Khóa luận tốt nghiệp ngành Dược sĩ: Tìm kiếm một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico

Chia sẻ: Chuheo Dethuong25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST

Báo xấu

73
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xây dựng hai mô hình QSAR cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2. Sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng hai mô hình QSAR đã xây dựng. Kiểm tra hoạt tính sinh học của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp ngành Dược sĩ: Tìm kiếm một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC SINH VIÊN: PHẠM THỊ THU UYÊN ********** ĐỀ TÀI TÌM KIẾM HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN CÓ TÁC DỤNG HẠ ĐƢỜNG HUYẾT HƢỚNG ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƢỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP IN SILICO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC SĨ HÀ NỘI - 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC Người thực hiện: cảm ơn THỊ THU UYÊN LờiPHẠM Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ ********** lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới người thầy của tôi – TS. Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận. ĐỀ TÀI Tôi xin chân thành cảm ơn Ths. Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá TÌM trình KIẾM nhận và thực hiệnHỢP đề tài. CHẤT THIÊN NHIÊN CÓ TÁC Tôi cũngHẠ xin được cảm ơn cô Lê Thị Thu Hường đã dẫn dắt ĐIỀU DỤNG ĐƢỜNG HUYẾT HƢỚNG tôi trong những TRỊ bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình. TIỂU ĐƢỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP Tôi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu của mình, em Lại Đức Anh đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua. IN SILICO Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ môn DượcKHÓA liệu vàLUẬN dược học TỐT NGHIỆP cổ truyền, các ĐẠI NGÀNH cô ở Phòng thầy HỌC đào DƢỢC SĨ tạo & CTHSSV, cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. Khóa: QH tôi Cuối cùng, xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất cả những - 2015Y người thân trong gia đình đã luôn ở bên yêu thương, ủng hộ để tôi có được ngày Người hướng dẫn: TS. PHẠM THẾ HẢI hôm nay! ThS. HÀ THỊ THANH HƢƠNG Hà Nội, ngày 10, tháng 5, năm 2020 Phạm Thị Thu Uyên HÀ NỘI - 2020
Lời cảm ơn Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới người thầy của tôi – TS. Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn Ths. Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nhận và thực hiện đề tài. Tôi cũng xin được cảm ơn cô Lê Thị Thu Hường đã dẫn dắt tôi trong những bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình. Tôi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu của mình, em Lại Đức Anh đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ môn Dược liệu và dược học cổ truyền, các thầy cô ở Phòng đào tạo & CTHSSV, cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất cả những người thân trong gia đình đã luôn ở bên yêu thương, ủng hộ để tôi có được ngày hôm nay! Hà Nội, ngày 10, tháng 6, năm 2020 Phạm Thị Thu Uyên i
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ALX Alloxan CSDL Cơ sở dữ liệu CVD Bệnh tim mạch DPP4 Dipeptidyl peptidase-4 ĐTĐ Đái tháo đường IC50 Nồng độ ức chế 50% IDF Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới GIP Peptide insulinotropic phụ thuộc glucose GLP-1 Peptide giống glucagon 1 GLUT2 Vận chuyển glucose loại 2 HbA1c Huyết sắc tố glycosyl hóa LADA Latent Autoimmune Diabetes of Adulthood PPARγ Thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator γ (Peroxisome proliferator- activated receptors gamma) QSAR Mô hình liên quan giữa cấu trúc và tác dụng RMSD Root mean square deviation (Độ lệch căn quân phương) ROS Loại oxy phản ứng ii
SGLT2 Protein đồng vận chuyển glucose 2 ( Sodium-glucose cotransporter-2) SMILES Simplified Molecular Input Line Entry Specification STZ Streptozotocin TrS Tập huấn luyện (Training set) TS Tập kiểm tra (Test set) TSPT Tham số phân tử TZD Thiazolidinedione iii
MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................ ii DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................... vii ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ viii CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................ 1 1.1. Tổng quan về bệnh đái tháo đường ............................................................... 1 1.1.1. Khái niệm .................................................................................................... 1 1.1.2. Phân loại ...................................................................................................... 1 1.1.3. Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2 ......................................................... 4 1.2. Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới ............................... 8 1.3. Đại cương về QSAR................................................................................... 10 1.4. Kỹ thuật Protein docking. ........................................................................... 12 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 14 2.1. Nguyên liệu .......................................................................................................... 14 2.1.1. Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình QSAR .................... 14 2.1.2. Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình phân biệt ................ 15 2.1.3. Cơ sở dữ liệu dùng để sàng lọc hoạt tính........................................................ 15 2.1.4. Cấu trúc tinh thể của các protein dùng trong nghiên cứu Docking .................. 15 2.2. Thiết bị, phần mềm ............................................................................................... 16 2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 17 2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 17 2.4.1. Xây dựng mô hình QSAR dự đoán hoạt tính trên các đích ĐTĐ tuýp 2 đã chọn. ............................................................................................................................... 18 2.4.2. Sàng lọc in silico các hợp chất thiên nhiên hướng tác dụng trên đích ĐTĐ tuýp 2: PPARγ và SGLT2 ............................................................................................... 22 2.4.3. Mô phỏng protein docking ............................................................................. 23 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................. 25 3.1. Kết quả nghiên cứu ............................................................................................... 25 3.1.1. Kết quả xây dựng hai mô hình QSAR trên phần mềm MobyDigs cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2. ..................................................................................... 25 3.1.2. Kết quả sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng hai mô hình QSAR đã xây dựng. .......................................... 25 iv
3.1.3. Kết quả kiểm tra tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo.. 27 3.2. Bàn luận ..................................................................................................... 28 3.2.1. Đánh giá kết quả xây dựng hai mô hình QSAR trên phần mềm MobyDigs cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2.......................................................................... 28 3.2.2. Về các hợp chất đã sàng lọc theo hai mô hình QSAR đã xây dựng. ................ 33 3.2.3. Đánh giá lại tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình máy tính in vivo ......................................................................................................................... 35 KẾT LUẬN................................................................................................................ 39 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 40 v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng ................................. 5 Bảng 2.1. Các phần mềm tính tham số phân tử thông dụng.............................................. 19 Bảng 3.1. Các hợp chất có tác dựng đồng thời trên 2 đích phân tử là PPARγ và SGLT2. . 26 Bảng 3.2. Các hợp chất được dự đoán là có hoạt tính in vivo........................................... 28 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá nội và đánh ngoại mô hình QSAR ........................................ 30 Bảng 3.4: Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mô hình QSAR trên đích PPARγ ............................................................................................................................ 31 Bảng 3.5: Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mô hình QSAR trên đích SGLT2 ............................................................................................................................ 32 Bảng 3.6. Giá trị Score của các hợp chất trong Docking trên 2 đích phân tử .................... 33 Bảng 3.7. Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích PPARγ ................ 35 Bảng 3.8. Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích SGLT2 ................ 36 Bảng 3.9. Một số thông tin về các hợp chất thu được sau quá trình sàng lọc. ................... 37 vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Quá trình nghiên cứu phát triển thuốc ...................................................... 9 Hình 2.1. Cấu trúc khung các chất chủ vận PPARγ trong cơ sở dữ liệu.................. 14 Hình 2.2. Cấu trúc 3D của thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ .................. 15 Hình 2.3. Cấu trúc 3D của Protein đồng vận chuyển natri - glucose 2 .................... 16 Hình 2.4. Quá trình nghiên cứu đề tài tìm kiếm hợp chất hợp chất thiên nhiên có tác dụng trên các đích điều trị ĐTĐ tuýp 2 (PPARγ và SGLT2) theo mô hình in silico và in vivo............................................................................................................... 18 Hình 3.1. Khả năng kích thích thực tế so với số liệu tính toán của tập dữ liệu các chất kích hoạt PPARγ ............................................................................................ 29 Hình 3.2. Khả năng ức chế thực tế so với số liệu tính toán của tập dữ liệu các chất ức chế SGLT2 ....................................................................................................... 29 vii
ĐẶT VẤN ĐỀ Thống kê từ liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế (International Diabetes Federation) năm 2015 cho thấy, ước tính có khoảng 415 triệu người (nằm trong độ tuổi từ 20-79) mắc bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) và hơn 5 triệu ca tử vong trên tổng số 111 nước được nghiên cứu [38]. Khoảng 75% những người mắc và chết do tiểu đường đến từ các nước có thu nhập thấp và trung bình. Trong đó bệnh đái tháo đường tuýp 2 chiếm hơn 90% các trường hợp mắc. Số ca mắc và tỷ lệ mắc bệnh tiểu đường đều tăng đều đặn trong vài thập kỷ qua. Các liệu pháp ngăn ngừa và điều trị hiện tại mặc dù có hiệu quả, tuy nhiên cũng còn nhiều hạn chế như: sử dụng Biguanide sẽ gây ra các vấn đề về tiêu hóa, Sulfonylureas gây hạ đường huyết, tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch... Mặt khác chi phí trực tiếp cần thiết cho việc theo dõi lâu dài bệnh tiểu đường và các biến chứng của nó là một gánh nặng đáng kể đối với các nền kinh tế quốc gia. Người ta ước tính rằng 12% chi phí chăm sóc sức khỏe toàn cầu được chi cho bệnh tiểu đường và tỷ lệ mắc trên toàn thế giới dự kiến sẽ tăng từ 8.8% trong năm 2015 lên 10,4% vào năm 2040. Gánh nặng kinh tế toàn cầu của căn bệnh này có thể được dự kiến sẽ tăng vọt [38]. Do đó, cần phải đầu tư vào nghiên cứu các liệu pháp mới trong điều trị và quản lý bệnh tiểu đường. Nhiều nhóm thuốc hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2 đã được phát triển và được đưa vào sử dụng rộng rãi như: insulin, nhóm thuốc biguanid, thiazolidinedione (TZD), sulfonylurea, meglitinide, chất ức chế α-glucosidase hay dipeptidyl peptidase-4 (DPP4), các chất đồng vận thụ thể GLP-1 và các chất tương tự amylin. Chúng hoạt động chủ yếu theo 2 cơ chế là giảm hấp thu glucose đường ruột và kích thích tế bào β đảo tuỵ. Trong các thuốc mới phát triển, nhiều hoạt chất được tìm thấy thông qua quá trình thiết kế và sàng lọc hợp lý với sự hỗ trợ của các mô hình máy tính (in silico), đặc biệt là các mô hình liên quan định lượng giữa cấu trúc và tác dụng (QSAR). Các mô hình in silico có lợi thế so với các mô hình thực nghiệm truyền thống về thời gian và chi phí vận hành. Hiện nay các mô hình in silico đã trở thành một phần không thể tách rời trong các dự án nghiên cứu và phát triển thuốc mới, chúng được sử dụng trong giai đoạn sàng lọc các thư viện hoá học lớn nhằm tìm kiếm hợp chất tiềm năng cho các nghiên cứu thực nghiệm [29]. Nghiên cứu khoa học về thực vật là một chiến lược thay thế hiệu quả để tìm ra các tác nhân trị liệu mới. Ví dụ, 1,1-dimethylbiguanide, hoạt chất trong thuốc metformin trị đái tháo đường nổi tiếng, có nguồn gốc từ guanidine - một hợp chất hạ huyết áp được phát hiện từ cây lilac của Pháp, Galega officinalis [5]. Một số loại viii
thuốc thông thường được kê đơn cũng được phát hiện từ thực vật. Các ví dụ phổ biến bao gồm morphine giảm đau từ Papaver somniferum (thuốc phiện), thuốc chống viêm aspirin từ Salix alba (cây liễu trắng) và thuốc chống sốt rét, quinine từ Cinchona succirubra [17]. Vì vậy nghiên cứu khoa học về cây thuốc dựa trên bằng chứng để khám phá các sản phẩm tự nhiên hoạt tính sinh học với các ứng dụng điều trị là một con đường đầy hứa hẹn để thiết lập các liệu pháp mới cho bệnh này. Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên dược liệu vô cùng dồi dào và phong phú, đây là một nguồn quan trọng và đầy hứa hẹn để xác định các hợp chất chống đái tháo đường mới. Hàng ngàn hoạt chất đã được xác định và phân lập từ các cây dược liệu là nguyên liệu vô cùng quý giá cho các nghiên cứu sàng lọc tìm kiếm các hợp chất dẫn đường có tác dụng tốt trong kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2. Từ những phân tích nêu trên, nhằm góp phần tìm kiếm các chất có hoạt tính tốt phù hợp phát triển thành thuốc điều trị ĐTĐ tuýp 2, tôi tiến hành đề tài “Tìm kiếm một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico” với mục tiêu chính như sau: 1. Xây dựng hai mô hình QSAR cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2. 2. Sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng hai mô hình QSAR đã xây dựng. 3. Kiểm tra hoạt tính sinh học của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo. ix
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về bệnh đái tháo đƣờng 1.1.1. Khái niệm Theo Bộ Y tế Việt Nam năm 2017, Đái tháo đường (ĐTĐ) được định nghĩa là “bệnh rối loạn chuyển hóa không đồng nhất, có đặc điểm tăng glucose huyết do khiếm khuyết về tiết insulin, về tác động của insulin, hoặc cả hai. Tăng glucose mạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa carbohydrate, protide, lipide, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu, thận, mắt, thần kinh”[1]. Theo số liệu của Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới (IDF-International Diabetes Federation), năm 2015, trong 111 nước được điều tra có đến 415 triệu người (20-79 tuổi) mắc ĐTĐ, và ước tính đến năm 2040 con số này sẽ tăng lên 642 triệu, tức là cứ 10 người có 1 người bị ĐTĐ. Mặt khác, cùng với việc sử dụng thực phẩm không khoa học, an toàn, thiếu vận động ở trẻ nhỏ, bệnh ĐTĐ tuýp 2 đang có xu hướng tăng ở cả trẻ em, trở thành một trong những vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng. Bệnh ĐTĐ gây nên nhiều biến chứng nguy hiểm, điển hình như các bệnh tim mạch (tăng huyết áp, xơ vữa động mạch,…), mắt (đục thủy tinh thể), thận (suy thận), và cắt cụt chi [1]. Tại Việt Nam, năm 2012, tỷ lệ hiện mắc ĐTĐ trên toàn quốc ở người trưởng thành là 5.42%, tỷ lệ ĐTĐ chưa được chẩn đoán trong cộng đồng là 63.6%. Theo kết quả điều tra STEPwise về các yếu tố nguy cơ của bệnh không lây nhiễm do Bộ Y tế thực hiện năm 2015 ở nhóm từ 18-69 tuổi cho thấy tỷ lệ ĐTĐ toàn quốc là 4,1%, tiền ĐTĐ là 3,6% [1]. 1.1.2. Phân loại a) Đái tháo đường tuýp 1 (do phá hủy tế bào beta tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối) [1]. Đái tháo đường tuýp 1 chiếm 5 - 10% của tất cả các trường hợp đái tháo đường do tế bào beta bị tàn phá nên bệnh nhân không còn hoặc còn rất ít insulin. Trong đó, 95% là do cơ chế tự miễn (tuýp 1A), 5% vô căn (tuýp 1B). Bệnh nhân bị giảm lượng insulin, tăng glucagon trong máu, nếu không điều trị sẽ bị nhiễm toan ceton. Bệnh ĐTĐ tuýp 1 có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi nhưng chủ yếu xuất hiện từ sớm (trẻ em, thiếu niên). Bệnh nhân cần bổ sung insulin để ổn định đường huyết. Người lớn 1
tuổi có thể bị ĐTĐ tự miễn diễn tiến chậm (LADA - Latent Autoimmune Diabetes of Adulthood), ban đầu bệnh nhân còn đủ insulin nên chưa bị nhiễm toan ceton và có thể điều trị bằng thuốc viên nhưng tình trạng thiếu insulin sẽ nặng dần theo thời gian [1]. Dấu ấn di truyền của ĐTĐ tuýp 1: Mẹ bị ĐTĐ tuýp 1 nguy cơ con bị là 3%, nguy cơ tăng đến 6% nếu cha bị ĐTĐ. Tỉ lệ cùng mắc ĐTĐ tuýp 1 ở hai trẻ sinh đôi cùng trứng là 25-50% [1]. Yếu tố môi trường của ĐTĐ tuýp 1: rubella bẩm sinh, virus quai bị, thuốc diệt chuột Vacor, hydrogen cyanide ở rễ cây sắn có liên quan đến ĐTĐ tuýp 1 [1]. b) Đái tháo đường tuýp 2 (do giảm chức năng của tế bào β tuyến tụy tiến triển trên nền tảng đề kháng insulin) [1]. Đái tháo đường tuýp 2 trước kia được gọi là ĐTĐ của người lớn tuổi hay ĐTĐ không phụ thuộc insulin, là dạng phổ biến nhất của bệnh ĐTĐ (chiếm 90-95% trong tất cả các trường hợp) và do đó là trọng tâm chính của nghiên cứu bệnh tiểu đường. Kháng insulin và sự suy giảm liên tục của tế bào β đảo tụy là trung tâm của căn nguyên của ĐTĐ tuýp 2 [22]. Tuy nhiên thường ở giai đoạn đầu hoặc có khi suốt cuộc sống bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 không cần bổ sung insulin để sống sót. Bệnh nhân không có sự phá hủy tế bào β do tự miễn, không có kháng thể tự miễn trong máu. Do tình trạng kháng insulin, trong giai đoạn đầu tế bào β sẽ bù trừ và tăng tiết insulin trong máu, nếu tình trạng này kéo dài hoặc nặng dần, tế bào β sẽ không tiết đủ insulin và ĐTĐ tuýp 2 lâm sàng sẽ xuất hiện. Sự kháng insulin cũng có thể cải thiện khi giảm cân, hoặc dùng một số thuốc nhưng không bao giờ hoàn toàn trở lại bình thường [1]. Tăng đường huyết (mức đường huyết lúc đói ≥ 7,0 mmol/L, hoặc mức đường huyết ngẫu nhiên ≥ 11,1 mmol / L) là đặc điểm bất thường về sinh lý của bệnh tiểu đường. Do đó, việc đo mức đường huyết được sử dụng để sàng lọc, chẩn đoán và theo dõi bệnh tiểu đường [1],[7]. Có bốn loại xét nghiệm có sẵn: (1) đường huyết lúc đói; (2) xét nghiệm dung nạp glucose đường uống; (3) xét nghiệm glucose ngẫu nhiên; và (4) HbA1c, hoặc xét nghiệm hemoglobin glycated. Hầu đa bệnh nhân có triệu chứng béo phì hoặc thừa cân và/hoặc béo phì vùng bụng với vòng eo to. Nồng độ đường huyết cao kéo dài (như trong trường hợp bệnh tiểu đường) gây tổn hại cho nhiều hệ thống cơ quan. Do đó, ĐTĐ tuýp 2 có liên quan đến các biến chứng nặng nề lâu dài góp phần gây ra tỷ lệ mắc bệnh và tử vong 2
cao. Ví dụ, tổn thương mạch máu và thần kinh do tăng đường huyết mãn tính thúc đẩy sự tiến triển của bệnh tim mạch (CVD), và có thể dẫn đến mất thị lực và suy thận [52]. Bệnh võng mạc do tiểu đường là nguyên nhân chính gây mù có thể phòng ngừa được, trong khi bệnh thận do tiểu đường là nguyên nhân chính gây ra bệnh thận [60]. Do đó, việc kiểm soát tăng đường huyết ở mức thích hợp là mục tiêu chính của điều trị bệnh tiểu đường và nhằm mục đích giảm thiểu sự phát triển của các biến chứng mãn tính. Nguy cơ ĐTĐ tuýp 2 gia tăng với tuổi, béo phì và ít vận động. ĐTĐ tuýp 2 cũng thường xuất hiện ở phụ nữ có tiền sử ĐTĐ thai kỳ, những người có tăng huyết áp, rối loạn lipid máu và ở một số sắc tộc nhạy cảm như Mỹ da đen, Mỹ bản địa, người Mỹ gốc La tinh, Mỹ gốc Á, dân châu Mỹ La tinh, người gốc Nam Á, một số đảo vùng Thái Bình Dương. Yếu tố di truyền cũng ảnh hưởng mạnh trong bệnh ĐTĐ tuýp 2, tỉ lệ cùng bị ĐTĐ của hai người sinh đôi cùng trứng là 90%, hầu hết người ĐTĐ típ 2 đều có thân nhân bị ĐTĐ. Có thể bệnh do ảnh hưởng của nhiều gen chi phối. Nếu phát hiện một gen cụ thể gây tăng glucose huyết, bệnh nhân sẽ được xếp vào thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ [1]. Yếu tố môi trường: Bệnh tiểu đường tuýp 2 là kết quả của sự tương tác giữa khuynh hướng di truyền và các yếu tố rủi ro môi trường có thể thay đổi và không thể sửa đổi như béo phì, chế độ ăn uống kém và ít vận động [1]. c) Đái tháo đường thai kỳ (là ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối của thai kỳ và không có bằng chứng về ĐTĐ tuýp 1, tuýp 2 trước đó) [1]. ĐTĐ thai kỳ là tình trạng rối loạn đường huyết ở bất kỳ mức độ nào được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối của thời kỳ mang thai và không có bằng chứng về ĐTĐ tuýp 1 hay tuýp 2 trước đó. Sau thời gian sinh phần lớn glucose máu trở về bình thường, chỉ có một số ít tiến triển thành ĐTĐ tuýp 2. Thai phụ sẽ được chẩn đoán là ĐTĐ chưa được chẩn đoán hoặc chưa được phát hiện nếu có thai 3 tháng đầu được phát hiện tăng glucose huyết và dùng tiêu chí chẩn đoán như ở người không có thai. ĐTĐ thai kỳ có xu hướng gặp ở phụ nữ thừa cân, béo phì, nhiều tuổi hay phụ nữ sinh đẻ nhiều lần. d) Thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ do các nguyên nhân khác, như [1]: 3
- Sự khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen trội tại tế bào beta (ĐTĐ đơn gen thể MODY). - Khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen lặn tại tế bào beta. - Khiếm khuyết gen liên quan đến hoạt tính insulin. - Bệnh lý của tụy. - Bệnh lý nội tiết. - Do thuốc, hóa chất. - Các hội chứng bất thường nhiễm sắc thể khác (Hội chứng Down, Klinefelter, Turner,…) 1.1.3. Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2 Một số liệu pháp dược phẩm hiện đang có sẵn để điều trị ĐTĐ tuýp 2 (Bảng 1.1) với các phương thức hoạt động khác nhau. Ví dụ, sulfonylureas và meglitinide là các chất tiết insulin; tức là chúng kích thích tiết insulin bằng cách kích tích tế bào β của tuyến tụy [30]. Biguanide và thiazolidinediones là thuốc gây nhạy cảm với insulin (còn được gọi là insulinomimetic) [32]. Acarbose ức chế α - glucosidase trong lòng của ruột non và làm chậm quá trình tiêu hóa và hấp thu carbohydrate trong chế độ ăn uống, do đó làm giảm chứng tăng đường huyết sau ăn [14]. Một loại liệu pháp chống đái tháo đường mới hơn dựa trên hoạt tính hạ đường huyết của hormone incretin peptide giống glucagon-1 (GLP-1) và peptide ức chế phụ thuộc glucose (GIP). GLP-1 và GIP điều chỉnh sự thèm ăn và cảm giác no, ức chế bài tiết glucagon và thúc đẩy sản xuất insulin. Chúng được sản xuất bởi các tế bào enteroendocrine trong đường tiêu hóa và bị thoái hóa nhanh chóng bởi dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4). Do đó các chất tương tự và chất chủ vận thụ thể của GLP-1 và GIP, và các chất ức chế DPP-4 có tác dụng điều trị chống lại ĐTĐ tuýp 2 [10, 15, 47]. Các chất ức chế đồng vận chuyển glucose (SGLT) là một nhóm thuốc uống mới khác để điều trị bệnh tiểu đường [23]. Các protein SGLT-2 trong ống lượn gần thận chịu trách nhiệm cho sự tái hấp thu glucose từ dịch lọc của cầu thận vào dòng máu [23]. Ức chế chọn lọc SGLT-2 tạo điều kiện cho glucose loại bỏ trong nước tiểu bằng cách ức chế tái hấp thu glucose ở thận [23, 44, 59]. Protein SGLT-1 là chất 4
vận chuyển glucose liên quan đến sự hấp thụ glucose ở ruột non và ức chế protein SGLT-1 làm chậm sự hấp thu glucose ở ruột và làm giảm mức đường huyết sau ăn. Các chất ức chế SGLT-1 vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, tuy nhiên, một chất ức chế SGLT-1/2 kép, sotagliflozin, ức chế cả SGLT-1 và SGLT-2 đã cho thấy hiệu quả trong việc kiểm soát nồng độ glucose trong máu và thể hiện một phương pháp điều trị đầy hứa hẹn cho cả ĐTĐ tuýp 1 và ĐTĐ tuýp 2 [12, 36]. Bảng 1.1. Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng Nhóm thuốc Đích tác Cơ chế tác Tác dụng Một số hoạt TL dụng dụng không chất TK mong muốn Insulin Thụ thể Điều hoà Hạ đường Insulin [34, insulin thiếu hụt / huyết, tăng glargine, 45] nhạy cảm cân, dị ứng... Insulin lispro insulin Sulfonylurea Kênh K+ Kích thích Hạ đường Tolbutamide, [30] nhạy cảm tăng tiết huyết, tăng glipizide, ATP insulin cân, tăng glyburide, tuyến tụy nguy cơ mắc glimepiride bệnh CVD Meglitinide Kênh K Kích thích Hạ đường Repaglinide, [30] nhậy cảm tăng tiết huyết, tăng nateglinide ATP insulin cân... tuyến tụy Biguanide Tăng độ nhạy Giảm sản Rối loạn tiêu Metformin [30] insulin xuất glucose hóa, nhiễm Giảm sản tại gan toan lactic, lượng glucose nguy cơ hạ của gan đường huyết trong liệu pháp phối hợp,… 5
Thiazolidined PPARγ Tăng độ Nhiễm độc Pioglitazone, [30, ione nhạy insulin gan, tăng rosiglitazone 39, cân, phù, 46] thiếu máu,... Chất chủ vận PPAR α và γ Giảm Viêm dạ Saroglitazar PPAR kép α triglyceride, dày, suy và γ tăng nhạy nhược, sốt cảm insulin Ức chế α- α- Giảm hấp Rối loạn tiêu Acarbose, [56] glucosidase glucosidase thu hóa miglitol carbohydrat e ở chế độ ăn uống Thuốc bắt GLP-1 Trì hoãn Rối loạn tiêu Exenatide, [16, chước việc làm hóa, buồn liraglutide 37] Incretin / chất rỗng dạ dày nôn, đau chủ vận bụng, sụt GLP-1 cân Chất ức chế Dipeptidyl Tăng nồng Tăng nguy Vildagliptin, [16, Dipeptidyl độ incretin cơ nhiễm sitagliptin, 37] peptidase-IV GLP-1 trong trùng, đau saxagliptin peptidase-IV (DPP4) máu đầu Ức chế kênh SGLT2 Ức chế tái Nhiễm toan Canagliflozi, [23, đồng vận hấp thu ceton dapagliflozin, 44, chuyển natri glucose, empagliflozin 59] – glucose thúc đẩy bài (SGLT2) tiết glucose trong nước tiểu 6
Hiện nay, các chất tiết insulin và metformin là nhóm thuốc được kê đơn rộng rãi nhất trong các liệu pháp chống tiểu đường. Metformin là thuốc ĐTĐ tuýp 2 phổ biến nhất và được kê đơn là liệu pháp đầu tay cho bệnh nhân tiểu đường thừa cân hoặc béo phì [9, 20]. Metformin làm tăng độ nhạy insulin bằng cách tăng cường sự hấp thu và sử dụng glucose của cơ bắp và cũng ngăn chặn sự phát sinh glucone ở gan [20, 33]. Ở những bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ tuýp 2 tiến triển, thuốc uống có thể không kiểm soát đầy đủ các triệu chứng tăng đường huyết và tiểu đường. Những bệnh nhân như vậy được cho sử dụng liệu pháp thay thế insulin. Sử dụng insulin thường thông qua dụng cụ tiêm bút insulin. Bơm insulin cũng là một lựa chọn; tuy nhiên, theo truyền thống nó chỉ được sử dụng bởi các bệnh nhân ĐTĐ tuýp 1 [20]. Điều trị bằng insulin được khuyến nghị khi 2 tháng 3 tháng điều trị bằng miệng với thuốc chống tiểu đường không đạt được mức HbA1c ≤ 7% [51]. Mặc dù các liệu pháp thông thường cho ĐTĐ tuýp 2 có thể hỗ trợ điều chỉnh lượng đường trong máu và kiểm soát các triệu chứng của bệnh tiểu đường, nhưng chúng không phải không có tác dụng phụ không mong muốn. Ví dụ, liệu pháp insulin và các chất tiết insulin có thể làm giảm mức đường huyết dẫn đến hạ đường huyết [30]. Sulfonylureas và thiazolidinediones có thể thúc đẩy tăng cân, trong khi biguanide và thuốc ức chế α -glucosidase thường gây ra tác dụng bất lợi cho đường tiêu hóa (Bảng 1.1). Do đó, việc tìm kiếm các liệu pháp thay thế hiệu quả với các tác dụng phụ ít gây hại hơn ngày càng là yêu cầu cấp thiết. 1.1.3.1. Thuốc ức chế kênh đồng vận chuyển Natri-glucose 2 (SGLT2 - Sodium Glucose Transporter 2) Sự phát minh ra thuốc ức chế kênh SGLT2 vào năm 2012, đã được nhìn nhận là một trong “10 bước tiến của y học năm 2012” do 1700 nhà khoa học đến từ các các lĩnh vực khác nhau bầu chọn, được tổ chức bởi viện trường danh tiếng Cleveland Clinic của Hoa Kỳ. Glucose được lọc qua cầu thận sau đó được tái hấp thu chủ yếu ở ống thận gần dưới tác dụng của các kênh đồng vận chuyển Natri-glucose (Sodium Glucose coTransporters - SGLT). Bình thường tại thận có hai kênh tái hấp thu glucose: SGLT1 và SGLT2. SGLT2 có ái lực thấp, khả năng vận chuyển cao, biểu lộ chính tại ống lượn gần, chiếm 90% khả năng tái hấp thu glucose tại ống thận. Do đó ức chế tác dụng kênh này ở bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 sẽ làm tăng thải glucose qua đường tiểu và giúp giảm đường huyết [1]. 7
Vì cơ chế tác động trên ống thận không cần có sự hiện diện của insulin, do đó thuốc tác dụng trên SGLT2 có nguy cơ hạ đường huyết thấp và có hiệu quả giảm đường huyết trên các bệnh nhân đái tháo đường tuýp 2 cả ở giai đoạn sớm và mắc bệnh lâu năm. Hiện nay tại Việt Nam chỉ lưu hành thuốc Dapagliflozin. Thuốc ức chế kênh SGLT2, ức chế sự hấp thu glucose tại ống thận, giảm đường huyết, giảm cân, và giảm huyết áp. Hiện tại thuốc ức chế kênh SGLT2 (Dapagliflozin, Empagliflozin, Canagliflozin) đã được chấp thuận bởi FDA và được lưu hành tại Hoa Kì. Các nghiên cứu ngẫu nhiên, mù đôi, giả dược, có đối chứng trên những bệnh nhân đái tháo đường típ 2 cho thấy tính hiệu quả và an toàn của thuốc ức chế kênh SGLT2 ở bệnh nhân Đông Á. Vì vậy đây là một đích phân tử đầy tiềm năng để thiết kế các thuốc điều trị ĐTĐ tuýp 2. 1.1.3.2. Kích hoạt thụ thể Peroxisome proliferator gamma (PPARγ) PPARγ (thụ thể gamma hoạt hóa bởi chất tăng sinh peroxisom) thuộc nhóm các yếu tố dịch mã, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nồng độ glucose và lipid. Nó tồn tại ở 3 thể : PPAR-γ1, PPAR-γ2, và PPAR-γ3 [68]. Hoạt hóa PPARγ cải thiện tình trạng kháng insulin thông qua phân tử nhận dạng dẫn xuất từ mô mỡ hoặc cytokine của mô mỡ [69]. Giảm nồng độ cytokine mô mỡ bao gồm : TNF-α, IL-6, leptin, rexixtin và adiponectin liên quan tác dụng của thiazolinedion (TZD). Về cơ chế, chất liên kết TZD của PPARγ tạo sự biệt hóa tận cùng vả thúc đẩy biểu hiện PPARγ lạc chỗ trong các fibroblasts tân sinh tế bào mỡ khi có sự hiện hiện các chất đồng vận PPARγ. Một số mô hình QSAR đã được phát triển và ứng dụng hiệu quả trong sàng lọc tìm kiếm chất hoạt hóa PPARγ. Ví dụ như Khanna và cộng sự công bố nghiên cứu về sàng lọc hợp chất hoạt hóa đồng thời PPARα và PPARγ [66]. Hay Gee và nhóm nghiên cứu kết hợp QSAR và docking trong sàng lọc thư viện ZINC tìm kiếm chất hoạt hóa PPARγ [65],… Tuy nhiên số lượng hợp chất sàng lọc còn khá hạn chế, các hợp chất tự nhiên hầu như chưa được nghiên cứu bằng các mô hình in silico đã phát triển. 1.2. Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới Phát triển thuốc mới là một quá trình rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và tiền bạc (hàng tỷ đô la cho một loại thuốc mới) mà tỷ lệ thành công trong việc có được 8
từ một hợp chất dẫn đường ban đầu để thương mại hóa là rất thấp (< 2% của hợp chất mới đc nghiên cứu có thể có đặc tính sinh học phù hợp để làm thuốc). Theo nghiên cứu năm 2016 của DiMasi và cộng sự - Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc, Đại học Tufts Hoa Kỳ, trung bình cần hơn 2,5 tỷ đô với thời gian từ 10-15 năm cho mỗi dự án (nếu thành công) đưa một thuốc ra ngoài thị trường. Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc bao gồm nhiều khâu (Hình 1.1): xác định bệnh, xác định đích tác dụng của thuốc, thiết lập quy trình thử nghiệm, tìm kiếm hợp chất dẫn đường, xây dựng mối qua hệ giữa hợp chất và tác dụng, xác định pharmacophore, tối ưu hóa dược lực học và dược động học, sàng lọc in vitro (cơ quan phân lập, tế bào), nghiên cứu in vivo (nghiên cứu dược lý của hợp chất, mô hình hiệu quả điều trị bệnh, nghiên cứu sớm về độ an toàn và độc tính), các nghiên cứu tiền lâm sàng (độc tính), tiến hành bào chế, phát triển sản xuất, đăng kí giấy tờ pháp lí và thử nghiệm lâm sàng. Hình 1.1. Quá trình nghiên cứu phát triển thuốc Trong các nghiên cứu hiện nay, vấn đề thiết kế thuốc hiệu quả nhất đã được giải quyết bằng cách sử dụng kỹ thuật thiết kế thuốc dựa trên sự hỗ trợ của máy tính [8]. Trong quá trình đó máy tính được ứng dụng vào nhiều khâu, từ việc tìm kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, đến tối ưu hóa cấu trúc các hợp chất này nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học của thuốc, đến các khâu nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng. Chúng được gọi chung là các phương pháp “in silico” nhằm phân biệt với các phương pháp còn lại như in 9