西南科大段涛课题组Inorg. Chem.| 回归自然—肉桂酸：低毒天然的铀促排双齿配体

铀是一种放射性元素，具有放射和化学双重毒性，可通过摄入、吸入和伤口等途径进入人体导致内污染，并沉积在肾脏和骨骼等器官中，最终增加肾损伤和骨肉瘤风险。螯合疗法是目前治疗铀内污染最有效的方法。但目前临床使用的促排剂（DTPA和NaHCO₃）对铀的促排效果差并表现出明显的肝肾毒性。因此如何高效低毒促排铀并尽可能减轻辐射损伤对保障公众安全至关重要。

近日，西南科技大学段涛教授（点击查看介绍）团队首次将天然产物肉桂酸（Cinnamic acid）药物再利用于放射性核素铀内污染促排，并通过晶体配位结构、溶液热力学和DFT理论计算解析肉桂酸与铀的相互作用机理。肉桂酸有极低的细胞毒性，且具有改善铀酰诱导的肾损伤方面的潜力。该工作强调了天然产物在络合锕系元素和减轻相关损伤方面的巨大潜力。相关成果发表于Inorganic Chemistry。第一作者为刘雅雯，共同通讯作者为西南科技大学段涛教授和朱琳教授、绵阳市中心医院李小安教授。

图片来源：Inorg. Chem.

作者通过肉桂酸与铀酰的单晶配合物以研究肉桂酸和铀的配位模式。单晶结构显示了作为二次构建单元的铀酰二聚体的形成。

图1. UO₂−肉桂酸的晶体结构。图片来源：Inorg. Chem.

溶液热力学分析显示，肉桂酸与铀的溶液中主要存在物种(UO₂)L、(UO₂)L₂和(UO₂)LH₋₁，在7.4的生理pH下，肉桂酸与铀酰配位形成2:1摩尔比的络合物。肉桂酸和DTPA与铀酰的结合能（Eb）分别计算为−18.33和−2.46 eV。与DTPA相比，肉桂酸与铀酰的结合能低7倍，表明肉桂酸更易与铀结合。电荷密度差表明与DTPA相比，肉桂酸与铀酰形成更多的配位U−O键，导致了更明显的电荷转移。

图2. DFT理论计算。图片来源：Inorg. Chem.

作者选择大鼠近端肾小管上皮细胞（NRK-52E）评价肉桂酸的生物毒性及对铀的促排效果，并与DTPA进行了比较分析。配体单一细胞毒性和与铀的综合细胞毒性均可以看到，肉桂酸整体保持极低的毒性，在25到300 μg/mL浓度范围下，细胞存活率均显著高于DTPA，这意味着肉桂酸的毒性远低于DTPA。细胞立即给药组清除了约44.5%的铀。延迟给药组清除了约32.7%的铀。

图3. 细胞实验。图片来源：Inorg. Chem.

鉴于肉桂酸的低毒性和良好的细胞铀去除效果，通过小鼠体内促排实验进一步评估了肉桂酸的实际促排效果。立即给药情况下，与生理盐水对照组相比，肉桂酸组分别降低了肾脏49.1%、股骨25.0%、脾脏35.0%、肝脏27.3%和肌肉14.3%的铀浓度。预防给药情况下，与对照组相比，肉桂酸组降低肾脏37.9%、股骨23.1%、脾脏19.0%和肌肉组织25%铀水平。肉桂酸组的铀酰促排能力均优于DTPA。

图4. 小鼠实验。图片来源：Inorg. Chem.

此外，小鼠血清肾功能指标显示，与DTPA相比，肉桂酸有效降低了铀损伤小鼠的血清肌酐和尿素氮水平，表明其具有减轻铀酰诱导的肾损伤的潜力。

图5. 小鼠血清肾功能标志物。图片来源：Inorg. Chem.

总结与展望

综上所述，作者将天然芳香羧酸肉桂酸用于放射性核素铀的内污染促排。实验表明肉桂酸表现出极低的细胞毒性，即使在300 μg/mL的浓度下，细胞存活率仍保持在96%左右，并可以有效减少细胞水平和小鼠水平上的铀含量，促排效果优于市售药物DTPA。此外，通过晶体结构、溶液热力学和DFT计算对肉桂酸和U（VI）之间的相互作用进行了详细分析，进一步阐明了其高效促排铀的机制。这项研究强调了天然产物结合锕系元素和减轻相关损害的巨大潜力，可能为锕系元素促排剂的持续开发提供有价值的见解。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Cinnamic Acid: A Low-Toxicity Natural Bidentate Ligand for Uranium Decorporation

Yawen Liu, Bin Zhao, Pan He, Zeru Wang, Kui Tang, Zhiwei Mou, Yi Tan, Linzhen Wu, Guangyuan Chen, Xiaoan Li*, Lin Zhu*, and Tao Duan*

Inorg. Chem., 2024, 63, 7464–7472, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c00610

研究团队简介

刘雅雯，西南科技大学生命科学与工程学院21级硕士研究生，主要从事环境放射化学等领域的科研工作，研究方向为放射性核素促排，致力于天然产物促排研究。在Inorg. Chem., Chemosphere., Sep. Purif. Technol.等国内外学术期刊发表论文3篇，其中以第一作者发表SCI论文1篇。

段涛，西南科技大学教授、博士生导师。主要从事环境放射化学等领域的教学与科研工作。目前主持国家自然科学基金重点项目、国家重大科技专项、国防科工局乏燃料后处理科研等国家级项目10项、教育部新工科研究与实践项目1项。近5年，以第一作者或通讯作者在《无机材料学报》、Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., J. Am. Ceram. Soc., Appl. Catal. B, Inorg. Chem.等国际知名学术期刊上发表高质量论文50余篇，出版专著4部，获专利授权24项（国际专利3项）、四川省科技进步三等奖1项；主讲《核材料概论》《核科学与技术前沿进展》等本科生、研究生等课程，获国家优秀教育成果奖二等奖1项、四川省优秀高等教育成果奖一等奖2项、四川省高等教育学会优秀教学成果一等奖1项，校级教学成果特等奖1项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/65952 

朱琳，西南科技大学，教授，博士生导师。四川省学术和技术带头人后备人选，四川省“千人计划”入选者，四川省特聘专家。近年来，一直从事环境放射化学等领域的科研工作，主要研究方向为放射性核素污染控制化学。主持或参与科工局项目、国家自然科学基金、四川省创新人才等项目8余项。在国内外期刊上发表SCI学术论文30余篇，授权发明专利6项，以第一作者和通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci.和Environ. Sci. Technol.等学术期刊上发表论文16篇，其中五篇入选ESI高被引论文。

李小安，绵阳市中心医院，主任医师，博士生导师。四川省学术技术带头人后备人选，四川省卫生健康委学术技术带头人。中国抗癌学会肿瘤与微生物态专业委员会常委，中国中西医结合学会慢病防治与管理专业委员会常委，中国医师协会科研出版工作委员会常委，四川省医学会转化医学专业委员会常委。主持（参与）国家级或省部级科研课题12项，发表论文50余篇，参与编写专著3本。

课题组主页：

http://www.nem.swust.edu.cn/main.htm