的模拟研究现状

11．5．1　SOD的模拟研究现状

11．5．1．1　SOD的模拟研究概况

自从20世纪80年代初Jippard等率先开展了SOD模拟化合物的研究工作以来，国内外许多学者参与了SOD的模拟研究工作，合成了许多SOD的模拟化合物，并发现在这些化合物中有的具有很好的SOD酶活性。到目前为止，发现和合成的有SOD活性作用的化合物很多，但主要还是配合物。其中，Fe－SOD的模拟物由于发生Fenton反应产生而具有毒性，因而失去了其应用价值。这里主要介绍Mn－SOD和Cu，Zn－SOD模拟物的研究情况。

11．5．1．2　Mn－SOD的模拟研究

为解决天然的Mn－SOD相对分子质量大、半衰期短、稳定性差、易被蛋白酶水解等不足，对Mn－SOD的化学模拟已成为认识天然酶的有力工具，Mn－SOD模拟物替代天然Mn－SOD应用于临床，显示出良好的应用前景。

（1）有机酸锰配合物对Mn－SOD的模拟。这类化合物的结构比较简单，与天然Mn－SOD活性中心的结构差异也比较大，但毒性较小。胡智华等曾合成了乳酸、柠檬酸和酒石酸的锰（Ⅱ）配合物作为Mn－SOD模拟物，并采用氧化四氮唑蓝法和硝基四氮唑蓝法对3种Mn－SOD模拟物的活性进行测定。结果表明：乳酸锰配合物的活性最高，柠檬酸锰配合物的活性次之。

图11－1　1，4，7，10，13－五氮杂十五烷锰配合物（1）和1，4，7，10，13－五氮杂十六烷锰配合物（2）

（2）大环多胺类Mn－SOD模拟物。Riley等制备了二十多个大环多胺类配体用于Mn－SOD模拟物的合成，其中1，4，7，10，13－五氮杂十五烷锰配合物（1）和1，4，7，10，13－五氮杂十六烷锰配合物（2）两个化合物（见图11－1）具有SOD活性。它们在pH为8．1时的Kcat值分别为2．20×10⁷（mol·s）^－1·L、1．0×10⁶（mol·s）^－1·L。化合物1在生理pH值条件下，SOD活性的增加，其Kcat值为4．13×10⁷（mol·s）^－1·L；而化合物2在此条件下则无SOD活性，这主要是由于化合物2在低pH值下不稳定所致。化合物1对心肌梗死的活体研究表明：它能有效地减轻由心脏缺血再灌流引起的损伤。化合物1还可提高NO水平，起到血管松弛和抗血小板凝集的作用。对该项研究所合成的14～21元环化合物的构效关系研究表明：N的烷基化、增加或减小环的大小、改变N原子的个数或用O原子取代N原子都可导致合成的Mn－SOD模拟物无SOD活性，这可能与合成的Mn－SOD模拟物和天然Mn－SOD活性中心结构的相似程度及这些化合物的热力学、动力学稳定性等因素有关。

Riley等对化合物1的C－取代衍生物（见图11－2）进行了研究，发现化合物1的C－取代衍生物多数都具有较高的SOD活性。在pH为7．4条件下测定了这些化合物的Kcat值，结果表明：连接有一个反式环己基（R，R构型）取代的化合物3的Kcat值较高，为9．09×10⁷（mol·s）^－1·L；环上再连接一个反式环己基（都为R，R构型）所得到的化合物4的Kcat值大大提高，达到1．2×10⁸（mol·s）^－1·L；如果两个反式环己基一个为R，R构型，另一个为S，S构型时（化合物5），则活性降低，Kcat值仅为5．4×10⁶（mol·s）^－1·L。

图11－2　1，4，7，10，13－五氮杂十五烷锰配合物的C－取代衍生物

Salvemini等对M40403（6）和M40404（7）（见图11－3）进行了活性研究，结果表明：在注射角叉菜胶引发的大鼠验证模型中，M40403可抑制嗜中性白细胞的渗透以及前列腺素E₂（PGE₂）、肿瘤坏死因子－α（TNF－α）、白细胞介素－1β（IL^－1β）等的释放而发挥抗炎作用。在大鼠缺血再灌流损伤和休克模型（SAO mode）中，M40403可抑制血浆中TNF－α、IL^－1β水平的升高，抑制嗜中性白细胞的渗透，并可降低再灌流后的血压，延长大鼠的存活时间，而M40404无上述作用。这些实验结果表明化合物1中C取代基的类型、数量、位置及立体构型都可影响Mn－SOD模拟物的活性。

图11－3　Mn－SOD模拟物M40403（6）和M40404（7）

（3）卟啉类、酞菁类及胆绿素类Mn－SOD模拟物。Spasojevie等合成了一系列卟啉类、酞菁类及胆绿素类Mn－SOD模拟物（见图11－4）。其中化合物8～14为水溶性Mn－SOD模拟物，采用细胞色素分析法在25℃下测得这些模拟物的lgKcat值在4．30～7．80。虽然这些化合物在体外的SOD样作用较明显，但由于中心金属离子的氧化还原电位偏高而导致金属离子与配体的结合力较弱，所以在生理条件下不稳定，因而限制了这类化合物的应用。化合物15、16为胆绿素Ⅸ及其衍生物（见图11－5），中心金属离子位于五配位的二聚体结构中，它们均有较高的SOD样活性，lgKcat值分别为7．40、7．70、7．40和7．36。

图11－4　卟啉类和酞菁类Mn－SOD模拟物

Kachadourian等合成了氯代卟啉类Mn－SOD模拟物（见图11－6），构效关系研究表明：每增加一个氯原子，可使化合物的氧化还原电位增加55mV，相应的Kcat值也提高65%。因此在合成的5种卟啉类Mn－SOD模拟物中，四氯代化合物17的Kcat值最高，为4．0×100（mol·s）^－1·L。

图11－5　胆绿素类Mn－SOD模拟物

图11－6　四氯代卟啉类Mn－SOD模拟物（17）和酞菁类Mn－SOD模拟物MnTCPc（18）

2001年，冯清等合成了具有SOD和过氧化氢酶（CAT）双功能的酞菁类Mn－SOD模拟物MnTCPc（18），其清除超氧离子和H₂O₂的IC₅₀值分别为124．5μmol·L^－1和7．409μmol·L^－1。该化合物还具有降低脂质过氧化的作用。

（4）脱铁胺类Mn－SOD模拟物。锰的脱铁胺类配合物是研究较为深入的一类Mn－SOD模拟物。Dart等用MnO₂与直链脱铁胺B反应，制得了一种绿色水溶性的化合物Des－Mn，其SOD活性以含锰量计算为天然Mn－SOD的0．1%。通过Des－Mn与两种Cu（Ⅱ）化合物比较得知，该化合物不与血清蛋白结合，可在细胞内保持完整状态，因此血清蛋白的存在对Des－Mn的活性无明显影响。进一步研究表明，Des－Mn还可保护哺乳动物的细胞免受H₂O₂和叔丁基过氧化氢等物质的损害。Faulkner等以环状的脱铁胺E代替了直链的脱铁胺B，并采用类似的方法合成了化合物Mn－DFE。它的光谱学性质与Des－Mn相似。与Des－Mn相比，Mn－DFE在EDTA中的稳定性更高，但活性比前者小。

（5）其他Mn－SOD模拟物。Baudry等合成了Salen－Mn（Ⅲ）类化合物作为Mn－SOD模拟物。与脱铁胺类Mn－SOD模拟物相比，Salen－Mn（Ⅲ）类化合物在溶液中的稳定性提高，且放置数周后仍可保持SOD的活性。另外，Deroche、Rajamt等合成了其他一些配体，均能与Mn离子形成Mn－SOD模拟物，取得了较好的效果。

11．5．1．3　Cu，Zn－SOD的模拟研究

Cu，Zn－SOD是SOD家族中的重要一员，被广泛应用于化学、医药、化妆品等领域。通常，在众多的小分子模拟物中，铜或锌模拟物具有较高的活性，为此用化学手段合成具有相关结构的铜离子的配合物来模拟SOD、开发临床用治疗药物越来越受到重视。

（1）Cu（Ⅱ）中心结构的模拟。早期对Cu，Zn－SOD的研究工作大都集中在对Cu（Ⅱ）中心结构的模拟上，主要是寻找具有歧化功能的Cu（Ⅱ）配合物，配体多为氨基酸类、水杨酸类，例如3，4－二异丙基水杨酸、甘氨酰组氨酸、博莱霉素、铜氨基酸复合物等。这类配合物在体外的活性与天然SOD的活性接近，但稳定性欠佳，不能在生物反应体系中保持活性。自20世纪80年代以来，Lippard和Kimura等相继以大环多胺为配体模拟铜的活性中心。国内有研究人员以2－乙酰基吡啶与二胺缩合，在Cu（Ⅱ）存在下得到了一系列Cu（Ⅱ）的配合物，其中1，4－亚丁基－二（2－乙酰基吡啶缩亚胺）根合铜（Ⅱ）与天然SOD的活性中心结构相似，其类SOD活性也较高。

20世纪90年代初，大环分子体系用于SOD的模拟研究受到了广泛的关注，合成的一些大环配合物，其配体可以由2，6－二甲酰基吡啶与1，3－丙二胺缩合而成，也可以由2，6－二乙酰基吡啶与3－氧杂戊烷－1，5－二胺缩合而成。用核黄素光照法研究以2，6－二甲酰基吡啶与1，3－丙二胺缩合的大环双核铜配合物为配体与反应的动力学，发现以SCN^－为桥基的配合物反应速率最高。随后对桥基为lm的2，6－二乙酰基吡啶与3－氧杂戊烷－1，5二胺缩合铜配合物的研究发现，该配合物会与阴离子发生键合作用。其中：N－3与该配合物键合，但并不使咪唑桥断裂，推测其可能是Cu^2＋的轴向键合，使Cu^2＋的配位数增加；SCN^－与该配合物键合，并可使咪唑桥断裂，推测可能是SCN^－取代咪唑桥与Cu^2＋键合。这些大环铜配合物的活性和稳定性均较高，在活细胞及蛋白质等存在的实验条件下仍能发挥清除的活性，是一类很有前途的模拟SOD。

罗勤慧等人首次合成出结构新奇的咪唑桥联三核铜化合物，发展了以二维大环和三维大环穴醚为基础发展起来的超分子化学及模拟化学，并对以二氧四胺为配体的Cu（Ⅱ）等配合物体系的SOD模型进行了研究，测定了二氧四胺双铜（Ⅱ）配合物的活性，证明在生理pH条件下具有高活性、高稳定性的优点。还有研究报道带功能基的长链Cu（Ⅱ）氨基酸配合物，N－正十三碳酰双甘肽合铜和二－（N－正十二碳酰双甘肽合铜）。由于Cu的长链功能配合物在水溶液中形成了胶束，使得活性中心处于一种疏水环境中，用脉冲辐解法测定发现二－（N－正十二碳酰双甘肽合铜）的活性基本与天然SOD的活性接近，取得较好的模拟效果。

近来有学者用以中药丹参有效成分原儿茶醛、氨基硫脲、硫酸铜为原料合成的原儿茶醛缩氨基硫脲铜（Ⅱ）配合物（PTC），通过对PTC清除超氧阴离子自由基及其生物学作用的实验观察发现，PTC能显著地抑制酵母多糖激活的人白细胞的吞噬发光，且能降低由白细胞激活引起的人血液黏度和脂质过氧化产物（MDA）的升高。PTC能使小鼠烧伤模型的炎症反应减轻，并能使烧伤小鼠血清中增高的MDA和一氧化氮代谢产物显著降低，证明SOD的模拟物PTC是一种很强的超氧阴离子自由基清除剂，对其介导的组织细胞的氧化损伤有保护作用。其原因可能是由于PTC进入生物体内，原儿茶醛、氨基硫脲和Cu各种成分协同作用，有效清除了自由基。

以上都是对SOD活性中心Cu（Ⅱ）的模拟，只能部分说明SOD的活性。而且，这些模拟物在体外有的具有与天然SOD相近的活性，但在体内却不稳定，易为生物配体所取代。同时，游离的Cu^2＋在体内有较高的毒性。目前，在铜模拟SOD的探索中，对由3，5－二异丙基水杨酸配体构成的铜配合物的研究较为广泛，该配合物已注册专利（专利号为72841－56－6）。Miesel等对酵母Cu（Ⅰ）巯基组氨酸三甲基内盐［Cu（Ⅰ）_－thionein］的研究证明，18μmol/L该品即可50%抑制TPA诱发PMNL呼吸爆发产生的活性氧；皮下注射32．5×10^－3μmol/kg体重可防止45%以上的活性氧所致肝损伤。

（2）Cu，Zn－SOD活性中心结构的模拟。在天然SOD中由于Cu、Zn的配位环境不同，空间结构各异，因而合成异双核Cu、Zn化合物很困难。国内对异双核咪唑桥联配合物的模拟研究在20世纪90年代取得了较大的进展，其中罗勤慧教授合成出第一个确定结构的咪唑桥联的Cu－Zn异双核SOD模拟物［（tren）Cu（lm）Zn（tren）］（ClO₄）和酷似Cu（Ⅱ）活性中心的模型，是较好的SOD模型。此外南京大学配位化学研究所得到了另一种异双核Cu、Zn化合物［（DTMA）Cu（lm）Zn（DTMA）］（ClO₄），上述两异双核Cu的配位环境均与Cu₂Zn₂－SOD相似。