导语
前沿科研成果
传统的肿瘤细胞治疗方法之一是利用化疗药物，如顺铂，通过共价键合诱导DNA损伤。然而，肿瘤细胞能够修复药物引起的DNA损伤，进而产生耐药性。顺铂及类似药物通过与特定DNA位点结合，但没有显著改变DNA的构象，使得DNA修复酶仍能识别并修复受损DNA。
为了解决这个问题，作者设计了四种钌(II)配合物（RuC3、RuC6、RuC9和RuC12），它们具有+8的高正电荷，可显著诱导DNA缩聚。CD光谱分析显示，当[Ru]/[DNA] ≥ 0.2时，DNA的特征吸收峰完全消失，表明DNA的高级构型被破坏。凝胶电泳实验表明，RuC3–RuC12处理后DNA迁移受阻，DLS和Zeta电位分析表明，它们通过静电作用使DNA聚集，形成稳定的胶体。AFM观察显示DNA由线性结构转变为非线性缩聚体（直径> 50.0 nm，高度4.0-6.5 nm）。此外，RuC3-RuC12可显著降低DNA溶液的粘度，进一步验证了其诱导DNA缩聚的能力。
图1. RuC3–RuC12诱导DNA缩聚（来源：Angew. Chem.）
图2. RuC9可进入细胞核导致耐药细胞核内染色质高度聚集（来源：Angew. Chem.）
在乏氧条件下，RuC9对顺铂耐药细胞A549/DDP表现出显著的抗肿瘤活性（IC₅₀ = 1.6 ± 0.11 μM），其毒性是顺铂的48.7倍。细胞摄取实验表明，RuC9通过主动运输而非内吞作用被细胞摄取，并且细胞内约60.4%的RuC9积累于细胞核。ESR检测表明，RuC9在乏氧环境下不产生ROS。Hoechst 33342竞争实验和超分辨显微成像揭示，RuC9能够诱导DNA发生缩聚，导致Hoechst 33342染料从DNA结合位点被置换排出。这些实验证明RuC9可导致耐药肿瘤细胞核内DNA缩聚。
图3. RuC9抑制DNA解链、复制和基因表达，阻碍细胞周期进程（来源：Angew. Chem.）
RuC9可抑制DNA解链、复制和基因表达，阻碍细胞周期进程。RecQ解旋酶实验表明，RuC9浓度依赖性地抑制DNA解链（20.0 μM时完全抑制）。PCR实验结果显示，RuC9结合DNA后阻碍DNA模板功能，减少PCR产物的生成。RNA聚合酶II转录实验表明，RuC9诱导DNA缩聚，抑制转录因子NF-κB等与DNA的结合。DNase I抗性实验表明，RuC9使DNA高度缩聚，使其耐受酶切降解。EdU实验和PI染色分析发现，RuC9显著抑制A549/DDP细胞DNA复制，并导致G0/G1期阻滞（24小时后，G0/G1期细胞比例从40.3%增至67.8%）。此外，多种细胞死亡通路抑制剂未能阻止细胞死亡，提示RuC9可能通过DNA缩聚诱导独特的细胞死亡机制。
图4. RuC9通过调控染色质可及性影响基因表达（来源：Angew. Chem.）
RuC9通过诱导DNA缩聚显著降低染色质可及性，进而影响基因表达。ATAC-Seq分析显示，RuC9处理后（1.5 μM，12 h），染色质的平均可及性下降了94% ± 0.9%。差异可及区域（DARs）主要位于远端基因间区（39.23%）和内含子区（29.52%），影响增强子或内含子相关调控。RNA-Seq分析显示，RuC9处理导致5,264个基因发生差异表达，其中与DNA聚合酶、解旋酶和RNA聚合酶II相关的基因下调。GO和KEGG分析显示RuC9显著影响DNA复制、修复和细胞周期过程。整合ATAC-Seq和RNA-Seq数据发现，2,106个与DARs相关的基因表达趋势与染色质可及性变化一致，510个转录因子基因在DAR_TFs和DEG_TFs间重叠，表明RuC9通过调控染色质可及性影响基因表达。
综上，RuC9通过高效诱导DNA缩聚，显著改变DNA结构，降低DNA的可及性，阻碍DNA解旋酶、聚合酶、RNA聚合酶II和转录因子等核酶的识别和结合，全面抑制DNA的复制、转录和修复。进一步研究表明，RuC9处理可导致细胞周期在G0/G1期阻滞，并诱导细胞死亡，且这一过程不依赖经典的凋亡、自噬或坏死途径。此外，RuC9在顺铂耐药的A549/DDP细胞中仍表现出显著毒性，展现出克服耐药性的潜力。
中山大学化学学院博士研究生周颖和广东工业大学特聘副教授熊凯为该文共同第一作者，中山大学化学学院梁瑾哲博士、陈禹教授和巢晖教授为该文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金、广东省自然科学基金和湖南省科技创新计划项目的支持。
论文信息
A Nucleus-Targeting Ruthenium(II) Complex Induces DNA Condensation in Cisplatin-Resistant Tumor Cells
Ying Zhou,+ Kai Xiong,+ Tao Feng, Xianbo Wu, Jinzhe Liang,* Yu Chen,* and Hui Chao*
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202504970
作者简介
熊凯，广东工业大学“青年百人”计划A类引进人才，特聘副教授，2016年于中山大学获得学士学位，2021年于中山大学获得博士学位。针对临床肿瘤化疗耐药的缺陷，开发干扰核酸功能的金属基抗肿瘤试剂。主持国家自然科学基金青年项目、广东省自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金面上项目各一项。目前在Angew. Chem. Int. Ed., JACS, Biomaterials, Adv. Healthcare Mater., ACS Appl. Mater. Inter., J. Med. Chem., Small Methods, Chem. Comm.等杂志发表论文23篇。
梁瑾哲，中山大学化学学院博士后。2019年于南开大学获得学士学位，2023年底于香港城市大学获得博士学位，2024年初在中山大学进行博士后研究。主要从事亚细胞器靶向的非铂类金属配合物相关的合成及抗实体肿瘤研究，累计发表 SCI 收录论文共20篇，其中以第一作者（含共同一作） 和共同通讯作者在Coord. Chem. Rev.， Acc. Chem. Res.， Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Eng. J.，J. Med. Chem.，Biosens. Bioelectron.，Inorg. Chem. Front.，Smart Mol.，Nano Research 学术期刊上发表论文11篇。
陈禹，中山大学化学学院教授，博士生导师。2005年于中山大学获得学士学位，2010年于中山大学获得博士学位。围绕“肿瘤精准化学干预”这一主题，针对临床金属药物靶向性差、靶点不明确等缺陷，致力于开发具有明确靶点的金属基靶向药物，在微环境响应识别、光驱动治疗、克服耐药等方向开展研究。2020 年获得广东省自然科学杰出青年基金资助。共发表SCI论文87篇，其中近5年以共同通讯作者身份发表SCI论文 18 篇，包括7篇Angew. Chem. Int. Ed.。
巢晖，中山大学二级教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者（2015），入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”（2006）和广东特支计划“百千万工程领军人才”（2015）。1992年于湘潭师范学院（现湖南科技大学）获学士学位，1997年于南开大学获硕士学位，2000年于中山大学获博士学位。2000年至2003年多次赴香港科技大学化学系合作科研。2004年至2005年在美国Texas A&M大学化学系进行博士后研究。主要从事基于金属配合物的生物荧光探针和抗肿瘤、抗菌药物研究。作为主持人承担国家自然科学基金、科技部、教育部、广东省科技项目等30多项。以第一作者或通讯作者在Chem. Soc. Rev., Coord. Chem. Rev., Nat. Chem., Nat. Commun., PNAS, JACS, ACIE, Adv. Mater., Biomaterials等国际期刊发表SCI论文236篇，论文引用17000多次，H-index 72；申请中国发明专利18件，授权14件；参编专著教材8部。2005年获中国化学会“青年化学奖”， 2011年获广东省科学技术奖一等奖，2012年被评为南粤优秀教师，2012年获国家自然科学奖二等奖，2014年获宝钢优秀教师奖，2022年获英国皇家化学会Horizon Prize，2020-2024年连续入选爱思维尔中国高被引学者、全球前2%顶尖科学家（World Top 2% Scientists，斯坦福大学排名）。
