Schiff碱及其金属配合物与牛血清白蛋白相互作用的研究进展

申 磊，杨玉娟，孙 琳，张丽莹，庞艳玲

(菏泽学院 化学化工学院，山东 菏泽 274015)

血清白蛋白(SA)是人和动物体内血浆中含量最丰富的蛋白,体内生物活性物质如药物或者其他有机化合物的转移和分配与SA的亲和力有关[1]。在分子水平上研究药物小分子与生物大分子SA的相互作用，是当前生命科学和药物化学的重要课题之一。由于人血清白蛋白(HSA)与BSA相似的结构和生理功能，研究者常常以BSA代替HSA来进行相关研究[2]。

研究小分子药物与BSA相互作用常用的方法有：荧光光谱法[3]、红外光谱法[4]、紫外可见吸收光谱法[5]、圆二色谱法[6]等。荧光光谱法因其高灵敏度、高选择性、低取样量、易于操作等优点，得到广泛应用。

1 Schiff碱及其配合物的结构与荧光的关系

Schiff碱是指含C=N的有机物，一般由含氨基的化合物与活泼的醛(酮)羰基化合物反应制备。改变原料醛、酮或胺，可以设计具有特定结构和功能的Schiff碱。由于Schiff 碱C=N中N原子上有孤对电子，使得Schiff 碱配位能力良好，可以与多种金属离子形成配合物。

许多Schiff碱类化合物及其金属配合物都具有抑菌、抗癌、抗病毒等生物和药理活性，得到国内外学者的持续关注。由于C=N具有立体构型，Schiff碱化合物本身往往荧光较弱或没有荧光，但是和金属离子络合后平面刚性增强能发射较强荧光。在模拟生物环境下，Schiff碱化合物或其金属配合物与BSA相互作用，可以猝灭BSA的内源荧光，改变BSA的构型。相关研究的成果，可以为小分子药物设计与药物机理提供试验数据与理论依据。

2 Schiff碱及其金属配合物与生物大分子BSA的相互作用

小分子药物进入人体后优先与SA结合，而SA与药物之间若结合能力过强的话会导致游离的药物浓度下降，药效降低；反之，它们之间结合能力过弱则会令药物代谢加速。药物的药效决定于SA与药物结合能力的强弱。用荧光光谱法研究Schiff碱及其配合物与BSA之间的相互作用，一般围绕以下问题展开：探讨作用机理和猝灭类型；计算结合常数、结合位点数和结合距离；计算热力学常数判断作用力类型；同步荧光法研究作用部位。

相对于Schiff碱本身，Schiff碱金属离子配合物结构更稳定，发射波长更长；若配合具有抑菌活性的过渡金属离子，产生协同作用，将大幅度提升其抑菌活性。

2.1 Schiff碱与BSA的相互作用

2.1.1 二氢嘧啶酮类Schiff碱与BSA的相互作用

二氢嘧啶酮及其衍生物是一类重要的杂环化合物，具有抑菌、抗癌、消炎、抗病毒等药理活性。彭化南等[7]合成了系列二氢嘧啶酮Schiff碱衍生物，用荧光光谱法和同步荧光光谱法研究了产物Ⅲg与BSA的相互作用。结果表明，Ⅲg与BSA形成复合物，对BSA具有荧光猝灭作用，猝灭过程中同时存在静态和动态猝灭。计算得到了298K下它们相互作用的结合常数(2.04×104L/mol)、结合位点(0.95)、结合距离(2.59 nm)以及作用力类型(疏水作用力)。同步荧光测试结果表明:Ⅲg使BSA分子构象发生了改变。实验为探究杂环类Schiff碱在生物体内的存储、运输和药理作用提供了重要信息。

2.1.2 香草醛类Schiff碱与BSA的相互作用

香草醛类Schiff碱作为一类重要的有机配体，具有独特的生物活性。马同森等[8]制备了Schiff碱化合物4-氨基安替吡啉缩吗啉香草醛(Q-2)，研究了Q-2与BSA的相互作用。结果表明：Q-2可以显著猝灭BSA的荧光，猝灭类型为静态猝灭；结合位点数为1；二者之间主要作用力是氢键和范德华力；结合距离为0.6nm(290K)，二者之间发生非辐射能量转移使BSA荧光猝灭。Q-2的加入并未引起BSA构象的改变。

2.1.3 低聚壳聚糖类Schiff碱与BSA的相互作用

作为自然界唯一碱性多糖，壳聚糖主链上含有很多活泼的氨基，易于修饰和改性。特别是窄分子量低聚壳聚糖水溶性高，可直接用作药物。基于低聚壳聚糖的Schiff碱化合物可作为一种潜在的抗菌，抗肿瘤，抗病毒药物。曹娟等[9]合成了新型的基于低聚壳聚糖类Schiff碱化合物DMABA-CSn，探究了DMABA-CSn与BSA之间的相互作用。结果表明，DMABA-CSn(n=6,8,11)均能猝灭BSA的内源荧光，反应自发进行且放热，氢键和疏水作用力是主要作用力，Schiff碱的加入使BSA的构象发生了变化。研究还发现在一定的分子量范围内，随着CSn聚合度的增加，DMABA-CSn更易与BSA结合。低聚壳聚糖Schiff碱克服了芳香醛类Schiff碱水溶性较差的缺点，为Schiff碱类药物设计提供了新的思路。

2.1.4 含硒Schiff碱与BSA的相互作用

研究证实有机硒化合物具有良好的生物活性，具有良好发展前景。刘文举[10]设计合成了4种新型含硒Schiff碱，希望获得有机硒化合物和Schiff碱化合物生物活性的协同效应。荧光光谱法实验证明：4种含硒Schiff碱均可以猝灭BSA的内源荧光，猝灭过程为动态猝灭。分子间主要作用力为疏水力，结合位点数为1，结合距离r=2.5nm，二者发生了非辐射能量转移，引起了BSA内源荧光的猝灭，同步荧光实验证明BSA腔内的疏水环境可能有所变化，肽链的伸展程度可能有所增加。这一研究将有助于对生物大分子与有机小分子相互作用一般规律的认识。

2.2 Schiff碱金属配合物与BSA的相互作用

2.2.1 Schiff碱有机锡配合物与BSA的相互作用

具有良好的生物活性的有机锡(Ⅳ)配合物，因其潜在的抗肿瘤活性引起了人们的广泛兴趣，有望成为传统抗肿瘤药物顺铂的替代品。腙因其出众的螯合能力和结构的灵活性而受到研究者的特别关注。它能为所制备的金属配合物的骨架提供刚性。腙的生物活性如抗疟，抗增殖， 细菌和抗肿瘤也受到医学和药物领域研究人员的青睐。Yang等[11]合成了5个有机锡(IV)腙化合物并确定了其配合物的固相结构。荧光光谱的研究表明：锡(IV)配合物与BSA间作用较强，BSA产生静态荧光猝灭，结合常数的计算结果表明配合物可以容易地存储于蛋白质中，并可以在目标区域释放，二者结合位点数n=1，同步荧光实验表明配合物对BSA中酪基酸残基的影响大于色氨酸。

2.2.2 Schiff碱金属锌配合物与BSA的相互作用

萘具有优良发光性能，含有萘基团Schiff碱的激发和发射波长可以有效避免蛋白质内源荧光的背景干扰，提高测定准确度。向艳玲等[12]合成了含萘Schiff化合物N'-(2-羟基萘次甲基)-4-(2-羟基萘次甲基氨基)苯甲酰肼(HHBH,1)，并进一步合成了1-Zn，对1-Zn与BSA的相互作用进行了研究。结果表明：1-Zn的λex=370nm,λem=460nm，有效避免了蛋白质内源荧光的干扰；结合距离r=3.632nm；1-Zn影响了BSA中氨基酸残基微环境的极性和BSA的构象。该实验对研究Schiff碱类药物的代谢和药物的设计提供了新的思路。

2.2.3 Schiff碱金属镍配合物与BSA的相互作用

对氨基水杨酸(PAS)具有抗菌消炎、抗结核等药理活性，将PAS与苯甲醛合成Schiff碱，药效有望增强。而过渡金属镍也具有抑菌活性， Schiff碱金属镍配合物的药理活性值得期待。丁伟等[13]利用2,4-二羟基苯甲醛和PAS制备了新型席夫碱镍配合物,荧光光谱实验证明：镍配合物可以显著猝灭BSA的内源荧光，猝灭类型为静态猝灭，结合位点数为1，氢键和范德华力为主要作用力。魏强[14]制备了10种氨基酸Schiff碱镍配合物，以荧光光谱法研究了配合物与BSA的相互作用。结果表明：配合物在特定点位以1∶1的形式与 BSA形成复合物，导致BSA的荧光猝灭；同步荧光光谱研究表明：配合物影响 BSA氨基酸残基微环境，改变了BSA构象。

2.2.4 Schiff碱金属锰配合物与BSA的相互作用

手性席夫碱金属配合物由于其重要的生物学和药学作用而受到越来越多的关注。锰，尤其是高价锰是最主要的生物金属之一，手性锰配合物比其他过渡金属配合物对环境的破坏小，对生物活性物质的选择性高，相互作用强于非手性配合物。Li等[15]合成了4种手性希夫碱锰(IV)配合物，光谱实验表明：手性希夫碱锰(IV)配合物可以显著猝灭BAS的内源荧光，猝灭类型是生成基态复合物的静态猝灭，结合位点为1；配合物与BSA有效结合，引起BSA分子构象的改变。韦艺[16]等合成了基于不对称手性 Schiff碱配体的锰(Ⅲ)配合物，光谱法实验表明：模拟生理条件下，锰(Ⅲ)金属配合物与BSA结合良好，且改变了BSA的分子构象。何江龙等[17]合成了水杨醛类席夫碱配体并与锰离子进行配位反应，制备了两种配合物。荧光光谱法实验表明：锰配合物与BSA形成了基态复合物，令BSA内源荧光产生静态猝灭。

2.2.5 Schiff碱金属铜配合物与BSA的相互作用

牛磺酸是一种含有硫的氨基酸，在人体生理功能中起着重要的作用。牛磺酸席夫碱配合物已被报道具有抗病毒、抗癌和抗菌作用，铜为人体必需的重要微量元素之一，参与体内多种金属酶的组成。Li等[18]合成了牛磺酸席夫碱铜(Ⅱ)配合物，荧光光谱实验表明,BSA对配合物有中等亲和力；二者生成基态复合物使BSA的内在荧光发生静态猝灭；结合位点数为1,改变了BSA的构象。张燕等[19]合成了一个含有席夫碱配体的四配位的铜配合物，荧光光谱法实验表明：配合物与BSA有效结合发生了静态猝灭，二者之间的作用力主要是是静电引力。唐杰[20]合成了双核Cu(Ⅱ)配合物Cu2L，探究了其和BSA之间的作用方式。证明配合物与BSA的结合引起了蛋白质二级结构的变化；配合物与BSA之间主要靠氢键和范德华力作用力结合。

3 结论与展望

Schiff碱类化合物及其金属配合物一般具有可设计性强、生物活性高的特点，受到国内外研究者的持续关注。由于BAS与HSA具有同源性，研究Schiff碱类化合物及其金属配合物与BAS相互作用机理，可以为小分子药物的设计和药理活性作用的研究提供试验数据和理论依据。

结合近几年来国内外学者对Schiff碱及其配合物与BSA相互作用的研究，本文提出了几点后续研究思路：(1)作为小分子药物模型，设计Schiff碱时要充分考虑其生物活性。实验证明，Schiff碱金属配合物的生物活性(抗菌，抗肿瘤等)高于其配体，所以选择金属离子时也要充分考虑其生物活性，以期二者发挥协同作用，提高药效。(2)可以选择发光性能优良的基团(特别是平面刚性基团)合成Schiff碱，以有效避开蛋白质内源荧光的干扰，获得更高的准确度。(3)为了获得更高的药效，我们期望制备水溶性更高的Schiff碱，低聚壳聚糖优良的水溶性和环境友好性使其展现了良好的应用前景。(4)手性金属配合物环境破坏小，生物选择性高，与蛋白质相互作用强，是药物设计的发展方向。