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背景与目的:恶性肿瘤严重威胁人类健康,是目前死亡率最高的疾病。以金属铂类为代表的金属抗肿瘤药物具有广谱强效的优点,仍是目前化疗药物研究的热点之一。近年来研究发现,金属钒配合物具有毒性低和抗肿瘤活性强等特点,尤其是氧钒配合物的抗肿瘤潜力更是被广泛关注。本文拟设计合成四种新型的氧钒配合物,探讨其与DNA的相互作用模式,并通过体外肿瘤细胞株增殖实验和体内裸鼠移植瘤模型对其活性进行评价,并探讨其抗肿瘤作用机制,以期为氧钒配合物抗肿瘤作用研究提供新的实验依据。方法:合成四种含不同取代基的苯并咪唑菲啰啉类氧钒配合物并通过采用元素分析、红外光谱(IR)、电喷雾质谱(ES-MS)和核磁共振(NMR)对其结构进行表征。运用电子吸收光谱法、荧光光谱法、粘度测量法以及琼脂糖凝胶电泳法评价新合成的氧钒配合物与DNA的相互作用模式。MTT法检测氧钒配合物及其配体对7株人肿瘤细胞株(人胃癌SGC-7901细胞、人宫颈癌He La细胞、人膀胱癌BIU-87细胞、人肺癌SPC-A-1细胞、人肝癌Hep G2细胞、人结肠癌HT-29细胞和人胰腺癌PANC-1细胞)体外增殖抑制作用并计算出相应的半数抑制浓度(IC50)值。采用流式细胞术PI染色检测细胞周期,Annexin V-FITC/PI双染法检测细胞凋亡,荧光探针DCFH-DA检测细胞内的ROS水平,Hoechst33258荧光染色法观察细胞核形态,JC-1染色法检测细胞线粒体膜电位,Western blot检测细胞凋亡相关蛋白(Bax、Bcl-2、Cyt-C、Cleaved caspase-3、Cleaved caspase-8和Cleaved caspase-9)和细胞周期调控相关蛋白(p16、Cyclin D1、CDK4和p-Rb)的表达。通过小鼠急性毒性实验,采用Bliss法计算配合物的半数致死剂量(LD50),采用苏木素-伊红(H-E)染色观察组织病理学改变。建立裸鼠人宫颈癌He La细胞移植瘤模型,分别测量并记录瘤移植后当天(0 d)、第7天(7 d)、14天(14 d)、21天(21 d)和28天(28 d)裸鼠体重和瘤体积值,分别于瘤移植后第7 d和28 d开对裸鼠进行活体成像测量。通过TUNEL(FITC)+DAPI双染法检测瘤组织中He La细胞凋亡,采用免疫组化检测Ki-67和p16在瘤组织中的表达。结果:合成并表征了四种含不同取代基的苯并咪唑菲啰啉类氧钒配合物,即VO(hntdtsc)NPIP、VO(hntdtsc)CPIP、VO(hntdtsc)MEPIP和VO(hntdtsc)HPIP。四种配合物均能以非共价插入方式与CT-DNA相结合,能够有效断裂质粒DNA,根据结合常数Kb大小可知其DNA亲和力大小依次为:VO(hntdtsc)NPIP>VO(hntdtsc)CPIP>VO(hntdtsc)MEPIP>VO(hntdtsc)HPIP。四种氧钒配合物对7株人肿瘤细胞株均有一定的增殖抑制作用,其中VO(hntdtsc)NPIP的活性最强,其对7株人肿瘤细胞株的IC50值依次为:Hela(1.09±0.16μM)、BIU-87(4.51±0.68μM)、SPC-A-1(7.61±0.55μM)、SGC-7901(14.23±1.36μM)、HT-29(26.34±4.11μM)、PANC-1(35.23±6.25μM)、Hep G2(19.32±3.45μM)。VO(hntdtsc)NPIP对Hela细胞的增殖抑制作用比顺铂更强,IC50值仅为顺铂(5.54±0.81μM)的五分之一。VO(hntdtsc)NPIP(0.5、1.0、2.0μM)分别作用24、48和72 h后对Hela细胞的抑制率依次为:24 h:(10.37±1.01)%、(22.55±3.23)%和(34.52±4.61)%;48 h:(35.33±3.36)%、(45.30±7.23)%和(57.46±6.69)%;72 h:(42.36±7.33)%、(60.44±8.63)%和(74.61±7.81)%。VO(hntdtsc)NPIP作用48 h后,显著增加He La细胞G0/G1期细胞比例(F=22.03,P<0.01),降低S期细胞比例(F=16.14,P<0.05),呈浓度依赖地增加He La细胞的凋亡率(F=43.65,P<0.001)。Hoechst 33258染色结果显示,随着配合物VO(hntdtsc)NPIP作用浓度的增加,Hela细胞明显呈现出细胞核碎裂、核浓缩致密以及强蓝色荧光现象。DCFH-DA检测结果显示,VO(hntdtsc)NPIP显著升高细胞内的ROS水平(F=112.24,P<0.001)。JC-1染色结果显示,配合物VO(hntdtsc)NPIP呈浓度依赖地增加He La细胞绿色荧光强度(F=55.22,P<0.01),即诱导He La细胞线粒体膜电位的下降。Western blot结果显示,配合物VO(hntdtsc)NPIP显著抑制Bcl-2蛋白的表达(F=33.12,P<0.001),降低Bcl-2/Bax比值(F=86.74,P<0.001),增加Bax、Cyt-C、Cleaved caspase-3、Cleaved caspase-8和Cleaved caspase-9的表达(F=16.22,P<0.05;F=54.32,P<0.001;F=25.54,P<0.01;F=34.68,P<0.001;F=40.63,P<0.001);显著增加p16蛋白的表达(F=68.55,P<0.001),降低Cyclin D1、CDK4和p-Rb蛋白的表达(F=19.15,P<0.05;F=20.41,P<0.05;F=75.46,P<0.001)。小鼠的急性毒性试验得出配合物VO(hntdtsc)NPIP的LD50值为24.26 mg/kg,病理学检测表明4.0 mg/kg剂量组对小鼠心脏、肝、肾和肺组织均无明显毒性。第28 d检测结果显示,配合物VO(hntdtsc)NPIP(1.0、2.0、4.0 mg/kg)可呈剂量依赖地抑制裸鼠He La细胞移植瘤体积的增大(F=134.60,P<0.001),降低裸鼠活体成像相对光强度值(F=89.65,P<0.001),即抑制移植瘤的生长和转移。TUNEL(FITC)+DAPI双染结果显示,配合物VO(hntdtsc)NPIP呈剂量依赖地升高绿色荧光/蓝色荧光比值(F=133.14,P<0.001),即增加了移植瘤组织中He La细胞的凋亡率。免疫组化结果显示,VO(hntdtsc)NPIP处理组可显著降低Ki-67染色阳性细胞率(F=140.22,P<0.001),显著升高p16染色阳性细胞率(F=79.55,P<0.01)。结论:四种氧钒配合物具有DNA键合作用,均有显著的的肿瘤细胞增殖抑制作用,其中VO(hntdtsc)NPIP的活性最强。VO(hntdtsc)NPIP在体外和体内均对人宫颈癌He La细胞均有显著的增殖抑制作用,其通过p16-Cyclin D1-CDK4-p-Rb途径对细胞周期G0/G1期的阻滞作用和通过Caspase依赖性线粒体凋亡途径诱导的细胞凋亡作用可能介导了该过程。