Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất flavonoid có tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin định hướng điều trị tăng huyết áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là sàng lọc các hợp chất flavonoid có tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin bằng phương pháp docking phân tử; dự đoán tính giống thuốc, 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: Sàng lọc in silico các hợp chất flavonoid có tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin định hướng điều trị tăng huyết áp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CAO THỊ XUÂN QUỲNH SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM CHUYỂN ANGIOTENSIN ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU TRỊ TĂNG HUYẾT ÁP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Hà Nội - 2021
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC Người thực hiện: Cao Thị Xuân Quỳnh SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM CHUYỂN ANGIOTENSIN ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU TRỊ TĂNG HUYẾT ÁP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (NGÀNH DƯỢC HỌC) Khóa : QH.2016.Y Người hướng dẫn : PGS.TS. Bùi Thanh Tùng PGS.TS. Vũ Mạnh Hùng Hà Nội - 2021
LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Bùi Thanh Tùng, Trưởng bộ môn Dược lý- Dược lâm sàng, Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội và PGS.TS. Vũ Mạnh Hùng công tác tại Học viện Quân y là hai người thầy đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn em Tạ Thị Thu Hằng, sinh viên lớp K62 Dược học, Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi được học tập, nghiên cứu, rèn luyện tại đây trong suốt 5 năm qua và thực hiện đề tài này. Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, 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. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song với kiến thức, kỹ năng và thời gian còn hạn chế, luận văn của tôi khó tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 24 tháng 5 năm 2021 Sinh viên Cao Thị Xuân Quỳnh
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT THA Tăng huyết áp ACE Angiotensin converting enzyme Men chuyển angiotensin GBD The Global Burden of Disease Gánh nặng bệnh tất toàn cầu BMI Body mass index Chỉ số khối cơ thể GPCRs G protein-coupled receptors Thụ thể bắt cặp với G-protein RAA Hệ renin-angiotensin-aldosteron Arg Arginine Ser Serine His Histidin Gln Glutamine Val Valin Glu Glutamate Lys Lysine Tyr Tyrosine Ala Alanin Asp Axit aspartic Phe Phenylalanin Trp Tryptophan Leu Leucin Met Methionin Pro Proline ACEi Angiotensin converting enzyme Chất ức chế men chuyển inhibitor angiotensin AngII Angiotensin II SBVS Structure-based virtual screening Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân ADMET Absorption, Distribution, Hấp thu, Phân bố, Chuyển hóa, Metabolism, Excretion, Toxicity Thải trừ, Độc tính CSDL Cơ sở dữ liệu RMSD Root mean square deviation Độ lệch bình phương trung bình MW Molecular weight Trọng lượng phân tử HBD Hydro bond donor Nhóm cho liên kết hydro HBA Hydro bond acceptor Nhóm nhận liên kết hydro HATT Huyết áp tâm thu LD50 Lethal dose 50% Liều gây chết trung bình
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hệ renin- angiotensin- aldosteron. ........................................................... 6 Hình 1.2. Cấu trúc chính của sACE và tACE .......................................................... 8 Hình 1.3. Cấu trúc 3D của tACE ............................................................................. 9 Hình 1.4. Biểu diễn liên kết của lisinopril với ACE tại vị trí hoạt động ................... 9 Hình 1.5. Các phân nhóm chính của flavonoid ...................................................... 12 Hình 2.1. Cấu trúc 3D của enzym 1O86 được tải về từ CSDL Protein Data Bank. 17 Hình 2.2. Minh họa quá trình re-dock lisinopril đồng kết tinh. .............................. 19 Hình 2.3. Thực hiện dự đoán tính giống thuốc và các thông số ADMET bằng công cụ trực tuyến pkCSM. ............................................................................................ 21 Hình 3.1. Minh họa quá trình sàng lọc in silico. .................................................... 22 Hình 3.2. RMSD của lisinopril đồng kết tinh trước và sau khi re-dock. ................. 23 Hình 3.3. Minh họa hai chiều các tương tác của lisinopril tại vị trí hoạt động. ...... 23 Hình 3.4. Tương tác của 5 hợp chất với ACE. ....................................................... 30
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân độ tăng huyết áp theo mức huyết áp đo tại phòng khám. ................. 3 Bảng 3.1. Kết quả mô phỏng docking.................................................................... 24 Bảng 3.2. Kết quả các thông số quy tắc 5 Lipinski. ............................................... 26 Bảng 3.3. Kết quả phân tích các đặc tính hấp thu, phân bố và chuyển hóa. ............ 27 Bảng 3.4. Kết quả phân tích các đặc tính thải trừ và độc tính. ............................... 28 Bảng 3.5. Kết quả phân tích mô phỏng docking. ................................................... 31
MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 3 1.1. Tổng quan về bệnh tăng huyết áp ................................................ 3 1.1.1. Bệnh tăng huyết áp ................................................................... 3 1.1.2. Điều trị tăng huyết áp................................................................ 5 1.2. Tổng quan về enzym chuyển angiotensin (ACE)......................... 6 1.2.1. Sơ lược về hệ Renin-angiotensin-aldosteron và ACE ................ 6 1.2.2. Trung tâm hoạt động của ACE .................................................. 8 1.2.3. Một số chất ức chế ACE (ACEi) ............................................. 10 1.3. Tổng quan về nhóm hợp chất flavonoid .................................... 11 1.4. Tổng quan về nghiên cứu in silico .............................................. 13 1.4.1. Docking phân tử ..................................................................... 13 1.4.2. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc ......................... 15 1.4.3. Dự đoán ADMET các thông số dược động học và độc tính..... 15 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................ 17 2.1. Nguyên liệu và thiết bị ..................................................................... 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. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc......................................... 20 2.3.3. Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính (ADMET) .. 21
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ............................................................................ 22 3.1. Mô phỏng protein docking ......................................................... 22 3.1.1. Đánh giá quy trình docking ..................................................... 22 3.1.2. Tìm kiếm các chất tiềm năng từ kết quả docking .................... 23 3.2. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc ............................................. 25 3.3. Dự đoán các thông số ADMET................................................... 27 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN .......................................................................... 32 4.1. Về kết quả .................................................................................... 32 4.1.1. Rotenone (ID: 6758) ............................................................... 32 4.1.2. Amorphigenin (ID: 92207) ..................................................... 33 4.1.4. Apigenin (ID: 5280443) .......................................................... 34 4.1.5. Hesperitin (ID: 72281) ............................................................ 34 4.2. Về phương pháp .......................................................................... 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ Tăng huyết áp (THA) là một thách thức lớn đối với sức khỏe cộng đồng do tỷ lệ mắc bệnh cao và có mối liên quan mật thiết với các bệnh tim mạch, bên cạnh sự phức tạp trong sinh lý bệnh và cơ chế bệnh sinh. Theo thống kê năm 2015 của Tổ chức Y tế thế giới, có khoảng 1,13 tỷ người mắc cao huyết áp, trong đó đa số không biết mình mắc bệnh. Tỷ lệ (THA) cao nhất ở những người trên 18 tuổi là ở các nước có thu nhập thấp (28,4%) và các nước có thu nhập trung bình (25,5%). Tỉ lệ mắc ở nam giới (25%) lớn hơn so với nữ giới (20%) [72] . Tăng huyết áp là một yếu tố nguy cơ hàng đầu của các bệnh tim mạch, bao gồm bệnh mạch vành, suy tim, bệnh thận mãn tính, đột quỵ, đau tim và sa sút trí tuệ. Trong năm 2015, có khoảng 10 triệu người tử vong do THA, trong đó 4,9 triệu trường hợp là do bệnh mạch vành và 3,5 triệu trường hợp do đột quỵ [1] . Tại Việt Nam, tỉ lệ chung của tăng huyết áp là 21,1% dựa trên 10 nghiên cứu được công bố từ năm 2005 đến 2018 và 18,4% dựa trên ba cuộc điều tra trên toàn quốc [50] . Khi nghiên cứu trên nhóm người ở độ tuổi 40 đến 69, chỉ có 67,3% tổng số người biết mình mắc cao huyết áp, trong đó số người được điều trị chiếm 33,2% và chỉ 12,2% được kiểm soát tăng huyết áp hiệu quả [33] . Điều đó cho thấy tỉ lệ mắc cao huyết áp ở Việt Nam khá cao trong khi tỉ lệ được điều trị và điều trị có hiệu quả còn thấp. Hệ renin-angiotensin-aldosteron là đích đến quan trọng trong việc điều trị tăng huyết áp. Angiotensin I được phân cắt từ angiotensinogen bằng renin khi huyết áp giảm, sau đó chuyển thành peptide ở dạng hoạt động là angiotensin II nhờ tác dụng của enzym chuyển angiotensin (ACE), làm tăng huyết áp theo nhiều cơ chế khác nhau [22] . Nhiều dược chất đã được phát triển với mục tiêu tác dụng trên hệ thống này, điển hình là các thuốc ức chế ACE như captopril, lisinopril, ramipril... được coi như liệu pháp điều trị khởi đầu cho bệnh nhân tăng huyết áp. Bên cạnh những tác dụng có lợi trên hệ tim mạch, các thuốc ức chế men chuyển (ACEi) cũng được chứng minh một số tác dụng không mong muốn khi sử dụng lâu ngày như tăng nồng độ kali máu, ho, phù mạch... và chống chỉ định cho phụ nữ có thai [53] . Vì vậy, nhiều nghiên cứu được thực hiện trên các hợp chất từ tự nhiên sàng lọc các ứng cử viên tiềm năng trở thành thuốc hoặc có tác dụng hỗ trợ điều trị tăng huyết áp. Trong số các hợp chất chiết xuất từ thực vật, flavonoid là một nhóm lớn, xuất hiện ở hầu khắp các loài, được cho là có nhiều tác dụng tốt cho cho sức khỏe như chống oxi hóa, chống nhiễm trùng, ức chế khối u, giảm nguy cơ xơ vữa mạch 1
vành...[74] . Gần đây, có nhiều nghiên cứu đã cho thấy tiềm năng của flavonoid trong điều trị tăng huyết áp, đặc biệt là tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin [19] . Tuy nhiên, các nghiên cứu tập trung thực hiện in vitro, chưa nhiều nghiên cứu cụ thể về tương tác ở cấp độ phân tử của các hợp chất flavonoid với ACE để giải thích rõ hơn cơ chế ức chế enzym. Trên cơ sở đó, đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất flavonoid có tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin định hướng điều trị tăng huyết áp” được tiến hành với 2 mục tiêu chính: 1. Sàng lọc các hợp chất flavonoid có tác dụng ức chế enzym chuyển angiotensin bằng phương pháp docking phân tử. 2. Dự đoán tính giống thuốc, các thông số dược động học và độc tính của các hợp chất tốt nhất thu được sau quá trình sàng lọc. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về bệnh tăng huyết áp 1.1.1. Bệnh tăng huyết áp Theo Hội Tim mạch học quốc gia Việt Nam và Phân hội Tăng huyết áp: Tăng huyết áp là tình trạng bệnh lý có huyết áp tâm thu ≥ 140 mmHg và/hoặc huyết áp tâm trương ≥ 90 mmHg khi đo tại phòng khám. Chẩn đoán xác định tăng huyết áp sau khi đo chính xác huyết áp tại phòng khám và huyết áp ngoài phòng khám (huyết áp tại nhà và huyết áp liên tục), bao gồm cả việc khai thác tiền sử cá nhân và tiền sử gia đình, khám thực thể và các xét nghiệm cận lâm sàng nhằm xác định nguyên nhân THA thứ phát hay THA tiên phát, đánh giá các yếu tố nguy cơ tim mạch, tổn thương cơ quan đích, và bệnh cảnh lâm sàng đi kèm để phân tầng nguy cơ [70] . Phân độ THA được thể hiện ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Phân độ tăng huyết áp theo mức huyết áp đo tại phòng khám. HA tâm thu HA tâm trương (mmHg) (mmHg) Tối ưu
(Pheocromocytome); Cường Aldosterone tiên phát (Hội chứng Conn); Hội chứng Cushing’s; Bệnh lý tuyến giáp/cận giáp, tuyến yên; Do thuốc, liên quan đến thuốc (kháng viêm non-steroid, thuốc tránh thai, corticoid, cam thảo, hoạt chất giống giao cảm trong thuốc cảm/thuốc nhỏ mũi …); Hẹp eo động mạch chủ; Bệnh Takayasu; Nhiễm độc thai nghén; Ngừng thở khi ngủ; Yếu tố tâm thần … [1] . Một số yếu tố nguy cơ trong tăng huyết áp cũng được đề cập như: Thừa cân, béo phì, chế độ ăn quá nhiều muối, hút thuốc, uống rượu bia, ít vận động, tuổi cao, căng thẳng... [4, 15] . Điều đó cho thấy những đối tượng này cần tầm soát nguy cơ tăng huyết áp sớm để được chẩn đoán sớm và có kế hoạch theo dõi và điều trị phù hợp. Theo báo cáo của Gánh nặng bệnh tật toàn cầu năm 2010 (GBD 2010), cao huyết áp trở thành yếu tố nguy cơ hàng đầu của các bệnh tim mạch và tỷ lệ tử vong trên thế giới với khoảng 7,6 triệu ca tử vong mỗi năm (chiếm 13,5% tổng số) [44] . Tại Việt Nam, theo thống kê của Hội Tim mạch học quốc gia Việt Nam và Phân hội Tăng huyết áp, năm 2000 có khoảng 16,3% người lớn bị THA, đến năm 2009 tỷ lệ THA ở người lớn là 25,4% và năm 2016 tỷ lệ người lớn bị THA đang ở mức báo động là 48%. Đặc biệt, trong những người bị tăng huyết áp, có 39,1% (8,1 triệu người) không được phát hiện bị tăng huyết áp; có 7,2% (0,9 triệu người) bị tăng huyết áp không được điều trị; có 69,0% (8,1 triệu người) bị tăng huyết áp chưa kiểm soát được (theo báo cáo của GS.TS Nguyễn Lân Việt, Chủ tịch Hội Tim mạch học Việt Nam tại Hội nghị Tăng huyết áp Việt Nam năm 2016). Trên điện tâm đồ hoặc siêu âm tim, có thể đánh giá tình trạng phì đại thất trái, dày thành động mạch cảnh (độ dày > 0,9 mm) hoặc mảng xơ vữa để phân loại chính xác nhóm nguy cơ của bệnh nhân tăng huyết áp [39] . Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy phì đại thất trái làm nguy cơ xuất hiện suy mạch vành tăng gấp 3, suy tim gấp 5, tai biến gấp 6 lần; phì đại thất trái có kèm loạn nhịp tim, nhất là nhịp thất (rung thất, ngoại tâm thu thất) nguy cơ đột tử tăng 5-6 lần. Các động mạch não rất dễ bị tổn thương do bệnh tăng huyết áp, các động mạch dày ra, mất độ đàn hồi, biến dạng và dễ làm thành các túi phồng nhỏ, có nguy cơ bị vỡ khi xảy ra cơn tăng huyết áp kịch phát hoặc khi huyết áp tăng rất cao và kéo dài. Cơn THA kịch phát quá cao còn có thể gây phù não và các tổn thương vi thể khác làm ảnh hưởng đến hoạt động của não. Nhiều nghiên cứu cho thấy tăng huyết áp là yếu tố nguy cơ chiếm tần suất cao nhất trong đột quỵ [3] . Ngoài ra, tăng huyết áp còn dẫn đến một số tổn thương cơ quan đích khác như: bệnh mạch máu ngoại vi, bệnh thận (protein niệu, suy giảm chức năng thận, bệnh thận mạn, suy thận...), bệnh về mắt (xuất huyết hoặc xuất tiết võng mạc, phù gai thị...) [18, 52] . 4
1.1.2. Điều trị tăng huyết áp Tăng huyết áp là bệnh mạn tính nên cần theo dõi đều, điều trị đúng và đủ hàng ngày, điều trị lâu dài, điều trị tích cực ở bệnh nhân có tổn thương cơ quan đích. Mục tiêu điều trị là đạt “huyết áp mục tiêu” (< 140/90 mmHg và thấp hơn nữa nếu người bệnh vẫn dung nạp được) và giảm tối đa “nguy cơ tim mạch” [1] . Người bệnh tăng huyết áp trước hết cần thay đổi lối sống để ngăn ngừa tiến triển bệnh và giảm lượng thuốc cần dùng. Lượng muối ăn được khuyên dùng ít hơn 5 g/ngày, cùng với chế độ ăn bổ sung kali (ngoại trừ mắc bệnh thận mạn hoặc nguyên nhân khác gây tăng kali máu), hạn chế thức ăn có nhiều cholesteron và acid béo no. Người bệnh cần hạn chế uống rượu, bia (ít hơn 14 cốc chuẩn/tuần đối với nam, ít hơn 9 cốc chuẩn/tuần đối với nữ), ngừng hút thuốc lá, thuốc lào bên cạnh việc tăng cường hoạt động thể lực hợp lý (30 phút/ngày), tránh âu lo, căng thẳng thần kinh và duy trì cân nặng lý tưởng (BMI từ 18,5 đến 22,9 kg/m2) [2, 65] . Đối với điều trị tăng huyết áp bằng thuốc theo cá nhân hóa: - Tăng huyết áp độ I với nguy cơ thấp: có thể 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). - Tăng huyết áp 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 hoặc từng bước phối hợp từ liều thấp 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 (Tăng huyết áp 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. 5
+ 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 [67, 70] . 1.2. Tổng quan về enzym chuyển angiotensin (ACE) 1.2.1. Sơ lược về hệ Renin-angiotensin-aldosteron và ACE Hệ renin-angiotensin-aldosteron (hình 1.1) góp phần đáng kể trong sinh lý bệnh của tình trạng tăng huyết áp, chủ yếu thông qua đặc tính co mạch của angiotensin II và đặc tính giữ natri của aldosterone. Khi huyết áp giảm, renin được giải phóng vào máu, gặp và phân cắt angiotensinogen thành angiotensin I, một decapeptide không hoạt động. Angiotensin I lưu hành trong máu đến phổi, bị enzym chuyển angiotensin ở phổi phân cắt thành octapeptide hoạt động, angiotensin II, bằng cách giải phóng dipeptide histidyl-leucine ở đầu C. Angiotensin II gắn kết với hai thụ thể có lộ trình thông qua GPCRs là AT1 và AT2 ở mô gan, thận và thượng thận gây co mạch, tăng hoạt động của hệ giao cảm (tăng nhịp tim, tăng tuần hoàn, tăng huyết áp) và kích thích tuyến thượng thận tiết aldosteron gây giữ natri. Natri tăng trong tế bào, làm cơ trong thành mạch đáp ứng mạnh hơn với các kích thích của giao cảm. Do đó, khi có một tác nhân làm tăng huyết áp thì theo thời gian, nhiều tác nhân khác sẽ cùng tham gia [36, 42] . Hình 1.1. Hệ renin- angiotensin- aldosteron. 6
Gần đây, các nghiên cứu cho thấy angiotensinogen, renin và angiotensin II cũng được tổng hợp cục bộ tại nhiều mô, bao gồm não, tuyến yên, động mạch chủ, động mạch, tim, tuyến thượng thận, thận, tế bào mỡ, bạch cầu, buồng trứng, tinh hoàn, tử cung, lá lách và da. Hệ RAA ở các mô có khả năng điều hòa trương lực máu tại chỗ nên có vai trò lớn trong huyết áp. Hiểu biết về hệ RAA được mở rộng với một số thành phần mới và các con đường khác để tổng hợp angiotensin II, tạo cơ sở cho các kết quả về sinh lý bệnh trong các bệnh tim mạch và thận [36, 42] . Angiotensin II là peptide angiotensin hoạt động nhất, các tác dụng chính trên hệ tim mạch bao gồm: đáp ứng tăng áp nhanh, đáp ứng tăng áp chậm, sự phì đại và tái cấu trúc tế bào tim và mạch. Sự gia tăng vừa phải nồng độ angiotensin II trong huyết tương vẫn có thể làm tăng huyết áp đáng kể. Nếu tính theo nồng độ hiệu dụng, angiotensin II mạnh hơn norepinephrin khoảng 40 lần. EC50 của angiotensin II để làm tăng huyết áp một cách mạnh mẽ vào khoảng 0,3 nM. Khi tiêm angiotensin II vào tĩnh mạch, huyết áp toàn thân bắt đầu tăng trong vài giây, đạt đỉnh nhanh chóng và trở lại bình thường trong vòng vài phút. Angiotensin II cũng có thể gây ra các đáp ứng chậm giúp ổn định áp suất máu động mạch trong thời gian dài, có thể cần nhiều ngày để đạt hiệu quả tối đa. Hiện tượng đáp ứng chậm này có nền tảng từ sự giảm chức năng bài tiết của thận do angiotensin II làm co trực tiếp mạch máu thận, tăng trương lực giao cảm của thận. Ngoài ra, khi đề cập sâu hơn về tác dụng làm tăng huyết áp động mạch, angiotensin II được cho là tác nhân kích hoạt hiện tượng tái cấu trúc hệ tim mạch, gây phì đại tế bào mạch máu và tế bào tim, tăng sự tổng hợp và lắng đọng collagen bởi các nguyên bào sợi cơ tim. Vì vậy, việc giảm nồng độ angiotensin II trong máu là một hướng đi quan trọng trong việc điều trị tăng huyết áp và hạn chế các tổn thương cơ quan đích [42] . ACE đóng vai trò trung tâm trong hệ RAA điều chỉnh huyết áp, cân bằng nội môi chất lỏng, chức năng thận và mạch máu. ACE là một metalloenzyme phụ thuộc kẽm tìm thấy chủ yếu trong mô, thủy phân peptit bằng cách loại bỏ một dipeptit khỏi đầu tận cùng C. ACE trong cơ thể được giải phóng khỏi bề mặt tế bào nội mô nhờ tác động của ACE-secretase phân cắt liên kết peptit Arg1203-Ser1204 gần vùng xuyên màng, đến gắn với màng và gây tác dụng tại chỗ thông qua những tế bào biểu bì và tế bào nội mạc mạch máu. Một thể khác là ACE huyết tương có thể hòa tan, tuần hoàn trong huyết tương và những dịch khác của cơ thể, tuy nhiên tác dụng sinh lý chưa được biết rõ [5, 7, 20] . Enzym này bên cạnh tác dụng chuyển angiotensin I thành angiotensin II còn có khả năng bất hoạt bradykinin, một chất gây giãn mạch 7
và hạ huyết áp. Gen mã hóa ACE có hiện tượng đột biến thêm/bớt đa hình ở intron 16. Điều này giải thích tại sao có đến 47% trường hợp có sự khác nhau về biểu hiện kiểu hình của ACE trong huyết thanh. Sự mất allele có liên quan đến hiện tượng gia tăng nồng độ ACE trong huyết thanh và tăng chuyển hóa bradykinin có thể là một yếu tố nguy cơ đối với các rối loạn tăng huyết áp, phì đại cơ tim, xơ vữa mạch máu và tiểu đường do bệnh lý thận [71] . 1.2.2. Trung tâm hoạt động của ACE Enzym chuyển angiotensin được phát hiện bởi Leonard T. Skeggs Jr. vào năm 1956 và đến năm 2002, cấu trúc ACE tinh hoàn người được tìm ra và công bố trên tạp chí Nature bởi R. Natesh và cộng sự. Có hai dạng đồng dạng của ACE: ACE tinh hoàn (tACE) và ACE soma (sACE). tACE (701 axit amin) chỉ có ở tinh hoàn nam giới, trong khi sACE (1277 axit amin) phân bố rộng rãi trong các tế bào khác nhau cũng như các chất lỏng ngoại bào như huyết tương. sACE bao gồm hai miền tương đồng (miền N và miền C) trong khi tACE chỉ có một miền, gần giống với miền C của sACE; cả miền C của sACE và tACE đều có trình tự axit amin gần như giống nhau, ngoại trừ tACE chứa thêm trình tự 36 gốc ở đầu cuối N (Hình 1.2) [55] . tACE (miền C của sACE) phân hủy Ang I thành Ang II thông qua mô típ liên kết Zn2+ HEXXH (vị trí hoạt động), nơi hai histidine (His383 và His387), cùng với glutamate phía dưới (Glu411), tạo thành các phối tử liên kết kẽm, cần thiết cho hoạt tính peptidase. Một phân tử nước được hoạt hóa tạo phức với Zn 2+ đóng vai trò là nucleophile để tấn công nhóm cacbonyl của liên kết peptit mục tiêu. Người ta đã chỉ ra rằng miền C có sự phụ thuộc clorua lớn hơn miền N, cả về khả năng thủy phân cơ chất và liên kết với chất ức chế. Vì vậy, vùng C là vị trí chuyển đổi angiotensin chiếm ưu thế, là mục tiêu để kiểm soát huyết áp và chức năng tim mạch [7, 24] . Hình 1.2. Cấu trúc chính của sACE và tACE 8
Cấu trúc của phức hợp tACE-lisinopril được sử dụng để xác định vị trí hoạt động của phân tử. Cấu trúc của tACE chủ yếu là hình xoắn với 27 vòng xoắn (gần như phân bổ đều ở cả hai miền phụ), 20 vòng xoắn α và bảy vòng xoắn 310 vòng. Cấu trúc β duy nhất, chiếm 4% tổng các dư lượng, xuất hiện dưới dạng sáu sợi tương đối ngắn, hai trong số đó nằm gần vị trí hoạt động. Về tổng thể, ACE có hình dạng ellipsoid với một rãnh trung tâm kéo dài khoảng 30 A˚ vào phân tử và chia protein thành hai 'miền phụ', được bao quanh bởi các xoắn α13, α14, α15, α17 và β4 (Hình 1.3). Hình 1.3. Cấu trúc 3D của tACE Hình 1.4. Biểu diễn liên kết của Protein được chia thành hai phần miền lisinopril với ACE tại vị trí hoạt động. phụ I và II (lam, hồng). Ion kẽm ở vị trí hoạt động và lisinopril (lục, vàng) tương ứng. Hai ion clorua (đỏ). Hoạt tính thủy phân peptide của ACE cũng phụ thuộc vào hai ion clorua. Clorua chủ yếu kích hoạt các vị trí hoạt động của ACE và tăng cường sự liên kết của các cơ chất. Phân tử lisinopril được gắn vào sâu khoảng 10 Å bên trong rãnh hoạt động. Vị trí của các dư lượng tại vị trí hoạt động không thay đổi nhiều khi hình thành phức hợp. Cacboxyalkyl cacboxylat của lisinopril được định vị tốt để liên kết với ion kẽm tại vị trí hoạt động và cung cấp một phối tử phối trí. Vị trí của ba phối tử khác (hai histidine và một axit glutamic) là giống nhau trong cả hai cấu trúc. Nguyên tử oxy thứ hai của cacboxylat này cách nguyên tử kẽm 2,6 Å và tạo ra tương tác liên kết H với Glu384 của mô típ HEXXH. Nhóm phenylpropyl S1 tạo ra các tương tác van der Waals với Val518, và lysyl amin tạo thành liên kết H yếu với Glu162 (nguyên tử OE2, 3,4 Å) tại tiểu vùng S1’ của tACE. Cacboxylat ở đầu C 9
liên kết với Lys511 cũng như Tyr 520 (Hình 1.4). Từ đây có thể kết luận, ion Zn2+ cùng với một số axit amin như His383, His387, Glu411, Lys511, Tyr520 đóng vai trò quan trọng, nhắm vào vị trí này có thể ức chế hoạt tính peptidase của ACE [25, 64] . 1.2.3. Một số chất ức chế ACE (ACEi) Hiện nay, có hơn 10 loại thuốc ức chế men chuyển lưu hành trên thị trường và là liệu pháp đầu tay trong điều trị các bệnh tim mạch, bao gồm tăng huyết áp, suy tim và rối loạn chức năng thất trái. Các chất ức chế ACE được chia thành ba nhóm lớn dựa trên nhóm chức: 1. Thuốc ức chế men chuyển chứa sulfhydryl liên quan đến cấu trúc của captopril. 2. Thuốc ức chế men chuyển chứa carboxyl liên quan đến cấu trúc của enalapril (ví dụ: lisinopril, benazepril, quinapril, moexipril, ramipril, trandolapril, perindopril). 3. Các chất ức chế men chuyển chứa phosphinyl có liên quan đến cấu trúc của fosinopril. Một số chất ức chế men chuyển hiện được sử dụng trên lâm sàng dưới dạng tiền chất ethyl- ester, có sinh khả dụng tốt nhưng không có hoạt tính như mong muốn. Chúng được chuyển đổi thành diacid có hoạt tính bởi các esterase trong cơ thể [30, 59] . Captopril là thuốc ức chế men chuyển đầu tiên được sử dụng trên lâm sàng kể từ năm 1981 bởi hiệu quả điều trị đối với tăng huyết áp và sinh khả dụng đường uống cao (75%). Tuy vậy, captopril (hay D-3-mercapto-2-methylpropanoyl-L- proline) có chứa nhóm sulfhydryl tạo phức chelat với ion Zn2+, gây ra một số tác dụng phụ như mất vị giác và phát ban da. Điều này dẫn đến sự ra đời của hai chất ức chế men chuyển khác không chứa nhóm sulfhydryl là enalaprilat và lisinopril. Cả hai về cơ bản đều có cấu trúc tripeptit với nhóm cacboxyl phối hợp kẽm và một phenylalanin chiếm rãnh S1 trong enzym. Lisinopril là một dẫn xuất của enalaprilat, ưa nước hơn và có ái lực đối với ACE lớn hơn enalaprilat. Các hợp chất sau này đều là các biến thể của ba chất ức chế đầu tiên, với hầu hết sự khác biệt nằm ở các nhóm chức liên kết với kẽm ở và túi S2’ [7, 30, 35] . Tất cả các chất ức chế men chuyển đều ngăn chặn sự chuyển đổi Angl thành Angll và có các chỉ định điều trị, tác dụng không mong muốn và chống chỉ định 10
tương tự nhau. Đa số các thuốc đều hấp thu khá tốt qua đường uống (60-75%), ngoại trừ lisinopril và benazeprilat (khoảng 30%). Fosinopril có tính thân dầu lớn nhất và lisinopril ít nhất. ACE được tìm thấy trong nhiều mô, và ngày càng có nhiều bằng chứng về sự khác biệt về khả năng ức chế ACE ở mô giữa các chất. Hầu hết các chất ức chế men chuyển được thải trừ chủ yếu qua thận và ở mức độ ít hơn qua gan. Lisinopril là chất ức chế men chuyển duy nhất không cần chuyển hóa qua gan trong khi các chất còn lại ở dạng tiền thuốc khi được đưa vào cơ thể và thể hiện hoạt tính cao hơn sau khi được chuyển hóa [59] . Mặc dù được chứng minh có nhiều tác dụng tốt trên hệ tim mạch, các thuốc ức chế men chuyển tồn tại một số tác dụng không mong muốn đáng quan tâm tuy là tần số xuất hiện còn thấp. Một tác dụng phụ thường gặp là ho khan, xuất hiện ở 5– 20% bệnh nhân và có thể dẫn đến việc phải ngừng điều trị [75] . Phù mạch ảnh hưởng đến 0,1–0,5% bệnh nhân và có thể đe dọa tính mạng trong trường hợp phù lưỡi hoặc thanh quản gây ngạt thở [9] . Hai tác dụng không mong muốn trên nhìn chung là do nồng độ bradykinin bị thay đổi [7] . Thuốc ức chế men chuyển còn có thể gây tăng kali huyết ở những người có tiền sử suy thận và/hoặc tiểu đường trước đó, sử dụng đồng thời thuốc lợi tiểu giữ kali và/hoặc thuốc bổ sung kali. Chống chỉ định sử dụng thuốc ức chế men chuyển từ ba tháng giữa trở đi của thai kỳ vì chúng có liên quan đến tăng nguy cơ bệnh lý ở chân, bên cạnh một số các tình trạng bao gồm thiểu ối, thai nhi chậm phát triển trong tử cung, suy thận, loạn sản thận, vô niệu, suy thận và sảy thai. Sử dụng thuốc ức chế men chuyển trong ba tháng đầu của thai kỳ có thể khiến trẻ tăng nguy cơ mắc các dị tật bẩm sinh nặng [12, 49] . Do tầm quan trọng của hệ renin-angiotensin-aldosteron và tỉ lệ ngày càng gia tăng của bệnh tăng huyết áp, các nghiên cứu liên tục được thực hiện để tìm kiếm các hợp chất mới có tiềm năng ức chế sản xuất angiotensin II với hoạt tính tốt hơn và hạn chế được các tác dụng không mong muốn cũng như chống chỉ định nhằm cải thiện hiệu quả điều trị tăng huyết áp trên lâm sàng. 1.3. Tổng quan về nhóm hợp chất flavonoid Flavonoid là nhóm lớn nhất các hợp chất polyphenolic tìm thấy được ở thực vật bậc cao, chủ yếu là các phân tử có trọng lượng thấp, cấu trúc cơ bản là 2-phenyl benzopyrone trong đó cầu nối ba cacbon giữa các nhóm phenyl thường là oxy. Flavonoid được chia thành ba phân nhóm chính: euflavonoid (2- phenylbenzopyrans), isoflavonoid (3-benzopyrans) và neoflavonoid (4- benzopyrans) (Hình 1.5). Trong mỗi nhóm này các flavonoid lại được chia thành 11
các nhóm phụ khác nhau dựa vào sự khác biệt trong cấu tạo của vòng C. Một số phân nhóm flavonoid thường gặp là flavanon, flavon, flavonols, isoflavon, flavanols (flavan-3-ol, flavan-4-ol) và anthocyanidin (tạo màu sắc cho thực vật). Các cấu trúc rất đa dạng của flavonoid thể hiện nhiều chức năng trong hệ thống sinh học. Trong thực vật, flavonoid góp phần thu hút hoặc xua đuổi côn trùng thông qua màu sắc của lá, quả và hoa; bảo vệ cây chống lại các bệnh do nhiễm vi rút, nấm, vi khuẩn và tia cực tím; có mặt trong các nốt sần ở rễ cây họ đậu... [21] . Hình 1.3. Các phân nhóm chính của flavonoid (A: euflavonoid, B: iso-flavonoid, C: neo-flavonoid). Flavonoid xuất hiện nhiều trong thực phẩm có nguồn gốc từ thực vật và đã được chứng minh nhiều tác dụng có lợi cho sức khỏe. Tác dụng được biết đến nhiều nhất của flavonoid là chống oxi hóa, làm giảm nguy cơ mắc các bệnh tim, mạch vành, ức chế khối u và làm chậm quá trình lão hóa [74] . Với cấu trúc chứa các nhóm hydroxyl liên kết trực tiếp với vòng thơm có khả năng bắt giữ các gốc tự do, flavonoid được chứng minh là chất chống oxi hóa mạnh hơn vitamin C, vitamin E và carotenoids [23] . Ngoài ra, flavonoid còn cho thấy tác dụng ức chế vi sinh vật, chống viêm nhiễm và có khả năng chống ung thư, với một đại diện là quercetin làm giảm đáng kể tình trạng viêm nhiễm gây ra bởi Helicobacter pylori trong niêm mạc dạ dày của chuột bạch và ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư tuyến tụy [10, 14, 29] . Gần đây, người ta quan tâm và thực hiện nhiều nghiên cứu đối với tác dụng trên hệ tim mạch và tiểu đường của flavonoid, được cho là do khả năng ngăn ngừa sự oxi hóa các lipoprotein tỷ trọng thấp, phòng ngừa xơ vữa động mạch, chặn sự kết tụ huyết khối, điều hòa nhịp tim, ngăn ngừa bệnh mạch vành và nhồi máu cơ tim, điều hòa huyết áp. Flavonoid có khả năng tạo phức với kim loại ở trung tâm hoạt động và có thể ức chế đến 50% hoạt động của enzym chuyển angiotensin trong các nghiên cứu in vitro và in vivo [8, 31] . Vì vậy, ngày càng nhiều hơn các nghiên cứu ở mức độ phân tử được công bố nhằm cung cấp hiểu biết về cơ chế của tương tác flavonoid-protein cũng như sàng lọc ra các hợp chất tiềm năng đáp ứng nhu cầu hỗ trợ điều trị tăng huyết áp. 12