Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất coumarin có tác dụng ức chế enzyme carbonic anhydrase II hướng điều trị tăng huyết áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là sàng lọc một số hợp chất coumarin có tác dụng ức chế enzyme carbonic anhydrase II (CAII) bằng phương pháp Docking phân tử; nghiên cứu đặc tính giống thuốc và tính toán dược động học - độc tính của chúng; từ đó tìm ra các hợp chất tiềm năng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất coumarin có tác dụng ức chế enzyme carbonic anhydrase II hướng điều trị tăng huyết áp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC NGUYỄN KHÁNH HỒNG SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT COUMARIN CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYME CARBONIC ANHYDRASE II HƯỚNG ĐIỀU TRỊ TĂNG HUYẾT ÁP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC SĨ Hà Nội - 2021
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC NGUYỄN KHÁNH HỒNG SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT COUMARIN CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYME CARBONIC ANHYDRASE II HƯỚNG ĐIỀU TRỊ TĂNG HUYẾT ÁP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC SĨ Khóa: QH2016.Y Người hướng dẫn: 1. PGS.TS Bùi Thanh Tùng 2. PGS.TS Vũ Mạnh Hùng Hà Nội - 2021
LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành cảm ơn tới PGS. TS Bùi Thanh Tùng, công tác tại bộ môn Dược lý – Dược Lâm sàng – Trường Đại học Y dược – Đại học Quốc gia Hà Nội, là người thầy vô cùng tâm huyết đã động viên và chỉ dẫn tận tâm cho em từ những ngày đầu tiên thực hiện đề tài. Em cũng bày tỏ sự biết ơn tới PGS. TS Vũ Mạnh Hùng công tác tại Học viện Quân y đã hỗ trợ cho em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo, các thầy cô công tác tại Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em được học tập, nghiên cứu, rèn luyện tại Trường suốt 5 năm học vừa qua. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em và bạn bè luôn sát cánh, ủng hộ động viên em trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn nói riêng và quá trình học tập 5 năm nói chung. Dù đã rất cố gắng nhưng vì kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn còn giới hạn, em khó tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự chỉ dẫn và đóng góp của các thầy, cô để khóa luận của em được hoàn thiện hơn. Em xin kính chúc thầy cô nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2021 Sinh viên Nguyễn Khánh Hồng
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT THA Tăng huyết áp CAII Enzyme carbonic anhydrase II AT1 Thụ thể angiotensin II tuýp 1 WHO Tổ chức Y tế Thế giới ISH Hiệp hội tăng huyết áp quốc tế ESC/ ESH Hội Tim mạch và Huyết áp châu Âu HATT Huyết áp tâm thu HATTr Huyết áp tâm trương BMI Chỉ số khối cơ thể (kg/ m2) FKE 4-(4-phenylpiperidin-1-yl) carbonylbenzenesulfonamide hCAII Enzyme carbonic anhydrase II ở người R&D Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới FDA Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ Ro5 Quy tắc Lipinski 5 ADMET Hấp thu, phân phối, chuyển hóa, thanh thải và độc tính SMILES Simplified Molecular Input Line Entry Specification RMSD Giá trị độ lệch bình phương trung bình gốc PDB Ngân hàng dữ liệu Protein CSDL Cơ sở dữ liệu pkCSM Predicting Small-Molecule Pharmacokinetic and Toxicity Properties Using Graph-Based Signatures CYP Các isozyme cytochromes P450 BBB Hàng rào máu não
Caco2 Khả năng kết bám với tế bào ung thư ruột kết OCT2 Chất vận chuyển cation hữu cơ ở thận CNS Hệ thần kinh trung ương AMES Xét nghiệm đột biến ngược Salmonella typhimurium IMP Imperatorin MPO Myeloperoxidase
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về bệnh Tăng huyết áp: ............................................................ 3 1.1.1. Khái niệm và phân loại: ....................................................................... 3 1.1.2. Nguyên nhân gây bệnh: ........................................................................ 4 1.1.3. Triệu chứng của THA: ......................................................................... 5 1.1.4. Hậu quả: ............................................................................................... 5 1.1.5. Điều trị: .................................................................................................... 6 1.2. Tổng quan về enzym CAII: ........................................................................ 8 1.2.1. Giới thiệu chung về enzyme CA: ......................................................... 8 1.2.2. Sơ lược enzyme carbonic anhydrase II: ............................................... 8 1.2.3. Trung tâm hoạt động của enzyme CAII: .............................................. 9 1.3. Nghiên cứu về hợp chất thiên nhiên nhóm coumarin: .............................. 10 1.3.1. Tiềm năng của hợp chất thiên nhiên Việt Nam:................................. 10 1.3.2. Đôi nét về nhóm hợp chất coumarin: ................................................. 10 1.4. Mô hình in silico trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới: .... 12 1.4.1. Tổng quan về quá trình nghiên cứu phát triển thuốc: ........................ 12 1.4.2. In silico trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc: ................... 13 1.4.3. Giới thiệu về Docking: ....................................................................... 13 1.4.4. Giới thiệu về Quy tắc Lipinski 5 (RO5):............................................ 14 1.4.5. Dự đoán ADMET: .............................................................................. 15 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 17 2.1. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu:.......................................................... 17 2.2. Nội dung nghiên cứu: ............................................................................... 18
2.3. Phương pháp nghiên cứu: ......................................................................... 18 2.3.1. Sàng lọc bằng Docking phân tử: ........................................................ 18 2.3.2. Chọn ra hợp chất “giống thuốc” từ Quy tắc Lipinski 5: .................... 19 2.3.3. Dự đoán ADMET bằng công cụ trực tuyến: ...................................... 20 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ .............................................................................................. 22 3.1. Sàng lọc docking: ..................................................................................... 22 3.2. Đặc điểm hóa lý của các hợp chất được chọn: ......................................... 32 3.3. Dự đoán về hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thanh thải và độc tính (ADMET): .................................................................................................................. 34 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ........................................................................................... 39 4.1. Về phương pháp sàng lọc ảo: ................................................................... 39 4.2. Về kết quả sàng lọc ảo: ............................................................................. 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân độ tăng huyết áp theo Hội tim mạch và huyết áp Châu Âu (ESC/ESH) năm 2018…………………………………………… 3 Bảng 1.2: Các thể THA dựa theo trị số HA phòng khám và HA tại nhà hoặc HA liên tục………………………………………………………... 4 Bảng 3.1: Kết quả docking của 50 hợp chất coumarin tự nhiên…………….. 23 Bảng 3.2: Kết quả lipinski của 8 hợp chất được lựa chọn từ kết quả Docking 31 Bảng 3.3: Tương tác giữa 5 hợp chất với đích CAII………………………… 32 Bảng 3.4: Kết quả ADMET của 5 hợp chất được chọn từ RO5…………….. 33
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 : Các biến chứng nguy hiểm của tăng huyết áp……………………. 6 Hình 1.2: Hình ảnh 2D của FKE tương tác với các axit amin quan trọng trong túi liên kết của protein hCAII (PDB ID: 6H2Z)…………… 9 Hình 1.3: Hình ảnh 2D về coumarin………………………………………… 11 Hình 1.4: Các giai đoạn chính của quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới………………………………………………………………... 12 Hình 2.1: Hình ảnh 3D của protein 6H2Z…………………………………... 17 Hình 2.2 Thực hiện dự đoán tính giống thuốc và các thông số ADMET bằng pkCSM bao gồm 2 bước: nhập công thức SMILES của hợp chất, sau đó chọn ADMET để hiển thị đầy đủ các thông số…………… 20 Hình 3.1: Tóm tắt kết quả in silico…………………………………………... 21 Hình 3.2: Kết quả re-dock của phân tử đồng kết tinh………………………. 22 Hình 3.3: Minh họa hai chiều tương tác của 4-(4-phenylpiperidine-1- carbonyl) benzenesulfonamide với trung tâm hoạt động CAII…... 23 Hình 4.1: Minh họa 2 chiều tương tác của Calophyllolide với trung tâm hoạt động của CAII……………………………………………….. 38 Hình 4.2: Minh họa 2 chiều tương tác của Imperatorin với trung tâm hoạt động của CAII……………………………………………….. 39 Hình 4.3: Minh họa 2 chiều tương tác của Khellactone với trung tâm hoạt động của CAII……………………………………………….. 40 Hình 4.4: Minh họa 2 chiều tương tác của Scandenin với trung tâm hoạt động của CAII……………………………………………….. 41 Hình 4.5: Minh họa 2 chiều tương tác của Frutinon A với trung tâm hoạt động của CAII……………………………………………….. 42
MỞ ĐẦU Tăng huyết áp (THA) được coi là một trong 8 nguyên nhân hàng đầu gây tàn tật và tử vong toàn cầu. Theo ước tính của Tổ chức y tế Thế giới (WHO), hàng năm có 9.4 triệu người tử vong do THA [58]. Tại Việt Nam, THA là một vấn đề y tế công cộng, tỷ lệ mắc là 25.1%, là yếu tố nguy cơ quan trọng hàng đầu dẫn đến bệnh lý về tim mạch [46]. THA với khoảng 10 triệu người tử vong vào năm 2015; trong đó có 4,9 triệu người tử vong do bệnh mạch vành và 3,5 triệu người do đột quỵ [8]. Người ta ước tính rằng số người bị tăng huyết áp sẽ tăng 15-20% vào năm 2025, đạt khoảng 1,5 tỷ người [44, 47]. Trong suốt những thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu lâm sàng đã cho thấy điều trị THA hiệu quả đã làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và tử vong, nhưng đến nay gánh nặng kinh tế của THA và các hậu quả về tim mạch do THA vẫn ngày càng tăng trên toàn thế giới [40]. THA là bệnh mãn tính, quá trình điều trị lâu dài, thậm chí là cả đời, ước tính trên thế giới, THA sẽ tiêu tốn gần 1 nghìn tỷ đô la Mỹ và nếu THA không được điều trị, chi phí có thể lên tới 3,6 nghìn tỷ đô la Mỹ hàng năm [62]. Mặc dù hiện nay đã có nhiều loại thuốc hạ huyết áp nhắm vào các con đường khác nhau liên quan đến sinh lý bệnh của nó, nhưng bệnh tăng huyết áp vẫn được kiểm soát kém trên toàn thế giới và tỷ lệ mắc bệnh vẫn tăng [2]. Do đó, việc phát triển các loại thuốc hạ huyết áp mới tác động lên các mục tiêu mới, với các phương thức tác dụng khác nhau, vẫn là điều cần thiết, để cải thiện việc kiểm soát huyết áp và giảm gánh nặng cho các nguy cơ tim mạch. Tuy nhiên, những khó khăn gặp phải trong quá trình hình thành, phát triển, chi phí và việc đưa ra thị trường các loại thuốc hạ huyết áp, vẫn còn là trở ngại rất lớn [38]. Hiện nay, đã có nhiều loại thuốc chữa THA ví dụ như thuốc ức chế men chuyển, chẹn beta giao cảm, lợi tiểu, chẹn kênh canxi, ức chế thụ thể AT1 của angiotensin II, thuốc lợi tiểu [63]. Trong các thuốc mới phát triển, nhiều hoạt chất được tìm thấy thông qua quá trình thiết kế và sàng lọc ảo với sự hỗ trợ của các mô hình máy tính (in silico), cụ thể là Docking. Các mô hình in silico có lợi thế so với các mô hình thực nghiệm truyền thống cả về thời gian và chi phí vận hành. Hiện nay, 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 1
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. 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 THA, em tiến hành đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất coumarin có tác dụng ức chế enzyme carbonic anhydrase II hướng điều trị tăng huyết áp” với mục tiêu chính như sau: - Sàng lọc một số hợp chất coumarin có tác dụng ức chế enzyme carbonic anhydrase II (CAII) bằng phương pháp Docking phân tử. - Nghiên cứu đặc tính giống thuốc và tính toán dược động học - độc tính của chúng; từ đó tìm ra các hợp chất tiềm năng. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về bệnh Tăng huyết áp: 1.1.1. Khái niệm và phân loại: • Huyết áp là gì [5, 19]: Huyết áp là lực tác động bởi tuần hoàn máu chống lại thành mạch khi được tim bơm máu. Huyết áp bình thường tăng và giảm trong suốt cả ngày. Huyết áp được đo bằng hai con số. Cả hai đều được đo bằng milimét thủy ngân (mmHg): - Con số đầu tiên, được gọi là huyết áp tâm thu, còn gọi là huyết áp tối đa, là trị số huyết áp cao nhất trong chu kỳ tim, đo được ở thời kỳ tâm thu, phụ thuộc vào lực tâm thu và thể tích tâm thu của tim. - Con số thứ hai, được gọi là huyết áp tâm trương, là trị số huyết áp thấp nhất trong chu kỳ tim, ứng với thời kỳ tâm trương, phụ thuộc vào trương lực của mạch máu. • Định nghĩa tăng huyết áp, theo [9]: Tăng huyết áp là tình trạng tăng huyết áp tâm thu và/hoặc huyết áp tâm trương có hoặc không có nguyên nhân. Theo WHO-ISH 1999 thì tăng huyết áp (THA) được xác định khi huyết áp tâm thu ≥ 140mmHg và hoặc huyết áp tâm trương ≥ 90mmHg, hoặc đang sử dụng thuốc chống THA. • Phân loại tăng huyết áp: Bảng 1.1: Phân độ tăng huyết áp theo Hội tim mạch và huyết áp Châu âu (ESC/ESH) năm 2018 [9, 17]: HATT HATTr Tối ưu
Bình thường cao 130-139 Và/hoặc 85-89 THA độ 1 140-159 Và/hoặc 90-99 THA độ 2 160-179 Và/hoặc 100-109 THA độ 3 ≥ 180 Và/hoặc ≥110 THA Tâm thu đơn độc ≥ 140 Và < 90 *Nếu huyết áp không cùng mức để phân loại thì chọn mức HATT hay HATTr cao nhất. THA tâm thu đơn độc xếp loại theo mức HATT. **Tiền Tăng huyết áp: khi HATT > 120-139mmHg và HATTr > 80-89 mmHg. Các thể THA và Huyết áp bình thường [8]: Bảng 1.2: Các thể THA dựa theo trị số huyết áp phòng khám và huyết áp tại nhà hoặc huyết áp liên tục Huyết áp phòng khám (mmHg) HATT < 140 và HATT ≥ 140 hoặc HATTr < 90 HATTr ≥ 90 Huyết áp tại nhà HATT < 135 hoặc Huyết áp THA áo choàng hoặc liên tục ban HATTr < 85 bình thường trắng ngày (mmHg) HATT ≥ 135 hoặc THA ẩn giấu THA thật sự HATTr ≥ 85 1.1.2. Nguyên nhân gây bệnh: 90-95% trường hợp là THA không có nguyên nhân, 5% có nguyên nhân. Các yếu tố thuận lợi thường thấy trong THA nguyên phát như sau: ăn nhiều muối natri (> 14 gam/ngày) có nhiều nguy cơ THA; nòi giống: người da đen có tỷ lệ THA cao hơn người da trắng (trong cùng hoàn cảnh, điều kiện làm việc như nhau); thừa cân và béo phì; di truyền; nghiện rượu; hút thuốc lá [6]. Các nguyên nhân THA thứ phát có thể là: hẹp động mạch thận, hẹp eo động mạch chủ, hẹp động mạch chủ (trên chỗ xuất phát động mạch thận), viêm thận các loại, teo thận bẩm sinh, u thượng thận, ăn mặn, sinh hoạt bị nhiều stress, di truyền [9]. 4
1.1.3. Triệu chứng của THA: Khi các triệu chứng xảy ra, chúng có thể bao gồm nhức đầu vào sáng sớm, chảy máu cam, nhịp tim không đều, thay đổi thị lực và ù tai. Tăng huyết áp nghiêm trọng có thể gây ra mệt mỏi, buồn nôn, nôn mửa, lú lẫn, lo lắng, đau ngực và run cơ. Tăng huyết áp được mệnh danh là “kẻ giết người thầm lặng”. Hầu hết những người bị tăng huyết áp không biết mình bị tăng huyết áp vì nó hầu như không có dấu hiệu hoặc triệu chứng cảnh báo. Vì lý do này, việc đo huyết áp thường xuyên là điều cần thiết [57]. 1.1.4. Hậu quả: Tăng huyết áp là một bệnh lý tiến triển âm thầm và gây ra nhiều biến chứng ảnh hưởng tới tuổi thọ và chất lượng cuộc sống của con người. Tăng huyết áp có thể ảnh hưởng đến cơ thể bằng nhiều cách khác nhau. Thông thường, tăng huyết áp làm tăng gánh nặng cho tim và động mạch. Tim phải làm việc nặng hơn trong thời gian dài nên tim có xu hướng to ra, giãn ra và dày thành tim lên, dần dần sẽ gây ra hậu quả suy tim. Tăng huyết áp thúc đẩy và gây ra xơ vữa động mạch. Đây là bệnh lý nguy hiểm gây ra nhiều biến chứng tim mạch (tai biến mạch não, nhồi máu cơ tim…). Tăng huyết áp làm tăng nguy cơ đột quỵ, ngoài ra tăng huyết áp còn có thể làm tổn thương thận, mắt [8]. Hầu hết các trường hợp tăng huyết áp có thể kiểm soát hiệu quả bằng thuốc và từ đó làm giảm nguy cơ mắc bệnh và biến cố tim mạch do tăng huyết áp. *Các biến chứng thường gặp của THA [8]: ✓ Biến chứng tim: - Cấp tính: phù phổi cấp, nhồi máu cơ tim cấp… - Mạn tính: dày thành tim trái, suy vành mạn, suy tim… ✓ Biến chứng mạch não: - Cấp tính: xuất huyết não, tắc mạch não, tai biến mạch máu não thoáng qua, bệnh não do THA… - Mạn tính: tai biến mạch não, tai biến mạch não thoáng qua… ✓ Thận: đái máu, đái ra protein, suy thận… 5
✓ Mắt: phù võng mạc, xuất huyết, xuất tiết võng mạc, động mạch võng mạc co nhỏ… ✓ Biến chứng động mạch: tách thành động mạch chủ, bệnh động mạch ngoại biên… Hình 1.1: Các biến chứng nguy hiểm của tăng huyết áp 1.1.5. Điều trị: Tăng huyết áp là bệnh mạn tính nên cần theo dõi đều, điều trị đúng và đủ hàng ngày, điều trị lâu dài. Mục tiêu điều trị là đạt “huyết áp mục tiêu” là
Bên cạnh đó, việc sử dụng thuốc cũng vô cùng quan trọng với bệnh nhân THA: - Đối với THA độ I với nguy cơ thấp: lựa chọn một thuốc trong số các nhóm: lợi tiểu thiazide liều thấp; ức chế men chuyển; chẹn kênh canxi loại tác dụng kéo dài; chẹn β giao cảm (nếu không có chống chỉ định). - THA từ độ 1 với nguy cơ trung bình, cao, rất cao hoặc độ II, III: nên phối hợp 2 loại thuốc (lợi tiểu, chẹn kênh canxi, ức chế men chuyển, chẹn thụ thể angiotensin, chẹn β giao cảm). - Nếu chưa đạt huyết áp mục tiêu, cần điều chỉnh liều tối ưu hay từng bước phối hợp các thuốc hạ huyết áp: + Phối hợp 2 thuốc: ức chế men chuyển/chẹn thụ thể angiotensin phối hợp với chẹn kênh canxi hoặc lợi tiểu. + Phối hợp 3 thuốc: ức chế men chuyển/chẹn thụ thể angiotensin phối hợp với chẹn kênh canxi và lợi tiểu. + Phối hợp 4 thuốc (THA kháng trị): Thêm kháng aldosteron hoặc lợi tiểu khác, chẹn α hoặc chẹn β. - Đối với tăng huyết áp có chỉ định điều trị bắt buộc: + Bệnh mạch vành: Chẹn β + ức chế men chuyển/chẹn thụ thể angiotensin, chẹn kênh canxi. + Suy tim: ức chế men chuyển/chẹn thụ thể angiotensin + chẹn β + kháng aldosteron, lợi tiểu quai khi ứ dịch. + Đột quỵ: ức chế men chuyển + lợi tiểu. + Bệnh thận mạn, đái tháo đường: ức chế men chuyển/chẹn thụ thể angiotensin + lợi tiểu/chẹn kênh canxi [8, 16]. 7
1.2. Tổng quan về enzym CAII: 1.2.1. Giới thiệu chung về enzyme CA: Anhydrase carbonic (CAs) là các metalloenzyme có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên và được tìm thấy trong nhiều loại sinh vật. Các enzym này có nguồn gốc cổ xưa vì chúng được tìm thấy ở phần sâu nhất của các nhánh của cây tiến hóa. Về mặt di truyền, chúng thuộc bảy phân nhóm α, β, γ, δ, ζ, η, θ không liên quan về mặt tiến hóa [35]. Enzyme này có cấu trúc ba chiều khác nhau, nhưng cơ chế enzym là tương tác tập trung mà kim loại tạo liên kết ion làm giảm pKa của phân tử nước để trở thành ion hydroxyl có thể tấn công phân tử carbon dioxide liên kết trong một túi kỵ nước ở vị trí hoạt động [15]. CAs xúc tác quá trình hydrat hóa thuận nghịch của carbon dioxide thành bicarbonate với sự giải phóng proton. Mức độ hoạt động bất thường của các enzyme này có liên quan đến nhiều rối loại như tăng nhãn áp, động kinh, loét dạ dày, ung thư, mất cân bằng axit- bazo. Do đó, CAs đã nổi lên như một mục tiêu có giá trị để điều trị hoặc phòng ngừa các rối loạn này [29]. Trong số năm lớp khác nhau của anhydrase cacbonic, lớp alpha có lẽ được chú ý nhiều nhất vì vai trò của nó trong bệnh lý ở người [29]. Hiện nay, người ta đã phát hiện có 15 đồng dạng a-carbonic anhydrase khác nhau ở người [35]. Chúng xúc tác sự chuyển đổi lẫn nhau giữa CO2, bicacbonat và proton, do đó tạo ra hai trong số các ion (HCO3- và H+): CO2 + H2O ⇔ HCO3- + H+ Các đồng dạng CA (h) của con người có hoạt tính xúc tác khác nhau, nằm cục bộ dưới tế bào và phân bố ở một số mô [53]. 1.2.2. Sơ lược enzyme carbonic anhydrase II: Anhydrase carbonic II cụ thể là trên người là một metalloenzyme xúc tác quá trình hydrat hóa thuận nghịch của CO2 sang HCO3-. Protein miền đơn này bao gồm 260 axit amin với một tấm sợi trung tâm. Kẽm được điều khiển bởi các gốc imidazole của ba histidine nằm sâu trong một túi liên kết kỵ nước hình nón. Ở trạng thái không có phối tử, các mol phân tử nước lấp đầy vị trí hoạt động. Một trong số chúng, được cho là OH- chiếm vị trí phối trí thứ tư của kẽm. Nó cũng được liên kết hydro với Thr199, được giả định là tạo thành liên kết hydro với cơ chất CO2. Một loại nước bổ sung, W338 (gọi là 8
“deep water”), được tìm thấy ở trạng thái không có phối tử và được thay thế trong phản ứng enzyme bằng CO2 [55]. 1.2.3. Trung tâm hoạt động của enzyme CAII: Một cái nhìn sâu hơn về các đặc điểm cấu trúc giữa 6H2Z và phối tử 4-(4- phenylpiperidin-1-yl) carbonylbenzenesulfonamide (FKE) cho thấy rằng FKE liên kết với ion Zn (II) bằng cách gốc sulfonamit bị khử có liên quan đến liên kết H (khoảng cách 2,16 Å) với -OH của Thr199 dư. Một trong số oxy sulfonamide tạo thành liên kết H (khoảng cách 1,85 Å) với nitơ amin của Thr199, và nhóm cacboxyl cũng tạo liên kết H (khoảng cách 2,10 Å) với Gln92. Hơn nữa, FKE hiển thị thêm một tương tác bổ sung, như liên kết giữa vòng benzen và nhóm imidazole của His94 [14]. Hình 1.2: Hình ảnh 2D của FKE tương tác với các axit amin quan trọng trong túi liên kết của protein hCAII (PDB ID: 6H2Z). Vai trò của enzyme CAII: Nhìn chung, các đồng dạng CA của người có trong thận gồm CAII, IV, VB, IX, XII và XIV và chúng đóng một chức năng quan trọng trong ba quá trình sinh lý: - Cân bằng axit - bazơ (bằng cách tiết và bài tiết proton, do sự mất nước của CO2 phản ứng xúc tác bởi các enzym này). - Quá trình tái hấp thu bicacbonat. 9
- Sản xuất NH4 + ở thận. Các chức năng quan trọng này được thực hiện trong các phân đoạn khác nhau của nephron: tái hấp thu bicarbonat xảy ra ở ống lượn gần, trong khi quá trình ion hóa axit tiết niệu và đầu ra NH4 + xảy ra ở ống lượn xa và ống góp. Sự định vị của anhydrase carbonic trong thận đã được nghiên cứu tích cực bằng mô học và miễn dịch. Trong số các isozyme CA có hoạt tính xúc tác, ít nhất bốn (CAII, IV, XII và XIV) được chứng minh là có mặt trong các tế bào biểu mô của ống thận. Trong các tế bào của ống lượn gần, ống lượn xa và ống góp, nồng độ CAII cao đã được báo cáo. Thật vậy, vai trò của CAII trong sinh lý thận đã được ghi nhận ở những bệnh nhân mắc hội chứng thiếu CAII [23]. 1.3. Nghiên cứu về hợp chất thiên nhiên nhóm coumarin: 1.3.1. Tiềm năng của hợp chất thiên nhiên Việt Nam: Việt Nam hiện có 4.000 loài cây thuốc, hơn 50 loài tảo biển, 75 loài khoáng vật và gần 410 loài động vật làm thuốc, trong đó có nhiều loại dược liệu quý được thế giới công nhận như cây hồi, quế, atisô, sâm Ngọc Linh... Tổng sản lượng dược liệu trồng ở Việt Nam ước tính đạt khoảng 100.000 tấn/năm. Nguyên liệu làm thuốc có nguồn gốc thảo mộc được sử dụng hàng năm tại cộng đồng, các cơ sở y tế, phòng khám đông y, sản xuất và kinh doanh với khoảng 50.000 tấn/năm thì 1/3 nguyên liệu do thu hái và khai thác tự nhiên, 1/3 do trồng trọt và còn lại do nhập khẩu chủ yếu từ Trung Quốc, Đài Loan, Hồng Công [3]. Theo Quyết định 1976 về Quy hoạch tổng thể phát triển dược liệu đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 của Thủ tướng Chính phủ, Việt Nam sẽ có 8 vùng trồng nguyên liệu trên cả nước để trồng 54 loài dược liệu, lựa chọn và khai thác hợp lý 24 loài dược liệu tự nhiên. Đây sẽ là tiền đề để quy hoạch và phát triển nguồn dược liệu nước ta trong thời gian tới để đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước [3]. 1.3.2. Đôi nét về nhóm hợp chất coumarin: Coumarins là nhóm dẫn xuất 1-benzopyran lớn nhất được tìm thấy trong thực vật. Hợp chất ban đầu của nhóm hợp chất này, coumarin (2H-1-benzopyran-2-one), một hợp chất không màu có mùi thơm, lần đầu tiên được phân lập từ đậu Tonka (Dipteryx odorata, họ Fabaceae) vào năm 1820. Tên coumarin bắt nguồn từ một Thuật ngữ tiếng Pháp cho 10
đậu tonka, coumarou. Hơn 1300 coumarin đã được xác định là chất chuyển hóa thứ cấp từ thực vật, vi khuẩn và nấm. Coumarins đã được tìm thấy ở khoảng 150 loài khác nhau phân bố trên gần 30 họ khác nhau, trong đó một số họ quan trọng là Rutaceae, Umbelliferae, Clusiaceae, Guttiferae, Caprifoliaceae, Oleaceae, Nyctaginaceae và Apiaceae. Họ Apiaceae, Asteraceae và Rutaceae là ba nguồn thực vật chính cung cấp coumarin [31, 51]. Hình 1.3: Hình ảnh 2D về coumarin Coumarin là một trong hợp chất được sự quan tâm nhiều của các nhà thực vật học, vì tính đa dạng về cấu trúc và đặc tính y học của chúng, cùng với hoạt tính sinh học trên phạm vi rộng như giảm đau, chống đông máu, chống HIV, chống viêm, kháng khuẩn, chống ung thư, tác dụng chống oxy hóa và điều hòa miễn dịch [51]. Ngày nay, nhiều hợp chất coumarin chiết xuất từ thiên nhiên đã được chứng minh là có hoạt tính trên bệnh tăng huyết áp (antihypertensive). Dihydromammea C/OB là một coumarin mới được phân lập từ hạt của cây Tây Phi Mammea africana Sabine (Guttiferae). Hợp chất này được tìm thấy ở chiết xuất methanol và dichloromethane của vỏ thân cây Mammea africana trong Nω-nitro-L-arginine methyl ester và đã xác định được là gây hạ huyết áp ở những con chuột bạch tạng Wistar nặng 250-300g 12-16 tuần tuổi [43]. Scopoletin được phân lập từ quả của cây Tetrapleura tetraptera TAUB (Mimosaceae) và nó gây hạ huyết áp ở động vật thí nghiệm in vitro và in vivo thông qua hoạt động giãn cơ trơn [28]. Visnadine, một hoạt chất chiết xuất từ quả Ammi visnaga, có tác dụng giãn mạch vành, ngoại vi [27]. Dẫn xuất khellactone được phân lập từ Phlojodicarpus sibiricus cho thấy tác dụng giãn mạch rõ rệt [18]. 11