DNA与其靶向功能分子相互作用研究进展

魏 涛张丽红陈美伦王冠军姜 曼姜振泼

DNA与其靶向功能分子相互作用研究进展

魏 涛1张丽红1陈美伦1王冠军1姜 曼1姜振泼2

DNA与小分子的结合区主要位于核酸的戊糖环、磷酸骨架、碱基部分。两条核苷酸链形成的小沟、大沟、聚合的阴离子磷酸骨架，以及核酸的平行堆积的碱基仪器组成了小分子的识别位点。本文首先分析了DNA与其靶向分子相互作用的模式，其次，重点探讨了DNA与功能分子相互作用的研究方法，具有一定的参考价值。

DNA；靶向功能分子；作用；研究方法

脱氧核糖核酸（DNA）是体内抗癌药物作用的主要靶标，同时也是遗传信息的承担者。DNA与药物的发生作用对于DNA的合成性质及复制会在不同程度上造成影响，进而对于癌细胞的恶化生长造成较大的抑制[1-5]。本文就DNA与其靶向功能分子相互作用研究进展进行探讨，现报道如下。

1 DNA与其靶向分子相互作用的模式

DNA与小分子的结合区主要位于核酸的戊糖环、磷酸骨架、碱基部分。两条核苷酸链形成的小沟、大沟、聚合的阴离子磷酸骨架以及核酸的平行堆积的碱基仪器组成了小分子的识别位点[6]。尽管DNA靶向化合物具有较大的数量，但是按照DNA与它的结合方式可分为三类，分别是剪切作用、共价结合和非共价结合[7]。

1.1 非共价结合DNA与大多数药物都是采取非共价结合的方式来进行相互作用。非共价键指疏水作用、范德华力、静电作用、氢键等弱作用键。它们在分子水平的生命现象中对于基因调制、基因转录、基因复制等具有较大的调节作用，同时也对于形成生物大分子功能极为关键[8]。DNA与金属配合物、有机小分子等功能分子的非共价结合又可分为三种模式，分别是插入作用、沟槽作用和静电作用（图1）。对于DNA与功能分子的非共价结合作用的研究近年来已经成为了关注的热点。

1.1.1 插入作用插入结合是指核酸的碱基插入小分子中的平面部分。插入剂按照插入分子结构的不同可分为两种，分别是双插入剂和单插入剂。这些作用通常在GC富集区发生。小分子插入通常会表现出较大的抗肿瘤活性[9]。近年来发现，一些非融合型链状芳环系统的插入剂分子的末端带有正电荷而与 DNA之间也有插入作用，这很象小分子与DNA沟槽结合的模式。

图1 配合物与DNA非共价键结合的三种方式

1.1.2 沟槽作用沟槽作用是指核酸的小沟或大沟的碱基与功能小分子进行直接作用，在小沟槽区会结合DNA和大多数小分子。A-T富集区在小沟槽内，小分子通过与氮（腺嘌呤碱基N-3上）和羰基氧（胸腺嘧啶碱基C-2上）形成氢键与A-T碱基二者相互结合，能够避免DNA进行复制，对于DNA能够进行非嵌入地束缚。近年来发展起来的药物分子原型或人工核酸酶主要有偏端霉素、纺锤霉素等[10]。

1.1.3 静电作用传统药学认为，静电结合的功能小分子无选择性，只能对DNA双螺旋结构的外壁进行作用，没有较好的应用价值。但是实际并非如此，例如DNA磷酸酯骨架与TMPyP金属卟啉带正电的侧链之间发生的静电作用可以稳定嵌入结合在的GC碱基。

1.2 氧化性断裂氧化性断裂通常需要用一定频率的光照射或者加入如H2O2等辅助试剂在DNA与化合物的混合体系中，通过生成氢氧自由基或者原子态氧自由基来断裂核酸，反应机理为氧化还原反应。

2 DNA与功能分子相互作用的研究方法

DNA与功能分子相互作用有无碱基序列选择或构型选择，作用的形式（插入结合、沟槽结合、静电作用），作用的位点（小沟、大沟）等，这些都需要采用多种方法才能够对其加以确定。电化学法、流体力学法、光谱法都是常用的研究技术。

2.1 光谱法目前对于DNA与功能分子相互作用最为广泛的研究方法就是采取光谱法。众所周知，许多DNA靶向分子和DNA都具有光学活性。光谱法主要包括荧光光谱法、紫外光谱法等，为了研究其结合机理，主要是对DNA与功能分子相互作用光谱学上的变化来进行分析。

2.2 电化学方法电化学方法是光谱法的有效补充，能够用于研究其它小分子与DNA的相互作用和电子转移。电化学方法不会受到样品的颜色干扰，具有较强的选择性、灵敏性。利用电化学方法可以检测DNA与小分子之间的相互作用，可以揭示许多药理作用和生物现象，形成非共价复合物的整个电子转移过程。

2.3 黏度法当DNA碱基对中有含小分子化合物插入到，会使得溶液的粘度增大，DNA链长度增加；当碱基对中有化合物以部分插入方式进入，会使得溶液的粘度下降，扭结DNA的双链；当DNA与有含小分子化合物以静电方式或者沟槽方式作用时，DNA溶液粘度就不会出现较大的变化。所以，DNA分子与金属配合物之间键合模式的判断，可以参考DNA溶液黏度的变化而定。

2.4 其它分析方法其它常用的方法有 X-射线晶体衍射法、质谱法和核磁共振分析法等。每种方法有其独特之处与局限性，这就需要多学科的协作及多种分析方法的综合运用。

[1] Samaniego F, Fanale M, Pro B, et al. Pentostatin cyclophosphamide and rituximab (PCR) achieve high re-sponse rates in indolent B-cell lyphoma without prolonged myelosuppression[J]. Blood, 2008.

[2] Romer W, Hanauske AR, Ziegler S, et al. Positron emission tomography in non-Hodgkin’s lymphoma： assessment of chemotherapy with fluorodeoxyglucose[J]. Blood,1998.

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[5] Lapela L, Leskinen S, Minn HR. Increased glucose metabolism in untreated non-Hodgkin’s lymphoma： a study with positron emission tomography and fluorine-l8-fluorodeoxyglucose[J]. Blood, 1995.

[6] Cremerius U, Fabry U, Neuerburg J, et al. Positron emission tomography with 18F-FDG to detect residual disease after therapy for malignant lymphoma[J].Nuclear Medicine Communications, 1998.

[7] Maisey NR, Hill ME, Webb A, et al. Are 18 fluorodeoxyglucose positron emission tomography and magnetic resonance imaging useful in the prediction of relapse in lymphoma residual masses?[J]. European Journal of Cancer,2000.

[8] Kasamon YL, RL Wahl. FDG PET and risk-adapted therapy in Hodgkin‘s and non-Hodgkin‘s lymphoma[J].Current Opinion in Oncology, 2008.

[9] Pagel JM, Pantelias A, Hedin N. Evaluation of CD20、CD22 and HLA-DR Targeting for Radioimmunotherapy of B-Cell Lymphomas[J]. Cancer Research ,2007.

[10] Iagaru A, Zhu H, Mari C, et al. Comparison of efficacy and toxicity of bexxar and zevalin in the management of refractory non-Hodgkin’ s lymphoma[J]. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2007.

RQ523＋.4

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1青岛市市立医院，山东青岛 266000

2即墨市妇幼保健院，山东青岛 266200

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