中药金属配合物研究进展

王 勤，申 键

(1.内蒙古自治区药品检验研究院，内蒙古自治区 呼和浩特 010010；2.内蒙古医科大学药学院，内蒙古自治区 呼和浩特 010110)

中医药博大精深，有着悠远的治疗史，对治疗疑难杂症有着突出的贡献，如屠呦呦创制的抗疟药-青蒿素，大大降低了疟疾患者的死亡人数。与西药相比，中药发展相对缓慢，是从20世纪80年代以后对该领域研究有一定的成果。根据知网对中药主题词进行检索，截止2019年发现具有该关键词文献篇数共有448 788篇，由图1可看出中药产业在近20年发展迅速。2016年12月，国务院新闻办公室发布《中国的中医药》白皮书，预计到2020年，中国中医药大健康产业规模将超过3万亿，CAGR将保持在20%。中药产业现已成为我国经济来源的重要组成部分。由此可见，我国中药产业具有不俗的发展潜力。配位化学可从分子水平阐述中药在生物体内作用的过程，这对于中药的研究具有重要意义。近年来，人们越来越关注金属配位化学在中药研究中的应用。大量的研究表明金属配位络合物在生命体中起着至关重要的作用[1]，如植物中的叶绿素是镁的络合物，哺乳动物体内的血红素(又称亚铁原卟啉)是铁的络合物；锰以Mn3+的形式存在于生物体的各个部位中，并参与造血的过程，影响血液循环和代谢；对恶性贫血具有治疗效果的维生素B12是CO的卟啉类络合物。本文将对金属配位化学在中药领域的提出、实验研究方法及应用作简单的论述。

1.3 观察指标 对患者的临床疗效和术后恢复情况进行观察分析。⑴临床疗效的判断标准为[4]：治疗15d内，患者的临床体征和症状彻底消失，不存在阴道流血和腹痛，血β-hCG水平进行性降低到正常值范围则表示显效；治疗30d内患者的临床体征、症状彻底消失，不存在阴道流血和腹痛，血βhCG水平进行性降低到正常值范围则表示有效；治疗后患者依然存在阴道淋漓流血、腹痛等临床体征、症状，血β-hCG水平存在异常，或者再次出现手术指征则表示无效。⑵术后恢复情况的相关指标包括月经恢复正常时间、β-hCG水平恢复正常时间、术后1周血β-hCG降低幅度。

图1 知网以“中药”为关键词历年发表文献篇数

1 中药配位化学的提出

众多学者在研究中药或天然有效成分过程中，发现当提纯某单一有机分子时，药物的疗效会下降或消失甚至出现毒副作用。曹治权教授在1993年指出中药配位理论[2]，即中药的有效成分并不是一些简单的有机分子或微量元素，而是由它们构成的配合物在人体内起作用。中药有效成分中大多分子均有适宜做配体的基团，如羧基、巯基、羟基等，能与无机金属离子络合形成配合物。通过配位反应使配体的空间构型发生改变，配体和中心离子产生协同或拮抗作用，或者产生新的生物活性。例如，黄芪和铜都能阻抑人肺癌A549细胞的繁殖、诱导细胞凋亡。两药联合使用后，铜和黄芪都将细胞周期阻滞在G0/G1期，抗肿瘤作用明显提升，具有协同作用[3]；黄芩苷钴、铜、镍络合物较黄芩苷的抗肿瘤活性均有提高，其中铜络合物作用最强[4]。中药配位学说的提出对中药有效成分的发现、中药有效成分生物活性研究、中药有效成分的分离制备等方面有着重要的指导作用。最近几年中药金属配位化学研究情况见表1。

表1 金属配位化学在中药中的研究

2 中药配位化学的实验研究方法

合成、分离和结构表征是探究中药配位化学的基础。每年发表的有关无机化学研究的研究论文有半数以上是关于配位化合物的合成及其各项性质研究的，从中可看出配合物合成在无机领域的重要性。配位络合物是一类具有特征化学结构的化合物，由中心原子(或离子，统称中心原子)和围绕它的分子或离子(称为配体)完全或部分通过配位共价键联合而形成。探究中药络合物合成工艺主要是在查阅有关文献的背景下进行单因素试验和正交试验。随着科学技术发展的突飞猛进，越来越多先进的设备和技术手段被运用到了中药配位化学的研究中，大大推进了中药配合物的研究进程。为了进一步探究可使用色谱法、酸碱处理法、膜分离法、电泳技术等方法把配合物从庞杂的体系中分离出来，同时可用谱法、质谱法、荧光法、热重分析法、X衍射等方法来分析配合物的组成结构，进行定性定量分析。

崔虹云等[15]利用单因素试验为基础，进行正交试验，得到合成犀草素钙配合物最佳条件：木犀草素与CaCl2的摩尔比为1∶1，反应时间控制为8h，pH值为8.5，温度为70～80℃，平均收率为86.32%。同时通过紫外光谱分析、红外光谱分析、元素分析和热重差热分析等方法确定了木犀草素钙的结构，其分子式为C15H9O6Cr(COOCH3)2(H2O)2·2H2O。吴谊群等[23]制备了三(3-OH黄酮)合铝(Ⅲ)并得到了[Al(C15H9O3)3]2·2CHCl3·8H2O晶体。通过X射线衍射，可知该单晶归属三方晶系，空间群为R3，且由于其独特的酮基和羟基，每个3-羟基黄酮都同时与Al3+配位。陈素艳等[6]等合成了芦丁钙，经元素分析、光谱分析等方法推出了其可能结构。保志娟等[8]运用紫外分光光度法探究了合成芦丁锗络合物的条件、配位比及表观稳定常数，得出芦丁：Ge4+= 1∶1、K稳= 107.46的结论。

3 中药金属配合物的生物活性

在抗肿瘤活性方面：向晖等[30]将大黄素与铜、铁、铬3种金属络合并选用MTT法检测了三种配合物对HepG2细胞的抑制活性。得出三种配合物相较于大黄素，抑制肿瘤的活性均有显著提高。张茜等[31]把从草乌中提取的草乌多糖作为原料，合成了4种金属络合物(RPS-Ca、RPS-Zn、RPS-Cu、RPS-Fe)并用MTT法检测了4种多糖金属配合物对HepG2细胞、MCF-7细胞和HT-29细胞的抗癌活性，得出草乌多糖铜抑制作用最强的结论。丁冶春等[28]制备了槲皮素和稀土元素[铽(Tb)、镨(Pr)]的配合物，同时选用了MTT法检测槲皮素和槲皮素-Tb及槲皮素-Pr对HepG2细胞的抑制作用。实验结果表明槲皮素-Tb及槲皮素-Pr络合物的抗肿瘤活性均强于配体槲皮素。毛俐等[32]合成OMT-Au和MT-Au并采用MTT法查看细胞增殖抑制，流式细胞术检测配合物对细胞凋亡和细胞周期的影响，琼脂凝胶电泳探究配合物对拓扑异构酶Ⅰ(TOPOⅠ)活性的影响。得出结论OMT-Au、MT-Au均有抗肿瘤活性，而OMT-Au的抑制活性优于MT-Au。众多金属配合物比配体具有更好的抑制活性，为抗肿瘤药物的研发提供了依据，为人类健康事业做出突出贡献。

3.1 抗肿瘤活性

随着中国传统医学研究的深入，众多学者对中药金属配合物的活性进行了进一步的探究。许多研究成果表明中药配体与金属离子络合在药理作用方面会比单一有机分子更为有效，而其药理作用主要表现在抗肿瘤活性、抗氧化活性、抑菌活性等。接下来将从这三个方面来探究中药金属配合物的生物活性。

3.2 抑菌活性

在抑菌活性方面：向晖等[33]合成了大黄酸的三种金属配合物(大黄酸-Mn、大黄酸-Zn、大黄酸-Co)，采取二倍稀释法检测大黄酸和3种金属配合物的MIC，滤纸片法检测其对金葡菌、大肠杆菌、肺炎链球菌的抑菌活性大小。通过试验得出：金属配合物的抑菌活性优于配体，其中大黄酸锰对大肠埃希氏菌和金葡菌的抑制作用最强，大黄酸钴则对肺炎链球菌的抑制作用最好。方森苗等[5]为了探索一种新型木材防腐剂，使用抑菌圈法、载片观察法和木材防霉实验研究了芦丁和芦丁金属配合物对黑曲霉的抑菌作用。结果表明芦丁与金属锌、镁、锰的配合物能显著提高对木材霉菌的抑制性，强于芦丁配体及芦丁-Cu、芦丁-Fe。邱银生等[25]发明了一种黄芩苷锌的制备方法，该化合物性质稳定，相较于黄芩苷具有较强的抑菌活性，可用来治疗猪腹泻，且能进行批量生产，促进了兽药的发展和进步。

1.2 研究方法 所有患儿入院后24 h内均抽取静脉血进行血常规、肝肾功能电解质、红细胞沉降率(ESR)、降钙素原(PCT)、血培养检查。收集134例热性惊厥患儿性别、发病时年龄、发病时体温、惊厥持续时间、住院天数等临床资料。探讨维生素D缺乏组和维生素D正常组之间是否存在差异。

3.3 抗氧活性

在抗氧活性方面：张建会等[34]制得了大黄素-锌并采用DPPH法和Fe2+-H2O2-亚甲蓝法检测了配体及其络合物的抗氧化活性，发现配合物抗DPPH自由基的活性明显优于配体。马玲龙等[35]以芹菜素为配体合成了芹菜素-铜(Ⅱ)金属配合物，通过NBT光照还原、Fenton反应和抗脂质过氧化方法研究了该配合物对自由基的活性。发现芹菜素与铜发生配位反应后，其抗自由基的活性明显增强。朱丽等[21]以天然黄铜化合物金雀异黄酮和山奈酚为原料制备了两个铜(Ⅱ)络合物，并采用NBT光照还原法和水杨酸法检测了其的体外抗氧化活性。实验结果表明金属络合物具有良好的清除O2-和OH-的能力，且中心Cu2+和黄酮分子表现出协同抗氧活性。Igor等[36]探究了芦丁与过渡金属络合的抗氧化和抗炎活性，发现芦丁铜络合物的体外清除氧自由基的能力是母体芦丁的2～30倍。沈学兵等[7]合成了芦丁-稀土镧配合物并探究了其体外抗氧活性，得出了配合物的抗氧活性优于配体的结论，并测试出配合物浓度为3.0×10-5～2.0×10-4mol/L时，对OH-的抑制率可以达到98%以上。

呼吸内科住院患者一旦发生医院感染后，不仅增加了临床的治疗难度、延长住院时间，还可导致病死率上升。目前国内外在呼吸内科住院患者医院感染管理方面没有特效方法，基本为提升护理质量、加强患者的自我防护为主，效果不明显[2] 。因此如何制定一套行之有效的管理体系，以降低住院患者医院感染率，是许多医院亟待解决的问题。

3.4 其他生物活性

中药金属配合物除具有抗肿瘤作用，抑菌作用，清除超氧化自由基作用外，还具有抗炎镇痛、改善视神经损伤、降血糖、抗溃疡等作用。例如任仲坤等[24]发现黄芩苷锌对缺血性视神经损伤有修复作用。罗国安等[26]等合成的二黄芩苷锌的镇痛效果显著优于阿司匹林且具有和药皮康霜阳性组相同的消炎疗效。黄建东等[9]等进行了动物实验，发现芦丁铬对STZ诱导的Wistar大鼠高血糖模型具有辅助降血糖的作用。肖凯军等[13]等公开了一种促进细胞葡萄糖消耗的方法，即采用特殊方法合成了木犀草素锌，并取得了专利，发明所得的配合物相比配体木犀草素，在降糖等生物活性方面有着显著的提高，有利于降糖药物的开发。总的来说，中药金属络合物的发展潜力巨大，还有许多潜在的生物活性等待人类的发现。

4 中药金属配合物的应用

中药金属配合物的应用体现在方方面面，在不同的领域均有不同发展。例：①传统中药中的大多数有机分子，例如香豆素类、生物碱、醌类、黄酮类、双甾体类都可以与金属离子发生络合反应，从而提升其功效或减少毒副作用甚至产生新活性，可用来筛选高效低毒的药物或者进行新药的研发。如王健等[37]发现芦丁对肿瘤细胞没有抑制作用，但芦丁铜配合物对肿瘤细胞具有良好的抑制作用；②可利用中药配体与金属离子络合所产生的物理变化或化学变化，来判断药物和分离药物。如向酸性皂苷或中性皂苷的水溶液添加硫酸铅即可析出难溶物质以达到初步分离的目的。蒽醌类化合物与硫酸镁反应时能产生不同的颜色，可用来分析蒽醌的结构；③通过配位反应，增加溶解度。如陈平等[38]确定在最适条件下合成的芹菜素锌金属络合物，其溶解度是原芹菜素的80倍；④具有一定的光学性质，申文英等[10]探究了白花丹素镧(Ⅲ)络合物与BSA相互作用的光谱学，发现两者均可通过静态荧光猝灭的方式来降低BSA的荧光强度，表现出配合物相较于配体具有更强的细胞毒活性。顾运琼其后又研究了白花丹素钇(Ⅲ)络合物[11]证实该络合物也可降低荧光强度并具有一定的体外细胞毒活性。周双生等[17]探究了姜黄素类钯(Ⅱ)的合成和光学性质，其光学实验证明了其具有良好的光学性质，可用来做荧光材料，有不小的开发价值。

总结

综上所述，中药配体与金属离子结合后的生物活性将发生显著变化，尤其是在抗肿瘤、抑菌、抗氧化作用方面。这表明，对中药的研究已经不仅仅是片面的单体分子，而是要用整体观来研究有机成分与无机成分的相关联系和作用。其次随着配位化学理论的不断完善，更有利于从分子水平上阐述中药在生物体内作用的过程，对于中药的研究具有重要意义。且随着设备和技术手段的不断提高使其实验研究方法愈加科学和完善，为进一步探究中药领域打下了坚实的基础。中医药作为我国的民族医药产业，长期以来一向是国家医疗政策支持的重要领域，具有很大的发展潜力。截止2015年，中药工业总产值高达7867亿元，占医药产业总量的29.26%，成为新的经济增长点，出口额达37.2亿美元。2016年，国务院发布《中医药发展战略规划纲要(2016-2030)》，将中医药发展列入了国家战略，同时制定了《中医药发展“十三五”规划》，指出到2020年，中药工业规模以上企业主营业务收入将达到15823亿，年复合增速15%，中药企业收入占整体行业比重从29.26%上升到33.26%，进一步刺激中药产业的市场空间，必将使中药学的发展欣欣向荣，而中药学的发展必然离不开配位化学理论的相辅相成，研究并发展中药配位化学，不只可以阐述和完善中药理论，也是中医药现代化的重要路径。而中药金属配合物生物活性明显高于中药本身，药理作用显著，这对天然中药的开发利用及寻找新药开辟了新的途径，金属配合物将是中药配位化学研究的一个重要方向。