顺铂是一种含铂的金属配位化合物,是迄今为止最重要和最早被广泛使用的化疗药物之一。它属于细胞周期非特异性药物,通过引起肿瘤细胞DNA的损伤来抑制其分裂,最终导致细胞死亡。它的发现和成功应用是现代肿瘤化疗史上的一个里程碑。
一、化学性质
- 化学名: (SP-4-2)-二氨合二氯铂
- 别名: Cisplatinum; 顺铂;顺-二氨二氯铂(II)
- 分子式: Cl₂H₆N₂Pt
- 分子量: 300.01 g/mol
- 纯度:99%
- 厂商:AbMole
- 外观: 常温下为亮黄色或橙黄色的结晶性粉末。
- 溶解性:在水中的溶解度较低。在二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中易溶。在生理盐水中相对稳定,常被配制成注射液。
- 关键结构特征: 其分子结构呈正方形平面几何构型,两个氨分子和两个氯原子分别位于铂原子的顺式位置。这种顺式构型是其具有抗癌活性的关键,反式异构体则无效。
- 稳定性: 顺铂在水溶液中会逐渐发生水解反应,氯离子被水分子取代,生成活性的水合物种。光照和高温会加速其分解。
二、原理与作用机制
顺铂的核心抗癌机制是直接与细胞内的DNA分子交联,破坏DNA的结构与功能,从而触发细胞凋亡。
- 细胞摄入: 顺铂主要通过铜转运蛋白CTR1等途径被动或主动地进入细胞内部。
- 细胞内活化: 在细胞内,由于氯离子浓度(约4 mM)远低于细胞外(约100 mM),顺铂分子上的一个或两个氯配体会被水分子取代,形成活性的、带正电的单水合或双水合顺铂物种。这个过程被称为“水解活化”。
- 与DNA结合: 活化后的顺铂具有高亲电性,其铂中心极易与DNA链上的富电子位点结合,其中最主要的靶点是鸟嘌呤(G)的N7位点。顺铂优先与同一个DNA链上相邻的两个鸟嘌呤(形成链内交联,占65%),或者与两条互补链上的鸟嘌呤结合(形成链间交联,占25%)。
- DNA损伤与效应: 这种共价交联会严重扭曲DNA的双螺旋结构,导致DNA双链发生弯曲和解旋。这种结构性损伤会:
- 阻碍复制与转录: 物理性地阻止DNA聚合酶和RNA聚合酶的正常行进,从而抑制DNA的复制和基因的转录。
- 触发DNA损伤应答: 细胞会识别这种严重的DNA损伤,并启动修复机制。如果损伤过于广泛而无法修复,细胞将启动程序性死亡(凋亡)通路。
三、实验应用
1. 细胞生物学研究:诱导细胞凋亡与DNA损伤应答模型 在基础科研中,顺铂被作为一种标准工具药,用于:
研究细胞凋亡通路: 研究人员使用不同浓度的顺铂处理细胞,以建立凋亡模型,从而研究凋亡过程中相关蛋白(如Caspase家族、Bcl-2家族、p53等)的激活与调控机制。
研究DNA损伤应答机制: 顺铂引起的DNA交联是典型的DNA损伤类型。科学家利用它来探索细胞如何感知、传递损伤信号并启动修复(如核苷酸 excision 修复,NER)或凋亡通路。
构建耐药细胞模型: 通过长期、低剂量暴露于顺铂,可以筛选出对顺铂耐药的细胞系,用于研究肿瘤化疗耐药的分子机制(如药物外排增加、DNA修复能力增强、细胞内谷胱甘肽水平升高等)。
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