钌多吡啶络合物因具有独特且稳定的光化学和光物理性质、高水溶性、高单 线态氧产率、甚少的光漂白作用等优良性能而被成功应用于临床研究。钌多吡啶 络合物从众多被研究的金属络合物中脱颖而出，被认为是潜在的下一代抗癌药 物。本课题组之前的研究发现经典的 Ru(II)/Os(II)多吡啶络合物在氯代酚或其他 弱酸性阴离子的协同作用下，通过形成亲脂性离子对可促进其在细胞乃至细胞核 内 的 摄 取 。 本 论 文 中 我 们 设 计 合 成 了 新型钌 多 吡 啶 络 合 物 探 针 [Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+ （5,5‘-Me4bpy =5,5‘-二甲基-2,2‘-联吡啶，dppz = 多吡 啶[3,2-a:2‘,3‘-c]并吩嗪）和[Ru(TMP)3] 2+（TMP = 3,4,7,8-四甲基-1,10-邻菲罗啉） 可分别用作选择性靶向和检测细胞内错配 DNA，以及作为细胞内高效光敏剂。 我们还进一步探究了四种不同 bpy（2,2‘-联吡啶）配体的钌多吡啶络合物对细胞 成像及毒性的结构-性能关系。主要研究内容如下：

       新型钌多吡啶络合物[Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+作为荧光探针选择性靶向和检测 细胞内的错配 DNA

      DNA 错配是指双链核酸出现不符合碱基互补配对原则的现象，这一现象与 多种类型的癌症直接相关。因此选择性检测错配 DNA 对识别基因突变和确定潜 在的细胞癌变过程具有重要意义。然而，关于在细胞水平上检测错配 DNA 的金 属络合物探针的研究却十分稀缺。为此，我们合成了对周围环境的细微变化十分 敏感的新型钌多吡啶络合物[Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+。我们发现该络合物与包 含一对 CC 碱基错配的 DNA 结合的荧光强度是与匹配良好的 DNA 结合的荧光 强度的 7 倍。通过荧光竞争实验和络合物荧光寿命的测定，进一步发现 [Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+与错配 DNA 的主要结合位置在 DNA 小沟沟槽中。在 基因组 DNA 水平上，该络合物可以通过便捷的荧光光谱法直接辨别抽提的基因 组总 DNA 源自错配修复缺陷（MMR）的癌细胞还是正常细胞,并同时适用于检 测和识别不同程度的 MMR 缺失的癌细胞；在细胞水平上，通过共聚焦显微镜可 直接观测到固定细胞是否富含错配 DNA。当与氯酚或非甾体抗炎药氟芬那酸结 合时，会形成亲脂性三元络合物致使[Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+可被细胞乃至细 胞核快速摄取，导致选择性损伤 MMR 缺陷的细胞。对[Ru(5,5‘-Me4bpy)2(dppz)]2+ 的进一步研发，可作为一种潜在的检测细胞内 MMR 缺陷的新型诊断方法。

      新型钌多吡啶络合物[Ru(TMP)3] 2+作为新型细胞内光敏剂及其光毒性机理

      光敏剂作为光动力治疗的核心，因此发展高单线态氧量子产率、高光毒性以 及忽略不计的暗毒性的新型光敏剂用于癌症的诊断和治疗一直以来都是一项挑 战。我们发现典型的钌多吡啶络合物[Ru(TMP)3] 2+在可见光照射下以 TEMPO （2,2,6,6,-四甲基-4-哌啶酮-N-烷氧基）作为捕获剂采用 ESR 可检测到高产率单 线态氧的产生。应用我们之前发现的离子对形成法，[Ru(TMP)3] 2+可以被细胞以 及细胞核有效摄取，我们对所有氯代酚进行筛选，发现 2,3,4,5-四氯酚 （2,3,4,5-TeCP）效果最为显著。[Ru(TMP)3] 2+的有效细胞摄取，尤其是细胞核摄 取可导致 HeLa 细胞在光照条件下产生 8-氧-7,8-二氢-2‘-脱氧鸟苷(8-oxodG)、 DNA 断裂、caspase 3/7 被激活进而导致细胞凋亡。更重要的是，与传统光敏剂 相比，[Ru(TMP)3] 2+除了具备快速进入细胞的能力，还具有较高光毒性和较低暗 毒性的优势。若将2,3,4,5-TeCP替换为目前临床使用中的非甾体抗炎药氟芬那酸， 可得到类似的结果。该研究首次发现[Ru(TMP)3] 2+可通过形成离子对的方法被细 胞有效的快速摄入，在可见光照射下可作为主要通过单线态氧途径介导的细胞内 光敏剂。这些发现为今后研究光动力治疗中其他具有类似特性的金属络合物光敏 剂提供了崭新的视角。

       不同配体的[Ru(L)3] 2+类多吡啶络合物对细胞摄取、成像及光毒性的结构-性能研 究

      [Ru(bpy)3] 2+（Ru1）作为最经典的[Ru(L)3] 2+类钌多吡啶络合物之一，一直备 受广泛关注，对其配体结构进行相应的修饰可获得原有属性基础上的进一步提 升。因此，我们对 bpy 配体进行结构修饰，合成了三种配体空间位阻依次增大的 同系物：[Ru(4,4‘-Me2bpy)3] 2+（4,4‘-Me2bpy = 4,4‘-二甲基-2,2‘-联吡啶）（Ru2）、 [Ru(4,4‘-dtbpy)3] 2+ （ 4,4‘-dtbpy = 4,4‘- 二 叔 丁 基 -2,2‘- 联 吡 啶 ）（ Ru3 ）、[Ru(4,4‘-Ph2bpy)3] 2+（4,4‘-Ph2bpy = 4,4‘-二苯基-2,2‘-联吡啶）（Ru4）。通过测定这 些钌多吡啶络合物的亲脂性及其与氯代酚形成离子对的有机/水相分配实验，发 现随着钌多吡啶络合物亲脂性的增加, 为达到有效的有机相分配，所需氯代酚上 的氯取代基的数目逐渐降低。进而发现其与相应氯代酚协同作用可以使其被细胞 快速有效摄取。有趣的是，我们发现该系列钌多吡啶络合物几乎不能与 DNA 结 合，但可与牛血清蛋白（BSA）结合，且其结合力随亲脂性增加而增大，致使这 四种不同结构的钌多吡啶络合物在细胞内的分布存在差异。细胞存活率实验发现 Ru3 对细胞可产生明显毒性，且在光照条件下可快速增加其细胞毒性。该研究对 四种[Ru(L)3] 2+类钌多吡啶络合物的结构-效应关系进行了对比分析，阐明了四种 钌多吡啶络合物的不同应用范围，为发展细胞内新型荧光探针以及光敏剂提供了 新思路。