Khóa luận sàng lọc một số hợp chất alcaloid ức chế egfr bằng phương pháp docking phân tử định hướng điều trị ung thư phổi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC Y DƢỢC PHAN ĐĂNG HẢI SÀNG LỌC MỘT SỐ HỢP CHẤT ALCALOID ỨC CHẾ EGFR BẰNG PHƢƠNG PHÁP DOCKING PHÂN TỬ ĐỊNH HƢỚNG ĐIỀU TRỊ UNG THƢ PHỔI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Sinh viên : Phan Đăng Hải Giảng viên hƣớng dẫn : PGS.TS Bùi Thanh Tùng ThS.Đỗ Thị Hồng Khánh LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Bùi Thanh Tùng ThS.Đỗ Thị Hồng Khánh công tác Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội bạn Lệ Thị Hường tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em hồn thành khóa luận Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện để em học tập, nghiên cứu, rèn luyện suốt năm qua thực đề tài Sau cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, anh chị em bạn bè sát cánh, đồng hành, ủng hộ, động viên em trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Mặc dù có nhiều cố gắng,xong với kiến thức, kỹ thời gian hạn chế, khóa luận em khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để khóa luận tơi hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2023 Sinh viên Phan Đăng Hải DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT EGFR Thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì HPV Siêu vi bướu nhú người RRP Chứng đa bướu nhú tái diễn ROS Các loại oxy phản ứng GSH Glutathione reductase RTK Thụ thể tyrosine kinase NRG Neuregulin RMSD Độ lệch bình phương trung bình GLU Glutamate ASP Axit aspartic LYS Lysine PHE Phenylalanine MET Methionin ILE Isoleucine VAL Valin ALA Alanin ARG Arginine THR Threonine GLN Glutamine PRO Proline ADMET Hấp thu, Phân bố, Chuyển hóa,Thải trừ, Độc tính LD50 Liều gây chết trung bình DNA Acid deoxyribonucleic DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1.Kết mô docking Bảng 3.2 Kết thông số quy tắc Lipinski Bảng 3.3 Kết tương tác hợp chất sàng lọc với thụ thể EGFR Bảng 3.4 Kết phân tích thơng số ADMET (hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ độc tính) DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.Cấu trúc protein EGFR (A), kích hoạt (B) giảm dần liên kết phối tử Hình 1.2.Các protein EGFR ERBB đường xi dịng chúng Hình 1.3.Tỷ lệ đột biến EGFR ung thư phổi nhiều lâm sàng khác Hình 1.4 Cấu trúc nhóm alkaloid Hình 2.1 Hình ảnh 3D protein 6DUK Hình 3.1.RMSD phối tử tự nhiên thụ thể 6DUK trước sau docking Hình 3.2.Minh họa chiều tương tác phối tử đồng kết tinh vào vị trí hoạt động protein Hinh 3.3 Kết tương tác hợp chất sàng lọc với thụ thể EGFR MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN ĐẶT VẤN ĐỀ …………………………………………………………………………….1 CHƢƠNG I.TỔNG QUAN…………………………………………………………… 1.1.Tổng quan bệnh ung thƣ phổi tế bào nhỏ……………………… 1.1.1.Đại cƣơng ung thƣ phổi ………………………………………………… 1.1.2.Nguyên nhân-Yếu tố nguy ……………………………………………… 1.1.3.Điều trị ung thƣ phổi…………………………………………………………5 1.2.Tổng quan thụ thể EGFR …………………………………………………… 1.2.1.Sơ lƣợc thụ thể EGFR …………………………………………………….6 1.2.2.Sự biểu mức EGFR bệnh lý ung thƣ phổi tế bào nhỏ …………………………………………………………………………… 1.2.3.Các thuốc ức chế thụ thể EGFR ………………………………………… 10 1.3.Tổng quan hợp chất alkaloid ……………………………………………12 1.4.Tổng quan nghiên cứu in silicon …………………………………………….14 1.4.1.Docking phân tử …………………………………………………………….15 1.4.2.Quy tắc Lipinski hợp chất giống thuốc …………………………….17 1.4.3.Dự đoán ADMET thơng số dƣợc động học độc tính …………… 18 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …….19 2.1.Nguyên liệu thiết bị ………………………………………………………… 19 2.2 Nội dung nghiên cứu ……………………………………………………………20 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ……………………………………………………….20 2.3.1.Sàng lọc phƣơng pháp docking phân tử …………………………….20 2.3.2 Nghiên cứu đặc điểm giống thuốc …………………………………….22 2.3.3 Nghiên cứu đặc tính dƣợc động học độc tính (ADMET) ……… 22 CHƢƠNG 3:KẾT QUẢ ……………………………………………………………… 24 3.1 Mô protein docking …………………………………………………… 24 3.1.1 Đánh giá quy trình docking ……………………………………………….25 3.2.Tìm kiếm hợp chất tiềm từ kết docking ……………………… 26 3.3 Sàng lọc hợp chất giống thuốc …………………………………………… 41 3.4 Mô tả tƣơng tác hợp chất với protein đích………………………………42 3.5 Dự đốn thơng số ADMET…………………………………………………43 CHƢƠNG 4.BÀN LUẬN ………………………………………………………………51 4.1.Về kết luận……………………………………………………………………… 51 4.1.1.Berberin clorid …………………………………………………………… 51 4.1.2.Tetrahydroberberine …………………………………………………… 51 4.1.3.Rutaecarpine……………………………………………………………… 51 4.2 Về phƣơng pháp…………………………………………………………………51 4.3 Những hạn chế thách thức mơ hình nghiên cứu in silico ………… 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………………………….55 KẾT LUẬN ………………………………………………………………………… 55 KIẾN NGHỊ ………………………………………………………………………55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư phổi loại bệnh gây khối u bắt nguồn từ nhu mô phổi.Đây nguyên nhân hàng đầu gây tử vong liên quan đến ung thư.Hiện ,trên giới có khoảng 2,2 triệu ca mắc (chiếm khoảng 11,4% tổng số ca mắc ung thư,đứng thứ 2) khoảng 1,8 triệu ca tử vong (chiếm 18%,đứng hàng đầu).Tại Việt Nam có khoảng 26262 ca mắc mới(chiếm 14,2%,hàng thứ hai) khoảng 23 797 ca tử vong (chiếm 19,4%,đứng hàng thứ hai).Tuy nhiên ,nhờ tiến phương pháp chẩn đoán,sàng lọc điều trị nên tỉ lệ mắc tử vong giảm tương lai Trong ung thư phổi có hai loại chính: -Ung thư phổi khơng phải tế bào nhỏ (NSCLC) ,đây loại ung thư phổi phổ biến -Ung thư phổi tế bào nhỏ(SCLC), chiếm khoảng 20% trường hợp ung thư phổi[1] Thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì EGFR đích quan trong điều trị ung thư phổi ,đặc biệt ung thư phổi tế bào nhỏ.EGFR thành viên thụ thể tyrosine kinase ERBB truyền tín hiệu kích thích tăng trưởng đến tế bào kích thích phối tử EGFR.Trong mơ bình thường, sẵn có phối tử EGFR quy định chặt chẽ để đảm bảo động học trình tăng sinh tế bào khớp xác với yêu cầu mô cân nội môi Tuy nhiên, bệnh ung thư, EGFR thường kích thích liên tục q trình sản xuất bền vững phối tử EGFR môi trường vi mô khối u.Vì việc ức chế thụ thể EGFR mục tiêu điều trị ung thư phổi.Một số dược chất phát triển để tác động vào thụ thể erlotinib hay gefitinib[8] Trên sở đó,nhằm góp phần tìm kiếm hợp chất tiềm giúp điều trị ung thư phổi ,đặc biệt ung thư phổi tế bào nhỏ ức chế phơi nhiễm kim loại nặng,đề tài tiến hành với mục đích chính: Sàng lọc hợp chất alcaloid có tác dụng ức chế thụ thể EGFR phương pháp docking phân tử Nghiên cứu đặc điểm giống thuốc tính tốn thơng số dược động học độc tính hợp chất tốt thu sau trình sàng lọc CHƢƠNG I.TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan bệnh ung thƣ phổi tế bào nhỏ 1.1.1.Đại cƣơng ung thƣ phổi Ung thư phổi (tiếng Anh Lung Cancer) loại ung thư khởi phát từ phổi hay gọi khối u ác tính đường hơ hấp Bệnh xảy khối u ác tính hình thành phổi, phát triển nhanh kích cỡ dẫn tới xâm lấn, chèn ép quan xung quanh Ung thư bắt đầu phổi gọi ung thư phổi nguyên phát Ung thư lan đến phổi từ nơi khác thể gọi ung thư phổi thứ phát.Có hai dạng ung thư phổi nguyên phát Chúng phân loại theo loại tế bào mà ung thư bắt đầu phát triển Nó bao gồm: ● Ung thư phổi tế bào nhỏ – dạng phổ biến nhất, chiếm khoảng 80 đến 85 số 100 trường hợp Nó ba loại: ung thư biểu mô tế bào vảy, ung thư biểu mô tuyến ung thư biểu mô tế bào lớn ● Ung thư phổi tế bào nhỏ – dạng phổ biến thường lây lan nhanh ung thư phổi tế bào nhỏ[1] Ung thư phổi loại ung thư phổ biến giới nguyên nhân gây tử vong cao giới.Trong năm 2020,trên giới có khoảng 2.2 triệu ca mắc mới.935 nghìn ca tử vong.Tỷ lệ mắc ung thư phổi nam cao gấp đôi nữ.Tỉ lệ mắc bệnh nước phát triển cao so với nước phát triển[2] Vào năm 2020,tại Việt Nam,có khoảng 26262 ca mắc 23797 ca tử vong vào năm 2020.Tỷ lệ tử vong ung thư phổi đứng thứ hai,sau ung thư vú.Tỉ lệ mắc bệnh ung thư phổi độ tuổi 45 trở lên chiếm tỉ lệ cao.Ở nam giới,số ca tử vong ung thư phổi đứng hàng thứ hai sau ung thư gan nữ giới số đứng thứ hai sau ung thư vú[2] Chẩn đoán sớm ung thư phổi cách tốt để giảm tỷ lệ tử vong ung thư phổi.Các yếu tố tiên lượng quan trọng ảnh hưởng đến ung thư phổi bao gồm:giai đoạn bệnh,phương pháp điều trị sức khỏe thể trạng người bệnh Tỉ lệ sống năm bệnh nhân ung thư phổi chủ yếu phụ thuộc vào tình trạng bệnh bệnh nhân.Ở giai đoạn khu trú tỷ lệ sống người bệnh năm hàng rào máu não (log BB) Ch uy ển hó a Tính thấm -1,832 hệ thần kinh trung ương (log PS) -1,405 -1,795 -1,529 -1,52 Cơ chất Không CYP2D6 Không Không Khơng Khơng Cơ chất Có CYP3A4 Có Có Có Có Ức chế Có CYP1A2 Có Có Có Có Ức chế Khơng CYP2C19 Có Có Khơng Khơng Ức chế Khơng CYP2C9 Khơng Có Khơng Khơng Ức chế Có CYP2D6 Khơng Khơng Khơng Khơng Ức chế Khơng CYP3A4 Có Có Khơng Khơng 1,406 0,756 1,618 1,605 Khơng Khơng Khơng Có Độ 1,144 toàn Th thải ải phần trừ (log ml/min/kg) Cơ chất Khơng OCT2 45 thận Độc tính Khơng AMES Có Có Có Khơng 0,093 0,068 0,027 -0,474 Khơng Khơng Khơng Khơng Ức chế Có hERG II Có Có Có Khơng Độc tính 3,121 cấp đường uống chuột (LD50) (mol/kg) 2,603 2,431 2,458 2,117 Độc tính 1,429 mạn đường uống chuột (LD50) 1,271 0,709 2,155 1,557 Liều dung 0,087 nạp tối đa Độ (người) c chế Khơng tín Ức hERG I h (log mg/kg_bw/ day) Độc gan tính Có Khơng Có Có Có Kích da ứng Khơng Khơng Không Không Không 46 Về hấp thu, khả hấp thu chất đánh giá dựa vào thơng số: độ tan nước, tính thấm qua màng Caco2 khả hấp thu ruột (người) Một chất cho có khả thấm tốt tính thấm qua màng Caco2 (log Papp 106 cm/s) có giá trị lớn 0,9.Dựa vào kết từ bảng 3.4 cho thấy tất hợp chất có khả thấm tốt qua màng Caco2 nhiên khả hấp thu qua ruột Sanguinarine chloride hợp chất lại Về phân bố, hợp chất cho phân bố tốt đến mô giá trị log VDss > 0,45 phân bố log VDss < -0,1528,cho thấy chất Tetrahydroberberine,Berberin Clorid Coptisine Chloride có khả phân bố tốt chất lại với giá trị VDss 0,952,0,459 0,429.Ngồi ra, hai thơng số tính thấm qua hàng rào máu não (BBB) hệ thần kinh trung ương (CNS) quan trọng đánh giá tính an tồn hệ thần kinh dược chất Giá trị logBB lớn 0,3 cho có khả hấp thu tốt qua hàng rào máu não giá trị logPS lớn -2 cho có khả thấm qua hệ thần kinh trung ương Theo bảng 3.3,chỉ có Rutaecarpine có khả thấm tốt qua hàng rào máu não tất có khả thấm tốt qua hệ thần kinh trung ương Về chuyển hóa, hệ cytochrome P450 hệ enzym quan trọng q trình chuyển hóa thuốc gan với hai CYP quan trọng CYP3A4 CYP2D6.Tất hợp chất có chất CYP3A4 khơng có chất CYP2D6 Về thải trừ,4 hợp chất trừ Rutaecarpine có mức độ thải trừ tốt cịn Rutaecarpine có mức độ thải trừ (0.756).Chỉ có Coptisine Chloride chất OCT2 (chất vận chuyển cation hữu 2), đóng vai trị quan trọng q trình đào thải dạng ion hóa thuốc hợp chất nội sinh thận chiết xuất chất từ máu vào tế bào ống thận bước trình thải trừ Về độc tính ,độc tính AMES giúp dự đốn khả đột biến dẫn đến ung thư.Chỉ có Tetrahydroberberine Coptisine Chloride khơng có độc tính AMES.Ngồi ra,tất hợp chất khơng gây kích ứng da có Tetrahydroberberine gây độc tính gan 47 Sau phân tích kết ADMET,có chất berberin clorid ,Tetrahydroberberine Coptisine Chloride đạt đủ điều kiện để nghiên cứu thành thuốc.Tuy nhiên để trở thành ứng cử viên thuốc mới, cần thêm trình nghiên cứu phát triển sâu để tối ưu hóa, cải thiện nhược điểm hợp chất 3.5 Mô tả tƣơng tác hợp chất với protein đích Để mơ tả tương tác hợp chất vào trung tâm hoạt động protein đích bao gồm hợp chất tự nhiên tổng hợp cần phải sử dụng phần mềm Discovery Studio 2021 Client để minh họa.Các liên kết phân tử với acid amin vị trí hoạt động minh họa hai chiều thể hình Berberin clorid Sanguinarine Chloide 48 Tetrahydroberberin Rutaecarpine Coptisine Chloride Gefitinib Hinh 3.3 Kết tương tác hợp chất sàng lọc với thụ thể EGFR Dựa theo kết tương tác thể hình 3.3 ,các tương tác thể Bảng 3.4 Bảng 3.4.Kết tương tác acid amin chất vào trung tâm hoạt động protein 49 Tên hợp chất Năng lượng PubChem liên kết ID Các acid amin tạo liên kết Berberin Clorid -8.9 12456 Liên kết Hydro : LYS-745 Liên kết Cacbon -Hydro : ASP855,LEU-861 Liên kết Pi-pi : PHE-723 Liên kết Pi-Alkyl : LEU-858 ,LEU862,LEU-747,LEU-788 Sanguinarine -10.9 68635 Liên kết Cacbon-Hydro : LEU -861 Liên kết Pi-Alkyl : LEU-858 ,LEU-788 ,MET-766 ,LYS-745 ,LEU747 Tetrahydroberberine -9.4 34458 Liên kết Hydro : ASP-842 Liên kết Pi-Sigma : VAL-726 Liên kết Cacbon-Hydro : GLN791,LYN-796 Liên kết Pi-Sulfur : MET-790 Liên kết Pi-Alkyl : ALA-743,MET793,LEU-792,LEU-718,LEU844,ARG-841 Rutaecarpine -9.7 65752 Liên kết Cacbon-Hydro : LEU-861 Liên kết Pi-Alkyl : LYS-745 ,MET-766 ,LEU-788,LEU-858,LEU-747 Coptisine Chloride -10.2 72321 Liên kết Cacbon-Hydro : ASP-855 ,LEU-861 Liên kết Alkyl : LEU-788,MET-766 ,LEU-777,LEU-747,LEU-858 Gefitinib -8.7 123631 Liên kết Hydro : LYS-745,CYS-797 Liên kết Alkyl : LEU-844, ALA743,VAL-726 Liên kết Pi-Sulfur : MET-790 Liên kết : LEU-788 chloride 50 CHƢƠNG 4.BÀN LUẬN 4.1.Kết luận Trong nghiên cứu ,chúng sàng lọc 50 hợp chất từ thư viện hóa học PubChem.Kết thu nhiều hợp chất có khả gắn tốt vào vị trí hoạt động EGFR.Tuy nhiên ,sau trình sàng lọc có hợp chất có đặc điểm phù hợp để phát triển thành thuốc Berberin clorid Berberin clorid có điểm số docking -8.9 Kcal/mol , cho thấy khả thấm qua hàng rào máu não (0.88 log Papp 10-6 cm/s) khả hấp thu qua ruột tốt,thải trừ qua thận nhanh có độc tính gan tim.Tuy chưa có nghiên cứu thực nghiệm tác dụng ức chế thụ thể EGFR có tương tác tốt với thụ thể đích có đặc tính giống thuốc.Vì cần phải có nghiên cứu sâu tác dụng lên thể người Tetrahydroberberine Tetrahydroberberine loại alkaloid tự nhiên xuất loại bụi phân bố rộng rãi, rụng thường xanh, thuộc chi Berberis.Một số nghiên cứu gần có nhiều tác dụng dược lý quan trọng,đặc biệt gây độc tế bào đạt hiệu chất chống oxy hóa.Tetrahydroberberin có khả liên kết tốt với protein EGFR với điểm số docking -9.4 Kcal/mol.Nó có khả thấm qua màng Caco2 thấm qua ruột tốt.nhưng khả thấm qua hàng rào máu não kém.Khả thải trừ qua thận tốt có độc tính gan.Vì có đặc điểm giống thuốc cần nghiên cứu thêm tác dụng thể người Coptisine Chloride Coptisine Chloride có khả liên kết tốt với protein EGFR với điểm số docking -10.2.Nó có khả thấm qua màng Caco2 thấm qua ruột tốt đồng thời khả thấm qua hàng rào máu não tốt.Đồng thời khả thải trừ qua thận tốt khơng có độc tính gan.Vì có đặc điểm giống thuốc cần nghiên cứu thêm tác dụng thể người 4.2.Phƣơng pháp Kỹ thuật sàng lọc ảo Kỹ thuật sàng lọc ảo in silico lĩnh vực dược học lĩnh vực phát triển nhanh chóng toàn cầu bao gồm phát triển kỹ thuật sử dụng 51 phần mềm để thu thập, phân tích tích hợp liệu sinh học y tế từ nhiều nguồn đa dạng Các mơ hình in silico sử dụng thường xuyên việc khám phá tối ưu hóa phân tử có lực với mục tiêu, làm rõ đặc tính hấp thụ, phân bố, chuyển hóa, tiết độc tính đặc tính hóa lý Điều làm tăng khả thành công, rút ngắn thời gian, cơng sức chi phí để nghiên cứu thuốc đưa thị trường Tuy nhiên bên cạnh in silico cịn mặt nhược điểm Kỹ thuật ngày phát triển với nhiều chương trình, phần mềm đời; phần mềm có thuật tốn riêng nên kết khác Cơ chất protein thay đổi cấu dạng việc khác nghiên cứu thực tế cần xác định thông qua kỹ thuật in silico, in vitro, in vivo Sàng lọc đặc tính giống thuốc Quy tắc Ro5 quy tắc sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn sớm để đánh giá hợp chất trình nghiên cứu phát triển thành thuốc Quy tắc thiết lập nhanh chóng, dễ dàng không tốn Tuy nhiên Ro5 áp dụng cho hợp chất theo đường tiêu hóa, hấp thu theo chế bị động, không áp dụng cho chất chất vận chuyển hợp chất tự nhiên Nhiều hợp chất kháng sinh, kháng nấm, vitamin số glycosides tim mạch không thỏa mãn Ro5 Các hợp chất thỏa mãn tất quy tắc không thiết thuốc tốt Việc đánh giá Ro5 qua phần mềm khác có sai lệch ảnh hưởng đến kết sàng lọc Dự đốn thơng số ADMET Các thơng số dược động học độc tính chất có đánh giá thơng qua công cụ pkCSM dựa cấu trúc Khả hấp thu chất đánh giá thông qua hai thơng số tính thấm qua màng Caco2 khả hấp thu ruột Dòng tế bào Caco2 tế bào ung thư biểu mô tuyến ruột kết người Các tế bào đơn lớp Caco2 sử dụng rộng rãi mơ hình in vitro niêm mạc ruột người để dự đoán hấp thu loại thuốc uống Đối với mơ hình dự đốn pkCSM, độ thấm Caco2 cao giá trị dự đoán > 0,9 Ruột bình thường vị trí hấp thụ thuốc qua đường uống Phương pháp xây dựng để dự đoán tử lệ hợp chất hấp thụ qua ruột 52 non người Đối với hợp chất định, độ hấp thụ nhỏ 30% coi chất hấp thụ Thể tích phân bố trạng thái ổn định (VDss) cao có nhiều thuốc phân phối mơ huyết tương Nó bị ảnh hưởng suy thận nước Vdss coi thấp 0,71 L/kg (log VDss 0,45) Não bảo vệ khỏi hợp chất ngoại sinh hàng rào máu não (BBB) Khả qua hàng rào máu não loại thuốc thông số quan trọng cần xem xét để giúp giảm tác dụng phụ độc tính để cải thiện hiệu loại thuốc có hoạt tính dược lý não Đối với hợp chất định, logBB> 0,3 coi dễ dàng vượt qua hàng rào máu não phân tử có logBB -2 coi xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương (CNS), hợp chất có logPS