新螯合剂计算机辅助设计合成及排铀效果与机制研究

近年来，铀造成环境污染及危害人体健康的问题倍受世界各国所关注。目前国内外尚无满意的铀促排药物，特别是延迟给药或对慢性铀中毒效果不佳，肾毒性大，更无有关促排细胞内铀的机制和肾毒性机制的报道。本项目采用计算机辅助设计筛选的新技术以提高药物开发的效率，将具有促排活性的邻苯二酚和膦酸2种配位基团与各种分子骨架相连接，设计合成对铀具有高选择性、脂溶性适中的邻苯二酚膦酸螯合剂，动物实验评价对铀中毒的解毒和促排效果，以期获得对急性和慢性铀中毒有较好促排效果、毒性低的新螯合剂1-2个。采用体外培养人肾近曲小管上皮细胞HK-2的方法，探讨有机阴离子转运载体蛋白OAT家族和金属硫蛋白表达变化对新螯合剂促排细胞内铀和肾损伤的作用关系，并用动物实验加以验证，同时从细胞分子水平和整体水平研究螯合剂促排肾铀和肾毒性的机制，阐明多维定量构效关系，为今后设计高效、低毒的铀螯合剂提供依据，为铀中毒的螯合剂治疗提供新的启示。

本研究已如期完成项目的研究内容，达到预期目标。.通过计算机辅助设计和虚拟筛选、化学合成和动物实验观察，获得1个很有前途的新的邻苯二酚类螯合剂BPCBG，立即给药使铀染毒大鼠24h尿铀排出量较铀染毒组增加约61%，肾和骨铀蓄积量显著降低约69%和58%，而且提前或延迟30min和1h给药仍有较好的促排效果；还能有效减轻急性铀中毒大鼠肾组织的病理损伤，显著降低血清肌酐和尿素氮的水平，保护肾功能，且毒性较低。.首次从细胞分子水平探索了有效螯合剂对肾铀的促排机制和铀中毒致肾损伤的保护作用机制。结果表明，新螯合剂BPCBG和经结构改进的有效铀螯合剂CBMIDA-CaNa2通过人肾细胞膜的有机阴离子转运蛋白OAT1和OAT3介导进入细胞，而又通过OAT4介导泵出细胞，因而能有效促进人肾近曲小管上皮细胞（HK-2）内铀的释放；相比较，DTPA-CaNa3由OAT1和OAT3介导进入细胞的量低于BPCBG，且未能通过OAT4泵出，因而排铀效果明显低于BPCBG且增加了对肾细胞的毒性。另一方面，进入细胞内的BPCBG和CBMIDA-CaNa2通过清除铀诱导的细胞内氧自由基（ROS）的生成，显著降低铀诱导人肾细胞（HK-2细胞和HEK293细胞）的微核形成和凋亡，保护铀致人肾细胞损伤，而DTPA-CaNa3则无保护作用。由此表明，该类螯合剂通过人肾细胞转运的效率随其结构中有机阴离子数的增加而下降，邻苯二酚基团是清除ROS的关键结构。.内源性金属硫蛋白（MT）对螯合剂排铀效果的影响是影响螯合剂疗效的又一关键问题。本研究首次从细胞分子水平观察到，CBMIDA-CaNa2能显著降低铀致内源性MT高表达的HK-2-MT细胞的微核形成和细胞凋亡，降低凋亡相关蛋白cleaved-PARP表达而提高促存活蛋白p-AKT的表达，明显优于对HK-2细胞的效果，提示CBMIDA-CaNa2的保护作用明显优于内源性MT的作用，而内源性高表达的MT由于其清除ROS的作用则有利于CBMIDA-CaNa2对铀致HK-2细胞损伤的保护作用。由此进一步揭示了有效铀螯合剂的疗效机制。.以上研究表明，BPCBG是一个具有较好排铀效果和清除氧自由基的双功能螯合剂，与国外研究报道的有效铀螯合剂3,4,3-LI(1,2-HOPO)和5-LIO(Me-3,2-HOPO) 相比较，有其自身的疗效优势，具有潜在的应用前景。