富勒烯仅仅是由碳原子组成的一类球型分子,它们首先被发现于1985年,并于1990年大量地被制备和分离.自那以后,许多研究小组渴望寻找这些新材料的实用性,其中之一就是在药学方面的应用.
　　  例如它们充当单线态氧(1O2)的光敏剂裂解DNA和用于光动力学治疗;它们可以堵住HIV病毒位点,抑制HIV蛋白酶的活性等.
　　  水溶性富勒烯衍生物的制备尽管它们在药学方面有许多用途,但由于它们在水中的溶解度很小,这使得它们的应用受到了限制.为了改善它们在水中的溶解性,为了获得稳定的富勒烯水溶液,一个最有前景的方法就是将富勒烯进行有机功能化,这种方法的出发点就是使富勒烯共价键连接一个或多个亲水性基团.据此,人们合成了多氨基和多羟基取代的富勒烯衍生物,但是,它们的结构不能确定.A.Hirsh小组合成了结构确定的水溶性马来酸三加成富勒烯衍生物C3-C63(COOH)6(化合物1)和D3-C63(COOH)6(化合物2),化合物1化合物2它们的生物活性已被测试.由于随着富勒烯取代基数目的增加,它们清除游离基的能力减弱.因此,它们又合成了迄今为止水溶性最高的多枝富勒烯单加成衍生物3,在pH为7.4时,其溶解度达34mg/mL,而在pH为10时,其溶解度达254mg/mL.富勒烯与水溶性多聚物共价键连接的衍生物也已被合成.
　　  光诱导切割DNA和光动力学治疗作用研究表明,仅仅三重态的寿命大于100μs才有足够的细胞毒性.化合物4的三重态寿命为40μs,其浓度达到50μM时才显示出活性,然而在较高浓度时甚至没有光照下它也可以抑制细胞生长.单重态氧的氧化性被归因于富勒烯具有生物活性的原因,事实证明富勒烯对细胞的损伤效果被单重态氧淬灭剂化合物3所抑制.通常,富勒烯光裂解DNA选择发生在鸟嘌呤(G)残基处,但因鸟嘌呤所在的位点没有选择性.
　  　利用更复杂的修饰基如碳-60与14个去氧核糖核酸相连,可以选择性地被特殊的G残基所标记,该化合物对单链和双链DNA有着高度的亲合力,这种特殊的G位点活性增强被初步归因于单重态氧活性.
　　  Rubin,Foote等人也报道了类似的结果,他们将两个等同的去氧核酸分别与碳-60和曙红(eosin)连接,比较两个化合物对G点的选择性,结果表明含碳-60的化合物具有选择性,有着显著的选择性,它对许多G位点都有裂解作用.他们认为碳-60光裂解DNA作用不能归因于单重态氧,因为单重态氧易流动,它的作用应更广泛,碳-60光裂解DNA可能被归因于G与激发态富勒烯之间的直接电子转移.富勒烯及其衍生物光裂解DNA结果是它们对细胞的毒性,体外试验表明仅仅在光照时化合物4才表现出对肿瘤细胞Helas的毒性.当碳-60被丫啶修饰后,其光裂解DNA效果被增强,这也许由于丫啶对双螺旋DNA有着强的亲合力的缘故.
　  　化合物4化合物53酶抑制和抗HIV活性富勒烯衍生物4和5对光半胱氨酸(papain and cathepsin)丝氨酸(trypsin,plasmin,trombine)蛋白酶具有抑制作用.虽然它们的作用机制还没有弄清楚,但是富勒烯球对酶的抑制作用可主要归功于它的憎水性和亲水性.HIV-1蛋白酶(HIVP)活性位点是一个准球型憎水腔,它的直径大约为10 ,在它的表面存在能催化水解的两个氨基酸残基--天冬氨酸25和125.在分子模型基础上,Friedman等人首先意识到碳-60球能很好地堵住HIVP憎水腔位点,体外试验研究表明,"第一代"水溶性富勒烯衍生物6对球型单核血细胞(PBMC)急、慢性抑制作用,其半有效浓度(EC50)为7μM.此外它对非感染PBMC没有毒性作用.尽管最近有几个已被美国FAD获准上市的HIVP抑制剂,其EC50在纳摩尔甚至在亚纳摩尔数量级,富勒烯及其衍生物在这个领域的应用潜力仍不容忽视.最近的富勒烯功能化化学进展已合成了新的令人感兴趣的衍生物.例如,在富勒烯上引入能与ASP25和125产生静电作用的功能团,这使得富勒烯与HIVP的结合常数增加了三个数量级.为了制备更高活性抑制HIVP的富勒烯衍生物,一个指导性原则是增加对HIVP憎水腔的去溶剂化作用,形成强的憎水性相互作用以及减少空间位阻.计算表明,化合物7与HIVP的结合常数比2高50倍.
　　  C.E.Beyer等人最近报道一些基因突变和癌变以及许多神经衰退疾病与体内游离基有关.因此,清除这些游离基可以预防和治疗多种疾病.由于碳-60及其衍生物在这些领域有着良好的应用前景.
　  　高度水溶性的富勒烯三加成马来酸衍生物1和2是两个很好的游离基清除剂,体外试验研究表明,它们能减少神经细胞的死亡率,且1比2活性更高.此外,超氧化游离基也能被它们所淬灭.S.Samal和K.
　  　E.Geckeler合成了水溶性环糊精与碳-60的氨加合物,并用其与DPPH(一种稳定的游离基)反应,结果表明该化合物是一个有效的游离基清除剂.
　  　毒性研究富勒烯及其衍生物在生物体内的吸收,分布,排泄以及它们的潜在毒性是评估他们的生物活性的重要依据.因此,许多研究小组对富勒烯及其衍生物在这方面进行了详细的研究.已有的实验表明,富勒烯及其衍生物的毒性是较低的.Zakharenho等人发现富勒烯和富勒醇没有遗传毒性.Nelson等人在老鼠皮肤上局部涂覆碳-60来以观察其致癌的可能性,实验表明,在所用的剂量下,72小时后对鼠表皮的DNA合成或鸟苷酸脱酸酶的活性没有产生有害的影响,24周后没有引起皮肤肿瘤.现在对富勒烯及其衍生物的代谢、排泄和毒性研究还刚刚开始,目前尚不能作出任何肯定的结论.
　　  结论和展望.初步毒性研究表明它们对皮肤没有致癌作用.尽管碳-60可以插入细胞里,但它可以似乎对角细胞、成纤维细胞或白细胞的繁殖没有影响.在适当的剂量下,急毒,亚急毒和长毒研究表明都没有副面影响,但当给药于孕鼠时,剂量依赖性毒性被观察到,一旦富勒烯的水溶性和团聚问题被完全解决,它们的毒性被完全测试,富勒烯及其衍生物在生物方面的应用也许有着十分广阔的前景.事实上,由于它们的裂解DNA能力,富勒烯可被使用于诊断,光动力学治疗和基因转录光探测器.

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