过元素分析、红外分 光光度法( i r ) 及紫外分光光度法( u v ) 进行表征。在研究其毒性的实验 过程中，因受药物的溶解度和给药体积限制，预计一次给药无法测出半数 致死量( l d 5 0 ) ，可做最大耐受量( m t d ) 试验；在研究目标化合物对小 鼠肉瘤s l8 0 和肝癌h 2 2 抑制作用的实验中，以此浓度为高浓度，再取中、 低两个浓度对小鼠灌胃给药，实验结束后分别算出抑瘤率，以此来反映抗 坏血酸有机锗倍半氧化物对小鼠sl8 0 和h 2 2 的抑制作用，并确定其抑制作 用与剂量的关系；在抑制鸡胚尿囊膜血管生成作用的实验中，选择七日龄 鸡胚，在尿囊膜( c a m ) 上植入含不同剂量试药的甲基纤维素膜片，并继 续孵化4 8 小时。解剖显微镜下计数加药组和对照组局部血管数，以此来反 映试药对c a m 新生血管形成的影响。 结果：抗坏血酸有机锗倍半氧化物是抗坏血酸与三氯锗烷通过加成反 应形成的具有g e o 网状结构：i = 等卜j 的配合物，化学式为 ( g e c 6 h 9 0 6 ) 2 0 3 。受此化合物的溶解度和对小鼠灌胃体积的影响，无法测 出半数致死量，测得最大耐受量为9g k g ；高浓度抗坏血酸有机锗倍半氧 化物对小鼠si8 0 的平均抑瘤率为61 8 ，对小鼠h 2 2 的平均抑瘤率为6 8 2 ， 均优于对照组；抗坏血酸有机锗倍半氧化物对鸡胚尿囊膜局部血管新生有 明显的抑制作用，且2 5 m g e g g 、1 5 m g e g g 、o 5 m g e g g 三个剂量相关性减 少鸡胚尿囊膜局部血管数。 结论：抗坏血酸有机锗倍半氧化物是一种毒性较小的新型有机锗化合 物；有显著对抗小鼠肉瘤sl8 0 、肝癌h 2 2 的作用；对鸡胚尿囊膜新生血管 生成有显著的抑制作用。 关键词：抗坏血酸有机锗倍半氧化物；肿瘤；抑瘤率；鸡胚尿囊膜( c a m ) ； 抗血管生成 2 黑龙江中医药大学硕+ 学位论文 a b s t r a c t o b j e c t i v e s t u d y i n gr o u t eo fs y n t h e s i so ft h ea s e o r b i ca c i ds e s q u i o x i d e g e ( n ) i d e n t i f y i n gt h es t r u c t u r eo ft h i sc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d ，r e s e a r c h i n g t h eb i o l o g i c a la c t i v i t yo ft h ec o m p o u n d ，w h i c hc o n t a i n i n gt h r e ea s p e c t s ： t o x i c i t y ，a c t i v i t yo fa n t i t u m o r ，i n h i b i t i o no fn e wb l o o dv e s s e lo nc h i c k e m b r y oc h o r i o a l l a n t o i cm e m b r a n e ( c a m ) m e t h o d sg e r m a n i u md i o x i d ea sr a wm a t e r i a l ，an e wa s c o r b i ca c i d s e s q u i o x i d e g e ( i v ) c o m p o u n dw a sf i r s ts y n t h e s i z e db y t h er e a c t i o no f g e r m a n i u mc h l o r o f o r m e ( g e h c l 3 ) w i t hd o u b l eb o n do fa s c o r b i ea c i d t h e s t r u c t u r eo ft h i sc o m p o u n dw a sc h a r a c t e r i z e db ye l e m e n t a la n a l y s i s ，i ra n d uv i nt h ep r o c e s so fs t u d y i n gt o x i c i t y ，c o n f i n e db yc o n c e n t r a t i o na n d v o l u m eo ft h em e d i c i n e ，l d s oc o u l dn o tb em e a s u r e d r a t sm a x i m u m t o l e r a t e dd o s e ( m t d ) w a s9g k g i no r d e rt ok n o wt h ei n h i b i t o r ye f f e c to n s 1 8 0a n dh 2 2 ，r a t sm a x i m u mt o l e r a t e dd o s e ( m t d ) a sh i g hc o n c e n t r a t i o n ， s e l e c t i n gm i d d l e ，a n dl o w c o n c e n t r a t i o n ，t h ed i f f e r e n td o s eo ft h em e d i c i n e w e r ep o u r e di n t ot h es t o m a c ho fm o u s e ，t oc o u n tr e s t r a i n i n gt u m o rr a t e sa f t e r e x p e r i m e n t ，w h i c hr e s p o n s i n gi n h i b i t o r ye f f e c to ns 18 0a n dh 2 2 a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n h i b i t o r ye f f e c ta n dd o s ew a sd e t e r m i n e d t h ea s c o r b i c a c i ds e s q u i o x i d eg e ( i v ) l o a d e dw i t hm e t h y l c e l l u l o s em e m b r a n e sw a sp u to n c h i c kc a ms u r f a c eo f7 一d a y o l de g g sa n dc o n t i n u e di n c u b a t i n gf o r4 8h o u r s l o c a lv e s s e l d e n s i t y w a sm e a s u r e du n d e rd i s s e c t i o nm i c r o s c o p e t h e i n h i b i t o r ye f f e c t so nc a ma n g i o g e n e s i sw e r ed e m o n s t r a t e d r e s u l t sa s e o r b i ca c i ds e s q u i o x i d eg e ( i v ) w a ss y n t h e s i z e db yb yt h e r e a c t i o no fg e r m a n i u mc h l o r o f o r m e ( g e h c l 3 ) w i t hd o u b l eb o n do fa s c o r b i c a c i d ，w h i c hh a st h es t r u c t u r eo f 【 i t sm o l e c u l e t h ec h e m i c a l f o r m u l ai s ( g e c 6 h 9 0 6 ) 2 0 3 d u r i n gs t u d y i n gt o x i c i t y ，c o n f i n e db ym e d i c i n e c o n c e n t r a t i o no rv o l u m e ，l d s oc o u l dn o tb em e a s u r e d r a t sm a x i m u m t o l e r a t e dd o s e ( m t d ) w a s9g k g a s c o r b i ca c i ds e s q u i o x y g e ( i v ) h a d s i g n i f i c a n tr e s t r a i n i n gf u n c t i o nt ot h et u m o r so f $ 18 0 a n dh 2 2 a v e r a g e 3 黑龙江中医药大学硕十学位论文 i n h b i t i n gt u m o rr a t ew e r e6i 8 ，6 8 2 ，r e s p e c t i v e l y ，w h i c ho u t s t r i pc o n t r o l g r o u p t h eg e ( i v ) c o m p l e xh a si n h i b i t o r ye f f e c t so nf o r m a t i o no fc h i c k c a m t h et h r e ed i f f e r e n t d o s e s ，2 5 m g e g g ，1 5 m g e g g a n d 0 5 m g e g g ， d o s e d e p e n d e n t l yd e c r e a s e dt h ed e n s i t yo fl o c a lb l o o dv e s s e l s c o n c l u s i o na s c o r b i ca c i ds e s q u i o x i d eg e ( i v ) i sn e wc o m p o u n dw i t h v e r yl o wt o x i c i t y t h ec o p o u n dh a si n h i b i t o r ye f f e c t s o ns18 0a n dh 2 2 ， i n h i b i t o r ye f f e c t so na n g i o g e n e s i so fc h i c kc a ma n g i o g e n e s i s k e yw o r d s a s c o r b i ca c i d s e s q u i o x i d eo e ( i v ) ；t u m o r ；a n t i t u m o r r a t e ；c h i c ke m b r y oc h o r i o a l l a n t o i cm e m b r a n e ( c a m ) ；a n t i a n g i o g e n e s i s 4 黑龙江中医药大学硕十学位论文 ! - 刖茜 近年来，受金属配合物药物的启示，对具有一定生物活性的有机物与 金属离子之间相互作用的研究引起了许多学者的重视。研究结果表明，许 多不具有或具有一定生物活性的有机物与金属离子之间可以产生协同作 用，研究者利用这一特点，已合成出一些活性高、效果好、毒性较低的金 属配合物药物。例如，曾成鸣i l 】等发现芦丁对癌细胞无杀伤作用，硫酸铜 溶液对癌细胞仅有轻微的杀伤作用，但芦丁铜( i i ) 配合物的杀伤作用却 很强；对金属黄芩苷配合物的研究表明【2 】：黄芩苷锌的抗炎、抗变态反应 作用均强于黄芩苷；周济桂等合成了橙皮苷铜配合物，并对其生物活性进 行了研究【3 】。结果证明：配合物的抗水肿效果、抗炎抑菌活性均强于橙皮 苷；对平滑肌的影响强于橙皮苷；维生素甲类化合物对浅白血病及早幼粒 白血病有治疗作用，但长期大量服用维生素甲可以引起严重中毒，不能推 广使用，宋玉民等研究发现维生素甲的衍生物维甲酸与具有抗炎、杀菌、 镇痛药理作用的稀土元素形成的配合物对人白血病h l 一6 0 细胞增殖及分 ，化的抑制作用强于配体维甲酸【4 】，部分配合物对超氧阴离子自由基及羟基 自由基的清除作用强于配体1 5 j 。 大量的研究表明有机成分与金属形成配合物后，确实会产生协同作用， 这一点不难理解。从细胞和分子生物学角度分析，药物如对机体或病原体 产生作用，必须进入靶细胞或与一定的受体结合，参与干扰和调节机体或 病原体的生理生化过程。药物与受体结合，主要取决于受体的种类、药物 的种类和药物的立体构型。有机药物未形成配合物进入体内是以被动扩散 为主，药物全身分布，对靶细胞的选择性特别差，容易导致疗效下降和副 作用增加。如果金属元素未与有机成分结合进入体内，那么金属元素要么 难被机体吸收，要么蓄积在体内产生毒副作用。反之，当有机成分与金属 元素形成配合物进入体内后，原来分子大小、电荷性和脂溶性都发生了改 变，特别是立体构型的改变，使配合物与一定载体、受体和酶变得易于结 合，从而增强了主动转运、胞饮、吞噬作用，这些作用的增强改变了药物 在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，增强了对靶细胞和受体的选择性， 进而达到提高疗效、降低毒副作用和减小机体耐药性的目的。因此利用金 黑龙江中医药大学硕十学位论文 属离子与有机成分之间可以产生协同作用这一特点，可以人为地使某些药 物改性，合成出活性更高、效果更好、毒性更低的金属配合物药物。 抗坏血酸( 维生素c ) ，是一种具有多种生物活性的药物。它在体内参 与一系列重要的代谢过程，包括糖代谢及氧化还原过程，直接刺激多肽合 成，参与胶原形成中脯氨酸和赖氨酸的水解，参与肾上腺素的合成，以及 参与叶酸到亚叶酸的转化，促进铁离子在胃肠道的吸收。同时它又是机体 内一种很强的抗氧化剂。近年来，正是由于抗坏血酸的广泛应用，它只是 作为一种营养物质或治疗少数几种疾病的概念已经被打破了。据最近报道 【6 j ，抗坏血酸除了可以预防和治疗感冒及流感外，还可以促进胰岛素分泌， 降低血糖，清除自由基，并具有抑制脂质过氧化物生成的作用，可以防治 糖尿病的慢性并发症，并且已经有防治白内障和神经紊乱等糖尿病并发症 的报道。另有大量研究显示，患胃癌、食道癌、口腔癌、咽喉癌和子宫癌的 危险性与l 一抗坏血酸摄入量过低有关，尤其是胃癌，并认为抗坏血酸能显著 缓解症状，延长肿瘤患者的寿命。此外，抗坏血酸还具有预防和缓解动脉粥 样硬化、抗精神刺激、治疗皮肤疾病等作用。近年来的研究表明，抗坏血 酸的一些金属配合物也具有明显的抗癌作用。h o l l i s 等合成了抗坏血酸与 铂的配合物，发现该配合物抗癌活性显著【| 7 1 ，c a r d i n 与c o y 的研究表明钛和 锡的抗坏血酸配合物也具有较强的抗肿瘤活性【8 j 。这些主族和副族金属元 素与维生素c 形成的金属有机化合物的显著抗肿瘤活性，增强了人们对维 生素c 金属配合物的极大兴趣。 锗位于元素周期表中第族，在地壳中的分布属于典型的稀散金属， 具有金属和非金属的双重性质。相对丰度在7x10 - 6 数量级，我国锗的主要 来源是从含锗硫化锌精矿中回收，在火山岩中相对丰度约为5 4 lo 。5 数量 级，土壤环境、水环境中也含有一定量的锗，土壤环境中锗多数是以 h 2 g e 0 3 、h g e 0 3 ，有机配合物等形式存在，水环境中的锗含量很低。自然 环境中的锗通过食物链进入植物体和人体，使植物体和人体内均含有一定 量的锗，锗成为许多药用植物的成分之一1 9 】，人参、灵芝、黄芪、枸杞子、 大蒜、芦荟、蘑菇、红绿茶等药用植物富含有机锗，具有独特的药用及保 健功能。很久以来，微量元素锗一直被用作半导体材料、特殊光学材料和 各种电子元件，在现代超导体研究中锗与铌、铅等是制造超导线( n b 3 a1 g e ) 6 黑龙江中医药大学硕十学位论文 的材料。直到6 0 年代，人们发现锗是一种具有很多有益的生物学效应的半 金属，从而引起了科学界的高度重视和广泛研究。近年来，越来越多的国 内外研究结果表明，锗在人类的生命过程中起着重要的作用，与人体健康 有密切的关系。尤其是有机锗具有抗肿瘤、消炎与免疫调节、抗病毒、抗 氧化、抗衰老、降血脂等多重功能，而且还可以用于食品、饮料之中，对 有机锗化合物的生物活性研究甚至也拓展到了杀虫、杀菌等农药研究的范 畴中。有机锗的多重作用使它被誉为“21 世纪的救星”和“万灵药【l0 1 。 它的开发和应用具有重要的社会意义，而且还具有巨大的经济效益和广阔 的市场潜力。 为了寻求具有更高抗肿瘤活性的配合物药物，本试验利用三氯锗烷 ( g e h c l 3 ) 对抗坏血酸分子中双键的加成活性，寻找适宜的反应条件，将 具有多种生物活性的抗坏血酸分子与锗结合起来，合成了抗坏血酸与锗的 配合物。通过元素分析、红外分光光度法( i r ) 、紫外分光光度法( u v ) 对其进行了结构表征。并对该化合物进行了毒性实验、抑制小鼠肉瘤s l8 0 和肝癌h 2 2 实验，证明了该化合物具有较低的毒性和较强的抗癌活性。通 过对鸡胚尿囊膜( c a m ) 血管生成的抑制作用的实验研究，探讨了该配合 物对新生血管的抑制作用，对其抗肿瘤的机理进行了初步的研究。关于该 化合物的合成及生物活性的研究目前国内外尚无报导，我们的实验结果对 进一步开发研制高效低毒的有机锗抗肿瘤药物具有重要的意义。 7 黑龙江中医药大学硕十学位论文 第一部分综述 锗以化合物的形式存在于自然界中，大致可分为无机态和有机态两大 类。无机锗属于电子材料的一种，作为药物时只能外用贴敷，用于消炎。人 的肠道对无机锗的吸收效果差，吸收过多会引起中毒，因此应避免服用。有 机锗分合成有机锗，例如：羟乙基锗倍半氧化物( g e - l3 2 ) ，螺锗、 呋喃锗衍生物等一类能抗病毒、抗炎、抗癌的有机锗，是具有广泛药理作 用的化合物，但服用过多易引起缺钙。天然有机锗，由天然植物中提取， 可直接食用。人参、灵芝、黄芪、枸杞子、大蒜、芦荟、蘑菇、红绿茶等 药用植物富含有机锗，对人体无任何毒副作用。生物有机锗：是将锗化 合物植入生物体内，如酵母、细菌、大型真菌、蔬菜等。 19 6 7 年日本学者浅井一彦首次合成了具有广泛生物活性的b 一羟基乙 基锗倍半氧化物，又名g e 13 2 ，并证实它具有广谱抗癌活性j 。此项研究 引起了医药界和化学界的普遍关注 z 2 - 1 4j ，拉开了国内外学者合成具有一系 列具有生物活性的有机锗化合物【1 5 07 】的序幕。本文就有机锗类化合物的合 成方法、抗癌活性、抗癌机理及有机锗的临床应用情况作一文献综述。 1 1 有机锗化合物的合成及抗癌活性研究 杨康林按化合物类型将它们分为：烃基锗化合物、螺锗及其衍生物、 有机锗倍半氧化物、有机锗倍半硫化物、介吗川类有机锗化合物【18 1 ，并总 结了这几类化合物的合成路线，其中有机锗倍半氧化物是目前研究比较多 的一类化合物，这类化合物的合成路线大多数是以二氧化锗、浓盐酸为原 料，合成三氯锗烷，再利用三氯锗烷与含有不饱和键的有机物进一步反应 得到的。此类化合物具有的g e - o 网状结构是它们的活性部位。 烃基锗化合物【”艺1 l 具有较强的杀菌活性；19 7 4 年，l e o n a r d 等人报道 了螺锗的合成方法【z 2 】并对其进行了生物化学研究，但是因为螺锗对动物及 人的中枢神经系统、造血系统、肝、肾都有明显毒性所以应用较少。 胡璧等人合成了羧基一6 一( 3 一氟苯基) 乙基锗倍半氧化物、n 一( b 一倍 半氧锗基一丙酰基) 亮氨酸乙酯、羧基一1 3 一( 取代苯基) 乙烯基锗倍半氧化 8 黑龙江中医药大学硕十学位论文 物1 2 引，他在三氯锗烷与双键加成之后又对g e 一0 网状结构进行了修饰，引入 增强生物活性的分子和基团，来增加此类化合物原本较弱的放射增敏作用。 实验证明羧基一1 3 一( 取代苯基) 乙烯基锗倍半氧化物对小鼠实体肿瘤 l a 一7 9 5 肺腺癌亦有良好的放射增敏作用；19 9 4 年聂爱华对含硫配位的有机 锗化合物的合成与生理活性进行了小结【”】，比较了用g e s 键代替g e - 0 网状 结构后一些化合物生物活性的改变，并证实了部分含硫配位的有机锗化 合物也具有抗癌活性，但活性没有含氧配位的有机锗化合物的活性高；19 9 6 年上官国强等人合成了b 一杂环酰胺基乙基锗倍半硫化物，他们将g e - 13 2 中羧基与杂环胺酰胺化，最后进行硫化反应，合成了新的一类g o - 13 2 衍 生物，即1 3 一杂环酰胺基乙基锗倍半硫化物，第二年，他们又用类似方法 合成了b 一杂环酰胺基丙基锗倍半硫化物，并进行了体外抗癌活性试验 心扣2 6 】，结果表明，此类有机锗化合物对体外培养人乳癌细胞的分裂有明显 的抑制作用，且呈剂量效应，同时发现，带不同杂环的化合物对细胞的作 用有所不同，说明杂环部分也参与一定的细胞作用；2 0 0 4 年上官国涛等对 q 一甲基一1 3 一杂环酰胺基乙基锗倍半硫化物的合成进行了研究【27 1 ，他是在 合成g e 一13 2 的工艺过程中，用q 一甲基丙烯酸代替丙烯酸，将羧基酰胺化， 再经硫化反应，合成了新型有机锗系列化合物，并研究了它们的结构特征 和理化性质。在研究该化合物对体外培养癌细胞的抑制作用试验中，观察得 出这种作用呈剂量效应，还发现带不同杂环的化合物对细胞的影响有所差 别，反映了杂环部分也参与生物学作用的现象；l9 9 7 年，姜风超等人研究了 含有锗氧杂环的锗代q 一氨基酸衍生物的合成及抗肿瘤活性【28 1 ，其中有三 种衍生物对小鼠s l8 0 的抑瘤率达到4 0 以上，并指出了其生物利用度与溶解 性的具体关系，也阐明了影响溶解度的因素不仅与锗氧网状结构有关，还 与和它相连的基团有关；同时证明了含不同基团的有锗氧杂环的锗代q 一 氨基酸衍生物活性及生物利用度均有所不同。另有报道，有机锗( g e 13 2 ) 能增强环磷酰胺的抗肿瘤作用【29 1 ，抑瘤率能达到4 5 ，而单独用环磷酰胺， 抑瘤率为3 7 ；研究者主要是通过观察有机锗对环磷酰胺损伤荷瘤小鼠的细 胞免疫、抑制自由基及抗移植肝癌作用的方面来说明其增强原理的。l9 9 8 年李太华等人合成了2 ，2 一二溴一l ，卜二甲基乙基锗倍半氧化物，并用1 2 5i 标记这种化合物在动物体内分布1 3 叭，实验结果表明该化合物在小白鼠的肾 9 黑龙江中医药大学硕十学位论文 和肝中浓集最高；l9 9 9 年王志强等人对双( b 一羧乙基) 锗氢氧化物的合成 及其生物活性进行了研究，证实了此化合物有清除自由基作用和抑制人肝 癌细胞有丝分裂活性的作用【31 l ；但它清除自由基的作用效果没有g e 13 2 好。2 0 0 7 年，周金辉等人又对新型有机锗萘酚酯倍半氧化物的合成及其对 体外培养癌细胞的抑制作用【32 】进行了报道，并用m t t 方法研究新化合物对 体外培养p c 3 m 细胞的抑制作用，部分化合物的抑制率可达到5 0 以上。 此外，人们还相继合成了各种类型的有机锗化合物，如烃基锗取代的二氯二 茂钛衍生物【33 1 ，锗的卟啉配合物1 3 4 以及烃基锗锡化合物【3 5 1 等，研究表明， 这些化合物均具有较好的抗癌活性。 综上所述，我们可以总结出有机锗类化合物的合成路线：首先是以二 氧化锗、磷酸钠或次亚磷酸钠、浓盐酸为原料，合成三氯锗烷或四氯锗烷， 然后三氯锗烷或四氯锗烷中氯原子被有不同活性的基团取代，或不发生此 反应，直接与含有不饱和键的有机物进一步发生加成反应，最后经过水解 或其他反应来得到目标产物，因它各个化合物含有的基团不同而反应条件 会有一定程度的不同，也正是因为分子中引入的基团不同，所以各个有机： 锗化合物的生物活性也会有或大或小的差别。人们对有机锗倍半氧化物类 产物研究较多，这与它们的生理活性、特别是抗肿瘤活性是密切相关的。 1 2 抗肿瘤机理的研究概况 随着对有机锗化合物研究的不断深入和发展，人们的目标已经不仅仅 局限在此类化合物的合成路线上，而是扩展到更细致的方面，即抗肿瘤机 理的研究。因为人们研究的有机锗化合物含有的基团不同，以及研究的生 物水平不同，所以对有机锗化合物的抗肿瘤机理也各有见解，下面是对有 机锗可能的抗癌机制作的总结与评述： 1 抑制d n a 、r n a 和蛋白质的合成 螺锗类化合物在体内外对多种肿瘤细胞株均有直接细胞毒作用。r i c e 等实验表明，细胞毒作用是由于螺锗对蛋白质抑制的结果，h i l lb 【36 1 、李 凯 3 7 1 等也证实螺锗可以抑制蛋白质合成，对d n a 、r n a 也有抑制作用， 并指出螺锗为周期非特异性药物。竹内俊二发现g e - 13 2 对l 12l0 白血病 1 0 黑龙江中医药大学硕十学位论文 细胞的d n a 合成有显著的抑制作用，细胞的超微结构也有相应改变。这 些事实均指出锗化合物的这种直接细胞毒作用可能是其抗肿瘤活性的作用 机理之一【38 1 。周金辉【32 1 、张煜【3 9 1 等人合成了新的有机锗的衍生物：有机 锗萘酚酯倍半氧化物，并通过实验证明了有机锗与细胞内d n a 发生了相互 作用，正是由于这种相互作用干扰了d n a 的正常复制以及对r n a 的转录， 使其不能正常分裂，最终结果导致凋亡细胞的增多。他的实验结果同样证明 了有机锗化合物可能与d n a 存在相互作用。 2 与上述说法类似的另一种机理：抗突变 人体致癌与某些化学物质的致突变作用有关。有机锗对多种化学致癌 物和射线等引起基因突变具有明显拮抗作用，其抗突变作用高度的有效性 和普遍性，显示有机锗是一种良好的抗突变剂。m o c h i z u k ih 【4o j 的研究证 明，g e 13 2 拮抗y 射线诱发大肠杆菌b r w p 2 t r p 发生突变时，d n a 多聚酶 m 是决定因素，故推测g e 13 2 在d n a 合成过程中对d n a 复制酶发生错误 有拮抗作用，这种拮抗作用对肿瘤预防有一定价值。 3 增强机体的免疫功能 研究最多的是g e 13 2 ，它可以使免疫功能低下的人的免疫力逐步恢复 正常。其环节可能是：首先刺激t 淋巴细胞产生淋巴因子：淋巴因子 活化巨噬细胞变成细胞毒巨噬细胞以及激活自然杀伤细胞( nk ) 活性： 细胞毒巨噬细胞、nk 细胞等发挥杀伤癌细胞活性。 h a n a u m ik 等研究表明，有机锗可诱生干扰素，服g e 13 22 4 d x 时后 小鼠的血清有较强的抗肿瘤和抗病毒作用。服g e 13 2 小鼠血清与巨噬细胞 共同作用才能发挥抗肿瘤效应，用阿兰胎胶等巨噬细胞阻滞剂处理后则无 抗肿瘤作用【4 1 1 。另外，g e 13 2 可通过增加巨噬细胞及n k 细胞活性，抑制 l e w i s 肺癌的转移【4 2 1 ，其中巨噬细胞比n k 细胞发挥着更重要的作用。由 此可见有机锗是通过诱发机体产生干扰素、激活巨噬细胞和活化n k 细胞， 提高机体自身免疫功能而起抑瘤作用。司传平【4 3 l 通过实验证明了有机锗能 增加n k 细胞的活性和红细胞的免疫黏附功能，进而实现其抗肿瘤作用。 4 自由基清除作用 蒋颂瑾 4 4 1 认为有机锗具有提高超氧歧化酶活力、降低血清丙二醛、产 生抗氧化剂的能力，这种作用有助于保护机体不受自由基反应的损伤，使 黑龙江中医药大学硕十学位论文 过氧化脂质水平明显降低，防止脂质过氧化，并提高机体免疫功能。 h a r i s c h 用低浓乳酸一柠檬酸锗提高大鼠肝细胞内还原型谷胱甘肽 ( c s h ) 水平，证实它确实具有防止脂质过氧化物形成以及清除体内代谢所 产生粒子的作用。王志强等人 3 0 l 等研究证实，g e 13 2 体外即具有对活性 氧类的清除作用，从而防止活性氧对细胞产生损伤作用，这也是有机锗具 有抗衰老作用的原因。杨成峰【4 5 】也通过实验说明了有机锗能显著减少羟基 自由基和超氧阴离子自由基的产生量，凌卓莹 2 8 1 、张慧芳【1 6 1 等人也证实有 机锗能显著增强血清超氧化物歧化酶( s o d ) 的活性，帖书东【4 6 】通过有机 锗能减轻抗精神病药物副反应的临床观察同样证实了这一理论。 5 生物电位说 一切病变部位细胞的生物电位均比正常细胞高，癌细胞也是如此，因 而它迅速增殖变化。应用有机锗后，由于锗的外层电子为4 s 2 、4 p 2 ，可产 生电荷转移和游离基，自由电子可以从高电位细胞夺取氢，从而降低癌细 胞的电位，制止癌细胞繁殖【47 1 。有研究者应用g e 13 2 后癌细胞膜呈现平 直，较少呈齿状突起，这可能是用药后癌细胞电位降低所导致的自身形态 的改变。 6 氧富集作用 在肿瘤的治疗中，解决乏氧肿瘤细胞对放疗、化疗的耐受性一直是一 大难题。辐射线或化疗药物杀伤肿瘤细胞的效应与肿瘤组织的氧含量有关， 氧含量高则能提高癌组织内氧分压，从而增强肿瘤对放疗的敏感性，有利 于肿瘤的治疗【4 0 1 。有机锗含有许多锗氧键，在氧化脱羧酶的作用下可生成、 释放出氧，具有富氧特性，促进氧作用或者代替氧，这也就是被有的人称 为有机锗具有“氧富集 作用的原因。当有机锗进入人体后，与体内血红 蛋白相结合，附于红细胞上，保证了细胞的有氧代谢，因而有人把有机锗 称为“制氧机 。 7 有机锗参与体内的代谢过程 有人认为癌症患者血液呈高凝状态，血流缓慢，癌细胞容易在血管壁 上附着，进而扩散。有机锗除了有“氧富集作用以提高癌组织内氧分压 外，还迸一步参与体内代谢过程，有机锗中的氧能与代谢废物中载正电荷 的氢离子结合，排出体外，起着部分血液净化作用，同时，锗可与体内和血 1 2 黑龙江中医药大学硕十学位论文 管中多余的糖、脂肪、蛋白、乳酸以及癌细胞结合而排出体外，因而能起 到清洁血液，降低血液粘度，促进血液循环的作用。故有机锗又有“清道 夫之美称。 8 有机锗影响癌细胞线粒体能量合成 有作者将s 18 0 肉瘤匀浆接种于小鼠，用g e 13 2 组的小鼠的瘤细胞呈 固缩状，细胞器减少，线粒体内有沉积物。组织化学检查可见给药组瘤细 胞g 6 p d 和l d h 均有减少。肿瘤为恶性时此两种酶活性增强，瘤细胞受抑制 时，其活性减弱。这就是给药组肿瘤细胞中这两种酶活性都相对减弱的原 因，以上说明，无论形态学观察还是生化机能检查都说明g e 一13 2 很可能 影响肿瘤细胞的能量合成【4 引。 9 辐射增敏 g e - l3 2 是一种具有双重性能的放射增敏剂：一方面它对肿瘤细胞具有 放射增敏作用，以0 0 2 m 的g e - 13 2 进行辐射敏化实验，可选择性使乏氧肿 瘤细胞敏感性提高4 3 ；胡壁 2 3 1 等人证实了有机锗倍半氧化物类化合物对 小鼠实体肿瘤l a - 7 9 5 肺腺癌亦有良好的放射增敏作用。另一方面有机锗对 红细胞有辐射保护作用。 有机锗的抗肿瘤机制大致可以分为以上九个方面，很多人的实验只是 证明了其中的一个方面。也有人认为有机锗的抗肿瘤作用可能是几个方面 的联合作用。有机锗进入机体后，能诱发机体产生干扰素、激活巨噬细胞 和活化n k 细胞，提高机体自身免疫功能，同时，有机锗对肿瘤细胞具有放 射增敏作用，又具有富氧特性，可以促进氧作用或者代替氧而起抑瘤作用， 它又可以进一步参加体内的代谢过程。 本实验的主要工作之一是研究有机锗的抗肿瘤作用，有关研究表明， 恶性肿瘤的生长、浸润、转移过程与血管生成有着非常密切的关系，后者是 前者赖以生存的温床，为前者提供生长必需的养料及转移途径。早在19 71 年f 0 1k m a n 就率先提出“肿瘤生长依赖血管生成的假说，并提出了“抗血 管生成治疗”的概念。抑制肿瘤血管新生，切断其营养提供及转移途径，能 在一定程度限制肿瘤的生长及转移，恶性肿瘤在发展和转移过程中，往往 伴随着血液黏稠度增加和血栓发生概率增加等现象，血栓导致血流阻断， 造成局部缺氧，缺氧效应则激起机体的代偿功能，诱导各种促血管生长因 黑龙江中医药大学硕十学位论文 子的高水平表达，最终形成新生血管，后者则为肿瘤的生长和转移提供了 必要的条件。而现在有机锗抑制肿瘤血管新生的作用和机理尚无报道，所 以也就没有建立起“有机锗抗肿瘤作用 、“抑制血管生成和“抗肿瘤 机理 之间的联系。作者认为是有机锗可能通过上述的九个方面中的某一 个或某几个作用达到对肿瘤血管生成因子的抑制目的，进而实现其对肿瘤 血管新生的抑制作用，最终达到其抗肿瘤的效果。 1 3 有机锗化合物的临床应用情况 人类对锗元素的生理作用的认识，最初开始于19 世纪2 0 年代，当时， 人们发现锗的化合物有生血刺激作用，于是就采用二氧化锗作为药物来治 疗贫血 4 9 1 。而现在，有机锗已经在内科、外科及保健等临床学科中得到应 用，并取得了一些成果 5 0 - 5 3 。 众所周知，癌症是严重危害人类健康的重要疾病之一。根据世界卫生 组织曾经披露的癌症的发展趋势表明，预计2 015 年发达国家癌症死亡人数 将为3 0 0 万人，发展中国家为6 0 0 万人，全年预计死亡人数达9 0 0 万人，癌症 将成为人类健康的第一杀手【54 1 。而科学工作者们对抗癌药物研究的脚步也 从未停歇，早在19 8 2 年，s 1a vik t 5 5 1 等人就报道螺锗具有抑制各种肿瘤增 殖的活性，它是治疗白血病的有效药物，现已在临床上用来治疗白血病， 另有报道，有机锗g e - 13 2 对肺、脑、胃肠道癌、儿童白血病、淋巴腺癌、 女性生殖器官癌等都有较好的疗效，且无毒副作用【5 6 】；日本、美国、瑞典 等国家进行了广泛的i 期和i i 期临床实验，证明螺锗对恶性淋巴瘤、大肠 癌、子宫颈癌、前列腺癌及黑色素瘤的治疗效果较好【57 1 。杨嘉永等【5 8 】用g e 一 13 2 对鼻咽癌、食管癌及肺癌进行了放疗辐射增敏效果的观察结果表明g e 一 13 2 对鼻咽癌放疗有增敏作用，对食管癌放疗也有增敏作用，对肺癌放疗 静注法增敏作用较好；许良豪【59 】用复方锗口服液治疗胃癌4 例、肠癌8 例、 肺癌2 例、肝癌6 例共2 0 例，3 0 天为一疗程，共服三个疗程，结果未见 副作用，患者食欲好转，疼痛减轻，精神改善，可见g e - 13 2 对改善食欲、 降低抗癌药对消化道的反应有一定作用。 除了具有抗癌防癌作用外，有机锗还能提高人体的免疫功能【4 3 “们，暨 1 4 黑龙江中医药大学硕士学位论文 南大学医学院放射诊断教研室【6 l 】对2 0 例晚期肝癌患者作了肝动脉内抗癌 药碘油乳剂灌注治疗，在抗癌药中加用了g e - l3 2 观察患者淋巴细胞转化 率、e 一玫瑰花环形成试验、补体c 3 ，c 4 及免疫球蛋白等项指标证明了g e - 13 2 确有增强免疫功能的作用；帖书东等人认为有机锗对减轻抗精神病药物 的副反应f 4 6 】也与其能增强免疫功能有关。 近一个世纪以来，各国人口构成比例发生了重大变化：老年人所占比 例增加，高龄老人所占比例增长更为突出。我国同样面临人口老龄化问题。 因此，老年人不同程度的智力障碍已经成为目前社会的重大公共卫生问题 之一，然而国内外对此疾病有效的防治方法还比较少，机体内的自由基反 应是比较公认的一种衰老学说，广州中医学院、中山医科大学及廖宝凉等 通过实验和临床证明：有机锗能有助于保护机体不受自由基反应的损伤， 并能提高机体的免疫功能等，对此，蒋颂瑾等人进行了有机锗治疗老年性 智力障碍的临床效果观察【4 4 1 ，进一步证明了这个学说的准确性。有机锗的 应用很广，它还能防治多种疾病，如对心脏病、心绞痛有良好的疗效，预 防孕妇流产、治疗烧伤而不留伤疤；对肝炎、肝硬化和老年骨质疏松等疾 病都有较好的疗效62 1 ，它还具有抗衰老作用 6 3 1 和较高的营养价值【6 4 1 。此 外，日本g e r m a n iu m 厂的g e - l3 2 临床实验资料报道，g e - 13 2 饮剂能使高血 压症显著改善，抑制血栓形成，改善高脂血症【6 引。 总之，有机锗具有广泛的医疗和保健作用，它最大的优点是副作用小， 大量的基础的动物实验研究已经证实了这一点，而在临床应用方面虽然取 得了一定的进展，但相对于有机锗广泛的医疗作用来说，还有待于科研工 作者在癌症的化学预防和化学治疗方面对其做进一步的深入研究和应用， 它的有效应用必将为人类生物效用调节剂及体内平衡调节剂药物的研制及 应用开辟出一条新路，使它的作用在疾病的预防与治疗、营养与保健作用 等方面能够充分发挥。特别是当人们生活水平有了飞速的提高，健康长寿 的愿望更加迫切，如何充分利用我国资源或将合成的有机锗开发利用，加 工为食品或制成饮料，这在医疗保健方面将是一项有意义的工作。 1 5 黑龙江中医药火学硕十学位论文 第二部分实验 2 1抗坏血酸有机锗倍半氧化物的合成及结构表征 19 6 7 年日本学者浅井一彦首次合成了口一羧基乙基锗倍半氧化物，又 名o e 13 2 ，并证实该化合物具有广谱抗癌活性 6 6 - 6 7 】。据文献报道，有机锗 倍半氧化物 ( g e r ) 2 0 3 】的抑瘤活性与化合物中的网状结构i = 石卜j 及r 基团的性质有关【6 引，特别是网状结构l = 卜j ，它是有机锗倍半氧化 物的活性部位。为了寻求具有更高抗癌活性的有机锗化合物，许多学者把 对g e 13 2 的研究扩展到有机锗药物的研究，将活性结构l = 等净一j 接在 尿嘧啶、青霉素、诺氟沙星等药物分子中，以期增加后者的生物活性，并 降低副作用，并成功地合成出6 3 ( 三羟基锗基) 3 苯丙酰胺】青霉素脱水 缩合物、6 倍半氧化锗基尿嘧啶以及锗修饰诺氟沙星等化合物，活性结构 的引入均对原药起到了一定的增效作用3 6 6 9 - 7 们。本实验研究拟将具有一定 生物活性的抗坏血酸药物分子与有机锗结合，合成抗坏血酸有机锗配合物。 通过对文献中有机锗倍半氧化物的合成方法的总结，本实验研究提出 如下合成路线，即利用三氯锗烷对抗坏血酸分子中双键的加成活性，制备 三氯锗烷抗坏血酸衍生物，水解后即得抗坏血酸锗倍半氧化物。利用红外、 紫外光谱和元素分析等分析方法对制备的化合物进行结构表征。 1 试剂与仪器 1 1 原料与试剂 二氧化锗( 光谱纯) ，次亚磷酸钠、盐酸、抗坏血酸、乙醚( 均为分析 纯试剂) 1 2 仪器 ， j j 6 0 型直流广调电动搅拌机( 杭州仪表电机有限公司) ，h h s 型恒温 水浴锅( 江苏金坛市医疗仪器厂) ，7 91 型磁力加热搅拌器( 上海南汇电讯 器材厂) ，s x 12 箱式电阻炉( 沈阳) ，p es p e c t r u mo n ef t i r 红外光谱仪 ( 美国) ，s h i m a d u u v 2 4 0 紫外可见光谱仪( 日本) ，f l a s he a l1 12 c h n 元 素分析仪( 意大利) 。 2 抗坏血酸锗倍半氧化物的合成 1 6 黑龙江中医药大学硕十学位论文 2 i g e h c1 3 的合成 将5 9 ( 0 0 4 7 5 m 0 1 ) g e 0 2 ，12 5 9 ( 0 1 l7 9 m 0 1 ) 次亚磷酸钠( n a h 2 p 0 2 h 2 0 ) 加到干燥洁净的三颈瓶中，再加6 0 m l 浓盐酸和35 m l 蒸馏水，在水浴