TỔNG QUAN
Tổng quan về bệnh ung thư vú
Ung thư vú là bệnh lý xảy ra khi tế bào tuyến vú phát triển một cách không kiểm soát, dẫn đến sự hình thành các khối u ác tính Những khối u này có khả năng phân chia mạnh mẽ, xâm lấn các mô xung quanh và có thể di căn đến các bộ phận khác trong cơ thể.
Ung thư vú phát sinh từ các tế bào biểu mô của ống dẫn (85%) hoặc tiểu thùy (15%) trong mô tuyến vú Ban đầu, khối u thường nằm trong ống dẫn hoặc tiểu thùy (“tại chỗ”) và thường không gây ra triệu chứng, ít có khả năng lây lan Theo thời gian, những khối u tại chỗ (giai đoạn 0) có thể tiến triển thành ung thư vú xâm lấn, xâm chiếm các mô vú xung quanh và có khả năng di căn đến các hạch bạch huyết lân cận hoặc các cơ quan khác trong cơ thể.
Ung thư vú là loại ung thư phổ biến nhất toàn cầu và là nguyên nhân chính gây tử vong do ung thư ở phụ nữ Năm 2020, thế giới ghi nhận khoảng 2,3 triệu ca mắc mới và 685 nghìn ca tử vong Tỷ lệ mắc ung thư vú ở phụ nữ cao hơn so với các loại ung thư khác, với 55,9 ca trên 100.000 dân ở các nước phát triển và 29,7 ca trên 100.000 dân ở các nước đang phát triển.
Theo báo cáo của Globocan 2020, ung thư vú tại Việt Nam ghi nhận 21.555 ca mắc mới, đứng đầu về số ca mắc ở nữ giới (chiếm 25.8%) và đứng thứ ba tổng thể (sau ung thư gan và ung thư phổi) Tỷ lệ mắc chuẩn theo tuổi của ung thư vú ở nữ là 34.2 trên 100.000 dân Về tỷ lệ tử vong, ung thư vú đứng thứ tư với 9.345 trường hợp, chỉ sau ung thư gan, ung thư phổi và ung thư dạ dày, tỷ lệ tử vong chuẩn theo tuổi là 13.8 trên 100.000 dân.
Chẩn đoán sớm ung thư vú là phương pháp hiệu quả nhất để giảm tỷ lệ tử vong ở phụ nữ Theo báo cáo Globocan 2020, tỷ lệ tử vong do ung thư vú ở các nước đang phát triển cao hơn so với các nước phát triển, mặc dù tỷ lệ mắc thấp hơn Một nghiên cứu tổng hợp 83 nghiên cứu tại 17 quốc gia châu Phi cận Sahara cho thấy 77% trường hợp ung thư vú được chẩn đoán ở giai đoạn muộn (giai đoạn III/IV) Tại Việt Nam, nghiên cứu cho thấy 61,2% phụ nữ được chẩn đoán ung thư vú ở giai đoạn II, trong khi tỷ lệ chẩn đoán giai đoạn muộn (giai đoạn III và IV) cũng đáng kể, lần lượt là 19,4% và 8,2%.
Các yếu tố tiên lượng quan trọng trong ung thư bao gồm kích thước của u nguyên phát, số lượng hạch di căn, thể mô bệnh học, độ mô học, tình trạng thụ thể nội tiết và tình trạng thụ thể HER2 (human epidermal growth factor receptor).
Tỷ lệ sống 5 năm của bệnh nhân ung thư vú đã có sự cải thiện đáng kể qua các năm Theo thống kê tại Hoa Kỳ, tỷ lệ sống cho bệnh nhân ung thư vú giai đoạn 0 và I đạt 100% vào năm 2012, trong khi giai đoạn II là 93%, giai đoạn III là 72%, và giai đoạn IV là 22% Sự gia tăng này chủ yếu nhờ vào các chương trình sàng lọc nhũ ảnh được tổ chức có hệ thống và nỗ lực nâng cao nhận thức về ung thư vú, giúp phát hiện sớm và điều trị kịp thời, từ đó giảm tỷ lệ tử vong và nâng cao chất lượng sống cho bệnh nhân.
1.1.2 Nguyên nhân – Các yếu tố nguy cơ
Các khối u vú thường bắt nguồn từ sự tăng sinh của ống dẫn sữa, có thể phát triển thành khối u lành tính hoặc tiến triển thành ung thư di căn do tác động của các yếu tố gây ung thư Môi trường vi mô khối u, bao gồm tác động của mô đệm và đại thực bào, đóng vai trò quan trọng trong sự khởi phát và tiến triển của ung thư vú Nghiên cứu cho thấy tuyến vú của chuột có thể hình thành u khi chỉ có mô đệm tiếp xúc với chất gây ung thư Đại thực bào có khả năng tạo ra vi môi trường viêm, thúc đẩy hình thành mạch và giúp tế bào ung thư tránh được sự tiêu diệt của hệ miễn dịch Sự khác biệt trong methyl hóa DNA giữa môi trường bình thường và môi trường khối u cho thấy rằng các thay đổi biểu sinh có thể thúc đẩy quá trình sinh ung thư Gần đây, tế bào gốc ung thư (CSC) đã được phát hiện, liên quan đến sự khởi phát, di căn và tái phát của khối u, với khả năng tự đổi mới và kháng lại các liệu pháp điều trị như hóa trị và xạ trị.
Các yếu tố nguy cơ mắc bệnh UTV được chia thành hai loại: không thể điều chỉnh và có thể điều chỉnh Các yếu tố không thể điều chỉnh bao gồm giới tính nữ, tuổi cao, tiền sử gia đình có người mắc ung thư vú hoặc ung thư buồng trứng, đột biến gen, chủng tộc, và các yếu tố hormon sinh sản như có kinh lần đầu sớm, mãn kinh muộn, không sinh con, không cho con bú, và sinh con đầu lòng muộn Ngoài ra, mật độ mô vú, tiền sử ung thư vú, bệnh lý vú lành tính và tiền sử xạ trị cũng là những yếu tố quan trọng Các yếu tố có thể điều chỉnh bao gồm ít hoạt động thể chất, thừa cân/béo phì, uống rượu, hút thuốc, thiếu vitamin, tiêu thụ thực phẩm chế biến sẵn, tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo và hóa chất Đặc biệt, tiền sử gia đình có nhiều người mắc UTV ở lứa tuổi trẻ là yếu tố nguy cơ nổi bật.
1.1.3 Điều trị ung thư vú 1.1.3.1 Phẫu thuật
Đối với khối u nguyên phát, có nhiều phương pháp phẫu thuật khác nhau như cắt tuyến vú kết hợp với vét hạch nách, cắt tuyến vú tiết kiệm da, cắt tuyến vú bảo tồn quầng núm, và phẫu thuật bảo tồn kết hợp với các kỹ thuật tái tạo.
- Đối với hạch vùng: có các hình thái phẫu thuật như nạo vét hạch nách hoặc sinh thiết hạch cửa.
Tạo hình và tái tạo tuyến vú cho bệnh nhân ung thư vú là nhu cầu cấp thiết và chính đáng trong những năm gần đây Có nhiều phương pháp như sử dụng chất liệu độn (implant), vạt da cơ có cuống hoặc vạt da cơ tự do với kỹ thuật vi phẫu Quyết định loại phẫu thuật cần được bác sĩ chuyên ngành ung bướu đưa ra sau khi đánh giá toàn diện tình trạng bệnh và chất lượng sống của bệnh nhân.
- Phẫu thuật sạch sẽ, phẫu thuật triệu chứng: đối với giai đoạn muộn 11
1.1.3.2 Xạ trị a Xạ trị chiếu ngoài
- Xạ trị tại diện u: áp dụng với các trường hợp có khối u lớn (>5cm) hoặc u ở vị trí ngoại biên, khả năng cắt rộng bị giới hạn.
- Xạ trị tại hạch vùng: áp dụng cho các trường hợp có 4 hạch di căn hoặc có hạch di căn kết hợp với yếu tố nguy cơ cao.
- Xạ trị trong điều trị bảo tồn: đây là lựa chọn bắt buộc trong điều trị bảo tồn ung thư vú.
Xạ trị trong điều trị ung thư có nhiều hình thức phong phú, bao gồm xạ trị bằng máy Cobalt truyền thống và xạ trị bằng máy gia tốc hiện đại Các kỹ thuật tiên tiến như lập kế hoạch xạ trị 3D, xạ trị điều biến liều, xạ trị với suất liều thấp, xạ trị điều biến thể tích (VMAT) và xạ trị proton cũng được áp dụng để nâng cao hiệu quả điều trị.
Mô phỏng xạ trị: Chụp mô phỏng bằng CLVT, MRI hoặc PET/CT, PET/MRI 11 b Xạ trị áp sát:
Cấy hạt phóng xạ vào khối u hoặc diện u là phương pháp điều trị hiệu quả cho những trường hợp không thể phẫu thuật triệt căn, bao gồm cả bệnh lý kèm theo hoặc khi bệnh nhân từ chối phẫu thuật Xạ trị trong mổ (Intraoperative Radiation Therapy: IORT) cũng là một lựa chọn đáng chú ý trong điều trị ung thư.
IORT (Xạ trị liều cao ngay tại chỗ) là một phương pháp điều trị tiên tiến, cho phép cung cấp một liều xạ trị duy nhất với cường độ cao, tập trung vào khu vực nền khối u sau phẫu thuật hoặc các phần còn lại của khối u không thể phẫu thuật, bao gồm cả các khối u tái phát và di căn.
Xạ trị trong mổ đối với ung thư vú thường được chỉ định cho các khối u vú có thể phẫu thuật, bao gồm mổ bảo tồn với kích thước u dưới 3cm và không có hạch lâm sàng, hoặc trong các trường hợp tái phát.
- Có thể sử dụng IORT với liều duy nhất hoặc tăng cường xạ trị toàn bộ vú, đặc biệt những trường hợp ung thư vú tái phát 11
Tổng quan về thụ thể ER-alpha
Thụ thể estrogen (ER) là một thành viên quan trọng trong siêu họ thụ thể nhân, có vai trò trung gian cho các tác động của hormone steroid estrogen trong nhiều quá trình sinh lý Estrogen điều chỉnh sự phát triển và cân bằng nội môi trong tế bào, nhưng cũng liên quan đến nguy cơ ung thư vú và ung thư nội mạc tử cung Biểu hiện của ER trong khối u có thể ảnh hưởng đến sự tiến triển và tiên lượng của bệnh nhân ung thư vú, làm cho nó trở thành một yếu tố quan trọng trong chăm sóc lâm sàng Trong nhân, ER điều hòa biểu hiện gen mục tiêu thông qua tương tác với DNA và các protein điều hòa khác, từ đó ảnh hưởng đến quá trình phiên mã Sự kết hợp của 17-β-estradiol với ER có thể dẫn đến sự phát triển khối u trong ung thư vú dương tính với ER, và việc giảm nồng độ estrogen có thể giúp bệnh thoái lui Sự xóa bỏ sự điều hòa của các chất điều hòa khác như Ecadherin và MTA1 cũng có thể dẫn đến tăng sinh tế bào không kiểm soát, gây ra ung thư vú Ngoài ra, SRC-1 và PELP1 cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự xâm lấn và di căn của ung thư vú.
ERα Nói chung, những nghiên cứu này cho thấy rằng các chất điều hòa ERα đã sửa đổi biểu hiện của các gen liên quan đến di căn 5
ER, được phát hiện bởi Elwood Jensen vào năm 1958 và gen tương ứng được nhân bản vào năm 1985, có hai dạng đồng dạng là ERα và ERβ ERα chủ yếu biểu hiện ở các mô sinh sản như tử cung và buồng trứng, cũng như ở vú, thận, xương, mô mỡ trắng và gan Trong khi đó, ERβ được tìm thấy ở buồng trứng, hệ thần kinh trung ương, hệ tim mạch, phổi, cơ quan sinh sản nam, tuyến tiền liệt, ruột kết, thận và hệ thống miễn dịch ER có ba miền chính: miền đầu N (NTD), miền liên kết DNA (DBD) và miền liên kết phối tử (LBD) Hai miền hoạt hóa chức năng, AF1 và AF2, nằm trong NTD và LBD, chịu trách nhiệm điều hòa hoạt động phiên mã của ER.
Trình tự của thụ thể estrogen alpha (ERα) được phân chia thành các miền khác nhau, mỗi miền được đánh dấu bằng màu sắc riêng: miền đầu amin (NTD) màu đỏ, miền liên kết DNA (DBD) màu xanh lục, miền bản lề màu xanh lam, miền liên kết phối tử (LBD) màu vàng, và miền F nằm về phía đầu C có màu xám Vị trí trình tự axit amin cho mỗi miền cũng được chỉ rõ.
Hình 1.2 Cấu trúc 3 chiều của ERα liên kết với estradiol (cấu trúc PDB 1A52) 15
Hoạt động phiên mã đầy đủ của ER đạt được nhờ sự hiệp đồng giữa hai
AF hoạt động như chất khởi động và có tính đặc hiệu cho tế bào, với chức năng của AF1 độc lập với hormone, trong khi AF2 cần hormone để hoạt động Miền bản lề “D” sau DBD chứa tín hiệu định vị hạt nhân khi liên kết phối tử, đóng vai trò kết nối linh hoạt giữa DBD và LBD Miền “F” ở đầu C, chứa 42 axit amin, có chức năng điều hòa phiên mã gen theo cách đặc trưng cho phối tử Nghiên cứu gần đây của Koide và cộng sự đã chỉ ra khả năng điều biến của phối tử, promoter và mô cụ thể của miền “F”, cũng như tác động của nó đến quá trình dime hóa thụ thể.
Là một thành viên của siêu họ thụ thể nhân của các yếu tố phiên mã, ERα chứa cấu trúc LBD hình cầu với vị trí liên kết hormone và các vị trí tương tác của chất điều hòa Cấu trúc ERα LBD bao gồm 11 vòng xoắn α và lần đầu tiên được xác định với phối tử tự nhiên 17β-estradiol (E2), cho thấy E2 nằm trong một khoang ellipsoid nhỏ gọn với môi trường kỵ nước Các nhóm hydroxyl trong estradiol tại vị trí 3 và 17 rất quan trọng trong việc định hướng phối tử steroid/hormone, thông qua các liên kết hydro với các amino acid quan trọng Khi liên kết với chủ vận, ERα có cấu trúc ba lớp phức tạp, cho thấy sự sắp xếp không gian của các vòng xoắn Do vai trò của tín hiệu estrogen trong nhiều bệnh, các phối tử liên kết với ERα đã được phát triển, bao gồm cả diethylstilbestrol, cho thấy các tương tác kỵ nước chi phối vị trí cấu trúc LBD.
1.2.2 Một số hợp chất có tác dụng ức chế thụ thể ER-alpha
Liệu pháp nội tiết là phương pháp điều trị chính cho hầu hết bệnh nhân ung thư vú có thụ thể estrogen dương tính Hiện tại, ba loại liệu pháp nội tiết phổ biến được áp dụng bao gồm:
- Thuốc ức chế Aromatase (AIs): Letrozole và anastrozole làm giảm sản sinh estrogen bằng cách ức chế enzym aromatase, do đó ngăn chặn mức độ lưu hành của estrogen.
Thuốc điều hòa thụ thể estrogen chọn lọc (SERDs), như Fulvestrant, hoạt động bằng cách ức chế cạnh tranh liên kết của estradiol với thụ thể estrogen (ER) nhờ vào ái lực liên kết cao hơn Sự kết hợp giữa Fulvestrant và ER làm suy yếu quá trình dime hóa thụ thể và chuyển hóa năng lượng giữa nhân và tế bào chất, từ đó ngăn chặn sự định vị hạt nhân của thụ thể.
Chất điều biến estrogen có chọn lọc như Tamoxifen hoạt động bằng cách liên kết cạnh tranh với thụ thể estrogen, thay thế estrogen và ức chế chức năng của nó trong tế bào vú Những chất này không chỉ ngăn chặn sự kích hoạt của các gen liên quan đến tăng sinh tế bào mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của thụ thể estrogen Hình 1.3 mô tả vai trò của thụ thể estrogen và các chất đối kháng của nó.
Hình 1.3 Vai trò của thụ thể estrogen alpha và chất đối kháng thụ thể estrogen alpha (tamoxifen, fulvestrant, letrozole và anastrozole) trong ung thư vú
Hiện nay, một số loại thuốc điều trị ung thư vú như tamoxifen, raloxifene, toremifene và fulvestrant vẫn gặp phải những hạn chế Tamoxifen là lựa chọn chính cho bệnh nhân có khối u vú liên quan đến estrogen (ER), nhưng có thể gây ra sự đề kháng sau vài năm điều trị và làm tăng nguy cơ ung thư nội mạc tử cung Tương tự, phụ nữ sử dụng toremifene lâu dài cũng có nguy cơ cao phát triển ung thư nội mạc tử cung Raloxifene, một chất điều biến thụ thể estrogen chọn lọc, lại làm tăng nguy cơ hình thành cục máu đông, huyết khối sâu và thuyên tắc phổi ở bệnh nhân ung thư vú.
Các hợp chất kháng thụ thể estrogen mới được phát triển có ái lực gắn kết tốt với thụ thể và có khả năng hoạt hóa chọn lọc thụ thể trong tiến triển ung thư vú Điều này cho thấy các chất đối kháng thụ thể ERα chọn lọc có thể mang lại hiệu quả trong điều trị ung thư vú.
Tỷ lệ bệnh ung thư vú ngày càng gia tăng, kèm theo tình trạng kháng thuốc, đang làm giảm hiệu quả điều trị Do đó, các nghiên cứu đang được tiến hành để tìm kiếm các hợp chất mới có khả năng ức chế thụ thể estrogen alpha với hoạt tính tốt hơn, đồng thời hạn chế các tác dụng phụ và chống chỉ định, nhằm nâng cao hiệu quả điều trị bệnh ung thư vú trong lâm sàng.
Tổng quan về nhóm hợp chất alkaloid
Alkaloid là các hợp chất tự nhiên được tìm thấy trong vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật, nhưng sự phân bố của chúng trong mỗi nhóm là hạn chế Chúng có mặt trong khoảng 300 họ thực vật, với các hợp chất cụ thể thường giới hạn trong một số họ nhất định, chẳng hạn như hyoscyamine trong họ Solanaceae Alkaloid có thể xuất hiện ở bất kỳ bộ phận nào của cây, nhưng một số hợp chất như quinin lại chỉ có trong vỏ cây canhkina Hơn 18.000 loại alkaloid đã được phát hiện, với vai trò chủ yếu liên quan đến khả năng tự vệ, ức chế đối thủ cạnh tranh và giao tiếp Trong vi sinh vật, alkaloid có thể ức chế sự ăn, trong khi ở thực vật, chúng ngăn cản động vật ăn cỏ và bảo vệ chống lại các sản phẩm phụ độc hại từ quang hợp Alkaloid cũng hoạt động như phytoanticipin và phytoalexin, giúp bảo vệ thực vật khỏi nhiễm trùng.
Alkaloid được đặc trưng bởi sự đa dạng về cấu trúc và sự hiện diện của một nguyên tử nitơ, đây là đặc điểm thống nhất duy nhất giữa chúng Hầu hết alkaloid chỉ có một nguyên tử nitơ, nhưng một số có thể có lên đến năm nguyên tử Nitơ có thể tồn tại dưới dạng amin bậc một, bậc hai hoặc bậc ba Ngoài nitơ, hầu hết alkaloid còn chứa oxy bên cạnh cacbon và hydro Chúng có thể xuất hiện dưới dạng monomer hoặc tạo thành các chất dimer (bisalkaloid), trimer hoặc tetramer Các đồng phân oligomer này thường là đồng phân đồng hợp, mặc dù cũng có sự xuất hiện của đồng phân dị hợp.
Không có nguyên tắc phân loại đơn lẻ nào cho phép phân loại nhất quán tất cả các alkaloid Các alkaloid có thể được phân loại theo cấu trúc hóa học, nguồn gốc sinh hóa và nguồn gốc tự nhiên Theo cấu trúc hóa học, alkaloid được chia thành hai loại chính: alkaloid dị vòng chứa nitơ trong vòng và alkaloid không dị vòng chứa nitơ trong chuỗi bên Alkaloid dị vòng thường được phân loại theo cấu trúc vòng, trong khi alkaloid không dị vòng được phân chia theo nguồn gốc sinh tổng hợp Ngoài ra, alkaloid cũng có thể phân loại theo nguồn gốc tự nhiên, vì nhiều alkaloid cụ thể gắn liền với các nguồn đặc thù Tên của các alkaloid thường kết thúc bằng '-ine' và thường được đặt theo sinh vật mà chúng được chiết xuất, như atropine từ Atropa belladonna Khi thu được nhiều alkaloid từ cùng một nguồn, chúng có thể có tiền tố hoặc hậu tố phức tạp hơn, hoặc được đặt tên theo vị trí địa lý, hoạt tính dược lý, hoặc theo tên người phát hiện.
Các alkaloid, mặc dù có cấu trúc đa dạng, nhưng đều chia sẻ nhiều đặc tính vật lý và hóa học chung Chúng có khả năng hình thành liên kết hydro với protein, enzym và thụ thể nhờ vào nguyên tử nitơ nhận proton và các nguyên tử hydro amin Điều này, kết hợp với sự hiện diện của các nhóm chức năng như phenolic hydroxyl, giải thích cho hoạt tính sinh học phong phú của alkaloid Các dược tính của alkaloid bao gồm giảm đau (codeine), kích thích thần kinh trung ương (brucine), ức chế thần kinh trung ương (morphine), hạ huyết áp (ephedrine), và kháng cholinergic (atropine) Chúng được ứng dụng trong cả y học cổ truyền và hiện đại, như quinin trong điều trị sốt rét và vinblastine trong điều trị ung thư Nghiên cứu cho thấy vinca alkaloid có thể giảm mức protein ERα sau 12 giờ điều trị, chứng minh tiềm năng kháng ung thư vú của chúng Do đó, cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu rõ cơ chế ức chế ERα của alkaloid và tìm ra các hợp chất tiềm năng hỗ trợ điều trị ung thư vú.
Tổng quan về nghiên cứu in silico
Thuật ngữ “in silico” đề cập đến các thí nghiệm được thực hiện bằng máy tính, liên quan đến các khái niệm sinh học như in vivo và in vitro Mặc dù nguồn gốc của thuật ngữ này chưa được xác định rõ ràng, nhưng một số ví dụ sớm nhất đã được công bố bởi Sieburg (1990) và Danchin cùng các cộng sự (1991) Danchin (2002) cũng đã đưa ra một mô tả ngắn gọn về tiềm năng của các công cụ tính toán trong các lĩnh vực hóa học, sinh học và dược học.
Tin học đóng vai trò quan trọng trong việc phát minh và phân tích chức năng sinh học, với tiềm năng của phương pháp tính toán in silico được công nhận là một bổ sung thiết yếu cho các thí nghiệm in vivo và in vitro Lĩnh vực dược lý học in silico, hay còn gọi là dược lý học máy tính, đang phát triển nhanh chóng, sử dụng các kỹ thuật phần mềm để thu thập, phân tích và tích hợp dữ liệu sinh học và y tế từ nhiều nguồn khác nhau Phương pháp này cho phép tạo ra các mô hình tính toán và mô phỏng, giúp đưa ra dự đoán, đề xuất giả thuyết, và thúc đẩy những tiến bộ trong y học và trị liệu.
Gần đây, các phương pháp phát minh thuốc có sự hỗ trợ của máy tính (CADD) đang thu hút sự chú ý nhờ khả năng giảm quy mô, thời gian và chi phí so với các phương pháp thử nghiệm truyền thống CADD bao gồm việc xác định các đích tác dụng của thuốc tiềm năng, sàng lọc ảo các thư viện hóa học lớn, tối ưu hóa ứng cử viên thuốc và đánh giá độc tính của chúng Sau khi hoàn thành các quy trình này, các ứng cử viên thuốc sẽ trải qua thí nghiệm in vitro/in vivo để xác nhận hiệu quả Phương pháp CADD giúp giảm số lượng hợp chất hóa học cần thử nghiệm, đồng thời tăng tỷ lệ thành công bằng cách loại bỏ những hợp chất không hiệu quả và độc hại Đến nay, CADD đã thành công trong việc phát triển nhiều loại thuốc mới, bao gồm thuốc điều trị HIV, thuốc chống ung thư và thuốc kháng sinh Trong số đó, phát minh thuốc dựa trên cấu trúc (SBDD) là một phương pháp CADD tiềm năng, sử dụng thông tin cấu trúc protein đích để tính toán ái lực liên kết giữa phối tử và protein, thông qua các kỹ thuật như docking phân tử và mô phỏng động lực học phân tử.
Docking là kỹ thuật máy tính giúp tối ưu hóa cấu trúc tương thích giữa phối tử và protein, nhằm giảm thiểu năng lượng tự do của hệ thống Tương tác giữa phối tử và đích có thể do lực không liên kết hoặc tương tác cộng hóa trị Quy trình docking phân tử mô phỏng cấu trúc phức hợp phối tử-thụ thể, trong đó thụ thể thường là protein hoặc axit nucleic, còn phối tử là phân tử nhỏ hoặc protein khác Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong phát minh thuốc dựa trên cấu trúc nhờ độ chính xác cao trong việc dự đoán vị trí liên kết của các phối tử phân tử nhỏ.
Mục đích chính của docking phân tử là dự đoán cấu trúc phức hợp phối tử-thụ thể thông qua các phương pháp tính toán Quá trình docking thường bao gồm hai bước: đầu tiên, lấy mẫu sự tương thích của phối tử tại vị trí hoạt động của protein bằng các thuật toán; sau đó, xếp hạng các sự tương thích này thông qua hàm tính điểm.
Nhiều thuật toán lấy mẫu đã được phát triển và áp dụng trong phần mềm docking phân tử, bao gồm thuật toán so khớp (MA) dựa trên khoảng cách giữa các nhóm chức trong protein và phối tử, phương pháp xây dựng tăng dần (IC) đưa phối tử vào vị trí hoạt động của protein theo kiểu phân mảnh, phương pháp Monte Carlo (MC) tạo ra tư thế phối tử qua chuyển động quay và tịnh tiến, thuật toán di truyền (GA) dựa trên thuyết tiến hóa của Darwin để tạo ra các tư thế bằng đột biến và trao đổi chéo, cùng với mô phỏng động lực học phân tử (MD) dự đoán chuyển động của từng nguyên tử trong trường của các nguyên tử khác, thể hiện tính linh hoạt của phối tử và protein một cách hiệu quả hơn so với các thuật toán khác.
Hàm tính điểm là phương pháp ước tính ái lực liên kết, giúp tối ưu hóa hợp chất dẫn đường từ kết quả sàng lọc ảo và tìm phối tử có ái lực cao nhất Độ chính xác của hàm có thể được kiểm chứng qua các bài kiểm tra sàng lọc docking, nếu loại trừ được các yếu tố dương tính giả và phù hợp với dữ liệu thực nghiệm Nhiều phương pháp ước tính ái lực liên kết giữa protein và phối tử từ cấu trúc 3D của phức hợp nhị phân, sử dụng tọa độ nguyên tử làm đầu vào Các hàm tính điểm ước tính năng lượng tự do của liên kết hoặc hằng số liên kết (Kd) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG), xem xét các tương tác như Van der Waals, liên kết kị nước, liên kết Hydro, liên kết cộng hóa trị và liên kết tĩnh điện Độ chính xác tăng theo số lượng tham số hóa lý, nhưng thời gian tính toán sẽ lâu hơn nếu số lượng biến lớn Do đó, các hàm tính điểm cần cân bằng giữa độ chính xác và tốc độ để hiệu quả khi làm việc với cơ sở dữ liệu lớn.
Docking là một bài toán tối ưu nhằm xác định vị trí và cấu hình tối ưu của cơ chất gắn kết lên protein Mục tiêu chính của quá trình này là tìm cấu hình có năng lượng tự do thấp nhất, tương ứng với cấu hình bền nhất khi liên kết giữa phối tử và protein được hình thành Quá trình docking bao gồm ba bước chính: chuẩn bị phối tử, chuẩn bị protein và mô phỏng docking.
Cấu trúc các phối tử có thể được trích xuất từ các hệ thống dữ liệu như ZINC và PubChem Nếu không tìm thấy cấu trúc phối tử phù hợp, chúng ta có thể sử dụng các phần mềm chuyên dụng như ChemDraw để tự xây dựng chúng.
Sau khi xây dựng cấu trúc 3D, người dùng có thể sử dụng phần mềm Chimera và Avogadro để xử lý phối tử, bao gồm việc chỉnh sửa điện tích, gắn trường lực, tối ưu hóa năng lượng và tạo file pdbqt nhằm chuẩn bị cho quá trình docking.
Cấu trúc 3D của protein có thể tìm thấy trên ngân hàng dữ liệu protein (Protein Data Bank) tại "http://www.rcsb.org" Nếu không có cấu trúc sẵn, chúng ta có thể sử dụng phương pháp mô hình hóa tương đồng để xây dựng cấu trúc 3D Sau khi hoàn tất, cần chuẩn bị protein cho chương trình mô phỏng docking bằng các phần mềm chuyên dụng, bao gồm việc loại bỏ nước và các phối tử (nếu có), thêm hydro, gắn trường lực và tạo file pdbqt.
Trước khi tiến hành mô phỏng docking, cần xác định vùng tìm kiếm (grid box) với kích thước hợp lý để tối ưu hóa thời gian và độ chính xác Vùng tìm kiếm nên được đặt ở trung tâm hoạt động của protein để phần mềm có thể tự động tìm kiếm cấu hình có năng lượng thấp nhất Phân tích các tương tác của các cấu hình thu được được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như MOE, Pymol, và Discovery Studio.
1.4.2 Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc
Hầu hết các ứng cử viên thuốc thất bại trong thử nghiệm lâm sàng do không đạt yêu cầu về hiệu quả và độc tính Năm 1997, Christopher Lipinski cùng các cộng sự đã đề xuất bộ quy tắc số 5 (Rules of 5 - RO5) liên quan đến các hợp chất giống thuốc, cho rằng thuốc uống thường có đặc tính hóa lý và cấu trúc trong một phạm vi nhất định Một dược chất đường uống không được vi phạm quá 1 trong 4 tiêu chí sau đây.
- Trọng lượng phân tử: MW < 500 Dalton.
- Số lượng nhóm cho liên kết hydro (Số lượng các nhóm –NH và –OH): HBD < 5.
- Số lượng nhóm nhận liên kết hydro (Bao gồm nguyên tử O và N):
- Hệ số phân bố octanol/nước: LogP < 5 23
Các thông số hóa lý như khả năng hòa tan trong nước và tính thấm ở ruột là những yếu tố quan trọng trong sinh khả dụng đường uống Một hợp chất không đáp ứng quy tắc RO5 có thể gặp khó khăn khi sử dụng đường uống Tuy nhiên, việc đáp ứng quy tắc RO5 không đảm bảo rằng hợp chất đó sẽ trở thành thuốc, vì quy tắc này không xem xét các đặc điểm cấu trúc hóa học cụ thể của thuốc và hợp chất không phải thuốc.
1.4.3 Dự đoán ADMET các thông số dược động học và độc tính
Trong nghiên cứu in silico, dự đoán các thông số dược động học như hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính là rất quan trọng trong phát triển thuốc mới Thống kê cho thấy, vào những năm 2000, 50% thuốc không vượt qua thử nghiệm lâm sàng do không đáp ứng yêu cầu về dược động học (39%) và độc tính (11%) Hiện nay, với kho dữ liệu phong phú và công nghệ thông tin tiên tiến, việc sàng lọc ứng cử viên thuốc dựa trên các thông số ADMET được thực hiện sớm hơn, trước khi đánh giá lâm sàng Sự xuất hiện của các công cụ đánh giá ADMET đã giảm tỷ lệ thuốc thất bại xuống còn 8%, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời đảm bảo tính an toàn và ổn định của thuốc.
Trong rất nhiều công cụ dự đoán ADMET, ngoài một số phần mềm thương mại như CASE ULTRA, DEREK, META-PC, METEOR, PASS,
SwissADME khá phổ biến trong các nghiên cứu khoa học vì dự đoán ADMET chính xác và thuận tiện 27
NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và thiết bị
Cấu trúc protein của thụ thể ER-alpha đã được tải về từ ngân hàng dữ liệu protein (Protein Data Bank) với mã PDB 3ERT Đây là cấu trúc tinh thể tia X của thụ thể ER alpha ở người, được gắn với ligand đồng kết tinh là 4-hydroxytamoxifen (OHT) với độ phân giải 1.9Å.
Hình 2.1 Cấu trúc 3D của thụ thể ER-alpha được tải về từ CSDL Protein Data
Cấu trúc phối tử: Các hợp chất alkaloid được tải về từ cơ sở dữ liệu
PubChem (http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/) là cơ sở dữ liệu hóa học lớn nhất thế giới, cung cấp thông tin miễn phí về các hợp chất hóa học Cơ sở dữ liệu này được duy trì bởi Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia thuộc Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ.
Thiết bị sử dụng: Máy tính Dell Vostro 15- Hệ điều hành Windows 10.
Phần mềm: Các phần mềm và công cụ sử dụng trong nghiên cứu được mua hoặc tải từ các nhà phát triển (trang web) bao gồm:
- MGL tools 1.5.6 (http://mgltools.scripps.edu/)
- Autodock Vina 1.1.2 (http://vina.scripps.edu/)
- UCSF Chimera 1.15 (https://www.cgl.ucsf.edu/)
- Discovery Studio 2021 Client (https://discover.3ds.com/)
- Công cụ online pkCSM (http://biosig.unimelb.edu.au/pkcsm/)
Nội dung nghiên cứu
Bước đầu tiên là sàng lọc các hợp chất alkaloid từ cơ sở dữ liệu PubChem, nhằm tìm ra những hợp chất có khả năng ức chế thụ thể ER-alpha thông qua phương pháp docking phân tử.
Bước 2: Tiến hành nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc của những hợp chất có kết quả sàng lọc docking phân tử tốt nhất, dựa trên các thông số hóa lý của chúng.
Bước 3: Tiến hành nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính của những hợp chất đáp ứng tiêu chí giống thuốc, nhằm lựa chọn các hợp chất tiềm năng cho quá trình phát triển thuốc.
Phương pháp nghiên cứu
Trong phức hợp ER-alpha (pdb: 3ERT), ligand 4-hydroxytamoxifen (OHT) là một chất ức chế ER-alpha đã được tinh thể hóa Việc re-dock 4-hydroxytamoxifen giúp đánh giá tính hợp lý của quy trình docking Nếu sự khác biệt vị trí của 4-hydroxytamoxifen giữa tinh thể ER-alpha và sau khi re-dock nhỏ hơn 1,5 Å (RMSD < 1,5 Å), điều này chứng tỏ quy trình docking là hợp lý Điểm số docking của ligand tinh thể cũng được sử dụng để lựa chọn các hợp chất có khả năng ức chế ER-alpha Quy trình re-dock được thực hiện qua các bước cụ thể.
Bước 1: Tách ligand đồng kết tinh 4-hydroxytamoxifen (OHT) ra khỏi phức hợp ER-alpha nhờ phần mềm Discovery Studio 2021 Client, xây dựng file pdbqt.
Bước 3: Tiến hành dock ligand đã tách ra vào protein bằng phần mềm Autodock.
Bước 4: Sử dụng phần mềm Discovery Studio để biểu diễn phức hợp protein-ligand sau khi thực hiện docking Tiến hành loại bỏ protein và các phân tử không cần thiết, chỉ giữ lại cấu hình ligand có kết quả tốt nhất.
Bước 5: Tính toán RMSD giữa ligand đồng kết tinh khi được tách ra và sau khi thực hiện re-dock bằng phần mềm Chimera.
Cấu trúc tinh thể của thụ thể estrogen alpha (ERα) được tải về từ Protein Data Bank (pdb: 3ERT) với độ phân giải 1.9 Å Phân tử nước, ligand đồng kết tinh 4-hydroxytamoxifen (OHT) cùng với các phân tử nền đã được phân tích bằng phần mềm Discovery Studio.
2021 Client), thêm hydro, tối ưu hóa các hydro phân cực, gắn trường lực Kollman và xây dựng file pdbqt (bằng phần mềm Autodock Tools 1.5.6).
Các ligand được tải xuống từ cơ sở dữ liệu PubChem sẽ được tối ưu hóa năng lượng bằng phần mềm Avogadro thông qua phương pháp Gradient liên hợp (Conjugate Gradients) Sau đó, các ligand này sẽ được chuyển đổi sang định dạng file pdbqt bằng phần mềm Autodock Tools.
Sử dụng phần mềm Autodock để tiến hành docking với kích thước hộp tìm kiếm 40x40x40 Å, khoảng cách giữa các ô lưới là 0,375 Å Tọa độ trục được thiết lập tại x= 30.282, y= -1.913, z= 24.207, nhằm xác định vị trí trung tâm hoạt động của ERα dựa trên các acid amin quan trọng.
Phần mềm Autodock giúp xác định cấu hình liên kết tối ưu thông qua việc đánh giá năng lượng tự do liên kết ΔG và số lượng tương tác vật lý Kết quả của quá trình docking được đánh giá dựa trên ba tiêu chí chính: điểm số docking, khả năng tương tác và độ lệch bình phương trung bình gốc (RMSD).
Trong mô phỏng docking, năng lượng liên kết thấp hơn được coi là gần với trạng thái tự nhiên của phức hợp Hàm tính điểm của thuật toán docking là một phương trình có các tham số và hệ số theo lý thuyết xác định Các năng lượng được tính toán bao gồm năng lượng nội tại của phối tử, năng lượng tự do xoắn, và các tương tác giữa các phân tử như năng lượng liên kết Van der Walls, năng lượng liên kết hydro, năng lượng từ desolvat và năng lượng tĩnh điện Mỗi loại tương tác được gán cho một miền giá trị, kết quả cuối cùng phản ánh khả năng tương tác mạnh hay yếu của phối tử với enzyme.
Quy trình docking được áp dụng để sàng lọc các hợp chất alkaloid từ CSDL PubChem, sau khi kết quả re-dock 4-hydroxytamoxifen xác nhận tính hợp lý của quy trình Kết quả protein docking sẽ được lựa chọn dựa trên các tiêu chí nhất định.
1 Điểm số docking thấp hơn kết quả re-dock 4-hydroxytamoxifen.
2 Cấu dạng có RMSD thấp nhất.
3 Tạo liên kết tốt với các axit amin tại vị trí hoạt động.
Phần mềm Discovery Studio được sử dụng để phân tích kết quả và tìm hiểu các tương tác của các phối tử với cấu trúc tinh thể của ER-alpha Công cụ này cung cấp hình ảnh trực quan 2D và 3D, giúp hiển thị rõ ràng các tương tác giữa phối tử và các axit amin tại trung tâm hoạt động của protein.
2.3.2 Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc
Quy tắc Lipinski 5 giúp so sánh các hợp chất có tính chất giống thuốc và không giống thuốc, đặc biệt sau khi quá trình docking cho thấy khả năng liên kết của phối tử tốt hơn 4-hydroxytamoxifen đồng kết tinh Một hợp chất có tiềm năng phát triển thành thuốc dùng đường uống nếu nó không vi phạm quá 1 trong 4 tiêu chí của quy tắc này.
- Trọng lượng phân tử: MW < 500 Dalton.
- Số lượng nhóm cho liên kết hydro (Số lượng các nhóm –NH và –OH): HBD < 5.
- Số lượng nhóm nhận liên kết hydro (Bao gồm nguyên tử O và N):
- Hệ số phân bố octanol/nước: LogP < 5 23
Công cụ trực tuyến pkCSM
Công cụ pkCSM được sử dụng để đánh giá quy tắc Lipinski 5, với công thức SMILES của các phối tử được tải từ cơ sở dữ liệu PubChem (www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov) làm dữ liệu đầu vào Sau khi lựa chọn các hợp chất giống thuốc, quá trình phân tích các thông số dược động học và độc tính sẽ được thực hiện để đưa ra kết quả cuối cùng.
2.3.3 Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính (ADMET)
Công cụ trực tuyến pkCSM cho phép dự đoán các đặc tính dược động học và độc tính dựa trên công thức SMILES của hợp chất Kết quả cung cấp thông tin về hấp thu (tính tan trong nước, tính thấm màng Caco2, hấp thu ở ruột), phân bố (tính thấm qua hàng rào máu não và hệ thần kinh trung ương), chuyển hóa (ức chế enzyme gan), thải trừ ở thận và độc tính (độc tính AMES, độc tính gan) Tính hấp thu thuốc ở ruột người (HIA) được phân loại theo ba mức: 0-20%, 20-70%, và 70-100% Tính thấm qua màng Caco2 được xem là cao nếu log Papp lớn hơn 0,9 (10 cm/s) Hợp chất có khả năng thấm qua hàng rào máu não nếu logBB > 0,3 và trong hệ thần kinh trung ương (CNS) là trên -2 30 Các hợp chất cũng được lựa chọn dựa trên tính không độc của chúng.
KẾT QUẢ
Mô phỏng protein docking
3.1.1 Đánh giá quy trình docking
Trước khi tiến hành sàng lọc các hợp chất, cần re-dock phối tử đồng kết tinh vào vị trí hoạt động của mục tiêu để xác định độ lệch bình phương trung bình gốc (RMSD), từ đó đánh giá tính phù hợp của các thông số docking Sử dụng phần mềm Chimera để đánh giá sự tương đồng về cấu dạng, giá trị RMSD được xác định là 1.323 Å, nhỏ hơn 1.5 Å, cho thấy kết quả docking phân tử vào mục tiêu là đáng tin cậy (Hình 3.1).
Hình 3.1 RMSD của 4-hydroxytamoxifen trước và sau khi re-dock.
Kết quả docking của 4-hydroxytamoxifen cho thấy năng lượng liên kết ΔG = -9.8 kCal/mol, với việc tạo liên kết hydro với các axit amin Glu353 và Arg394, cùng với các liên kết alkyl và π-alkyl với Ala350, Leu387, Leu391, Leu525, và Met421 Điểm số docking -9.8 kCal/mol sẽ được sử dụng làm cơ sở để sàng lọc các hợp chất tiềm năng.
Tìm kiếm các chất tiềm năng từ kết quả docking
Tiến hành docking 52 hợp chất alkaloid vào vị trí hoạt động của thụ thể ERα tại tọa độ x= 30.282, y= -1.913, z= 24.207 với kích thước hộp tìm kiếm 40x40x40 Å nhằm sàng lọc các phân tử có khả năng ức chế thụ thể ERα Kết quả thu được được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Kết quả mô phỏng docking
STT Tên hợp chất Năng lượng liên kết (kCal/mol)
Công thức cấu tạo Pubchem
Dựa trên kết quả từ Bảng 3.1, chúng tôi đã lựa chọn được 4 hợp chất có năng lượng liên kết ΔG ≤ -9.8 kCal/mol, trong đó có năng lượng liên kết của 4-hydroxytamoxifen và ER-alpha Các hợp chất này bao gồm Penitrem A (6610243) với ΔG = -9.8 kCal/mol và Pityriacitrin B.
(56649543) với ΔG = -9.8 kCal/mol; Penitrem B (3084087) với ΔG = -10.1 kCal/mol; Tubocuraran (9548771) với ΔG = -10.2 kCal/mol
Sàng lọc các hợp chất giống thuốc
Sử dụng công cụ trực tuyến pkCSM để tính toán các thông số theo quy tắc 5 Lipinski Bảng 3.2 hiển thị kết quả các thông số quy tắc 5 Lipinski của bốn hợp chất đã được sàng lọc thông qua mô phỏng docking.
Bảng 3.2 Kết quả các thông số quy tắc 5 Lipinski
Tên hợp chất Phân tử khối
Số nhóm cho liên kết hydrogen (HBD)
Số nhóm nhận liên kết hydrogen (HBA)
Theo quy tắc 5 Lipinski, Pityriacitrin B đạt cả 4 tiêu chí, Tubocuraran đạt
3 trên 4 tiêu chí, còn Penitrem A và Penitrem B chỉ đạt 2 tiêu chí Như vậy,Pityriacitrin B, Tubocuraran thỏa mãn yêu cầu là hợp chất có đặc tính giống thuốc.
Dự đoán các thông số ADMET
Sử dụng công cụ trực tuyến pkCSM để dự đoán các thông số dược động học và độc tính (ADMET) như hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính Kết quả chi tiết được trình bày trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả phân tích các thông số ADMET (hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính)
Hấp thu Độ tan trong nước (log mol/l) -2.907 -4.641
Tính thấm màng Caco2 (log Papp trong 10 -6 cm/s)
Cơ chất P-glycoprotein Có Có Ức chế P-glycoprotein I Không Có Ức chế P-glycoprotein II Không Có
Thể tích phân bố (người) (VDss) (log L/kg)
Thành phần tự do (Fu) 0.064 0.267
Tính thấm hàng rào máu não (log BB)
Tính thấm hệ thần kinh trung ương (log PS)
Cơ chất CYP2D6 Không Không
Cơ chất CYP3A4 Không Có n hóa Ức chế CYP2C19 Không Không Ức chế CYP2C9 Không Không Ức chế CYP2D6 Không Có Ức chế CYP3A4 Không Không
Thải trừ Độ thanh thải toàn phần (log ml/min/kg)
Cơ chất OCT2 trong thận Không Không Độc tính Độc tính AMES Không Không
Liều dung nạp tối đa (người) 0.565 0.439 Ức chế hERG I Không Không Ức chế hERG II Không Có Độc tính cấp đường uống ở chuột (LD50) (mol/kg)
2.569 3.136 Độc tính mạn đường uống ở chuột (LD50)
(log mg/kg_bw/day)
2.119 0.343 Độc tính gan Có Có
Kích ứng da Không Không
Khả năng hấp thu của một chất được đánh giá qua độ tan trong nước, tính thấm qua màng Caco2 và khả năng hấp thu ở ruột người Một chất có tính thấm tốt khi log Papp lớn hơn 0,9 (10 -6 cm/s) Tuy nhiên, cả hai chất trong nghiên cứu đều có giá trị nhỏ hơn 0,9, cho thấy khả năng thấm qua màng thấp Mặc dù vậy, khả năng hấp thu ở ruột người của Pityriacitrin B đạt 73% và Tubocuraran lên tới 95%.
Các hợp chất được phân loại dựa trên khả năng phân bố vào mô, với log VDss > 0.45 cho thấy phân bố tốt và log VDss < -0.15 cho thấy phân bố kém; cả hai hợp chất đều có phân bố kém Đánh giá tính an toàn đối với hệ thần kinh yêu cầu xem xét hai thông số quan trọng: logBB và logPS Giá trị logBB lớn hơn 0,3 cho thấy khả năng hấp thu tốt qua hàng rào máu não, trong khi logPS lớn hơn -2 cho thấy khả năng thấm qua hệ thần kinh trung ương Kết quả cho thấy logBB của cả hai hợp chất đều nhỏ hơn 0,3, do đó chúng không thể vượt qua hàng rào máu não Tuy nhiên, logPS của cả hai hợp chất đều lớn hơn -2, cho thấy khả năng thấm qua hệ thần kinh trung ương, nhưng logPS của Pityriacitrin B là -1.882, cho thấy tính thấm của nó vẫn kém.
Hệ cytochrome P450, đặc biệt là CYP3A4 và CYP2D6, đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa thuốc tại gan Tubocuraran, là cơ chất của CYP3A4, có thể bị chuyển hóa ở gan và dự đoán ức chế CYP2D6, dẫn đến giảm hình thành các chất chuyển hóa hoạt tính và hiệu lực của một số thuốc Ngược lại, Pityriacitrin B không phải là cơ chất và không ức chế hai enzym này, do đó có khả năng không bị chuyển hóa tại gan.
Cả hai hợp chất, Pityriacitrin B và Tubocuraran, đều có khả năng thải trừ qua thận nhanh chóng, với độ thanh thải toàn phần lần lượt là 0.78 và 0.808 (log ml/min/kg).
Cả hai hợp chất đều được dự đoán có độc tính trên gan nhưng không gây kích ứng da và không có độc tính AMES, tức là không có nguy cơ ung thư liên quan Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Tubocuraran có thể gây độc tính trên tim do khả năng ức chế hERG II.
Sau khi phân tích kết quả ADMET, Pityriacitrin B cho thấy đặc tính dược động học và độc tính vượt trội hơn Tubocuraran Tuy nhiên, để Pityriacitrin B trở thành ứng cử viên thuốc mới, cần tiến hành nghiên cứu và phát triển sâu hơn nhằm tối ưu hóa và cải thiện những nhược điểm của hợp chất này.
Tương tác giữa Pityriacitrin B và Tubocuraran với ERα được minh họa hai chiều bằng phần mềm Discovery Studio 2021 Client ở Hình 3.4.
Hình 3.3 Tương tác giữa Pityriacitrin B và Tubocuraran với ERα
Pityriacitrin B cho thấy khả năng tạo tương tác tốt hơn Tubocuraran với ERα, khi tạo liên kết hydro với các axit amin His356, Val355 và liên kết cộng hóa trị với Ile358, Trp360 Trong khi đó, Tubocuraran tạo liên kết π-π với Tyr526 Về giá trị điểm tương tác, Pityriacitrin B có năng lượng liên kết là -9.8 kCal/mol, thấp hơn so với -10.2 kCal/mol của Tubocuraran.
Bảng 3.4 Kết quả tương tác giữa các phối tử với ERα
Tên hợp chất ID Năng lượng liên kết (kCal/mol)
Axit amin tạo liên kết Pityriacitrin B 56649543 -9.8 His356, Val355, Ile358,
BÀN LUẬN
Về kết quả
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sàng lọc 52 hợp chất alkaloid tự nhiên từ thư viện hóa học PubChem Nhiều hợp chất cho thấy khả năng gắn kết tốt nhờ vào các vòng thơm tạo tương tác π-π ổn định và các nhóm hydroxy cần thiết để ức chế ERα Tuy nhiên, chỉ có Pityriacitrin B cho thấy tiềm năng dược động học và độc tính khả quan, trong khi Tubocuraran cần được nghiên cứu thêm về đặc tính chuyển hóa và độc tính.
Pityriacitrin là một indole alkaloid từ nấm men Malassezia furfur, có khả năng hấp thụ tia cực tím Nghiên cứu cho thấy nó có hoạt tính chống tăng sinh yếu đối với ung thư vú và tuyến tiền liệt Pityriacitrin B có khả năng liên kết tốt với ERα, với điểm số docking -9.8 kCal/mol, và có khả năng hấp thu cao (73% ở ruột) cùng tính thấm màng Caco2 là 0.749 log Papp Tuy nhiên, nó có tính thấm kém qua hàng rào máu não và hệ thần kinh trung ương, thải trừ nhanh qua thận và có độc tính trên gan Hiện tại, chưa có nghiên cứu thực nghiệm nào về tác dụng ức chế ERα của Pityriacitrin B, vì vậy cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nó đối với cơ thể người.
Tubocuraran có khả năng liên kết mạnh với ERα với điểm số docking đạt -10.2 kCal/mol, cho thấy khả năng hấp thu tốt (95% qua ruột, tính thấm màng Caco2 là 0.828) Mặc dù không thể vượt qua hàng rào máu não, hợp chất này có thể thấm một phần qua hệ thần kinh trung ương Tuy nhiên, tubocuraran có độc tính đối với gan và tim, có khả năng bị chuyển hóa tại gan và ức chế các chất chuyển hóa khác.
Về phương pháp
Việc ứng dụng kỹ thuật sàng lọc ảo in silico trong nghiên cứu và phát triển thuốc đang trở thành xu thế quan trọng trong ngành công nghiệp dược phẩm toàn cầu So với các phương pháp tổng hợp hóa học truyền thống, sàng lọc ảo mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Với sự phát triển của các cơ sở dữ liệu lớn về hợp chất tự nhiên và tổng hợp, việc dự đoán tính chất dược lý và dược động học trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Phương pháp này cho phép sàng lọc hàng loạt hợp chất trên máy tính, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí trong nghiên cứu.
Sàng lọc ảo gặp phải một số nhược điểm, bao gồm việc sử dụng nhiều phễu lọc và phần mềm khác nhau, dẫn đến sai số trong quá trình Thêm vào đó, việc xác định chính xác cấu trúc 3D của protein đích và sự khác biệt giữa mô hình và thực tế trong cơ thể người cũng gây khó khăn cho sàng lọc ảo Do đó, việc kết hợp các kỹ thuật in silico, in vitro và in vivo là rất cần thiết trong nghiên cứu và phát triển thuốc.
Docking là kỹ thuật sàng lọc ảo phổ biến, cho phép mô phỏng tương tác giữa protein và phối tử, từ đó tìm ra hợp chất tiềm năng cho thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc Phân tích năng lượng liên kết và các tương tác từ kết quả docking giúp xác định hoạt tính ức chế protein của các chất, từ đó thu hẹp cơ sở dữ liệu, loại bỏ hợp chất không có hoạt tính và lựa chọn hợp chất thiết kế có hoạt tính trước khi tiến hành thử nghiệm tiếp theo.
Kết quả docking phụ thuộc vào độ chính xác của phần mềm, và nghiên cứu này sử dụng Autodock Vina, một phần mềm học thuật nổi bật với độ chính xác cao hơn các phần mềm thương mại Để tăng cường độ tin cậy, mỗi chất được dock ba lần và lấy kết quả trung bình.
Về dự đoán đặc tính hóa lý và các thông số ADMET
Việc kết hợp dự đoán tính giống thuốc với các thông số dược động học và độc tính thông qua kĩ thuật docking giúp nâng cao khả năng dự đoán tiềm năng thuốc của các hợp chất, đồng thời giảm thiểu khối lượng dữ liệu và gánh nặng cho các nghiên cứu thực nghiệm Các đặc điểm ADMET được dự đoán bằng công cụ pkCSM, dựa trên cấu trúc hóa học của hợp chất Tính thấm qua tế bào Caco2 là tiêu chuẩn quan trọng trong đánh giá dược chất đường uống, với giá trị > 0,9 cho thấy tính thấm cao Mô hình hấp thu ở ruột dự đoán tỷ lệ phần trăm hấp thu thuốc qua ruột non, trong đó phân tử có độ hấp thu dưới 30% được coi là kém hấp thu Các hợp chất trong nghiên cứu đều cho thấy khả năng hấp thu tốt khi trên 50%, một số đạt trên 90% Khối lượng phân phối cao cho thấy lượng thuốc đến mô nhiều, với log VDss < -0,15 chỉ ra khối lượng phân phối thấp và > 0,45 chỉ ra khối lượng phân phối cao Tính thấm qua hàng rào máu não (BBB) cũng rất quan trọng, với giá trị BBB < -1 cho thấy không thấm qua và > 0,3 cho thấy có khả năng vượt qua BBB, liên quan đến tính an toàn của dược chất đối với hệ thần kinh.
2, hợp chất có thể đi vào hệ thần kinh trung ương và ngược lại nếu có giá trị < -3.
Vì hầu hết các loại thuốc được chuyển hóa bởi enzym cytochrom P450, việc xác định khả năng ức chế hệ enzym này là rất quan trọng để hiểu ảnh hưởng của chúng đến dược động học của thuốc dùng kèm Trừ Tubocuraran, Pityriacitrin B không ức chế hai enzym CYP2D6.
CYP3A4, vì vậy được cho là không ảnh hưởng đến chuyển hóa của các thuốc khác.
Chất vận chuyển cation hữu cơ 2 (OCT2) có vai trò quan trọng trong việc thải trừ ion hóa của thuốc và hợp chất nội sinh tại thận, bằng cách vận chuyển các chất từ máu vào tế bào ống thận Việc xác định liệu một hợp chất có phải là cơ chất của OCT2 hay không giúp dự đoán kiểu loại bỏ của nó Đánh giá độc tính của các hợp chất là cần thiết để nhận diện nguy cơ và xác định liều lượng an toàn Độc tính AMES được sử dụng để kiểm tra khả năng gây đột biến DNA của vi khuẩn S typhi, có thể dẫn đến ung thư Sự ức chế kênh kali hERG ở tim có thể gây hội chứng QT dài và tăng nguy cơ đột tử, do đó cần tránh các chất ức chế hERG Liều gây chết cấp tính (LD50) là chỉ số quan trọng, với liều > 2 mol/kg được coi là an toàn Pityriacitrin B đáp ứng các tiêu chí an toàn này, nhưng cần lưu ý đến khả năng ức chế hERG II của Tubocuraran.
Những hạn chế và thách thức trong mô hình nghiên cứu in silico
Nghiên cứu bằng mô hình in silico mang lại lợi ích lớn trong việc tiết kiệm thời gian cho quá trình phát triển thuốc mới Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vẫn tồn tại những hạn chế nhất định trong phương pháp nghiên cứu này.
Việc sử dụng nhiều phần mềm yêu cầu hệ điều hành máy tính phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể Một lỗi nhỏ trong quá trình nhập liệu có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả nghiên cứu Đồng thời, mô hình in silico cần một cơ sở dữ liệu lớn để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của các phân tích.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trên, chúng tôi rút ra những kết luận sau:
1 Từ 52 hợp chất alkaloid được tải về từ thư viện hóa học PubChem, có 4 hợp chất có khả năng liên kết tốt tại vị trí hoạt động của thụ thể ER-alpha bao gồm: Penitrem A, Pityriacitrin B, Penitrem B, Tubocuraran
2 Trong 4 hợp chất này, có 2 hợp chất cho thấy các đặc tính giống thuốc thỏa mãn quy tắc 5 Lipinski là Pityriacitrin B (56649543), Tubocuraran (9548771)
3 Từ 2 hợp chất trên, sàng lọc được 1 hợp chất có các đặc tính dược động học và độc tính tốt nhất là: Pityriacitrin B (56649543)
Phân tích tương tác của Pityriacitrin B, Tubocuraran với thụ thể ER-alpha, định hướng điều trị bệnh ung thư vú.
Nghiên cứu này kết luận dựa trên kết quả từ quá trình sàng lọc ảo in silico, tuy nhiên còn tồn tại những hạn chế như sai số trong quy trình và sự khác biệt giữa mô hình máy tính và thực nghiệm Để phát triển các kết quả nghiên cứu trong việc tìm kiếm các hợp chất alkaloid có khả năng ức chế thụ thể ER-alpha nhằm điều trị ung thư vú, tôi xin đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo.
1 Tiến hành nghiên cứu thêm về các chất đã sàng lọc được trên in vitro, in vivo: thử hoạt tính, tính an toàn ở các nồng độ hoặc nghiên cứu cải thiện tính thấm của hợp chất.
2 Tiếp tục áp dụng mô hình sàng lọc in silico cho các nghiên cứu phát triển thuốc điều trị ung thư vú đối với các đích khác, nhóm hợp chất khác