在核酸序列中，有多种非典型二级结构称为G-四链体(G4s)，由K⁺或Na⁺离子稳定，通过Hogsteen氢键堆叠而成的G4结构普遍存在于人类端粒和致癌基因调节基因的启动子中，在大多数人类癌症中选择性表达的许多肿瘤相关基因被发现参与G4折叠的转录调控，如VEGF(血管内皮生长因子)，它在肿瘤细胞增殖、迁移和血管生成中起关键作用。能够识别并选择性结合G4s的化合物表现出调节其相应基因表达的能力。此外，小分子对活细胞中DNA G4形成的可视化和定量检测依赖于其靶向性和选择性响应。常见的G4配体设计策略主要集中在设计带正电荷基团和具有扩展芳香基团的化合物上。然而，以往的研究表明，在亲和力和选择性之间存在一个平衡，即增强化合物对G4s的亲和力往往会导致选择性的降低。对于金属配合物的设计策略是利用金属的氧化还原和配位状态激活其G4结合活性。然而，高选择性G4金属配体的设计仍然面临着巨大的挑战。

近日，{attr}3111{/attr}化学与化学工程学院教授毛宗万在《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表了题为“Selectivity and Targeting of G-quadruplex Binders Activated by Adaptive Binding and Controlled by Chemical Kinetics”的研究论文。在这篇论文中，作者在此报道了一种不带电荷的非平面结构的铂(II)化合物Pt1，Pt1能迅速转变为一个正一价平面结构，并智能结合G4s。采用核磁共振(NMR)方法，对Pt1与VEGF-G4的络合结构进行了解析。通过时空动力学控制实现了Pt1与G4-DNA的选择性结合。结果表明，VEGF基因表达在体内外均得到有效下调。作者提出了的由动力学控制的适应性G4选择性结合激活策略，为靶向G4或类似生物分子的化合物提供了一个互补的设计原则。

图1. Pt1的结构。(a) Pt1的化学结构。(b) Pt1的晶体结构示意图。CCDC 号：1919352。根据晶体结构所示，Pt1中的铂与一个双齿环金属化配体(L)、一个单N-杂环卡宾配体(L')和一个氯离子配位。可能是由于卡宾的环张力，导致卡宾配体的氮供体不与铂中心配位。

图2. Pt1与VEGF-G4的1:1复合物溶液结构(PDB编号：6LNZ)。(a) VEGF-G4的折叠拓扑结构。(b) VEGF-G4和Pt1的一维¹H NMR的滴定谱图，新出现的峰用红色星号标记。(c) 1:1 Pt2−VEGF-G4复合物的示意图。(d-e) VEGF-G4 3'端适应性绑定口袋的俯视图。

图3. Pt1结合VEGF-G4的动力学和热力学数据。(a) Pt1的适应性结合和动力学过程示意图。(b) Pt1结合不同G4s (Tel26, wtTel26, VEGF, c-MYC, c-KIT, Bcl2)和dsDNA(ds26)的动力学实验数据(k₁为Cl^-解离速率常数，k₂为氮原子结合速率常数)。条件：pH 7.4, 100 mM KClO₄, 10 mM Tris-HCl, Tm = 25°C。(c) Pt1结合不同G4s和dsDNA的k₁和ΔT_m (FRET亲和力测试)。

图4. VEGF功能调控。(a) FLIM实验。用10 μM G4探针(NBTE)和Pt1处理Hela细胞24 h。G4峰的下降证明Pt1进入细胞核并与G4结合。(b-c) qRT-PCR和Western blot实验。结果显示，Pt1能有效降低Hela细胞中VEGF mRNA的转录和VEGF蛋白水平。(d) Pt1效抑制斑马鱼血管生长的成像实验。实验结果表明，Pt1能有效抑制斑马鱼血管生长，表现为红色荧光降低。以顺铂为对照。误差值代表标准差，n=3。

在本研究中，Pt1与VEGF-G4的智能交互是一种适应性识别模式，这种策略激活并增强了它们的结合。在报道的G4/G4配体复合物中G4结构基本不变或在结合过程中略有变化。Pt1配合物是电中性的非平面铂(II)配合物，不符合经典的G4配体具有大芳香平面结构。Pt1与启动子G4s相互作用过程发生了两个结构变化过程：1) Pt1由自由旋转的氮杂环卡宾结构变为稳定的平面结构。2) Pt1通过Cl^-水解，从中性络合物变成带正电荷的络合物Pt2。通过调控结合动力学，该铂化合物可以选择性地与G4-DNA结合，具有不寻常的适应性激活和增强结合。该铂化合物能有效降低VEGF表达，抑制血管生长，达到有效的抗肿瘤活性。Pt2- VEGF-G4复合物结构是启动子VEGF-G4上第一个小分子复合物结构，为阐明结合决速步和构效关系提供了有价值的结构信息。这种通过动力学调控实现选择性结合的策略可以建立并应用于多个领域。

毛宗万，中山大学化学与化学工程学院教授，博士生导师。1982年获四川大学学士学位；1991年获南京大学硕士学位；1994年获南京大学博士学位；1995-1996年在中山大学作博士后研究；1997-1998年在德国埃尔兰根-纽伦堡大学作洪堡访问学者。研究方向为金属酶结构与功能的关系及其模拟、疾病诊断试剂及金属药物等。已在国内外各类杂志上发表论文50余篇，获专利1项。获省部级科技成果奖励1项。

编辑：韩娇娜

审核：王苗

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