Phân lập, xác định cấu trúc một số sesquiterpen từ củ nghệ vàng (Curcuma longa) và sàng lọc tác dụng chống viêm bằng docking phân tử

Bài viết Phân lập, xác định cấu trúc một số sesquiterpen từ củ nghệ vàng (Curcuma longa) và sàng lọc tác dụng chống viêm bằng docking phân tử trình bày việc phân lập được 2 sesquiterpen (8-hydroxy-ar-tumerone và bisabola 3,10 diene-2-one) từ thân rễ Nghệ vàng thu hái tại Hải Phòng.

Công trình nghiên cứu KHOA HC TRNG I HC Y DƯỢC HẢI PHÒNG PHÂN LẬP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC MỘT SỐ SESQUITERPEN TỪ CỦ NGHỆ VÀNG (Curcuma longa) VÀ SÀNG LỌC TÁC DỤNG CHỐNG VIÊM BẰNG DOCKING PHÂN TỬ Ngô Thị Quỳnh Mai1, Nguyễn Thị Thu Phương1, Trần Thị Ngân1, Vũ Thị Quỳnh1 TÓM TẮT 29 Thân rễ hay củ Nghệ vàng Y học cổ truyền gọi Khương hoàng Dược liệu sử dụng rộng rãi nhiều nước châu Á, có Việt nam, làm gia vị thuốc Trong nghiên cứu này, ch ng t i phân lập sesquiterpen (8-hydroxy-ar-tumerone bisabola 3,10 diene-2-one) từ thân rễ Nghệ vàng thu hái Hải Phòng Tác dụng chống viêm ch ng sàng lọc docking phân tử với phần mềm Autodock Vina, từ chế tác dụng ch ng c ng dự đoán liên kết với protein đích Kết cho thấy hợp chất có liên kết bền vững với cyclooxygenase với lượng liên kết tương ứng -7.9 -7.6 kcal/mol Từ khóa: Nghệ vàng, docking, sesquiterpene SUMMARY STUDY ON PHYTOCONSTITUENTS OF RHIZOMA OF CURCUMA LONGA AND ANTI-INFLAMMATORY ACTIVITY SCREENING BY MOLECULAR DOCKING Rhizome or yellow turmeric in Traditional Medicine is called Khuong Hoang This herb is widely used in many Asian countries, including Vietnam, as a spice and medicine In the present Trường Đại Học Y Dược Hải Phịng Chịu trách nhiệm chính: Ngơ Thị Quỳnh Mai Email: ntqmai@hpmu.edu.vn Ngày nhận bài: 11.2.2022 Ngày phản biện khoa học: 19.3.2022 Ngày duyệt bài: 20.5.2022 200 study, we isolated sesquiterpenes (8-hydroxyar-tumerone and bisabola 3,10 diene-2-one) from turmeric rhizomes collected in Hai Phong Their anti-inflammatory effects were screened by molecular docking with Autodock Vina software Hence their mechanism of action is also predicted by binding to target proteins The results show that these two compounds have interaction with cyclooxygenase active site with binding energies of -7.9 and -7.6 kcal/mol, respectively Keywords: Turmeric, docking, sesquiterpene I ĐẶT VẤN ĐỀ Nghệ vàng có tên khoa học Curcuma longa, thân thảo thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) trồng rộng rãi khắp tỉnh thành nước Loài sử dụng làm gia vị c ng làm thuốc Y học cổ truyền nhiều nước giới Trung Quốc, Ấn ộ, angladesh, nước châu Á khác Các nghiên cứu thành phần hóa học c ng có mặt curcuminoid (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin) [11], sesquiterpenoid, [1, 2] Các tác dụng sinh học đáng ch ý loài bao gồm chống oxy hóa[12], chống viêm, chống ung thư [4], kháng khuẩn [5], hạ đường huyết [10] c ng báo cáo ể nghiên cứu thành phần hóa học lồi Nghệ vàng thu hái Hải Phòng, ch ng t i tiến hành phân lập xác định cấu tr c T¹P CHÝ Y häc viƯt nam tẬP 515 - th¸ng - sè ĐẶC BIỆT - 2022 số hoạt chất thân rễ sàng lọc hoạt tính chống viêm ch ng phương pháp docking phân tử II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Thân rễ Nghệ vàng thu hái Hải Phòng vào tháng 10 năm 2020 Sau thu hái, dược liệu rửa sạch, sấy kh nghiền nh bảo quản tủ lạnh nhiệt đọ 10°C để phục vụ nghiên cứu Hình Thân rễ Nghệ vàng 2.2 Phương pháp nghiên cứu Chiết xuất phân lập ột Nghệ chiết xuất phương pháp chiết hồi lưu với methanol Dịch chiết thu hồi dung m i áp suất giảm máy c quay chân kh ng đến khối lượng kh ng đổi thu cao toàn phần Cao toàn phần chiết phân đoạn với dung m i có độ phân cực tăng dần: n-hexan, cloroform, ethylacetat nước thu cao phân đoạn tương ứng Dùng phương pháp sắc ký lớp m ng, sắc ký cột hở để phân lập tinh chế Xác định cấu tr c phương pháp phổ Các chất phân lập xác định cấu tr c dựa vào phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân c ng so sánh với tài liệu tham khảo để xác nhận cấu tr c Sàng lọc hoạt tính chống viêm docking phân tử Kiểm tra tương tác hợp chất phân lập với enzym cyclooxygenase (COX-2), tính tốn lượng liên kết (kCal/mol) phần mềm Autodock Vina [7] Kết so sánh với hợp chất có hoạt tính ức chế COX-2 mạnh diclofenac Cấu tr c enzym COX-2 người chuẩn bị từ cấu tr c tinh thể phức hợp COX-2 - Vioxx lấy từ ngân hàng liệu protein (https://www.rcsb.org/structure/5KIR) Hiển thị hình ảnh m ph ng liên kết enzym chất phần mềm Discovery studio visualizer [9] III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phân lập xác định cấu trúc Chiết xuất phân lập Nghệ phơi kh , nghiền nh ột nghệ kh (1 kg) chiết hồi lưu với methanol lần, lần lít Dịch chiết th cất thu hồi dung m i áp suất giảm thu 100g cao Sau đó, cao tồn phần hòa lượng tối thiểu nước tạo hỗn dịch phân đoạn với dung m i có độ phân cực tăng dần nhexane, cloroform EtOAc Dịch chiết phân đoạn cất thu hồi dung m i thu cao phân đoạn nhexane, cloroform EtOAc với khối lượng tương ứng 5.4 g, 41.1 g 12.5 g Phân đoạn có khối lượng nhiu nht, phõn on cloroform 201 Công trình nghiên cứu KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHÒNG (41.1 g) lựa chọn để tiến hành bước phân lập Hịa cao phân đoạn cloroform methanol, tiến hành khảo sát phương pháp SKLM để lựa chọn phương pháp chạy sắc ký cột phù hợp Kết khảo sát cho thấy hệ dung m i CH2Cl2:MeOH phù hợp Vì tiến hành sắc ký cột với pha tĩnh silica gel pha thuận cỡ hạt 63200 μm, pha động CH2Cl2:MeOH với tỉ lệ tăng dần độ phân cực (CH2Cl2:MeOH, 100:0 ~ 10:1) Kết thu phân đoạn (CL1 ~ CL5) dựa tương đồng kết sắc ký lớp m ng Phân đoạn CL2 tiếp tục phân lập sắc ký cột hở sử dụng dung m i pha động n-hexane:EtOAc (2:1), thu chất (4.18.4, 23.5 mg) Phân đoạn CL3 tinh chế cột silicagel pha đảo sắc ký cột hở hệ pha động MeOH:H2O (2:1) thu 30.2 mg chất Xác định cấu trúc Cấu tr c chất xác định kết đo phổ 1H 13C NMR (Hình 2) Hình Cấu trúc hợp chất phân lập từ thân rễ nghệ vàng 8-Hydroxy-ar-tumerone (1): 1H NMR (CDCl3) δH 7.47 (2H, d, J = 8.0 Hz, H-2, H-6), 7.35 (2H, d, J = 8.0 Hz, H-3, H-5), 6.32 (1H, s, H-10), 4.50 (1H, d, J = 3.1 Hz, H-8), 3.38 (1H, dd, J = 6.9, 3.1 Hz, H-7), 2.55 (3H, s, H-15), 2.44 (3H, s, H-13), 2.15 (3H, s, H-12), 1.36 (3H, d, J = 7.1, H-14) 13C NMR (CDCl3) δC 200.2 (C-9), 159.4 (C-11), 140.8 (C-1), 135.9 (C-4), 129.0 (C-2, C-6), 127.6 (C-3, C-5), 119.8 (C-10), 80.4 (C-8), 42.3 (C-7), 27.9 (C-12), 21.3 (C-15), 21.0 (C-13), 14.0 (C-14) Hợp chất thu dạng chất l ng sánh màu vàng nhạt Dữ liệu phổ chiều 1H NMR 13C NMR cho thấy tín hiệu đặc 202 trưng cấu tr c vịng toluene para, nhóm methine (δH 3.38 [1H, dd, J = 6.9, 3.1 Hz, H-7]; δC 42.3 [C-7]), nhóm oxy methine (δH 4.50 [1H, d, J = 3.1 Hz, H-8]; δC 80.4 [C-8]), nhóm carbonyl (δC 200.2 [C-9], bốn nhóm methyl (δH 2.55 [3H, s, H-15], 2.44 [3H, s, H-13], 2.15 [3H, s, H12], 1.36 [3H, d, J = 7.1, H-14]; δC 27.9 [C12], 21.3 [C-15], 21.0 [C-13], 14.0 [C14]) ối chiếu với liệu phổ 8hydroxy-ar-tumerone thấy tương đồng [6] Do kết luận chất 8-hydroxy-artumerone Bisabola 3,10 diene-2-one (2): TạP CHí Y học việt nam tP 515 - tháng - sè ĐẶC BIỆT - 2022 1H NMR (CDCl3) δH 5.80 [1H, m, H-3]; 5.05[1H, ddd, J = 7.1, 5.8, 2.8, H-10]; 1.1 2.4 [10H, m]; 2.10 [1H, m]; 1.88 [3H, s, H15]; 1.62 [3H, s, H-13]; 1.54 [3H, s, H-12]; 1.23 [2H, ddd, J = 8.8, 7.4, 4.1, H-9]; 0.74 [3H, d, J = 6.8Hz, H-14] 13C NMR (CDCl3) δC 201.1 (C-2), 161.2 (C-4), 131.4 (C-11), 127.2 (C-3), 124.6 (C10), 49.9 (C-5), 34.8 (C-8), 31.0 (C-7), 30.3 (C-1), 26.1 (C-9), 25.8 (C-6), 24.2 (C-14), 22.5 (C-15), 17.7 (C-12), 15.7 (C-13) Hợp chất thu dạng chất l ng sánh, màu vàng nhạt Các liệu phổ cho thấy có mặt nhóm isopropyliden (δH 5.05[1H, ddd, J = 7.1, 5.8, 2.8, H-10]; 1.62 [3H, s, H-13]; 1.54 [3H, s, H-12]), nhóm methyl gắn với C bậc (δH 0.74 [3H, d, J = 6.8Hz, H-14]), proton olefin (δH 5.80 [1H, m, H-3]) Các tín hiệu phổ 13C NMR c ng cho thấy cấu tr c khung bisabolen ối chiếu với liệu phổ bisabola 3,10 diene-2-one tài liệu tham khảo cho thấy thấy tương đồng [8] Cấu hình R vị trí C-1 khẳng định xuất tín hiệu nhóm methyl (H-14) phổ 1H NMR δH 0.74 Cấu hình S loại trừ so sánh với cấu hình S nghiên cứu trước đó, tín hiệu nhóm methyl xuất δH khoảng 0.94 [3] Do cấu tr c hợp chất xác định isabola 3,10 diene-2-one 3.2 Sàng lọc hoạt tính chống viêm docking phân tử Tiến hành sàng lọc hoạt tính chống viêm th ng qua chế ức chế COX-2 phần mềm Autodock Vina Kết thu cho thấy lượng liên kết tương đương (-7.9 -7.6 kcal/mol) tương đương với diclofenac (-7.9 kcal/mol) Tuy nhiên, liên kết với hợp chất v n có khác vị trí loại liên kết với acid amin trung tâm hoạt động Vị trí liên kết diclofenac có tương đồng tương tác với acid amin Tyr 355 Val 523, chất khác biệt với chủ yếu liên kết dạng alkyl thiếu cấu tr c vịng thơm hydroxyl (Hình 3) IV BÀN LUẬN Về phân lập xác định cấu tr c hợp chất từ Nghệ vàng: hợp chất phân lập thuộc khung sesquiterpene, nhóm hợp chất phổ biến loài thuộc chi Curcuma Nhóm hợp chất c ng chứng minh có nhiều tác dụng sinh học đáng ch ý hạ triglycerid máu, bảo vệ gan, chống oxy hóa, chống viêm, kháng khuẩn [13,14,15]… Từ nghệ vàng hợp chất có cấu tr c c ng phân lập [1,2] Về kết docking phân tử hợp chất với enzym COX-2: d n xuất sesquiterpen chưa nghiên cứu nhiều m hình sàng lọc in silico Trong nghiên cứu nhà khoa học Ai-cập chất từ C phấn hương lớn (Ambrosia maritima, Asteraceae), sesquiterpen c ng có khả liên kết với lượng liên kết -7.44 đến -8.06 kcal/mol, phù hợp với kết nghiên cứu in vitro [16] Các nghiên cứu sàng lọc ảo (in silico) gi p r t ngắn thời gian c ng tiết kiệm chi phí nghiên cứu, coi bước đầu chứng minh tác dụng trước triển khai nghiên cứu hot tớnh 203 Công trình nghiên cứu KHOA HC TRNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHỊNG A B C Hình Mô liên kết chất với trung tâm hoạt động COX-2 A 8-Hydroxy-ar-tumerone (1) B Bisabola 3,10 diene-2-one (2) C Diclofenac 204 T¹P CHÝ Y häc viƯt nam tẬP 515 - th¸ng - sè ĐẶC BIỆT - 2022 V KẾT LUẬN Từ thân rễ Nghệ vàng thu hái Hải Phòng, hợp chất có cấu tr c sesquiterpene 8-hydroxy-ar-tumerone (1) bisabola 3,10 diene-2-one (2) phân lập xác định cấu tr c Sàng lọc hoạt tính chống viêm hợp chất docking phân tử với enzym COX-2 cho thấy ch ng có liên kết bền vững với lượng liên kết tương ứng -7.9 -7.6 kcal/mol Chỉ số tương đồng với diclofenac, thuốc chống viêm ức chế chọn lọc COX-2 Do đó, hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ nghệ vàng có khả tiếp tục nghiên cứu phát triển để tìm kiếm chất d n đường có tác dụng chống viêm TÀI LIỆU THAM KHẢO Feng L-P, Lu L-H, Yuan M-R, Mei S-X, Li X-H: Two pairs of bisabolane sesquiterpenoid stereoisomers, bisacurone D-G, from the rhizome of Curcuma longa L Fitoterapia 2020, 146:104701 Feng Q: Chemical constituents of Curcuma longa I:bisabolane sesquiterpenes Chinese Journal of Medicinal Chemistry 2007 Hagiwara H, Okabe T, Ono H, Kamat VP, Hoshi T, Suzukib T, Ando M: Total synthesis of bisabolanesesquiterpenoids, αbisabol-1-one, curcumene, curcuphenol and elvirol: utility of catalytic enamine reaction in cyclohexenone synthesis Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2002(7):895-900 Hewlings SJ, Kalman DS: Curcumin: A Review of Its Effects on Human Health Foods 2017, 6(10) Khatun M, Nur MA, Biswas S, Khan M, Amin MZ: Assessment of the anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-bacterial activities of different types of turmeric (Curcuma longa) powder in Bangladesh Journal of Agriculture and Food Research 2021, 6:100201 Liu J, Zhang M, Fu W-j, Hu J-f, Dai G-h: Efficacy of bioactive compounds from Curcuma longa L against mosquito larvae Journal of Applied Entomology 2018, 142(8):792-799 O Trott AJO: AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading Journal of Computational Chemistry 2010, 31:455-461 Ohshiro M, Kuroyanagi M, Ueno A: Structures of sesquiterpenes from Curcuma longa Phytochemistry 1990, 29(7):22012205 Orlando BJ, Malkowski MG: Crystal structure of rofecoxib bound to human cyclooxygenase-2 Acta Crystallogr F Struct Biol Commun 2016, 72(Pt 10):772-776 10 Panda V, Deshmukh A, Singh S, Shah T, Hingorani L: An Ayurvedic formulation of Emblica officinalis and Curcuma longa alleviates insulin resistance in diabetic rats: Involvement of curcuminoids and polyphenolics Journal of Ayurveda and Integrative Medicine 2021, 12(3):506-513 11 Sultana S, Munir N, Mahmood Z, Riaz M, Akram M, Rebezov M, Kuderinova N, Moldabayeva Z, Shariati MA, Rauf A et al: Molecular targets for the management of cancer using Curcuma longa Linn phytoconstituents: A Review Biomedicine & Pharmacotherapy 2021, 135:111078 12 Tapsell LC, Hemphill I, Cobiac L, Patch CS, Sullivan DR, Fenech M, Roodenrys S, Keogh JB, Clifton PM, Williams PG et al: Health benefits of herbs 205 ... LUẬN Từ thân rễ Nghệ vàng thu hái Hải Phịng, hợp chất có cấu tr c sesquiterpene 8-hydroxy-ar-tumerone (1) bisabola 3,10 diene-2-one (2) phân lập xác định cấu tr c Sàng lọc hoạt tính chống viêm. .. cấu tr c phương pháp phổ Các chất phân lập xác định cấu tr c dựa vào phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân c ng so sánh với tài liệu tham khảo để xác nhận cấu tr c Sàng lọc hoạt tính chống viêm. .. chống viêm, kháng khuẩn [13,14,15]… Từ nghệ vàng hợp chất có cấu tr c c ng phân lập [1,2] Về kết docking phân tử hợp chất với enzym COX-2: d n xuất sesquiterpen chưa nghiên cứu nhiều m hình sàng