Khóa luận tốt nghiệp: Đánh giá tác dụng điều trị bệnh Alzheimer của các hợp chất trong cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) bằng phương pháp docking phân tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

MỤc tiêu của đề tài "Đánh giá tác dụng điều trị bệnh Alzheimer của các hợp chất trong cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) bằng phương pháp docking phân tử" là sàng lọc các hợp chất có trong cây Rau đắng biển có tác dụng ức chế 4 đích NMDA, BACE-1, MAO A, AChE trong điều trị bệnh Alzheimer bằng phương pháp docking phân tử; nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc và tính toán các thông số dược động học và độc tính của các hợp chất tốt nhất thu được sau quá trình sàng lọc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Đánh giá tác dụng điều trị bệnh Alzheimer của các hợp chất trong cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) bằng phương pháp docking phân tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC NGUYỄN THỊ THANH TÂM ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER CỦA CÁC HỢP CHẤT TRONG CÂY RAU ĐẮNG BIỂN (BACOPA MONNIERI (L.) WETTST.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP DOCKING PHÂN TỬ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Hà Nội – 2022
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC Người thực hiện: NGUYỄN THỊ THANH TÂM ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER CỦA CÁC HỢP CHẤT TRONG CÂY RAU ĐẮNG BIỂN (BACOPA MONNIERI (L.) WETTST.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP DOCKING PHÂN TỬ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khóa : QH.2017.Y Người hướng dẫn : PGS.TS. BÙI THANH TÙNG Hà Nội – 2022
LỜI CẢM ƠN Trong 5 năm học tập, với sự giảng dạy tận tâm của các thầy cô, em đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu làm hành trang sau này bước ra ngoài xã hội. Trong quãng thời gian học tập và rèn luyện trên giảng đường của trường đại học, em nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè và gia đình. Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, đặc biệt là bố mẹ và những người thân đã nuôi dạy và cho em cơ hội, tạo động lực, khích lệ, động viên em vượt qua những khó khăn, luôn cổ vũ, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như trong khoảng thời gian làm khóa luận. Em xin cảm ơn PGS.TS. Bùi Thanh Tùng, Trưởng bộ môn Dược lý, Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian nghiên cứu và chỉ dẫn trong việc định hướng nghiên cứu. Người luôn cho em những lời khuyên quý báu để kịp thời sửa chữa những sai sót trong suốt thời gian làm khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các bạn sinh viên lớp K62 Dược học, cảm ơn các bạn cùng nhóm nghiên cứu sàng lọc ảo đã động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn bạn Tạ Thị Thu Hằng đã nhiệt tình hỗ trợ và hướng dẫn tôi sửa chữa những sai xót trong quá trình thực hiện khóa luận. Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, các thầy cô Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện để cho em được học tập, nghiên cứu, rèn luyện tại đây trong suốt 5 năm qua và thực hiện đề tài này. Sau cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới anh chị em và bạn bè luôn sát cánh, đồng hành, ủng hộ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành khóa luận. Vì kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế, bản thân còn thiếu kinh nghiệm thực tiễn, nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài. Rất mong nhận được sự chỉ dẫn và những ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 02 tháng 06 năm 2022 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Tâm i
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ACh Acetylcholine Chất dẫn truyền thần kinh Enzyme xúc tác sự phân hủy của AChE Acetylcholinesterase acetylcholine absorption, distribution, Hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ ADMET metabolism, excretion and và độc tính toxicity Ala Alanine Arg Arginine Asp Aspartate Aβ Amyloid β Các mảng xơ thần kinh BACE β-secretase Enzyme cắt protein amyloid tiền tố beta CNS Central Nervous System Hệ thần kinh trung ương CSDL Cơ sở dữ liệu Coenzyme hoạt động oxy hóa khử liên FAD Flavin adenine dinucleotide kết với các protein Food and Drug Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm FDA Administration Hoa Kỳ Gln Glutamin Glu Glutamic acid Gly Glycine His Histidine Ile Isoleucine Leu Leucine Lys Lysine Enzyme xúc tác quá trình oxy hóa MAO Monoamin Oxydase monoamin NFT Neurofibrillary tangles Đám rối sợi thần kinh ii
NMDA N-methyl-D-aspartate Thụ thể glutamate Nuclear Magnetic NMR Cộng hưởng từ hạt nhân Resonance PDB Protein Data Bank Ngân hàng dữ liệu protein Pro Prolie Phe Phenylalanine Root mean square RMSD Độ lệch bình phương trung bình gốc deviation RO5 Rule of 5 Quy tắc năm Các gốc oxy hóa hoạt động có nguồn ROS Reactive Oxygen Species gốc từ oxy Ser Serine Tyr Tyrosine Thr Threonine Trp Trytophan WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới iii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc của não và tế bào thần kinh trong khỏe mạnh (a) và tế bào thần kinh trong não bị bệnh Alzheimer (b) .........................................................................2 Hình 1.2: Các yếu tố nguy cơ của bệnh Alzheimer ....................................................4 Hình 1.3: Cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer và sự can thiệp điều trị .................5 Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của các loại thuốc đã được phê duyệt để điều trị triệu chứng bệnh Alzheimer (1-5) và các hợp chất điều trị bệnh đã được thử nghiệm lâm sàng (6-15)...................................................................................................................8 Hình 1.5: Vị trí phân bố của cây Rau đắng biển ......................................................12 Hình 1.6: Lá và hoa của cây Rau đắng biển .............................................................13 Hình 1.7: Nguyên lý docking ...................................................................................16 Hình 1.8: Công cụ pkCSM dự đoán các thuộc tính dược động học và độc tính của phân tử .......................................................................................................................20 Hình 2.1: Cấu trúc 3D của các protein đích .............................................................21 Hình 2.2: Công cụ trực tuyến SCFBio thực hiện tính toán các thông số RO5 ........26 Hình 2.3: Công cụ trực tuyến pkCSM thực hiện dự tính các thông số ADMET .....27 Hình 3.1: Tóm tắt quá trình sàng lọc in silico ..........................................................28 Hình 3.2: Kết quả re-dock và tương tác của phối tử đồng tinh thể 5,7- dichlorokynurenic acid với NMDA ..........................................................................29 Hình 3.3: Kết quả re-dock và tương tác của phối tử đồng tinh thể LY2886721 với BACE-1 .....................................................................................................................30 Hình 3.4: Kết quả re-dock và tương tác của phối tử đồng tinh thể Harmine với MAO A ......................................................................................................................30 Hình 3.5: Kết quả re-dock và tương tác của phối tử đồng tinh thể Donepezil với AChE .........................................................................................................................31 Hình 3.6: Tương tác của 4 chất đối chứng với 4 protein đích .................................39 Hình 3.7: Tương tác của Apigenin với 4 protein đích NMDA (a), BACE-1 (b), MAO A (c) và AChE (d) ...........................................................................................41 Hình 3.8: Tương tác của Apigenin với 4 protein đích NMDA (a), BACE-1 (b), MAO A (c) và AChE (d) ...........................................................................................43 Hình 3.9: Tương tác của Luteolin với 4 protein đích NMDA (a), BACE-1 (b), MAO A (c) và AChE (d) ...........................................................................................45 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Kết quả re-dock và RMSD của phối tử đồng kết tinh với protein ...........28 Bảng 3.2: Kết quả dock của 50 hợp chất trong cây rau đắng biển và 4 chất đối chứng với 4 protein đích ...........................................................................................32 Bảng 3.3: Kết quả RO5 của 15 hợp chất được lựa chọn từ kết quả docking ...........35 Bảng 3.4: Kết quả phân ADMET của Apigenin, Ebelin lactone và Luteolin ..........36 v
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................v MỤC LỤC ................................................................................................................ vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN....................................................................................2 1.1. Tổng quan về bệnh Alzheimer....................................................................2 1.1.1. Giới thiệu về bệnh Alzheimer .............................................................2 1.1.2. Các giai đoạn của bệnh ......................................................................3 1.1.3. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh.....................................................4 1.1.4. Các giả thuyết về các đích phân tử trong bệnh Alzheimer ...............5 1.1.5. Điều trị ................................................................................................7 1.1.6. Trung tâm hoạt động của các đích phân tử ......................................9 1.2. Tổng quan về cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) ........11 1.2.1. Giới thiệu – vị trí – phân loại – phân bố .........................................11 1.2.2. Đặc điểm thực vật .............................................................................12 1.2.3. Thành phần hóa học ........................................................................13 1.2.4. Tác dụng dược lý ..............................................................................14 1.3. Phương pháp docking phân tử .................................................................15 1.3.1. Docking phân tử ...............................................................................15 1.3.2. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc ................................18 1.3.3. Dự đoán các thông số dược động học và độc tính (ADMET) ........19 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................................................21 2.1. Nguyên liệu và thiết bị ...............................................................................21 2.2. Nội dung nghiên cứu..................................................................................23 vi
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................23 2.3.1. Sàng lọc bằng docking phân tử .......................................................23 2.3.2. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc ............................................26 2.3.3. Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính (ADMET) ...26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ .........................................................................................28 3.1. Mô phỏng protein docking ........................................................................28 3.2. Tìm kiếm hợp chất tiềm năng từ kết quả docking .................................31 3.3. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc ...........................................................34 3.4. Dự đoán các thông số ADMET .................................................................35 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ......................................................................................47 4.1. Về kết quả ...................................................................................................47 4.2. Về phương pháp .........................................................................................49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ i PHỤ LỤC ................................................................................................................ xii vii
MỞ ĐẦU Alzheimer được biết đến là một loại bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển chậm và là một trong những nguyên nhân phổ biến của chứng sa sút trí tuệ và chủ yếu được phân biệt bởi sự suy giảm dần dần của trí nhớ và nhận thức 1. Hiện tại, có khoảng 50 triệu bệnh nhân Alzheimer trên toàn thế giới và con số này được dự báo sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 5 năm và sẽ tăng lên tới 152 triệu vào năm 2050 2. Tỷ lệ mắc là 5% ở quãng tuổi 65 và 20% cho người trên 85 tuổi 3. Tại Việt Nam, yếu tố gây bệnh đáng kể đầu tiên là chất độc da cam từ chiến tranh, vào năm 2020 sẽ khoảng 432,000 cựu chiến binh mắc bệnh Alzheimer, trong đó có khoảng 140,000 trường hợp liên quan đến phơi nhiễm chất độc chiến tranh 4. Nguyên nhân cơ bản của những thay đổi bệnh lý trong bệnh Alzheimer vẫn chưa được biết. Một số giả thuyết được suy giảm chức năng cholinergic là một yếu tố nguy cơ quan trọng đối với bệnh Alzheimer, trong khi những giả thuyết khác cho rằng nguyên nhân do sự thay đổi trong sản xuất amyloid β-protein. Tuy nhiên, hiện nay, không có lý thuyết nào được chấp nhận để giải thích cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer 5,6. Số lượng các giả thuyết được đề xuất trong suốt nhiều năm để mô tả nguyên nhân gốc rễ của bệnh Alzheimer như sản xuất β-amyloid, giả thuyết cholinergic, độc tính kích thích và giả thuyết stress oxy hóa 7. Các loại thuốc được sử dụng hiện nay chỉ giải quyết các triệu chứng của bệnh Alzheimer và có nhiều phương pháp tiếp cận bao gồm các hợp chất tự nhiên và tổng hợp đã được áp dụng để chống lại bệnh Alzheimer 8. Bacopa monnieri (hay còn gọi là Brahmi) là một loại thảo mộc Ayurvedic được biết đến là có hiệu quả trong các chứng rối loạn thần kinh từ thời cổ đại 9. Trên cơ sở đó, đề tài “Đánh giá tác dụng điều trị bệnh Alzheimer của các hợp chất trong cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) bằng phương pháp docking phân tử” được tiến hành với 2 mục tiêu chính: 1. Sàng lọc các hợp chất có trong cây Rau đắng biển có tác dụng ức chế 4 đích NMDA, BACE-1, MAO A, AChE trong điều trị bệnh Alzheimer bằng phương pháp docking phân tử 2. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc và tính toán các thông số dược động học và độc tính của các hợp chất tốt nhất thu được sau quá trình sàng lọc. 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về bệnh Alzheimer 1.1.1. Giới thiệu về bệnh Alzheimer Bệnh Alzheimer (được đặt theo tên của nhà tâm thần học người Đức Alois Alzheimer) là loại bệnh mất trí nhớ phổ biến nhất và được biết đến như là một bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển chậm. Đây là một trong những nguyên nhân phổ biến của chứng sa sút trí tuệ và chủ yếu được phân biệt bởi sự suy giảm dần dần của trí nhớ và nhận thức 1. Bệnh Alzheimer đặc trưng bởi các mảng thần kinh và đám rối sợi thần kinh (Hình 1.1) là kết quả của sự tích tụ amyloid-beta peptide (Aβ) trong vùng bị ảnh hưởng nhiều nhất của não, thùy thái dương trung gian và các cấu trúc thần kinh 2. Hình 1.1: Cấu trúc của não và tế bào thần kinh trong khỏe mạnh (a) và tế bào thần kinh trong não bị bệnh Alzheimer (b) 2
Bệnh Alzheimer, một bệnh lý nhận thức thần kinh, là nguyên nhân phổ biến nhất của sa sút trí tuệ; chiếm tới 60 tới 80% nguyên nhân sa sút trí tuệ ở người cao tuổi. Trên thế giới có hàng triệu người mắc bệnh Alzheimer và sa sút trí tuệ, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính số người mắc bệnh Alzheimer đang tăng nhanh 10 . Hiện tại, có khoảng 50 triệu bệnh nhân mắc Alzheimer trên toàn thế giới và con số này được dự báo sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 5 năm và sẽ tăng lên tới 152 triệu vào năm 2050 2. Ở Mỹ, ước tính có khoảng 13% số người ≥ 65 và 45% người ≥ 85 bị bệnh Alzheimer. Bệnh này tỷ lệ mắc ở phụ nữ như nam giới, một phần vì phụ nữ có tuổi thọ dài hơn. Tỷ lệ hiện mắc ở các nước công nghiệp hóa dự kiến sẽ tăng lên do tỷ lệ người cao tuổi tăng lên 11. Theo Hội thần kinh học Việt Nam, Bệnh Alzheimer là bệnh của người cao tuổi. Tỷ lệ mắc là 5% ở quãng tuổi 65 và 20% cho người trên 85 tuổi 3. Tại Việt Nam, yếu tố gây bệnh đáng kể đầu tiên là chất độc da cam từ chiến tranh, các nhà nghiên cứu ước lượng, vào năm 2020 sẽ khoảng 432,000 cựu chiến binh mắc bệnh Alzheimer, trong đó có khoảng 140,000 trường hợp liên quan đến phơi nhiễm chất độc chiến tranh 4. 1.1.2. Các giai đoạn của bệnh Các giai đoạn lâm sàng của bệnh Alzheimer có thể được phân loại thành: 1. Giai đoạn tiền lâm sàng hoặc giai đoạn tiền triệu chứng, có thể kéo dài vài năm hoặc hơn. Giai đoạn này được đặc trưng bởi mất trí nhớ nhẹ và thay đổi bệnh lý sớm ở vỏ não và hồi hải mã, không có suy giảm chức năng trong các hoạt động hàng ngày và không có các dấu hiệu và triệu chứng lâm sàng của bệnh Alzheimer 12-14. 2. Giai đoạn nhẹ hoặc giai đoạn đầu của bệnh, một số triệu chứng bắt đầu xuất hiện, chẳng hạn như bệnh nhân gặp khó khăn trong cuộc sống hàng ngày, mất tập trung và trí nhớ, mất phương hướng về địa điểm và thời gian, thay đổi tâm trạng, và sự phát triển của bệnh trầm cảm 14,15. 3. Giai đoạn bệnh Alzheimer phát triển trung bình, trong đó bệnh lây lan đến các vùng vỏ não dẫn đến mất trí nhớ ngày càng tăng, khó nhận biết gia đình và bạn bè, mất kiểm soát xung động và khó đọc, viết và nói 14. 4. Alzheimer giai đoạn nặng hoặc giai đoạn muộn, bao gồm sự lây lan của bệnh đến toàn bộ vùng vỏ não với sự tích tụ nghiêm trọng của các 3
mảng thần kinh và các đám rối sợi thần kinh, dẫn đến suy giảm chức năng và nhận thức tiến triển mà bệnh nhân không thể nhận ra gia đình của và có thể nằm liệt giường, khó khăn trong việc nuốt và đi tiểu, và cuối cùng dẫn đến cái chết của bệnh nhân do những biến chứng này 12,16 . 1.1.3. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh Bệnh Alzheimer đã được coi là một bệnh đa yếu tố liên quan đến một số yếu tố nguy cơ (Hình 1.2) chẳng hạn như tuổi tác ngày càng tăng, các yếu tố di truyền, chấn thương đầu, bệnh mạch máu, nhiễm trùng và các yếu tố môi trường (kim loại nặng, kim loại vi lượng, và các yếu tố khác) 2. Hình 1.2: Các yếu tố nguy cơ của bệnh Alzheimer Nguyên nhân cơ bản của những thay đổi bệnh lý trong bệnh Alzheimer vẫn chưa được biết. Một số giả thuyết được đưa ra như một nguyên nhân gây ra bênh Alzheimer nhưng hai trong số chúng được cho là nguyên nhân chính: một số người tin rằng sự suy giảm chức năng cholinergic là một yếu tố nguy cơ quan trọng đối với bệnh Alzheimer, trong khi những giả thuyết khác cho rằng nguyên nhân do sự thay đổi trong sản xuất amyloid β-protein. Tuy nhiên, hiện nay, không có lý thuyết nào được chấp nhận để giải thích cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer 5,6. 4
1.1.4. Các giả thuyết về các đích phân tử trong bệnh Alzheimer Các dấu hiệu bệnh lý chính của bệnh Azheimer bao gồm mất tế bào thần kinh và khớp thần kinh lan rộng, sự hiện diện quá mức của tế bào hình sao, và sự kết tụ của nhiều chất lắng đọng protein, ví dụ như mảng β-amyloid và đám rối sợi thần kinh (NFT) 17. Số lượng các giả thuyết được đề xuất trong suốt nhiều năm để mô tả nguyên nhân gốc rễ của Alzheimer như sản xuất β-amyloid, giả thuyết cholinergic, độc tính kích thích và giả thuyết stress oxy hóa 7 như được tóm tắt trong Hình 1.3. Hình 1.3: Cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer và sự can thiệp điều trị (1) Kích hoạt chất ức chế acetylcholine (ACh) dẫn đến thâm hụt ACH trong não bị ảnh hưởng và thuốc ức chế acetylcholinesterase (Donepezil). (2) Sự tạo và tổng hợp Aβ và các vị trí của nó để can thiệp điều trị. Tất cả các loại thuốc hiện được sử dụng trong lĩnh vực này đều đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng. (3) Ứng suất oxy hóa; ROS có thể làm trầm trọng thêm và kích hoạt bệnh, chất chống oxy hóa có thể hữu ích. (4) Rối loạn chức năng glutamatergic và sự kích thích đóng vai trò trong cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer. Thuốc đối kháng thụ thể NMDA (Memantine) là lựa chọn điều trị Các mảng lão hóa là đặc điểm thần kinh chính và phân biệt của bệnh Alzheimer liên quan trực tiếp đến sự khởi phát và tiến triển của nó 18. Việc sản xuất amyloid beta (Aβ) diễn ra bởi sự phân cắt protein của protein beta-secretase trên 5
protein tiền thân amyloid (APP) 19 . Aβ chủ yếu được chia thành hai dạng đồng dạng, dựa trên độ dài của axit amin, Aβ của 40 gốc axit amin (Aβ40) và Aβ của 42 gốc axit amin (Aβ42) là hai dạng đồng dạng. Mặc dù Aβ42 chỉ khác nhau ở 2 axit amin, nhưng nó lại gây độc cho thần kinh hơn nhiều và tổng hợp nhanh hơn so với Aβ40. Trong dịch não tủy (CSF), sự hiện diện của Aβ42 là một dấu ấn sinh học nổi tiếng của bệnh Alzheimer, và được sử dụng trong cả nghiên cứu và trong thực hành lâm sàng 20. Mức độ tăng của Aβ42 so với Aβ40 thường được coi là đóng một vai trò quan trọng. Tỷ lệ Aβ42/Aβ40 tăng lên có liên quan chặt chẽ đến sự đột biến presenilin và liên quan đến khởi phát sớm của bệnh Alzheimer 21. Mặc dù Aβ40 có mặt ở trong não nhiểu hơn Aβ42, nhưng Aβ42 là thành phần chính trong mảng amyloid, do tính chất dễ kết tụ của nó 21. Alzheimer cũng được đặc trưng bởi sự thiếu hụt cholinergic trong não bị ảnh hưởng. Các tế bào thần kinh giải phóng acetylcholine, đặc biệt là ở các thân tế bào nằm trong não trước bị thoái hóa trong bệnh Alzheimer, ảnh hưởng đến các chức năng nhận thức và trí nhớ vì những tế bào thần kinh này rất quan trọng trong hoạt động bình thường của vỏ não và các cấu trúc liên quan. Trong bệnh Alzheimer có sự biến đổi và thay đổi tính đa hình của acetylcholinesterase (AChE) trong não 22. Mức độ AChE tăng lên xung quanh các mảng Aβ và NFT là đặc điểm thường được báo cáo trong bệnh Alzheimer. Liệu pháp điều trị bệnh Alzheimer hiện tại chủ yếu dựa trên việc sử dụng các chất ức chế AChE (AChE-I). Tác dụng của những AChE- I này là tạm thời do sự điều hòa hoạt động của AChE sau khi điều trị AChE-I mãn tính 23. Một cơ chế khác của bệnh Alzheimer là do sự hiện diện quá mức của các loại oxy phản ứng (ROS) trong ty thể. Sự gia tăng ROS này là do lão hóa hoặc căng thẳng và nếu hệ thống chống oxy hóa của cơ thể không thể đối phó với tình trạng này thì bệnh có thể phát triển. Vai trò của stress oxy hóa trong Alzheimer được thể hiện rõ ràng từ thực tế là não của những bệnh nhân này bị tổn thương oxy hóa đáng kể 24. Monoamine oxidase (MOA), cũng tham gia vào sự tiến triển của bệnh bằng cách tăng ROS trong não. MAO và các isoenzyme của nó tức là MAO-A và MAO- B có trách nhiệm xúc tác các amin sinh học, như serotonin, dopamine và norepinephrine, do đó, sự ức chế của nó dẫn đến tăng mức độ dẫn truyền thần kinh trong CNS 25. Tương tự, glutamate dẫn truyền thần kinh kích thích quan trọng có liên quan đến sự dẻo dai của khớp thần kinh và cũng có liên quan đến bệnh Alzheimer. Rối 6
loạn chức năng trong hệ thống glutamate được phát hiện có liên quan đến căng thẳng oxy hóa liên kết peptit Aβ. Stress oxy hóa dẫn đến giảm hoạt động của glutamate synthase, dẫn đến mức glutamate trong não cao hơn đáng kể 26. Sự kích hoạt quá mức của thụ thể N-methyl-D-aspartate (NMDA) do quá nhiều glutamate dẫn đến dòng chảy liên tục các ion canxi (Ca2+) vào các tế bào thần kinh, tạo ra độc tính kích thích chậm ở mức sau synap, cuối cùng dẫn đến tác dụng thoái hóa thần kinh dần dần ở bệnh nhân Alzheimer 27. Do đó, các chất đối kháng thụ thể NMDA có thể có lợi về mặt điều trị trong điều trị bệnh Alzheimer. 1.1.5. Điều trị Việc ức chế các mục tiêu này riêng lẻ bằng các loại thuốc hiện đang được phê duyệt hoặc đang phát triển đã được chứng minh là tương đối không thành công trong việc đảo ngược sự tiến triển của bệnh Alzheimer 28. Các loại thuốc khác cũng được phát triển và không thành công trong các thử nghiệm lâm sàng, bao gồm kháng thể chống Aβ (solanezumab và bapineuzumab), chất ức chế γ-Secretase (semagacestat, avagacestat và tarenflurbil) và chất ức chế β- secretase (BACE) (Lanabecestat, verubecestat và atabecestat). Triệu chứng liên quan đến nhận thức ảnh hưởng đến trí nhớ, khả năng nhận biết, ngôn ngữ, óc phán đoán và các quá trình tư duy khác. Hiệp hội Quản lý Thuốc và Thực phẩm (FDA) Hoa Kỳ đã phê chuẩn lưu hành hai loại thuốc dùng để điều trị các triệu chứng liên quan đến nhận thức của bệnh Alzheimer. Chất ức chế cholinesterase giúp ngăn ngừa sự giảm hàm lượng acetylcholine, một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng cho quá trình ghi nhớ và học hỏi. Bằng cách giữ cho hàm lượng acetylcholine ở mức cao, những loại thuốc này sẽ hỗ trợ cho quá trình truyền tín hiệu giữa các tế bào thần kinh. Ba loại chất ức chế cholinesterase thường được kê trong đơn thuốc là: 1. Donepezil (Aricept), được cấp phép dùng để điều trị trong tất cả các giai đoạn của bệnh Alzheimer. 2. Rivastigmine (Exelon), được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer trong giai đoạn nhẹ và vừa. 3. Galantamine (Razadyne), được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer trong giai đoạn nhẹ và vừa. Memantine (Namenda) giúp điều hòa hoạt động của glutamate, một loại chất chuyển dẫn truyền thần kinh khác liên quan đến quá trình ghi nhớ và học hỏi. Loại 7
thuốc này được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer trong giai đoạn vừa và giai đoạn nặng 29. Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của các loại thuốc đã được phê duyệt để điều trị triệu chứng bệnh Alzheimer (1-5) và các hợp chất điều trị bệnh đã được thử nghiệm lâm sàng (6-15) Một giải pháp nằm trong phương pháp tiếp cận đa dược lý để thay đổi các hoạt động của nhiều mục tiêu trong số này cùng một lúc, đặc biệt là những mục tiêu 8
liên quan đến sự tiến triển của bệnh. Nhiều loại thuốc đích như vậy được phát triển cho bệnh Alzheimer đã nhắm vào hai hoặc nhiều mục tiêu đã biết (cholinesterase, BACE1, MAO, NMDA) hoặc có các đặc tính làm chậm tiến triển của bệnh, chẳng hạn như thải sắt, giảm stress oxy hóa hoặc có khả năng chống viêm, hoặc có thể ngăn ngừa Aβ hoặc tập hợp protein tau 30. Các phối tử để phối hợp thuốc mục tiêu nên được đánh giá dựa trên sự tiến triển của bệnh để xác định các phối hợp tốt nhất có thể. 1.1.6. Trung tâm hoạt động của các đích phân tử Acetylcholinesterase (AChE) Vai trò sinh học chính của acetylcholinesterase (AChE) là chấm dứt sự truyền xung động tại các khớp thần kinh cholinergic bằng cách thủy phân nhanh chóng chất dẫn truyền thần kinh, acetylcholine (ACh) 31. Các chất ức chế AChE được sử dụng trong điều trị các rối loạn thần kinh cơ khác nhau 32, và đã cung cấp thế hệ thuốc đầu tiên để điều trị bệnh Alzheimer 33. Nghiên cứu cấu trúc ban đầu của Acetylcholinesterase cho thấy vị trí hoạt động của AChE là một khe sâu 20 Å 34. Vị trí xúc tác nằm ở đáy dưới cùng của khe và chứa bộ ba xúc tác (H447, E334, và S203 trong AChE của con người). Vị trí thứ hai hoặc vị trí ngoại vi vượt ra ngoài Y337 (AChE của con người) tại giao diện vị trí xúc tác/ngoại vi đến lối vào của khe và chứa nhiều chuỗi bên thơm. Các nghiên cứu động học và nhiệt động học đã chỉ ra rằng chất ức chế có thể tương tác với một trong hai hoặc cả hai vị trí liên kết trong AChE. Vị trí ngoại vi góp phần vào hiệu quả xúc tác bằng cách đảm bảo rằng hầu hết các phân tử cơ chất va chạm và liên kết tạm thời với vị trí ngoại vi sẽ tiến tới vị trí xúc tác 35. Monoamine oxidase A (MAO A) Monoamine oxidase A là một flavoenzyme ngoài màng ngoài ty thể xúc tác quá trình oxy hóa các chất dẫn truyền thần kinh như serotonin, dopamine và norepinephrine. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng sự thiếu hụt hoặc biểu hiện thấp của enzym này dẫn đến tình trạng hung hăng trong hành vi cư xử 36. MAO A có độ phân giải khoảng 3.0 Å. Cấu trúc ba chiều của MAO A bao gồm ba miền như sau: - Miền liên kết FAD (không cộng hóa trị) - Miền liên kết cơ chất 9
- Miền xoắn ốc Các phần tử cấu trúc chính của miền liên kết FAD (không cộng hóa trị) là một tấm có hai cạnh β và  song song trung tâm 37. Sự sắp xếp này tương ứng với cấu trúc liên kết gấp cổ điển được quan sát thấy trong một số enzym liên kết dinucleotide. Dựa trên cấu trúc tinh thể ba chiều polyamine oxidase, người ta cho rằng Lys305, Trp397 và Tyr407 trong MAO A có thể tham gia vào liên kết không cộng hóa trị với FAD. Tyr407 và Tyr444 trong MAO A giúp ổn định liên kết cơ chất 25. N-methyl-D-aspartate (NMDA) Các thụ thể N-methyl-D-aspartate (NMDA) chiếm một vị trí độc nhất trong số các kênh ion do phối tử tạo ra vì chúng yêu cầu cả glycine và glutamate để kích hoạt, và sự khử cực màng để làm giảm sự ngăn chặn bởi Magie 38. Các thụ thể NMDA yêu cầu cả glycine và glutamate để kích hoạt với NR1 và vùng nhận dạng chủ vận của tiểu đơn vị thụ thể NMDA được xác định bởi các phân đoạn polypeptit S1 và S2 39. Cấu trúc NR1 S1S2 liên kết với glycine bộc lộ rõ ràng cấu trúc hai lớp hoặc cấu trúc “vỏ sò” bao gồm các miền 1 và 2. Cấu trúc chất chủ vận toàn phần và một phần của NR1 S1S2 chỉ ra rõ ràng rằng chất chủ vận ổn định tương tác liên kết hydro giữa các gốc trên vùng 1 (Gln405) và vùng 2 (Trp731 và Asp732) trong vùng lân cận của túi liên kết phối tử Trong cấu trúc NR1 S1S2, Ala714 nằm ở đầu tận cùng N của chuỗi xoắn 1 và chỉ cách chuỗi bên của Gln405 3.8 Å. Chúng tôi gợi ý rằng đột biến Ala714 thành leucine làm mất ổn định cấu trúc khe hở khép kín liên kết với glycine của NR1 S1S2, và do đó tác động của đột biến này là lớn nhất đối với chất chủ vận toàn phần và một phần 40. -secretase 1 (BACE-1) Amyloid beta peptide (Aβ) được tạo ra thông qua quá trình phân giải protein của một protein xuyên màng, protein tiền thân amyloid (APP), bởi β- và γ-secretase. Sự tích tụ aβ trong não được cho là một sự kiện độc hại sớm trong cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer, đây là dạng sa sút trí tuệ phổ biến nhất liên quan đến các mảng và đám rối trong não. Cấu trúc của amyloid beta peptit, tạo thành cấu trúc chủ yếu là xoắn alpha có thể được chuyển đổi thành cấu trúc tấm beta trong môi trường giống như màng chính là thành phần protein của amyloid lắng đọng trong bệnh 10
Alzheimer. Các chuỗi bên của histidine-13 và lysine-16 nằm trên cùng một mặt của chuỗi xoắn là gần nhau 41. Vị trí hoạt động BACE1 chứa 2 Asp gồm hai gốc amino aspartate như Asp32 và Asp228. Các nghiên cứu gây đột biến chỉ ra tại địa điểm cho thấy rằng BACE1 mất hiệu lực đối với đột biến của một trong hai aspartate. Asp32 và Asp228 hoạt động như axit - bazơ bằng cách thường xuyên thay đổi trạng thái proton hóa của chúng. Do đó, việc xác định các trạng thái proton hóa chính xác của 2 aspartate là rất quan trọng để khám phá các tương tác liên kết của các phối tử đối với BACE1. Một số nghiên cứu đã được thực hiện để khám phá vai trò của 2 Asp32 và Asp228 đối với hoạt tính xúc tác của BACE1. Trạng thái proton của OD1 (nguyên tử hydro không proton bên trong) trong Asp32 có lợi hơn về mặt năng lượng so với trạng thái proton của OD1 trong Asp228 42. 1.2. Tổng quan về cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst.) 1.2.1. Giới thiệu – vị trí – phân loại – phân bố Các loại thuốc được sử dụng hiện nay chỉ giải quyết các triệu chứng của bệnh Alzheimer, nhưng không có tác dụng nào ảnh hưởng đến các quá trình làm cơ sở cho sự phát triển của bệnh. Nhiều phương pháp tiếp cận bao gồm các hợp chất tự nhiên và tổng hợp đã được áp dụng để chống lại bệnh Alzheimer 8. Vì vậy, thuốc thảo dược đã thu hút sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây. Trong giới thực vật, cây Rau đắng biển có trí như sau 43: Giới: Thực vật Ngành: Ngọc Lan (Magnoliophyta) Lớp: Ngọc Lan (Magnoliopsida) Phân lớp: Hoa Môi (Lamiidae) Bộ: Hoa Mõm Chó (Scrophulariales) Họ: Hoa Mõm Chó (Scrophulariaceae) Chi: Bacopa Loài: Bacopa monnieri (L.) Wettst. Tên khác: Rau sam trắng, Rau sam đắng, cây Ruột gà, Ba kích. Tên khoa học: Bacopa monnieri (L.) Wettst. 11