DNA与小分子化合物相互作用的研究进展与展望_王君

［12 ］ － 10 ， － 1. 8 × 10 － 7 g·mL － 1 范围内呈良好的 并且其荧光强度增加与品绿浓度在 4. 0 × 10 － 10 g· mL － 1 ， 最低检测限为 2. 0 × 10 并且两者的作用方式属于嵌插作用 ． 线性关系，
Elsa SalazarArredondoa 等研究了有机磷杀虫剂对氧磷、 甲基对硫磷、 毒死婢、 二嗪农对人精子 DNA 的损伤作用［13］． 研究表明甲基对硫磷的细胞毒性为 750 μmol · L －1， 其他化合物没有毒性． 通过 精子染色质结构分析发现， 它们的氧化产物对 DNA 的毒性比本体更强． 阿特拉津 － ct － DNA 在 319. 8 nm 处有一增强的共振光散射光谱峰， 且共振光散射强度与 ct －
莹
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（ 1． 辽宁大学 化学院， 辽宁 沈阳 110036 ； 2． 辽宁大学 环境学院， 辽宁 沈阳 110036 ） 摘 要： 脱氧核糖核酸（ DNA） 是生物体中重要的遗传物质 ， 它对遗传信息的储存、 复制及转录具有重要的作
结构、 行为、 形态， 揭示生命的奥秘， 人们研究了不同类型的小分子 用． 为了进一步探索和认识 DNA 的性质、 化合物与 DNA 之间的相互作用． 通常小分子与 DNA 作用有三种结合方式： 嵌插作用、 沟结合和静电作用． 现 有许多技术和方法来研究小分子化合物与 DNA 的相互作用， 例如紫外光谱、 荧光光谱、 凝胶电泳和粘度测量 等多种研究手段． 关键词： DNA； 小分子化合物； 相互作用； 进展； 展望 中图分类号： O657. 1 文献标志码： A 5846 （ 2013 ） 04028912 文章编号： 1000-
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小分子化合物与 DNA 相互作用的类型
DNA 分子可与许多外源性小分子、 离子结合形成较复杂的复合物， 通过各种模式的作用机理影
响到 DNA 分子结构， 进而影响基因的调控和表达． 因此研究化学物质与 DNA 的相互作用具有重要 一方面可作为生物探针建立测定 DNA 高灵敏的分析方法， 另一方面可以将 的理论价值和实际意义，
The Ｒesearch Progress and Prospect of Interaction of DNA with Small Molecule Compounds
WANG Jun1* ， WANG Qi1 ， CHEN Dandan1 ， QIAO Heng 2 ， WU Qiong 1 ， LI Ying 1 （ 1 ． College of Chemistry； 2 ． College of Environment， Liaoning University， Shenyang 110036 ）
［14 ］ DNA 的浓度呈线性关系， 据此建立了测定痕量 DNA 的方法 ． 以亚甲基蓝（ M B ） 为分子探针， 用紫 ［15 ］ 外 － 可见光谱、 荧光光谱、 荧光偏振和圆二色光谱研究了百草枯与 DNA 的相互作用 ． 发现 M B 分
而百草枯则以非竞争方式抑制 M B 与 DNA 的结合． 子主要以嵌插方式结合到 DNA 双螺旋结构上， 对百草枯对 M B － DNA 体系的荧光偏振以及百草枯对 DNA 圆二色光谱的影响的研究均表明百草枯 与 DNA 主要作用方式为非嵌插结合． 此外， 还有学者采用生物学方法或电化学等其它方法研究了其它的环境污染物如二溴乙烷 、 二 溴乙烯、 克菌丹、 灭菌丹、 盐酸克伦特罗与 DNA 的相互作用， 都取得了良好的进展 1. 2 金属配合物与 DNA 相互作用 自 1965 年美国 Ｒosenbeg 偶然发现顺铂具有抗癌活性以来
［8 ， 9 ］
． 目前， 国内外在此领域研究报道尚不多见 ， 环境污染物与 DNA 相互作用研究主要取得了如下
进展． 在模拟生理条件下， 以溴化乙锭为荧光探针采用紫外 － 可见吸收光谱法、 荧光光谱法以及圆二 色光谱法研究了农药甲萘威与 DNA 之间的相互作用
［10 ］
． 研究发现 DNA 的紫外吸收光谱发生增色
［18 ］ ［16 ， 17 ］
．
， 金属配合物的重要性引起了人们
的广泛关注， 开辟了金属配合物抗癌研究的新领域 ． 目前研究金属配合物与 DNA 作用机理的报道很 多， 大多应用荧光光谱， 紫外 － 可见光谱、 循环伏安， 圆二色谱， 线性二色谱等手段， 随着研究的开展，
第4 期
王
君，等： DNA 与小分子化合物相互作用的研究进展与展望
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［6 ， 7 ］ ． 在环境污染条件 如农药（ 杀虫剂、 除草剂） 、 多环芳烃、 多氯联苯、 卤代烃、 卤代芳烃、 合成染料等
下（ 如化学诱变物、 紫外线、 电离辐射、 细菌及真菌毒素以及代谢过程中产生的活性氧自由基等 ） ， 由 于 DNA 结构特点及半保留复制特性， 上述异生物可直接或间接地导致生物细胞内的 DNA 分子损 伤
Key words：
DNA ； small molecule compound； interaction； progress； prospect
收稿日期： 2013 － 10 － 31 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 21371084 ） * 作者简介： 王 君（ 1960 － ） ， 男， 沈阳人， 博士， 教授， 博士生导师， 从事无机化学与无机药物化学教学与科研工作．
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H － NM Ｒ 法、 共振拉曼光谱、 极谱和伏安分析法、 电位法、 阻抗法、 电化学发光法 （ ECL ） 等手段． 小分子药物与靶标的相互作用分析不仅能提供生物学的新观点 ， 而且也为药物学家、 化学家合
成出能有效调控生物过程的新药提供了契机 ， 主要表现在： 直接用于筛选新药， 用于指导设计新药和 核酸、 酶、 聚糖等重要的生物大分子的结构的认识已经达 用于减少药物毒副作用等． 人们对蛋白质、 而小分子与这些生物大分子的相互作用研究将会促进人们对这些生物大分子的 到了比较高的层次， 化学本质和生物功能的研究， 肿瘤已成为危害人类健康和生命的最主要的疾病之一． 目前的主要治 疗手段如化疗、 放疗、 手术治疗、 靶向治疗、 生物治疗等及依据具体情况联合上述多种手段的治疗 ． 临 但也存在着很多缺陷． 尤其是化疗和放疗， 其治疗的靶向性较差， 在杀伤 床证明它们有一定的效果， 肿瘤细胞的同时， 对正常细胞也造成了严重的损伤． 因此， 寻找选择性好、 副作用小的防治恶性肿瘤 的新方法仍是当今医学研究的热点 ． 光动力疗法和声动力疗法现已经应用在临床治疗上． 声动力疗 对深部肿瘤的治疗无需借助内镜， 而且超声治疗装置简单， 造价低， 声敏 法因借助于超声的穿透性， 剂的光毒性较小， 从而使治疗的副作用小， 有广阔的应用前景． 相信在不久的将来， 通过国内外研究 人员的努力， 临床将诞生一系列以声动力为中心的新型治疗肿瘤的方法 ．
［1 － 5 ］ ． 下面对小分 化学物质做为靶向分子研究其与 DNA 作用的模式和机理及生物活性之间的关系
子化合物与 DNA 相互作用的类型进行分类． 1. 1 环境污染物与 DNA 相互作用 随着科技进步和工业发展， 人类制造的化学制剂， 无论是总量还是种类， 都在持续不断地增长， 并随着人类活动大量地进入环境． 这些与环境相关的外来化学制剂 ， 统称为异生物质或外来化合物，
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辽宁大学学报
自然科学版
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引言
脱氧核糖核酸 （ DNA ） 是生物体的重要组成物质， 是遗传信息的携带者和基因表达的物质基
它在生物的生长、 发育和繁殖等正常生命活动中， 都起着极其重要的作用． 小分子 （ 目标分子 ） 化 础， 合物与 DNA 相互作用的研究一直是生命科学研究的热门话题 ． 尤其在医药研究中药物与 DNA 相互 作用的研究是认识某些疾病的致病机制和药物致病机制的基础 ， 在阐明 DNA 结构和功能方面具有 重要的意义． 研究表明许多小分子化合物与核酸发生相互作用时 ， 破坏其模板作用， 使核酸链断裂， 进而影响基因调控和功能表达． 因此， 小分子化合物不仅可以作为生物探针 ， 还可以核酸为靶目标作 为抗肿瘤药物的母体， 某些小分子化合物与核酸的加合物还是癌变的预警标示物 ． DNA 靶向分子是 临床上使用的许多抗癌药物都以 DNA 作为主要靶点， 通过与癌细胞 DNA 很重要的药物选择对象， 发生相互作用破坏其结构， 进而影响基因调控和表达功能， 表现出抗癌活性． 小分子化合物与 DNA 的相互作用一直受到各领域学者的重视， 新的研究方法的出现推动了相 互作用的研究和发展． 随着小分子化合物与 DNA 相互作用研究的不断活跃、 深入， 研究方法也逐渐 增多． 目前， 小分子化合物与 DNA 作用机理及方式的研究大多应用荧光 、 紫外、 圆二色谱、 线二色谱、
辽宁大学学报
自然科学版 第 40 卷 第 4 期 2013 年
JOUＲNAL OF LIAONING UNIVEＲSITY
Natural Sciences Edition Vol． 40 No． 4 2013
DNA 与小分子化合， 陈丹丹 ， 乔 2 珩， 吴 1 琼， 李
［11 ］
． 研究表明 DNA 的超螺旋向线团的转变程度与杀虫剂的剂量和作用时间成正相关． 还发现
O， S， S － 三甲基砜吸磷与 DNA 之间的相互作用比 O ， O， S － 三甲基砜吸磷更强． 在 37 ℃ 时， 2 小时， 100 mmol 的 O ， S， S － 三甲基砜吸磷可以使超螺旋 DNA 完全转变成线团． 而在同样温度下， 200 mmol 的 O ， O， S － 三甲基砜吸磷需要 12 小时才能使 80% 的超螺旋 DNA 完全转变成线团． 借助荧光分光光度计可以研究染料品绿和 DNA 之间的相互作用． 品绿的加入使 DNA 发射出强 烈的荧光
DNA 的荧光被甲萘威淬灭， CD 光谱也发生改变． 进而得出甲萘威以其平面结构嵌插到 效应． 同时， DNA 双螺旋的碱基对之中的结论， 并通过荧光猝灭过程计算出键合常数 ． S， S － 三甲基砜吸磷和 O ， O， Ｒ. J. Ｒichardson II 等在 pH 值 8. 0 时， 比较了杀虫剂的主要成分 O ， S － 三甲基砜吸磷与超螺旋 DNA 之间的相互作用程度， 并采用凝胶电泳法研究了 DNA 螺旋性质的 改变