锗是否有毒？

唐 任 寰 胡 少 文

(北 京 大 学 技 术 物 理 系 北 京 100871)

摘 要 综 述 了 有 机 锗 抗 肿 瘤 药 物 ， 对 β ━ 羧 乙 基 锗 倍 半 氧 化 （ Ge ━ 132 ） 和 螺 锗 在 肿 瘤 学 中 的 作 用 以 及 抗 癌 效 应 机 制 作 出 评 价 。 自 80 年 代 起 至 今 ， 又 有 含 硫 杂 、 柠 檬 酸 、 氨 基 酸 、 苯 基 锗 化 合 物 ， 以 及 锗 酵 母 、 含 锗 中 草 药 等 被 先 后 合 成 出 来 。 在 几 类 具 有 生 物 活 性 的 有 机 锗 化 合 物 中 ， 仍 首 推 Ge ━ 132 、 螺 锗 及 其 衍 生 物 为 低 毒 有 效 抗 肿 瘤 候 选 药 物 。 然 而 对 于 锗 导 致 的 毒 性 及 其 机 理 仍 需 进 一 步 加 以 探 讨 。

关 键 词 β ━ 羧 乙 基 锗 倍 半 氧 化 物 ， Ge ━ 132 ， 螺 锗 ， 抗 肿 瘤 药 物

锗 是 位 居 元 素 周 期 表 第 IV 主 族 的 准 金 属 元 素 ， 外 层 电 子 结 构 为 4s24p2， 有 可 利 用 的 4d 轨 道 ， 通 常 为 4 价 。 锗 在 地 壳 中 的 分 布 属 于 典 型 的 稀 散 元 素 ， 在 自 然 界 中 有 5 种 稳 定 同 位 素 ： 70Ge(20.52%)、 72Ge(27.43%)、 73Ge(7.76%)、 74Ge(36.54%)、 76Ge(7.76%)。

锗 与 同 族 元 素 类 似 ， 易 于 形 成 有 机 化 合 物 ， Ge ━ C 键 能 为 238~247 kJ mol-1 ， 热 稳 定 性 高 ， 可 经 蒸 馏 （ 分 馏 ） 、 萃 取 、 色 谱 等 方 法 分 离 纯 化 。 很 多 植 物 中 都 含 有 限 量 锗 ， 如 人 叁 、 党 叁 、 白 芷 、 枸 杞 、 灵 芝 草 、 芦 荟 和 茶 叶 等 在 内 。 尽 管 迄 今 尚 不 能 确 定 锗 是 人 体 必 需 的 微 量 元 素 ， 但 是 由 于 某 些 药 物 的 医 疗 保 健 作 用 被 认 为 是 与 有 机 锗 有 关 。 1968 年 ， 长 期 从 事 锗 化 学 研 究 的 浅 井 一 彦 等 即 从 人 叁 药 效 与 有 机 锗 含 量 的 相 关 性 出 发 ， 首 次 合 成 了 具 有 广 泛 药 理 活 性 的 水 溶 性 有 机 锗 化 合 物 ━ β ━ 羧 乙 基 锗 倍 半 氧 化 物 （ Ge ━ 132 ） ； 1974 年 ， 具 有 更 高 抗 癌 活 性 的 螺 锗 被 Rice L.M. 和 Wheeler J.W. 合 成 出 来 。 1984 年 ， 刘 元 方 和 唐 任 寰 等 研 究 锗 对 四 膜 虫 细 胞 和 啤 酒 酵 母 菌 生 长 的 促 进 作 用 ， 发 现 它 的 有 益 生 化 效 应 ， 认 为 制 取 锗 酵 母 等 作 为 营 养 药 物 是 有 价 值 的 。 1986 年 ， 唐 任 寰 等 进 而 指 出 锗 是 有 益 元 素 ， 值 得 深 入 追 踪 。 [1]

近 年 来 ， 日 本 方 面 关 于 锗 的 医 疗 用 途 及 临 床 实 验 报 导 很 多 。 美 国 等 着 重 有 机 锗 与 防 癌 抗 癌 作 用 的 研 究 。 中 国 微 量 元 素 锗 研 究 会 1990 年 在 上 海 召 开 第 一 届 锗 研 讨 会 以 来 [2] ， " 微 量 元 素 " 杂 志 即 于 1990 年 第 3 期 首 辟 锗 专 栏 配 合 。 迄 今 已 开 过 全 国 性 三 届 锗 研 讨 会 [3][4] ， 并 与 中 国 有 色 金 属 工 业 稀 有 金 属 情 报 网 联 合 ， 收 到 有 机 锗 方 面 论 文 数 以 百 篇 计 ， 全 面 开 展 了 有 机 锗 化 合 物 从 合 成 、 分 析 、 毒 理 、 药 理 、 生 化 和 临 保 健 作 用 的 研 究 ， 极 大 地 推 进 了 有 机 锗 生 物 化 学 和 医 药 学 的 迅 速 发 展 。 大 有 后 来 居 上 之 势 。

在 具 有 生 物 活 性 的 几 类 有 机 锗 化 合 物 中 ． 迄 今 首 推 有 机 锗 的 倍 半 氧 化 物 、 螺 锗 及 其 衍 生 物 为 低 毒 有 效 抗 癌 候 选 药 物 。

1. β ━ 羧 乙 基 锗 倍 半 氧 化 物 （ Ge ━ 132 ）

自 浅 井 一 彦 等 Z 早 报 导 具 有 抗 癌 活 性 的 有 机 化 合 物 Ge ━ 132 以 来 ， 佐 藤 博 、 Shimauchi 、 Suzuki 等 用 它 对 艾 氏 腹 水 型 肝 癌 鼠 进 行 治 疗 ， 结 果 平 均 存 活 时 间 明 显 延 长 。 80 年 代 以 来 ， 国 内 学 者 始 关 注 有 机 锗 的 合 成 及 其 抗 癌 活 性 。 1989 年 ， 南 开 大 学 白 明 章 等 合 成 了 15 种 锗 倍 半 氧 化 物 ， 并 研 究 了 它 们 的 抗 癌 活 性 ； 广 州 军 事 医 学 研 究 所 和 广 州 医 学 院 药 理 研 究 室 随 后 也 报 导 了 Ge ━ 132 。

β ━ 羧 乙 基 锗 倍 半 氧 化 （ 2 ━ Carboxyethyl germanium sesquioxide ） 简 称 Ge ━ 132 ， 化 学 式 为 （ GeCH2CH2COOH ） 2O3 ， 由 6 个 锗 原 子 和 6 个 氧 原 子 相 间 连 接 而 成 的 十 二 元 环 结 构 单 元 组 成 ， 其 中 每 个 锗 原 子 与 3个 桥 氧 原 子 联 结 成 延 伸 的 片 层 结 构 ， 从 而 使 Ge ━ 132 具 三 维 网 状 结 构 。 它 是 一 种 干 扰 素 诱 发 剂 ， 具 抗 癌 性 干 扰 素 的 活 性 。 试 验 证 实 ， 它 是 一 种 广 谱 抗 癌 药 物 ， 治 疗 白 鼠 的 腹 水 肝 癌 和 肿 瘤 ， 阻 止 淀 粉 样 变 性 的 发 生 ； 处 理 由 病 毒 细 胞 和 原 虫 类 引 起 的 各 种 疾 病 ， 治 疗 生 殖 系 统 癌 症 ， 且 有 免 疫 调 节 活 性 ， 现 已 被 广 泛 地 用 于 各 种 疾 病 的 试 验 治 疗 之 中 。

国 内 外 对 不 同 类 型 人 类 肿 瘤 进 行 了 有 机 锗 的 I 期 和 II 期 临 床 研 究 ， 证 实 Ge ━ 132 在 人 体 内 的 吸 收 和 分 布 方 式 与 大 鼠 相 同 。 1985~1988 年 国 内 试 用 Ge ━ 132 治 疗 胃 癌 、 肝 癌 、 肺 癌 等 各 种 晚 期 癌 瘤 达 112 例 ， 它 对 大 部 份 患 者 具 有 稳 定 作 用 ， 显 着 减 轻 症 状 。 日 本 对 不 同 类 型 人 类 肿 瘤 的 临 床 试 验 结 果 ， 发 现 对 胃 癌 、 肺 癌 、 胰 腺 癌 、 子 宫 癌 、 乳 腺 癌 、 前 列 腺 癌 以 及 多 发 性 骨 髓 瘤 均 有 较 好 的 疗 较 ， 未 见 副 作 用 。 而 Ge ━ 132 的 抑 瘤 活 性 则 与 给 药 途 径 、 疗 程 有 关 。 近 年 有 关 Ge ━ 132 的 临 床 和 抗 肿 瘤 研 究 分 别 可 见 李 基 俊 等 (1995) 、 赵 蔷 和 苗 健 (1995) [4] 、 文 振 乾 (1993) [5] 、 顾 生 望 (1992) [6] 等 人 的 评 述 。

卢 朝 晖 等 (1994) [7] 研 究 了 Ge ━ 132 对 实 验 诱 发 小 鼠 前 胃 癌 变 过 程 中 的 免 疫 作 用 ； 陈 越 等 (1994) 对 鸡 马 立 克 氏 病 毒 (MDV) 的 抑 制 效 果 ； 尹 浩 然 等 (1994) [8] 对 阻 抑 治 疗 胃 癌 前 病 变 ， 宋 卫 生 (1991) [9] 对 抑 制 DMH 诱 导 大 鼠 大 肠 癌 、 罗 慧 玲 等 (1994) [10] 对 抑 制 EpsteinBarr 病 毒 抗 原 表 达 、 梁 光 裕 (1995) 对 胃 癌 、 肺 癌 的 治 疗 等 分 别 作 出 了 有 益 研 究 。

木 村 郁 郎 (1991) [4] 介 绍 了 日 本 有 关 Ge ━ 132 抗 癌 防 癌 效 果 的 研 究 ， 认 为 单 独 使 用 的 效 果 有 限 ， 但 如 作 为 预 防 剂 使 用 ， 则 效 果 明 显 。 Kuwabara M (1993) 、 Nakada Y.et (1993) [11] 、 SuzukiF (1987) 均 对 Ge ━ 132 的 抗 癌 功 效 作 过 研 究 。

严 文 钰 等 (1990) [2] 、 Schauss A.G. (1991) [12] 、 陈 风 麟 (1995) 、 王 铁 艳 等 (1995) 、 朱 朝 勇 等 (1995) 、 许 兰 文 等 (1995) 、 杨 文 秀 等 (1995) [4] 分 别 研 究 了 Ge ━ 132 的 毒 性 作 用 。

孔 祥 瑞 (1992) [13] 曾 概 括 指 出 Ge ━ 132 的 毒 性 及 其 在 医 疗 保 健 中 的 作 用 。 Ge ━ 132 基 本 上 是 无 毒 、 无 副 作 用 并 具 有 增 强 免 疫 功 能 的 物 质 ， 我 国 卫 生 部 已 批 准 它 作 为 食 品 新 资 源 的 保 健 食 品 添 加 剂 ， 在 控 制 量 范 围 内 使 用 是 安 全 的 。 但 尚 未 批 准 有 机 锗 为 新 药 ， 还 不 能 广 泛 的 作 为 药 用 。 此 外 ， 英 国 在 注 意 到 锗 的 某 些 毒 性 时 ， 于 1989 年 取 缔 了 锗 产 品 。

毛 旭 峰 等 (1995) 和 张 树 功 等 (1995) [4] 将 Ge ━ 132 与 天 然 生 物 制 剂 ZY ━ 93 ━ 2 号 合 用 研 究 对 荷 瘤 小 鼠 的 作 用 ； 宋 卫 生 (1993) [8] 尝 试 用 中 华 麦 钣 石 和 Ge ━ 132 预 防 大 鼠 大 肠 癌 。 他 均 获 得 一 定 的 效 果 。

2. 螺 锗

螺 锗 (Spirogermanium， SG) 全 称 为 8 ， 8 ━ ＝ 烷 基 ━ 2 ━ 氮 杂 ━ 8 ━ 锗 杂 螺 [4][5] 癸 烷 。

螺 锗 是 一 种 非 骨 髓 抑 制 性 的 新 型 抗 肿 瘤 药 物 。 对 治 疗 淋 巴 瘤 等 恶 性 肿 瘤 有 一 定 疗 效 ， 且 具 有 毒 性 低 的 优 点 ； 它 对 骨 髓 、 器 官 移 植 造 成 的 自 免 疫 疾 病 有 医 疗 潜 能 。

螺 锗 对 Hela 细 胞 、 K562 细 胞 等 瘤 株 均 有 体 外 杀 伤 作 用 ； 它 与 5 ━ FU 或 顺 铂 化 合 物 有 协 同 作 用 。 动 物 试 验 证 实 ， 螺 锗 能 治 疗 腹 腔 移 植 性 瓦 克 氏 癌 肉 瘤 ， 对 大 鼠 乳 腺 癌 和 前 列 腺 癌 具 有 中 度 抑 制 作 用 。

80 年 代 以 来 ， 日 本 、 美 国 、 瑞 典 等 国 家 进 行 了 较 广 泛 的 I 期 和 II 期 临 床 试 验 ， 表 明 螺 锗 对 恶 性 淋 巴 瘤 、 卵 巢 癌 、 大 肠 癌 、 子 宫 颈 癌 、 前 列 腺 癌 及 黑 色 素 瘤 疗 效 较 佳 。

王 雪 和 关 烨 第 (1993) [14] 介 绍 了 螺 锗 的 合 成 及 药 理 研 究 进 展 。 国 外 Ettinger D.S.et al (1989) 对 螺 锗 等 的 抗 肿 瘤 效 应 ， GoodWin J.W.et al (1987) 对 中 枢 神 经 系 统 肿 瘤 ， Bui N.B.et al. (1986) 和 Dexeus F.H.et al (1986) 分 别 对 前 列 腺 瘤 ， Schulman P.et al. (1984) 对 淋 巴 腺 瘤 、 肾 瘤 ， Kuebler J.P.et al. (1984) 和 Pinnamaneni K.et al (1984) 分 别 对 乳 房 癌 进 行 了 II 期 临 床 试 验 研 究 。

Dixon C.et al (1984) [15] 曾 指 出 螺 锗 对 肺 部 的 毒 性 作 用 。 此 外 ， 它 对 肝 、 肾 、 造 血 系 统 都 有 一 定 毒 性 。

3. 有 机 锗 抗 癌 效 应 的 机 制

陈 红 专 等 (1990) [2] 、 唐 任 寰 等 (1992) 、 (1996) [1] 曾 就 有 机 锗 化 合 物 的 抗 癌 效 应 及 其 可 能 机 制 作 过 评 述 ， 大 致 如 下 ：

3.1 抑 制 DNA 、 RNA 和 蛋 白 质 的 合 成 螺 锗 对 体 内 外 多 种 癌 细 胞 株 均 有 直 接 细 胞 毒 作 用 。

3.2 增 强 机 体 的 免 疫 功 能 研 究 Z 多 的 是 Ge ━ 132 ， 它 可 使 免 疫 功 能 低 下 的 人 的 免 疫 力 逐 步 恢 复 正 常 。 其 环 节 可 能 是 ： 1. 首 先 刺 激 T 淋 巴 细 胞 产 生 淋 巴 因 子 ； 2. 淋 巴 因 子 活 化 巨 噬 细 胞 变 成 细 胞 毒 巨 噬 细 胞 以 及 激 活 自 然 杀 伤 细 胞 (NK) 活 性 ； 3. 细 胞 毒 巨 噬 细 胞 、 NK 细 胞 等 发 挥 杀 伤 癌 细 胞 活 性 。

3.3 抗 突 变 作 用 ： 锗 化 合 物 可 能 通 过 抗 突 变 作 用 表 达 抗 癌 效 应 。 Ge ━ 132 能 抵 抗 γ 射 线 诱 发 的 大 肠 杆 菌 B/rWP2trp 的 突 变 作 用 。

3.4 自 由 基 清 除 作 用 ： 从 而 具 有 抗 衰 老 的 作 用 。 Harisch (1985) 用 低 浓 乳 酸 ━ 柠 檬 酸 锗 提 高 大 鼠 肝 细 胞 内 还 原 型 谷 胱 甘 (CSH) 水 平 ， 它 具 有 防 止 脂 质 过 氧 化 物 形 成 以 及 清 除 体 内 代 谢 所 产 生 粒 子 的 作 用 。 Nakamura 等 (1987) 研 究 证 实 ， Ge ━ 132 体 外 即 具 有 对 活 性 氧 类 的 清 除 作 用 ， 从 而 防 止 活 性 氧 对 细 胞 产 生 损 伤 作 用 。

3.5 生 物 电 位 说 ： 一 切 病 变 部 位 细 胞 的 生 物 电 位 均 比 正 常 细 胞 高 ， 癌 细 胞 也 是 如 此 ， 因 而 它 迅 速 增 殖 变 化 。 有 机 锗 化 合 物 中 的 锗 原 子 可 产 生 电 荷 转 移 和 游 离 基 ， 自 由 电 子 可 从 高 电 位 癌 细 胞 夺 取 氢 离 子 ， 从 而 降 低 癌 细 胞 电 位 ， 阻 抑 它 的 繁 殖 。

4. 若 干 具 活 性 的 锗 化 合 物

4.1 乳 酸 ━ 柠 檬 酸 锗
这 是 德 国 推 出 的 锗 化 合 物 ， 它 对 小 鼠 S180 肉 瘤 、 黑 色 素 瘤 B16 和 Lewis 肺 癌 有 中 度 抑 瘤 效 应 ， 对 小 鼠 结 肠 癌 C ━ 26 和 骨 髓 瘤 MP ━ 26a 也 有 一 定 抑 瘤 作 用 ， 能 显 着 延 长 白 血 病 和 结 肠 癌 小 鼠 的 生 存 时 间 ， 降 低 纤 维 瘤 等 的 发 生 率 。 在 I 期 临 床 试 验 中 ， 它 能 使 子 宫 恶 性 肿 瘤 患 者 显 着 减 轻 症 状 ， 治 疗 过 程 中 无 毒 性 副 反 应 出 现 。

4.2 氨 基 酸 锗
上 海 第 二 医 科 大 学 陈 红 专 等 （ 1990 ） [2] 对 一 系 列 氨 基 酸 化 合 物 作 了 预 试 ， 筛 选 出 具 有 较 强 抑 瘤 作 用 的 赖 氨 酸 锗 （ Ge ━ 401 ） 。 李 传 毅 （ 1991 ） 研 究 了 它 对 小 鼠 B 淋 巴 细 胞 产 生 抗 体 的 调 节 作 用 。
第 二 军 医 大 学 葛 学 美 等 （ 1994 ） 研 究 了 丙 氨 酸 锗 的 抗 肿 瘤 活 性 及 免 疫 效 应 ， 结 果 表 明 它 能 明 显 延 长 移 植 H22 肝 癌 腹 水 症 小 鼠 的 生 存 时 间 ， 抑 制 S180 肉 瘤 的 生 长 。
上 海 建 材 学 院 高 绍 仪 等 （ 1990 ） 和 第 二 军 医 大 学 赵 法 汲 等 （ 1990 ） [2] 分 别 研 究 了 氨 基 酸 锗 氧 化 物 （ AGO ） 的 抗 肿 瘤 活 性 及 其 毒 性 。

4.3 有 机 锗 Ge ━ M10
西 安 医 科 大 学 陈 高 平 和 庞 志 功 等 （ 1994 ） [16] 用 Ge ━ M10 或 与 中 草 药 的 有 效 成 份 进 行 了 系 列 抗 肿 瘤 药 理 试 验 ， 表 明 它 能 明 显 抑 制 小 鼠 S180 移 植 肉 瘤 的 生 长 ， 并 对 艾 氏 腹 水 癌 小 鼠 有 明 显 延 长 存 活 期 作 用 ， 是 一 种 有 希 望 的 免 疫 性 抗 癌 药 物 。

4.4 其 它
张 树 功 等 （ 1993 ） [3] 合 成 和 试 验 了 对 ━ （ N ， N ━ ＝ 甲 氨 基 ） 苯 基 锗 倍 半 氧 化 物 （ Ge ━ 132 ） 的 抗 肿 作 用 ； 唐 博 恒 等 （ 1994 ） [18] 观 察 到 锗 酵 母 （ Ge ━ 168 ） 对 黄 曲 霉 素 B1 诱 发 肝 瘤 有 抑 制 作 用 ； 此 外 ， jao S.W.et al （ 1990 ） 探 讨 过 天 然 有 机 锗 的 活 性 ， 刘 元 方 等 （ 1984 ） [19] 曾 指 出 锗 酵 母 的 营 养 价 值 。
在 报 导 过 的 200 多 种 有 机 锗 化 合 物 之 外 ， 近 年 来 ， 南 开 大 学 、 中 科 院 长 春 应 用 化 学 研 究 所 相 继 合 成 了 14 种 新 型 有 机 锗 硫 杂 五 环 化 合 物 、 5 类 新 型 有 机 锗 倍 半 氧 化 物 及 硫 化 物 、 8 种 新 的 Ge ━ 132 胺 衍 物 、 2 种 锗 氨 基 酸 衍 生 物 、 对 一 （ 二 甲 氨 基 ） 苯 基 锗 倍 半 氧 化 物 及 a ━ 苯 基 — β — （ N━ 胺 基 ） 乙 基 锗 倍 半 氧 化 物 。 并 将 其 生 物 活 性 、 理 化 特 性 与 Ge ━ 132 进 行 了 比 较 。 北 京 大 学 合 成 了 一 系 列 新 型 烷 其 锗 丙 氨 基 酸 、 小 并 作 了 系 列 生 物 活 性 研 究 。 同 时 ， 相 关 的 分 析 测 试 水 平 和 质 量 控 制 亦 迅 速 发 展 。 这 些 国 外 很 少 报 导 过 的 新 合 成 有 机 锗 化 合 物 、 为 寻 找 更 有 效 的 有 机 锗 抗 癌 药 物 开 拓 了 新 的 途 径 。 此 外 ， 韩 国 Jang J.J.et al. （ 1989 ） 研 究 过 烷 基 硫 杂 锗 化 合 物 。
其 它 如 喃 锗 衍 生 物 、 锗 化 合 物 、 葡 萄 糖 酸 锗 等 络 合 物 ， 也 有 一 定 生 物 活 性 。 无 机 锗 如 GeO2 、 Na2GeO3 等 的 生 化 作 用 及 其 毒 性 亦 有 人 进 行 研 究 。
关 于 锗 化 合 物 除 抗 癌 作 用 外 ， 还 有 在 抗 衰 老 、 类 风 湿 关 节 炎 、 糖 尿 病 、 慢 性 胃 炎 等 方 面 的 试 验 。
除 上 述 对 有 机 锗 的 药 理 作 用 研 究 外 ， 不 久 前 ， 颜 钰 等 （ 1994 ） [20] 研 究 PET 技 术 （ 正 电 子 发 射 断 层 摄 像 术 ） 和 放 射 性 核 毒 68Ga 标 记 化 合 物 作 肿 瘤 阳 性 显 像 剂 ， 由 于 心 肌 摄 取 高 、 显 影 清 晰 、 表 明 68Ga — BAT — TECH 可 作 为 心 肌 显 像 剂 ， 其 中 68Ga 由 68Ga 经 轨 道 电 子 俘 获 衰 变 而 来 。 澳 大 利 亚 Meikle S.R. et al. （ 199 ） [21] 使 用 200MBq68Ge/68Ga 发 生 器 实 现 对 乳 房 瘤 的 显 像 。 Tilbury R.S. et al. （ 1991 ） 研 究 过 68Ge/68Ga 发 生 器 的 制 作 技 术 。 这 体 现 了 PET 技 术 的 发 展 方 向 。 程 琮 等 （ 1996 ） [22] 用 图 像 细 胞 分 析 技 术 （ ICM ） 研 究 了 Ge ━ 132 对 人 乳 癌 细 胞 株 BcaP ━ 37 的 生 物 学 作 用 。

综 上 所 述 ， 国 内 关 于 锗 的 研 究 卓 有 成 效 ， 已 迅 速 与 国 际 先 进 水 平 齐 步 。 唐 任 寰 等 （ 1986 ） [1] 曾 指 出 锗 可 能 是 对 生 命 有 益 的 微 量 元 素 ， 继 而 秦 俊 法 （ 1993 ） [3] 探 讨 了 锗 的 必 需 性 。 迄 今 ， 有 机 锗 化 合 物 ━ 首 先 是 Ge ━ 132 和 螺 锗 已 显 示 为 人 类 预 防 和 战 胜 癌 魔 的 又 一 潜 在 武 器 。 继 续 开 展 有 机 锗 化 合 物 的 防 癌 抗 癌 疗 效 及 其 毒 理 研 究 将 是 功 德 无 量 的 工 作 。

叁 考 文 献

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