thiết kế sàng lọc và tổng hợp các dẫn xuất chalcon có tác động kháng enzym α amylase và α glucosidase đã chỉnh sửa theo kết luận của hội đồng nghiệm thu ngày 14

chất có khả năng ức chế amylase và α-glucosidaseα-Bảng cơ sở dữliệu rõ ràng, độtin cậy cao,đầy đủ số liệuBảng cơ sở dữliệu rõ ràng, độtin cậy cao,đầy đủ số liệu;trong đó có 12chất ức chế

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

THIẾT KẾ, SÀNG LỌC VÀ TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤTCHALCON CÓ TÁC ĐỘNG KHÁNG ENZYM

-AMYLASE VÀ -GLUCOSIDASE

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Khoa Dược

Thành phố Hồ Chí Minh - 2023

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 04 năm 2023

BÁO CÁO THỐNG KÊ

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài: Thiết kế, sàng lọc và tổng hợp các dẫn xuất chalcon có tác động

kháng enzym α-amylase và α-glucosidase

Thuộc lĩnh vực (tên lĩnh vực): Hóa Dược

Tên tổ chức đang công tác: Khoa Dược, Đại học Y Dược TP Hồ Chí MinhĐịa chỉ tổ chức: 41-43 Đinh Tiên Hoàng, P Bến Nghé, Quận 1, TP HCMĐịa chỉ nhà riêng: 406/12 Âu Cơ, Phường 10, Q Tân Bình, TP HCM

1 Thời gian thực hiện nhiệm vụ:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 04 năm 2020 đến tháng 04 năm 2020

- Được gia hạn (nếu có): 12 tháng

Từ tháng 04 năm 2022 đến tháng 04 năm 2023

2 Kinh phí và sử dụng kinh phí:

a) Tổng số kinh phí thực hiện: 240,5234 tr.đ, trong đó:

+ Kinh phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học của nhà trường: 240,5234 tr.đ.+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.

b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học:

(Số đề nghịquyết toán)

Thời gian(Tháng, năm)

Kinh phí

(Tr.đ) (Tháng, năm)Thời gian

Kinh phí(Tr.đ)

Nội dungcác khoản chi

Tổng NSKH Nguồnkhác

Tổng NSKH Nguồnkhác1 Trả công lao động

(khoa học, phổthông)

126.5734 126.5734 126.5734 126.5734

2 Nguyên, vật liệu,năng lượng

68.9500 68.9500 68.9500 68.9500

3 Thiết bị, máy móc4 Xây dựng, sửa chữa

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Tổ chức phối hợp thực hiện nhiệm vụ:

Tên tổ chứcđăng ký theoThuyết minh

Tên tổ chức đãtham gia thực

Nội dungtham gia chủ

Sản phẩmchủ yếu đạt

- Lý do thay đổi (nếu có):

4 Cá nhân tham gia thực hiện nhiệm vụ:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá10 người kể cả chủ nhiệm)

Tên cá nhânđăng ký theoThuyết minh

Tên cá nhânđã tham gia

thực hiện

Nội dungtham gia

Sản phẩmchủ yếu đạt

1 GS TS Trần

Thành Đạo GS TS TrầnThành Đạo Chủ nhiệm đềtàiThiết kếnghiên cứu,viết thuyếtminh, tổnghợp dẫn chấtflavonoid, viếtbài báo khoahọc, viết báocáo tổng kết

Thuyết minhnghiên cứu,các dẫn chấtflavonoidđược tổnghợp và xácnhận cấu trúcbằng cácphương phápphổ, quyểnbáo cáo tổngkết, bài báokhoa học2 ThS Trương

Văn Đạt

ThS TrươngVăn Đạt

Thư ký đề tàiViết thuyếtminh, thựchiện nghiêncứu tổng quanhệ thống, viếtbài báo khoahọc, viết báocáo tổng kết

Thuyết minhnghiên cứu,báo cáo tổngquan hệthống, quyểnbáo cáo tổngkết, bài báokhoa học3 TS Nguyễn

Thuỵ ViệtPhương

TS NguyễnThuỵ ViệtPhương

Thành viênchính

Xây dựng môhình phân loạivà dự đoán,viết bài báokhoa học

Thuyết minhnghiên cứu,các mô hìnhphân loại vàdự đoánđược thẩmđịnh, bài báokhoa học4 ThS Mai

Thành Tấn

ThS MaiThành Tấn

Thành viênchính

Xây dựng môhình docking,mô phỏngđộng lực họcphân tử, viếtbài báo khoa

Thuyết minhnghiên cứu,các mô hìnhdockingđược thẩmđịnh, bài báokhoa học,quyển báo

5 TS Trần NgọcĐăng

TS Trần NgọcĐăng

Thành viênchínhThực hiệnnghiên cứutổng quan hệthống

Thuyết minhnghiên cứu,báo cáo tổngquan hệthống6 DS Nguyễn

Thanh Thảo DS NguyễnThanh Thảo

Thành viênchính,

Tổng hợp dẫnchất flavonoid,

thử nghiệm invitro

Các dẫn chấtflavonoidđược tổnghợp và xácnhận cấu trúcbằng cácphương phápphổ, bảngkết quả thử

nghiệm invitro

7 Võ Linh Tử Võ Linh Tử Kỹ thuật viên Hỗ trợ cácthử nghiệmsinh học,biên tập bàibáo khoahọc, báo cáotổng kết- Lý do thay đổi ( nếu có):

5 Tình hình hợp tác quốc tế:

Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí,địa điểm, tên tổ chức hợp tác,số đoàn, số lượng người tham

Thực tế đạt được

(Nội dung, thời gian, kinh phí,địa điểm, tên tổ chức hợp tác,số đoàn, số lượng người tham

- Lý do thay đổi (nếu có):

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục của đề cương, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảosát trong nước và nước ngoài)

Các nội dung, công việcchủ yếu

(Các mốc đánh giá chủ yếu)

Thời gian

(Bắt đầu, kết thúc- tháng … năm)

Người,cơ quanthực hiện

Theo kế

hoạch Thực tế đạtđược1 Nội dung 1: Xây dựng mô hình

phân loại và dự đoán hoạt tính ứcchế α-amylase và α-glucosidasecủa một số dẫn chất cấu trúcchalcon trong các công bố trướcđây

a) Trên thụ thể α-amylaseb) Trên thụ thể α-glucosidase

4 tháng 06/2021

02/2021-GS TS TrầnThành ĐạoTS Nguyễn

Thuỵ ViệtPhươngThS Trương

Văn ĐạtThS MaiThành TấnTS Trần Ngọc

ĐăngVõ Linh Tử

2 Nội dung 2:

Thiết kế các cấu trúc có khungchalcon dựa trên các kết quả phânloại

a) Trên thụ thể α-amylaseb) Trên thụ thể α-glucosidase

2 tháng 07-09/2021 TS NguyễnThuỵ Việt

PhươngThS MaiThành TấnVõ Linh Tử

3 Nội dung 3:

Nghiên cứu khả năng gắn kết giữacác cấu trúc thiết kế với cấu trúcα-amylase và α-glucosidase ở mứcđộ phân tử thông qua mô hình môtả phân tử docking

3 tháng 01/2022

10/2021-TS NguyễnThuỵ Việt

PhươngThS MaiThành TấnVõ Linh Tử

4 Nội dung 4:

Ứng dụng mô hình phân loại vàdự đoán hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase xâydựng được trên các dẫn chấtchalcon đã thiết kế.

3 tháng 01-04/2022 TS NguyễnThuỵ Việt

PhươngThS MaiThành TấnVõ Linh Tử

5 Nội dung 5:

Phân tích kết quả sàng lọc in silicođể định hướng lựa chọn các cấutrúc chalcon có hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase để tạomẫu tiến hành thực nghiệm

3 tháng 04-07/2022 TS NguyễnThuỵ Việt

PhươngThS MaiThành TấnVõ Linh Tử

6 Nội dung 6:

Tiến hành tổng hợp và xác địnhcấu trúc các dẫn chất xuất chalcon

5 tháng 2022

12/2020-02-GS TS TrầnThành ĐạoDS NguyễnThanh ThảoVõ Linh Tử

7 Nội dung 7:

Khảo sát hoạt tính ức chế amylase và α-glucosidase trên invitro của các dẫn chất chalcontổng hợp được

α-2 tháng 11/2023

07/2022-GS TS TrầnThành ĐạoDS NguyễnThanh ThảoVõ Linh Tử

8 Báo cáo tổng kết 1 tháng 01-03/2023 GS TS TrầnThành ĐạoThS Trương

Văn ĐạtThS MaiThành TấnVõ Linh Tử

- Lý do thay đổi (nếu có):

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

a) Sản phẩm Dạng I:

Tên sản phẩm vàchỉ tiêu chất lượng

chủ yếu

Theo kếhoạch

Thực tếđạt được

- Lý do thay đổi (nếu có):

chất có khả năng ức chế amylase và α-glucosidase

α-Bảng cơ sở dữliệu rõ ràng, độtin cậy cao,đầy đủ số liệu

Bảng cơ sở dữliệu rõ ràng, độtin cậy cao,đầy đủ số liệu;trong đó có 12chất ức chếđồng thời trên

các mô hình insilico, 05 chất

ức chế đồngthời đượckhẳng định qua

thử nghiệm invitro

2 Mô hình phân loại và dựđoán hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidasebằng các thuật toán phùhợp

Mô hình đạt độtin cậy cao

Mô hìnhQSAR đượcxây dựng, thẩmđịnh đạt độ tincậy

3 Mô hình mô tả phân tửdocking giữa các dẫn chấtchalcon và α-amylase vàα-glucosidase

Mô hình đạt độtin cậy cao

Mô hìnhdocking phântử cho haienzym đượcxây dựng vàthẩm định, kếtquả đạt độ tincậy cao4 Tổng hợp khoảng 30 dẫn

chất chalcon lựa chọn từcơ sở dữ liệu được thiết kếvới kết quả hoạt tính ứcchế α-amylase và α-

glucosidase (in silico) dự

đoán cao

30 chất đạt độtinh khiết,được kiểmnghiệm và xácđịnh cấu trúc

36 chất đạt độtinh khiết,được kiểmnghiệm và xácđịnh cấu trúc

5 Tổng quan hệ thống về tácđộng ức chế đồng thời α-amylase và α-glucosidasecủa chalcon

Không đặt mụctiêu và yêu cầu

Tổng quan hệthống hoànchỉnh về tácđộng ức chếđồng thời α-amylase và α-

6 Mối liên quan cấu trúc –tác dụng của các dẫn chấtflavonoid ức chế α-amylase và α-glucosidase

Không đặt mụctiêu và yêu cầu

Mô hình SARxác lập mốiliên quan cấutrúc – tác dụngcủa các dẫnchất flavonoidức chế -amylase và α-glucosidase7 Cơ chế tác động ức chế α-

amylase và α-glucosidasecủa các chalcon ở mức độphân tử sử dụng mô phỏngđộng lực học phân tử

Không đặt mục

tiêu và yêu cầu Bảng kết quảmô phỏngđộng lực họcphân tử chứngminh sự gắnkết ổn định củacác chalcontrên α-amylasevà α-

glucosidase8 Dữ liệu dược động học và

độc tính của các chalconức chế α-amylase và α-glucosidase

Không đặt mụctiêu và yêu cầu

Bảng kết quảADMET đầyđủ và tin cậycủa 05 dẫn chấtchalcon ức chếđồng thời α-amylase và α-glucosidase- Lý do thay đổi (nếu có):

c) Sản phẩm Dạng III:

Yêu cầu khoa học

cần đạtSố lượng, nơicông bố

(Tạp chí, nhàxuất bản)

kế hoạch đạt đượcThực tế1 01 Bài báo khoa học Quốc tế, danh

mục ISI

01 bài báo đãnộp và đang

được bìnhduyệt

Tạp chíMolecularDiversity,NXB Springer

Nature, Q2,thuộc danhmục ISI (SCI),

IF = 3.3642 01 Bài báo khoa học Quốc tế khác 01 bài báo Tạp chí

thuộc danhmục WoS,nhóm ESCI- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Cấp đào tạo, Chuyênngành đào tạo

(Thời gian kếtthúc)

Theo kế hoạch Thực tế đạtđược

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp:

Tên sản phẩmđăng ký

(Thời gian kếtthúc)

kế hoạch đạt đượcThực tế1

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

Đề tài đã sử dụng các phương pháp hóa tin và tin sinh học hiện đại để sàng

lọc in silico các chalcon có tác động ức chế đồng thời α-amylase và α-glucosidase.

Các phương pháp này cũng là các kỹ thuật tiên tiến được sử dụng bởi các nhómnghiên cứu hàng đầu trên thế giới Những cách tiếp cận đã sử dụng trong nghiêncứu này bao gồm docking phân tử, phân tích mối liên quan cấu trúc tác dụng (SARvà QSAR), các phương pháp máy học (machine learning) để xây dựng mô hìnhphân loại và dự đoán, phương pháp mô phỏng động lực học phân tử và dự đoán

được thẩm định đầy đủ Từ những kết quả sàng lọc ảo, 36 dẫn chất chalcon đã được

tổng hợp, 12 chất đã được đưa vào các thử nghiệm in vitro và xác định được 5 chất

có tác dụng ức chế đồng thời trên 2 enzym.b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

Do đây là nghiên cứu cơ bản nên đề tài sẽ đóng góp vào y văn các dẫn chất mới cótác động ức chế đồng thời α-amylase và α-glucosidase Kết quả này sẽ là tiền đề chocác nghiên cứu nối tiếp nhằm tìm kiếm thuốc mới trong điều trị đái tháo đường tuýpII với tác dụng điều trị tốt hơn và tác dụng phụ ít hơn so với các thuốc hiện tại nhưacarbose.

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài:

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luậnchính, người chủ trì…)

I Báo cáo tiến độ

hoàn thành một phần vàtiếp tục thực hiện Nội dung1, 2, 4, 5, 6, chưa thực hiệnnội dung 7

II Báo cáo giám định giữa kỳ

hoàn thành một phần vàtiếp tục thực hiện Nội dung1, 2, 4, 5, 6, chưa thực hiệnnội dung 7

Chủ trì HĐ giám định giữakỳ: GS.TS Lê Minh Trí

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan đái tháo đường 3

1.2 Các enzym liên quan đến bệnh đái tháo đường 5

1.3 Tác động ức chế enzym α-amylase và α-glucosidase của hợp chất flavonoid 14

1.4 Thiết kế thuốc hợp lý 18

1.5 Phương pháp tổng hợp 20

1.6 Phương pháp khảo sát hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase in vitro 23

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.2 Nguyên vật liệu nghiên cứu 25

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1 Nghiên cứu tổng quan hệ thống 45

3.2 Mô hình docking phân tử 62

3.3 Kết quả sàng lọc ảo qua mô hình docking phân tử 66

3.4 Phân tích mối liên quan cấu trúc – tác dụng ức chế -amylase và -glucosidase(SAR) dựa trên các dẫn chất flavonoid đã xác định IC50 70

3.5 Mô hình QSAR cho các chất ức chế enzym α-amylase và enzym α-glucosidase 74

3.6 Lựa chọn và tổng hợp chất cho thử nghiệm ức chế đồng thời hai enzym amylase và enzym α-glucosidase 87

α-3.7 Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học ức chế enzym α- amylase và α-glucosidasecủa các dẫn chất chalcon 90

3.8 Kết quả mô phỏng động lực học phân tử 94

3.9 Kết quả dự đoán dược động học – độc tính 100

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

4.1 Kết luận 103

4.2 Đề nghị 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AGI α-glucosidase inhibitor Chất ức chế men α-glucosidase

AUC Area under the curve Diện tích dưới đường cong

BFE Binding free energy Năng lượng gắn kết tự do

DNS 3,5-dinitrosalicylic acid Axit 3,5-dinitrosalicylic

generalized Born surface area

Diện tích bề mặt cơ học phântử theo lý thuyết Born tổngquát

Boltzmann surface area

Diện tích bề mặt cơ học phântử theo lý thuyết của Poisson-Boltzmann

MOE Molecular Operating

Phần mềm MolecularOperating Environment

NtMGAM N terminal domain of maltase

sucrase-PDB Protein Data Bank Ngân hàng Dữ liệu Protein

PLIF Protein Ligand Interaction

Kênh đồng vận chuyển natri –glucose 2

SI Sucrase-isomaltase Enzym sucrase - isomaltase

TMD Transmembrane domain Miền xuyên màng

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tên chính thức, tên thay thế, liên kết enzym thủy phân và cơ chất của

α-glucosidase và các enzym khác nằm trong nhóm α-α-glucosidase đường ruột .11

Bảng 2.1 Các phần mềm sử dụng trong mô hình sàng lọc ảo 25

Bảng 2.2 Hóa chất sử dụng trong tổng hợp 26

Bảng 2.3 Hóa chất trong kiểm tra độ tinh khiết và tinh chế 27

Bảng 2.4 Dung môi và hóa chất trong thử hoạt sinh học ức chế α-glucosidase 27

Bảng 2.5 Trang thiết bị và dụng cụ sử dụng trong thử hoạt tính sinh học 27

Bảng 2.6 Thành phần phản ứng của một mẫu thử nghiệm trên α-glucosidase 40

Bảng 3.1 Tổng hợp giá trị IC50/ % Hoạt động ức chế của các chalcone cấu trúc cơbản .51

Bảng 3.2 Hoạt động ức chế α-amylase và α-glucosidase in vitro của các dẫn xuấtAzachalcon 55

Bảng 3.3 Hoạt động ức chế α-amylase và α-glucosidase in vitro của các dẫn xuấtBis-chalcon 56

Bảng 3.4 Hoạt động ức chế α-amylase in vitro của dẫn xuất chalcone (1-16) .57

Bảng 3.5 Hoạt động ức chế α-amylase in vitro của dẫn xuất chalcone (3a, 3e, 3f). 57

Bảng 3.6 Hoạt động ức chế α-glucosidase in vitro của Chalcone oximes .58

Bảng 3.7 Hoạt động ức chế α-glucosidase in vitro của Coumarin-Chalcone .59

Bảng 3.8 Hoạt động ức chế α-glucosidase in vitro của Dihydrochalcone (5-9) 61

Bảng 3.9 Hoạt động ức chế α-glucosidase in vitro của Flavanone-coupled chalcone(9, 12, 13) .61

Bảng 3.10 Ý nghĩa các thông số mô tả để xây dựng mô hình 2D-QSAR 74

Bảng 3.11 Mức độ tương quan giữa các thông số mô tả với nhau và với pIC50 75

Bảng 3.12 7 chất bị loại bỏ khỏi cơ sở dữ liệu để xây dựng mô hình 2D-QSAR 75

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá mô hình được xây dựng bằng phương pháp PLS 77

Bảng 3.14 Kết quả đánh giá mô hình được xây dựng bằng phương pháp CPG-NN 79

Bảng 3.15 Kết quả đoán hoạt tính sinh học 36 hợp chất chalcon tiềm năng bằng mô

MD 94

Bảng 3.20 Một số đặc tính ADMET được dự đoán quan trọng của các dẫn xuất

flavonoid như là chất ức chế kép tiềm năng chống lại α-glucosidase và α-amylase 102

Hình 1.3 Vị trí liên kết của ion Cl– trong vùng hoạt động của α–amylase.[28] 9

Hình 1.4 Vị trí liên kết của ion Ca2+ (hình tròn tím) trong vùng hoạt động của amylase 10

α-Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn tổ chức protein, hoạt động thủy phân của MGAM vàSI.[32] 12

Hình 1.6 Acarbose và khoang gắn kết của cấu trúc MGAM gồm phần phụ +1 và –1 .13

Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của flavonoid và các phân nhóm khác.[38] 14

Hình 1.8 Hợp chất 5j của dẫn xuất 2,4,5–triarylimidazole–1,2,3–triazol.[50] 16

Hình 1.9 Các dẫn xuất indol tự nhiên hoặc tổng hợp có hoạt tính ức chế 17

Hình 1.10 Hợp chất chalcon 5 có hoạt tính ức chế α-amylase in vitro.[55] 18

Hình 1.11 Tổng hợp chalcon bằng phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt 20

Hình 1.12 Tổng hợp chalcon bằng phản ứng Suzuki 21

Hình 1.13 Tổng hợp chalcon dựa vào phản ứng Heck 22

Hình 1.14 Phản ứng ngưng tụ Allan Robinson 22

Hình 1.15 Tổng hợp chalcon O-acylat và N-acylat bằng BF3- Et2O 23

Hình 1.16 Phản ứng thủy phân tinh bột bởi enzym α-amylase giải phóng maltosekết hợp với cơ chất tạo màu DNS 23

Hình 1.17 Phản ứng giải phóng cơ chất p-nitrophenol bởi α-glucosidase 24

Hình 2.1 Lưu đồ quá trình chọn lọc các bài báo 28

Hình 2.2 Quy trình sàng lọc chất ức chế α-amylase và α-glucosidase bằng mô hìnhgắn kết phân tử 29

Hình 2.3 Quy trình xây dựng mô hình 2D − QSAR ứng dụng trong dự đoán hoạttính ức chế α−glucosidase 32

Hình 3.1 Cấu trúc chalcon 46

Hình 3.8 Cấu trúc 5 hợp chất dẫn xuất acid oleanolic chalcon 49

Hình 3.9 Cấu trúc các chalcon có hoạt tính nổi bật được phân lập từ A katsumadai 51

Hình 3.10 Hợp chất 41 57

Hình 3.12 Cấu trúc chung của Chalcone oxime .58

Hình 3.18 Kết quả redocking của myricetin trong khoang gắn kết của α-amylase.63Hình 3.19 Kết quả đánh giá ROC của mô hình docking α-amylase .64

Hình 3.20 Kết quả redocking của acarbose trong khoang gắn kết của glucosidase .65

α-Hình 3.21 Kết quả đánh giá ROC của mô hình docking α-glucosidase 66

Hình 3.22 Tỉ lệ số chất dock thành công trên α-amylase theo khoảng điểm sốdocking .66

Hình 3.23 Biểu đồ tần suất tạo tương tác với các acid amin, tạo liên kết hydro, tạoliên kết kỵ nước với các acid amin của α-amylase 67

Hình 3.24 Sự phân bố tỉ lệ số chất dock thành công trên α-glucosidase theo khoảngđiểm số docking 68

Hình 3.25 Biểu đồ tần suất tạo tương tác với các acid amin, tạo liên kết hydro, tạoliên kết kỵ nước với các acid amin của α-glucosidase .69

Hình 3.26 Biểu đồ kết quả sàng lọc ảo các chất tiềm năng ức chế đồng thời haienzym .70

Hình 3.27 Sự ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau trong nhóm dẫn chất chalconđến tác dụng ức chế enzym α-amylase 71

Hình 3.28 Sự ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau trong nhóm dẫn chất flavonđến tác dụng ức chế enzym α–amylase .72

Hình 3.29 Sự ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau trong nhóm dẫn chất chalcon

đến tác dụng ức chế enzym α-glucosidase .73

Hình 3.30 Sự ảnh hưởng của các nhóm thế khác nhau trong nhóm dẫn chất flavon,

flavanon đến tác dụng ức chế enzym α-glucosidase 73

Hình 3.31 Biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa giá trị pIC50 thực nghiệm và dựđoán của mô hình được xây dựng bằng phương pháp PLS 76

Hình 3.32 Bản đồ tự tổ chức của cơ sở dữ liệu ở mô hình 2D-QSAR .78Hình 3.33 Biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa giá trị pIC50 thực nghiệm và dựđoán của mô hình được xây dựng bằng phương pháp CPG-NN 79

Hình 3.34 Mối tương quan giữa logCacarbose và I%α-glucosidase. 90

Hình 3.35 Phần trăm ức chế enzym α-glucosidase của các dẫn chất chalcon và

chuẩn acarbose ở nồng độ 250 μM 92

Hình 3.37 Phân tích mô phỏng động lực học phân tử sử dụng quỹ đạo 100 ns .95Hình 3.38 Cấu dạng gắn kết của acarbose với (A) α-glucosidase và (B) α-amylase

trong quá trình mô phỏng động lực học phân tử 100 nano giây 96

Hình 3.39 Cấu dạng gắn kết của (a) F337; (b) F347; (c) F369; (đ) F370; và (e)

F378 với α-glucosidase Các màu phối tử khác nhau biểu thị khung thời gian khácnhau, với 0 ns (màu vàng); 25 ns (cá hồi); 50 giây (màu xanh); 75 ns (trắng); 100 ns(màu xanh lá cây) .98

Hình 3.40 Cấu dạng gắn kết của hợp chất (a) F337; (b) F347; (c) F369; (đ) F370;

và (e) F378 với α-amylase Các màu phối tử khác nhau biểu thị khung thời giankhác nhau, với 0 ns (màu vàng); 25 ns (cá hồi); 50 giây (màu xanh); 75 ns (trắng);100 ns (màu xanh lá cây) .99

Hình 3.41 Tính chất lý hóa của 5 chalcon tiềm năng 101

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rối loạn chuyển hóa carbohydrat là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây racác vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe như béo phì hay đái tháo đường (ĐTĐ) ĐTĐlà một trong những bệnh mãn tính phổ biến có tốc độ gia tăng nhanh chóng trongnhững năm gần đây Theo ước tính năm 2021 của Liên đoàn Đái tháo đường Thếgiới (IDF), hiện có 537 triệu người trưởng thành (20–79 tuổi) đang sống chung vớibệnh ĐTĐ Con số này được dự đoán sẽ tăng lên 643 triệu vào năm 2030 và 783triệu vào năm 2045 ĐTĐ đã và đang trở thành gánh nặng kinh tế toàn cầu Trong15 năm qua, chi phí y tế điều trị ĐTĐ tăng 316%.[1]

Bệnh nhân bị ĐTĐ khi nhiễm virus COVID–19, việc điều trị sẽ khó khăn và dễchuyển biến nặng hơn Nguyên nhân là bởi hệ thống miễn dịch đã bị tổn thương,đồng thời môi trường có lượng đường huyết cao làm virus phát triển mạnh.[2] Hơnthế nữa, ĐTĐ gây nhiều biến chứng nguy hiểm, phức tạp, diễn ra đồng thời vàchồng chéo nhau khi lượng glucose huyết trong máu tăng quá mức.[3]

Kiểm soát nồng độ glucose trong máu là một trong những mục tiêu quan trọng đểgiảm thiểu tối đa các biến chứng do ĐTĐ gây ra Hiện nay, các thuốc ức chế enzymα-amylase và α-glucosidase là một hướng tiếp cận tiềm năng trong việc điều trịĐTĐ, nhờ tác dụng hạ chỉ số đường huyết sau ăn Một số thuốc ức chế enzym α-glucosidase đang được sử dụng trong lâm sàng như acarbose, miglitol và voglibose.Tuy nhiên, việc sử dụng các thuốc này vẫn còn nhiều thách thức về hiệu quả và cáctác dụng không mong muốn trên đường tiêu hóa như đầy hơi, phân mềm, bụng khóchịu và tiêu chảy do tích tụ carbohydrat và sản sinh khí trong đường ruột.[4] Do đó,việc nghiên cứu các chất có tác dụng ức chế đồng thời cả hai enzym α-glucosidasevà α-amylase, để giảm thiểu tác dụng phụ đang là xu hướng phát triển thuốc mớihiện nay.

Chalcon có nhiều tác dụng dược lý khác nhau, là nhóm dẫn chất rất được quan tâmtrong lĩnh vực y dược học hiện nay Chalcon là một nhóm phụ của flavonoid, phânbố rộng rãi trong nhiều loài thực vật, trong thực phẩm hàng ngày, là dẫn chất trunggian trong quá trình tổng hợp nên các flavonoid khác và một số dẫn chất dị vòng.Gần đây, có rất nhiều dẫn chất chalcon được báo cáo là có hoạt tính kháng khuẩn,kháng nấm, kháng sốt rét, chống tăng sinh tế bào ung thư, chống oxy hóa, khángviêm… Đặc biệt, các nghiên cứu mới đây về hoạt tính sinh học của các dẫn chấtchalcon còn phát hiện ra khả năng kháng alpha-amylase Điều này hứa hẹn sẽ tìm ranhững chất có thể ứng dụng điều trị hỗ trợ bệnh ĐTĐ.

Bên cạnh đó, hướng nghiên cứu khám phá thuốc in silico ngày càng phát triển và

đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ định hướng tìm kiếm các chất tiềm năng,rút ngắn thời gian nghiên cứu và tiết kiệm đáng kể chi phí thực hiện.

Từ những vấn đề cấp thiết về tình hình ĐTĐ hiện nay, ứng dụng các tiềm năng có

sẵn, đề tài “Thiết kế, sàng lọc và tổng hợp các dẫn xuất chalcon có tác động

kháng enzym -amylase và -glucosidase” được thực hiện với các mục tiêu

Cụ thể, các nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1 Xây dựng mô hình 2D-QSAR phân loại và dự đoán hoạt tính ức chế amylase và α-glucosidase của một số dẫn chất cấu trúc chalcon trong cáccông bố trước đây.

α-2 Thiết kế các cấu trúc có khung chalcon dựa trên các kết quả phân loại.

3 Nghiên cứu khả năng gắn kết giữa các cấu trúc thiết kế với cấu trúc amylase và α-glucosidase ở mức độ phân tử thông qua mô hình mô tả phântử docking.

4 Ứng dụng mô hình phân loại và dự đoán hoạt tính ức chế amylase và glucosidase xây dựng được trên các dẫn chất chalcon đã thiết kế.

α-5 Phân tích kết quả sàng lọc in silico để định hướng lựa chọn các cấu trúc

chalcon có hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase để tạo mẫu tiến hànhthực nghiệm.

6 Tiến hành tổng hợp và xác định cấu trúc các dẫn chất xuất chalcon.

7 Khảo sát hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase trên in vitro của các

dẫn chất chalcon tổng hợp được.

8 Nghiên cứu cơ chế tác động ức chế đồng thời α-amylase và α-glucosidase ởmức độ phân tử của các chalcon bằng mô phỏng động lực học phân tử.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN ĐÁI THÁO ĐƯỜNG1.1.1 Bệnh đái tháo đường

ĐTĐ là bệnh rối loạn chuyển hóa, có đặc điểm tăng glucose huyết mạn tính dokhiếm khuyết về sự tiết insulin, về tác động của insulin hoặc cả hai Tăng glucosemạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa carbohydrat, protid,lipid, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu, thận,mắt, thần kinh.[4]

ĐTĐ là nguyên nhân gây ra 6,7 triệu ca tử vong vào năm 2021 – cứ 5 giây lại cómột ca tử vong ĐTĐ đã và đang trở thành gánh nặng kinh tế toàn cầu Ở khu vựcĐông Nam Á, cứ 11 người trưởng thành thì có 1 người đang sống chung với bệnhĐTĐ, hơn 1 trong 2 người lớn sống chung với bệnh ĐTĐ mà không được chẩnđoán.[1]

Tại Việt Nam, theo dữ liệu cập nhật của IDF, tỷ lệ mắc bệnh ĐTĐ ở người trưởngthành năm 2011 là 3,2% Đến năm 2021, tỷ lệ này tăng gần gấp đôi lên đến6,1%.[5] Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tại Việt Nam, trong năm 2015, tỷ lệmắc bệnh là 4,1% ở những người thuộc độ tuổi 18–69 ĐTĐ ngày càng gia tăng dolối sống ít vận động, ăn uống không hợp lý làm gia tăng béo phì, rối loạn chuyểnhóa Đặc biệt, bệnh ngày càng trẻ hóa với nhiều ca mắc đã được ghi nhận ở trẻ nhỏ9–13 tuổi và thanh niên 20 đến dưới 30 tuổi Tuy nhiên, chỉ có 31,1% được chẩnđoán, trong đó 28,9% người mắc bệnh ĐTĐ được điều trị tại cơ sở y tế Điều này cónghĩa là có tới gần 70% người mắc bệnh chưa được chẩn đoán và điều trị.[6] ĐTĐlà nguyên nhân thứ 3 trong 10 nguyên nhân gây tử vong hàng đầu tại Việt Nam.[7]Bệnh ĐTĐ được phân thành 4 loại gồm[4]:

- ĐTĐ type 1 (do phá hủy tế bào β tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối);

- ĐTĐ type 2 (do giảm chức năng của tế bào β tụy tiến triển trên nền tảng đềkháng insulin);

- ĐTĐ thai kỳ (ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối củathai kỳ và không có bằng chứng về ĐTĐ type 1 hay ĐTĐ type 2 trước đó);- Các loại ĐTĐ đặc biệt do các nguyên nhân khác, như ĐTĐ sơ sinh hoặc ĐTĐ

do sử dụng thuốc và hóa chất như glucocorticoid, điều trị HIV/AIDS hoặc saucấy ghép mô…

ĐTĐ là bệnh mãn tính gây tổn thương mạch máu và các mô liên quan khi nồng độglucose trong máu tăng quá mức Các biến chứng mãn tính của ĐTĐ được chiathành 2 loại: biến chứng trên mạch máu nhỏ và biến chứng trên mạch máu lớn.Trong đó, biến chứng trên mạch máu nhỏ bao gồm bệnh thần kinh, bệnh thận và

bệnh võng mạc; biến chứng trên mạch máu lớn bao gồm bệnh mạch vành, tai biếnmạch máu não, bệnh mạch máu ngoại biên.[8, 9]

Bệnh ĐTĐ ngày càng phổ biến với nhiều biến chứng phức tạp, diễn ra đồng thời vàchồng chéo nhau, gây ra những biến chứng không hồi phục, đồng thời làm tăngnguy cơ tử vong Vì vậy, cần phải quan tâm điều trị kịp thời và hiệu quả để ngănngừa các biến chứng xảy ra.

1.1.2 Nguyên nhân và phân loại bệnh đái tháo đường

Theo hướng dẫn chẩn đoán và điều trị ĐTĐ type 2 của Bộ Y tế năm 2017 [2], ĐTĐđược phân loại gồm:

- ĐTĐ type 1 (do phá hủy tế bào beta tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối).

- ĐTĐ type 2 (do giảm chức năng của tế bào beta tụy tiến triển trên nền tảng đềkháng insulin).

- ĐTĐ thai kỳ (là ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối củathai kỳ và không có bằng chứng về ĐTĐ type 1, type 2 trước đó).

- Thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ do các nguyên nhân khác, như ĐTĐ sơ sinh hoặcĐTĐ do sử dụng thuốc và hóa chất như sử dụng glucocorticoid, điều trị HIV/AIDShoặc sau cấy ghép mô,…

1.1.3 Các nhóm thuốc điều trị đái tháo đường type 2 hiện nay

Khác với việc điều trị bệnh ĐTĐ type 1 - bệnh nhân phải phụ thuộc hoàn toàn vàoinsulin - việc điều trị ĐTĐ type 2 thường yêu cầu kết hợp chế độ ăn uống, lối sốnglành mạnh, tập thể dục hằng ngày và/hoặc uống thuốc, bao gồm các nhóm thuốc[4]:- Kích thích tiết insulin từ tế bào β tụy: sulfonylurea, glinid.

- Làm tăng tính nhạy cảm với insulin tại mô: biguanid, thiazolidinedion.- Ức chế enzym α-glucosidase (AGI).

- Tác động lên incretin: nhóm đồng vận tại enzym GLP-1, ức chế enzym DPP-4.- Tác động lên sự tái hấp thu glucose ở ống thận: ức chế kênh đồng vận chuyển

Acarbose là một pseudo-tetrasaccharidcó chứa nitơ, ức chế glucoamylase ở bờ bànchải ruột non, maltase, sucrase và dextrinase, amylase tuyến tụy nhưng ít ảnh hưởngđến isomaltase và không ảnh hưởng đến lactase Vì acarbose không tương tác vớikênh đồng vận chuyển natri-glucose ở ruột non nên acarbose không cản trở sự hấpthu glucose ở ruột Voglibose là một dẫn xuất valiolamin, ức chế mạnh hầu hết cácenzym α-glucosidase nhưng yếu hơn acarbose trong việc ức chế sucrase và ít ảnhhưởng đến α-amylase Cả acarbose và voglibose đều có nguồn gốc từ vi sinh vậttrong khi miglitol được tổng hợp từ deoxynojirimycin Miglitol khác với acarbose ởchỗ nó không ức chế α-amylase nhưng ức chế isomaltase ở ruột và tương tác mộtphần với kênh đồng vận chuyển natri-glucose của ruột non.[12]

Mặc dù các chất ức chế α-glucosidase có cơ chế tác động tương tự nhau nhưngchúng có sự khác biệt về mặt dược động học Cụ thể, miglitol được hấp thu tốt ởruột non, còn acarbose và voglibose chỉ hấp thu ở ruột với tỉ lệ dưới 5%.[12] Nhữngkhác biệt về dược động học có thể góp phần giúp miglitol ngăn chặn tình trạng tăngđường huyết sau ăn một cách hiệu quả nhất Trong một nghiên cứu về so sánh tácđộng của 3 loại thuốc này trên người mắc bệnh đái tháo đường type 2 và béo phìtrong thời gian 12 tuần, kết quả ghi nhận được một số lợi ích vượt trội của miglitolnhư giảm HbA1c đáng kể, đồng thời cho tác dụng giảm cân và tăng cường giảiphóng GLP−1 tốt hơn so với acarbose và voglibose.[13]

Việc sử dụng các chất ức chế α-glucosidase sẽ làm chậm quá trình thủy phâncarbohydrat thành monosaccharid Carbohydrat chưa tiêu hóa xong sẽ được tiếp tụctiêu hóa chậm ở hỗng tràng xa và hồi tràng nhờ α-glucosidase Khi hoạt động củaenzym ở phần ruột non xa không đủ, carbohydrat sẽ tràn vào ruột già, nơi vi khuẩnchuyển hóa carbohydrat thành các acid béo chuỗi ngắn, hydro, carbon dioxid vàmethan.[12] Điều này làm tích tụ một lượng lớn carbohydrat trong ruột, gây ra cáctác dụng không mong muốn trên đường tiêu hóa thường gặp bao gồm đầy hơi, khóchịu ở bụng, chướng bụng, đi ngoài phân lỏng.[4, 14]

Do đó, việc cung cấp các chất ức chế α-glucosidase mạnh, chọn lọc hơn, ít tác dụngphụ là đòi hỏi cao Nghiên cứu các chất ức chế vừa phải α-amylase kết hợp với ứcchế mạnh α-glucosidase có nguồn gốc tự nhiên để giảm giải phóng glucose từ ruộtvào máu Từ đó, kiểm soát được nồng độ glucose huyết sau ăn, đây là một hướngtiềm năng để tìm ra các thuốc mới điều trị ĐTĐ type 2.[15]

1.2 CÁC ENZYM LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG1.2.1 Enzym α-amylase

1.2.1.1 Nguồn gốc và vai trò sinh học

Enzym α-amylase (E.C.3.2.1.1) hay 1,4-glucan-4-glucanohydrolase là một glycosidase được tiết ra từ tuyến tụy và tuyến nước bọt Enzym này tham gia vàoquá trình thủy phân tinh bột và glycogen thông qua việc thủy phân các liên kết 1,4-glycosid α-Amylase có thể được tìm thấy trong vi sinh vật (nấm men, vi khuẩn),nấm, thực vật và động vật.[16]

endo-Trong cơ thể người, amylase của nước bọt, của tuyến tụy và bốn tiểu đơn vị glucosidase của niêm mạc ruột non là các enzym tham gia quá trình tạo ra glucosetừ thực phẩm giàu tinh bột Quá trình thủy phân tinh bột được bắt đầu bằng hoạt

α-động phân cắt các liên kết α-D-(1,4)-glycosid bên trong chuỗi amylose hoặc

amylopectin bởi enzym α-amylase Sản phẩm cuối cùng của hoạt động này là hỗnhợp các oligosaccharid cấu dạng α (có độ dài ngắn hơn) và các dextrin cấu dạng α.Các sản phẩm của quá trình thủy phân amylase không thể được hấp thụ bởi ruột Vìvậy, chúng tiếp tục được phân hủy thành các monosaccharid đơn giản hơn (glucose,galactose, fructose) bởi phức hợp enzym biểu mô viền bàn chải của ruột non Haitiểu đơn vị α-glucosidase là maltase-glucoamylase (MGAM) và sucrase-isomaltase(SI) sẽ thủy phân các sản phẩm tạo thành từ quá trình trước và tạo ra các đơn phântử glucose, hấp thu vào máu thông qua các kênh vận chuyển.[17] Quá trình thủy

phân tinh bột được minh họa như trong Hình 1.1.

Hình 1.1 Sự tiêu hóa tinh bột thông qua hai enzym α-amylase và α-glucosidase.[18]

Ức chế α-amylase − enzym xúc tác bước đầu tiên của quá trình tiêu thụcarbohydrat, có hiệu quả tốt trong việc kiểm soát tăng đường huyết sau ăn, khônggây ra việc tích tụ maltose, giảm thiểu được các tác dụng phụ trên đường tiêu hóanhư đau bụng, đầy hơi, đi phân lỏng so với khi chỉ sử dụng thuốc ức chế enzym α-glucosidase.[10, 19]

1.2.1.2 Cấu trúc và hoạt động của α-amylase ở người

Enzym α-amylase có cấu trúc ba chiều, có khả năng liên kết với cơ chất thông quatác động của các nhóm xúc tác đặc hiệu cao, thúc đẩy sự phá vỡ các liên kếtglycosid Trình tự acid amin của α-amylase nước bọt và tuyến tụy chỉ khác nhau6%.[20] α-Amylase tuyến nước bọt là một chuỗi polypeptid đơn gồm 496 acid aminvà có trọng lượng phân tử 56,55 kDa[21], còn amylase tuyến tụy là một chuỗi đơnpolypeptid gồm 512 acid amin và có trọng lượng phân tử 57,6 kDa.[22] α-Amylaseở người là một enzym thuộc họ glycosid hydrolase 13 (GH13) Các nghiên cứu đãchứng minh rằng hầu hết cấu trúc của các thành viên trong nhóm này đều gồm 3vùng chính: vùng A (vùng quyết định hoạt tính), vùng B và vùng C Bên cạnh đó, 2ion Ca2+ và Cl– cũng được cho là đóng vai trò quan trọng cho hoạt tính của enzymnày.[23]

HOẶC

Vùng A

Vùng A là vùng lớn nhất, bao gồm các acid amin từ 1 đến 99 và từ 169 đến 404[24]gấp lại thành cấu trúc điển hình (α/β)8 gồm 8 sợi β song song được bao quanh bởi 8vòng xoắn α.[25]

Vùng hoạt động của enzym (vị trí xúc tác) nằm giữa vùng A và vùng B, vị trí gầnđầu C tận cùng của sợi β Vị trí gắn kết bao gồm bộ ba acid amin Glu233,Asp197 và Asp300 hoạt động phối hợp để phân cắt liên kết giữa hai đơn vị đườngtrong một chuỗi tinh bột Ion Ca2+ có chức năng ổn định cấu trúc của enzym IonCl– được liên kết bên dưới vị trí gắn kết, nơi nó có thể hỗ trợ phản ứng thủy phântinh bột.[26] Hình 1.2 dưới đây thể hiện bộ ba acid amin Asp197, Glu233 và

Asp300 có màu cam; chất nền được thể hiện dưới dạng hình que, được mã hóa màutheo loại nguyên tử (C: xanh nước biển; O: đỏ; F: xanh lục); Asp197 liên kết cộnghóa trị với chất nền; ion Ca2+ là hình cầu lớn màu tím; ion Cl– hình cầu màu xanhlục.

Hình 1.2 Cấu trúc vùng hoạt động và bộ ba acid amin Asp197, Glu233, Asp300 của

enzym α-amylase.[26]

Enzym α-amylase xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thông qua cơ chế chuyển vịkép bao gồm sự hình thành và thủy phân chất trung gian enzym glycosyl cộng hóatrị Sự hình thành của chất trung gian này liên quan đến quá trình Asp197 tạo liênkết cộng hóa trị với carbon anomer của khung đường dưới tác nhân xúc tác là gốccarboxyl của Glu233 hoặc Asp300, sau đó phần mang tính khử bị cắt khỏi khungđường ban đầu.[24] Cũng dưới sự xúc tác của Glu233 hoặc Asp300, 1 phân tử nướctấn công vào trung tâm anomeric, cắt đứt liên kết giữa Asp197 và khung đường,thủy phân sản phẩm trung gian vừa tạo thành.[27]

Ion Cl– vừa đóng vai trò là tác nhân hoạt hóa xúc tác, vừa điều chỉnh độ pH tối ưucho hoạt động thủy phân Chức năng của ion Cl– được cho là liên quan đến sự hiện

diện của một số acid amin cơ bản gần nhóm carboxyl của các acid amin trực tiếptham gia vào quá trình xúc tác, mà có khả năng các acid amin cơ bản này sẽ hìnhthành các tương tác tĩnh điện bất lợi cho quá trình hoạt động của enzym Ion Cl–nằm trong vùng A, tạo các liên kết hydro với ba acid amin Arg195, Asn298 vàAsn337 Dựa trên cấu trúc vùng hoạt động của α-amylase, ion Cl– đóng một vai tròtrong tổ chức cấu trúc ở khu vực lân cận vị trí gắn kết, giúp làm giảm khả năng xảyra các tương tác tĩnh điện không có lợi tạo điều kiện cho enzym hoạt động.[28]

Hình 1.3 Vị trí liên kết của ion Cl– trong vùng hoạt động của α–amylase.[28]a) Sự tương tác 2 chiều (2D) giữa ion Cl– với 3 acid amin quan trọngb) Vị trí liên kết 3 chiều (3D) của ion Cl– với 3 acid amin quan trọng

Vùng B

Vùng B bao gồm các acid amin từ 100–168 tạo thành cấu trúc một vòng lặp lớnnằm xen giữa sợi β3 và vòng xoắn α3 của vùng A.[24] Ion Ca2+ liên kết chặt chẽ vớicác acid amin nằm trong vùng A (His201) và vùng B (Asn100, Arg158 và Asp167)giúp 2 vùng này được kết nối với nhau Cấu trúc vùng B trở nên bền vững hơn mộtphần bởi ion Ca2+, và chủ yếu là nhờ hai liên kết disulfid giữa Cys141 với Cys160,và Cys70 của vùng A với Cys115 của vùng B.[28]

Hình 1.4 Vị trí liên kết của ion Ca2+ (hình tròn tím) trong vùng hoạt động của α-amylase

Vùng C

Vùng C hay miền C tận cùng bao gồm các acid amin từ 405 đến 496 Vùng C đượctạo thành từ 10 sợi β, 8 trong số chúng tạo thành một cấu trúc gọi là chìa khóa HyLạp (Greek–key topology), trong khi 2 sợi còn lại nằm trong các vòng lặp.[28]Vùng A liên kết với với vùng C thông qua một chuỗi polypeptid đơn giản và đượcxem như là một vùng độc lập với chức năng chưa xác định.[27]

1.2.2 Enzym α-glucosidase

1.2.2.1 Nguồn gốc và vai trò sinh học của α-glucosidase

Enzym α-glucosidase đường ruột là một nhóm enzym tham gia vào quá trình thủyphân carbohydrat như tinh bột hay các đường đôi trong chế độ ăn để tạo ra glucoseđược hấp thụ ở ruột Nhóm này bao gồm hai phức hợp protein bao quanh màng làmaltase-glucoamylase (MGAM) và sucrase-isomaltase (SI) Trong nghiên cứu điềutrị ĐTĐ, enzym maltase hay α-glucosidase (EC 3.2.1.20) nằm trong phức MGAMđược khuyến nghị và sử dụng trong nhiều nghiên cứu.[17] Các α-glycosid hydrolaseđôi khi được thể hiện dưới thuật ngữ là α-glucosidase Do đó, khi lựa chọn đích tác

động trong nghiên cứu nên lưu ý đến vấn đề này Bảng 1.1 dưới đây là tên chính

thức, tên thay thế, liên kết enzym thủy phân và cơ chất của α-glucosidase (EC3.2.1.20) và các enzym khác nằm trong nhóm α-glucosidase đường ruột.[18, 29]

Vùng hoạt động

Bảng 1.1 Tên chính thức, tên thay thế, liên kết enzym thủy phân và cơ chất của

α-glucosidase và các enzym khác nằm trong nhóm α-α-glucosidase đường ruột.

Mã sốEC

Tên thaythế

Liên kết

α-glucosidase 3.2.1.20 Maltase α-1,4glycosid

malto −oligosaccharideGlucan 1,4-α-

glucosidase 3.2.1.3

malto −oligosaccharide

Oligo-1,6-glucosidase 3.2.1.10 Isomaltase

α-1,4 vàα-1,6glycosid

malto −oligosaccharid,

isomaltoseSucrose α-

glucosidase 3.2.1.48 Sucrase

α-1,4 vàα-1,2glycosid

malto −oligosaccharid,

sucroseCác enzym được đặt tên dựa trên các loại liên kết bị thủy phân, cơ chế hoạt động vàcơ chất của chúng Cả MGAM và SI cùng thể hiện chức năng của α-glucosidase làthủy phân liên kết α-1,4 của cơ chất malto-oligosaccharide nhưng chúng thể hiệnđặc tính khác nhau với các chuỗi cơ chất có độ dài khác nhau.[30] Phức hợp SI còncó chức năng bổ sung, đầu N tận để thủy phân các liên kết α-1,6, và đầu C tận cắtliên kết α-1,2 của sucrose.[18]

Cả 2 phức hợp MGAM và SI đều tham gia vào quá trình thủy phân đường và tinhbột Mặc dù SI chiếm tỉ lệ nhiều hơn nhưng hoạt tính thủy phân của MGAM caohơn phức SI Đây là những đích tác động tiềm năng để kiểm soát mức đường huyếtở những người mắc ĐTĐ type 2 thông qua việc ức chế enzym α-glucosidase.[31]

1.2.2.2 Cấu trúc và hoạt động của α-glucosidase

MGAM và SI là các enzym liên kết màng được cho là có cùng nguồn gốc gen Haiphức hợp này bao gồm 5 miền cấu trúc chính: một miền tế bào, một miền xuyên

màng (TMD), một liên kết O−glycosyl hóa (O−linker), và hai tiểu đơn vị xúc tác

tương đồng là các miền tận cùng amino và carboxyl (NtMGAM, NtSI và

CtMGAM, CtSI) Năm miền cấu trúc được thể hiện trong Hình 1.5.

Hình 1.5.Sơ đồ biểu diễn tổ chức protein, hoạt động thủy phân của MGAM và SI.[32]

Cả 4 tiểu đơn vị xúc tác đều thuộc họ glycosyl hydrolase 31 (GH31) và hoạt độngthông qua một cơ chế giúp duy trì cấu hình tại tâm anomeric.[31] Trình tự acidamin của 2 đơn vị xúc tác đầu N tận (NtMGAM, NtSI) giữa CtMGAM và CtSI cósự tương đồng đến 60% Mặt khác, hai đơn vị xúc tác của mỗi protein riêng lẻ(NtMGAM so với CtMGAM và NtSI so với CtSI) có trình tự acid amin tương tựnhau 40%.[18] Mỗi tiểu đơn vị xúc tác lần lượt bao gồm 5 miền cấu trúc phụ Miềnphụ đầu tiên trong các miền NtMGAM và CtMGAM là miền trefoil Type-P và chứcnăng của nó hiện chưa được xác định; tiếp theo là miền đầu cuối N bao gồm cấutrúc β-sandwich song song; miền xúc tác bao gồm miền có cấu trúc điển hình(β/α)8; và cuối cùng là các miền đầu tận cùng C gần và xa, cả hai đều được tạothành từ cấu trúc β-sandwich.[31]

Maltase Glucoamylase (MGAM)

NtMGAM bao gồm 868 acid amin còn CtMGAM bao gồm 913 acid amin Miềnxúc tác của NtMGAM có một khoang gắn kết nông gồm phần phụ −1 và +1 giữ vaitrò liên kết với cơ chất Tại miền xúc tác của CtMGAM có sự hiện diện của 21 acidamin bổ sung giúp enzym liên kết với cơ chất lâu hơn Vì vậy CtMGAM có thểphân cắt các cơ chất dài hơn còn NtMGAM ưu tiên liên kết và phân cắt các cơ chấtcó độ dài chuỗi ngắn hơn Điều này dẫn đến tính đặc hiệu liên kết khác nhau củamỗi tiểu đơn vị xúc tác.[18]

Cơ chế xúc tác của tiểu đơn vị NtMGAM cũng đã được làm rõ bằng phương pháptính toán cơ học lượng tử/ cơ học phân tử (QM/MM) đa độ phân giải Các acid amin

Asp327, Asp443, Arg526, Asp542 và His600 tạo các liên kết hydro với nhómhydroxyl của đường (maltose); trong khi các acid amin Tyr214, Tyr299, Trp406,Phe450, Trp559 và Phe575 có các tiếp xúc xếp chồng với các vòng đường; Asp366và Tyr214 có vai trò quan trọng để điều chỉnh giá trị pKa của acid hoặc base và xúctác nucleophilic.[33]

Tại miền gắn kết, enzym gắn kết với acarbose chủ yếu là bằng liên kết hydro, đặc

biệt là gắn với các vòng acarvosin (aglycon của acarbose) và hầu như không cótương tác nào được hình thành với các vòng glycon của nó Phần lớn các acid amintương tác tại vị trí −1 là các acid amin nằm trong cấu trúc (β/α)8, cụ thể là liên kếthydro thông qua Asp327, Asp542, His600 và Arg526 Các acid amin bổ sung baoquanh vị trí liên kết −1 bao gồm Asp443, Tyr299, Ile328, Ile364, Trp441 vàMet444 Vòng acarbose chiếm vị trí +1 chủ yếu thông qua liên kết hydro vớiAsp542 và Arg526 (trong cấu trúc (β /α)8) và bởi Asp203, (bắt nguồn từ vùng N tậncùng NtMGAM) Ngoài ra, 2 acid amin kỵ nước cồng kềnh là Trp406 và Phe405

chèn vào vị trí +1 thể hiện trong Hình 1.8.[31]

Hình 1.6 Acarbose và khoang gắn kết của cấu trúc MGAM gồm phần phụ +1 và –1.

Sucrase Isomaltase (SI)

Miền xúc tác của NtSI có một một khoang gắn kết nông gồm phần phụ −1 và +1giữ vai trò liên kết với cơ chất Phần đuôi không khử của cơ chất được gắn trongphần phụ −1 Sự phân cắt cơ chất bởi nucleophil với xúc tác diễn ra giữa các tiểuphân −1 và +1 Sự liên kết trình tự với các thành viên khác của họ GH31 đã xác

định Asp472 trong NtSI là nucleophil xúc tác, trong khi Asp571 đóng vai trò gốcacid/base.[18]

1.3 TÁC ĐỘNG ỨC CHẾ ENZYM α-AMYLASE VÀ α-GLUCOSIDASECỦA HỢP CHẤT FLAVONOID

1.3.1 Giới thiệu flavonoid

Flavonoid là một nhóm dẫn xuất của các hợp chất polyphenol phân bố rộng rãitrong trái cây, rau, trà, các loại đậu và cây thuốc.[34] Các hợp chất này được nghiên

cứu ngày càng rộng rãi qua các thử nghiệm in silico, in vitro và in vivo vì những lợi

ích y học mà nó đem lại Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng flavonoid cóthể ức chế các enzym điều hòa, các yếu tố phiên mã quan trọng để kiểm soát cácchất trung gian liên quan đến viêm Flavonoid còn là các chất chống oxy hóa mạnhvới khả năng làm giảm tổn thương hoặc xơ hóa mô Ngoài ra, flavonoid còn có tácdụng bảo vệ tim mạch và mạch máu, chống ung thư, kháng khuẩn và hạ đườnghuyết.[35, 36] Cho đến nay, hơn 10.000 flavonoid đã được phân lập và xácđịnh.[37]

Flavonoid được phân thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc hóa học,mức độ không bão hòa và quá trình oxy hóa của vòng carbon Anthoxanthin,flavanon, flavanol, flavonon, flavonol, flavan, chalcon, anthocyanidin và

isoflavonoid là những phân nhóm khác nhau của flavonoid (Hình 1.7.).[38]

Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của flavonoid và các phân nhóm khác.[38]

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất phân tử nhỏ như flavonoid vàpolyphenol tự nhiên cho tác dụng hạ đường huyết giống như acarbose mà không

gây ra tác dụng phụ.[39] Các hợp chất flavonoid có thể ức chế đồng thời hoạt độngcủa α-amylase tuyến tụy và α-glucosidase, giúp ngăn chặn việc tăng đường huyếtquá mức sau ăn và giảm nguy cơ xảy ra các biến chứng của ĐTĐ.[40]

Rutin là một flavonoid được tìm thấy trong nhiều loại thực vật, cho đặc tính hạđường huyết và ngăn sự phát triển của các biến chứng Rutin làm giảm hấp thucarbohydrat từ ruột non, bằng cách ức chế các enzym tham gia vào quá trình tiêuhóa tinh bột Tác dụng ức chế của rutin đối với hoạt động của maltase vàglucoamylase thấp hơn acarbose, trong khi tác dụng ức chế isomaltase cao hơnacarbose.[41]

Người ta thấy rằng flavonoid trong Nam việt quất làm giảm đường huyết và tăng độnhạy cảm với insulin ở động vật.[42] Anthocyanin kiểm soát béo phì và có thể giúpngăn ngừa ĐTĐ type 2.[43] Chrysin là một flavon tự nhiên có nhiều lợi ích cho sứckhỏe như tác dụng chống đái tháo đường, chống dị ứng, chống ung thư và chốngkhối u.[44] Nhiều flavonoid làm tăng tiết insulin, cải thiện tình trạng tăng đườnghuyết, giảm đề kháng với insulin, đồng thời tăng sự hấp thu glucose của cơ xương

trong thử nghiệm in vivo trên chuột.[45] Sô-cô-la giàu flavonol giúp tăng cường

tính nhạy cảm insulin và giảm tình trạng đề kháng insulin ở những người khỏe

mạnh.[46] Allium cepa L (Hành tây) rất giàu các dẫn xuất quercetin, có tác động ức

chế men tyrosin phosphatase 1B (PTP1B) của protein, làm giảm biểu hiện và tănghấp thu glucose, cho tác dụng chống oxy hóa và hạ đường huyết tiềm năng.[47]Methylglyoxal là một chất chuyển hóa trong cơ thể, khi nồng độ tăng cao trong máudễ gây ra ĐTĐ, bệnh xơ vữa (một tình trạng mà mảng xơ vữa phát triển trong độngmạch, gây ra các vấn đề tắc nghẽn) và tổn thương dây thần kinh Các thử nghiệmlâm sàng trên quercetin cho thấy sự giảm nồng độ methylglyoxal trong huyết tương,trong khi epicatechin không cho tác dụng tương tự Vì vậy, các flavonoid khác nhausẽ cho hiệu lực khác nhau trong việc điều trị các bệnh cụ thể.[48]

1.3.2 Tình hình nghiên cứu hoạt tính ức chế α-glucosidase và α-amylase trongđiều trị đái tháo đường type 2

1.3.2.1 Các nghiên cứu trên α-glucosidase

Hiện nay, ức chế enzym α-glucosidase đang là một hướng tiếp cận tiềm năng, thuhút nhiều nghiên cứu trên thế giới và cả trong nước nhằm mở rộng việc lựa chọnthuốc trong điều trị ĐTĐ type 2.

4-H-1-Benzopyran-4-on (chromon) là một hợp chất dị vòng có oxy, cấu trúc lõichromon được tìm thấy trong flavon, isoflavon, 2-styrylchromon Trong nghiên cứucủa Koichi Takao và cộng sự (2014), đã đánh giá hoạt tính sinh học của một loạtcác dẫn xuất 3-styrylchromon về hoạt tính ức chế α-glucosidase Kết quả tốt nhất

trên 2 hợp chất 15 và 20, chứa một gốc catechol trong vòng B, có hoạt tính ức chếα-glucosidase (15: IC50 = 16 µM; 20: IC50= 10 µM).[49]

Các dẫn xuất 2,4,5–triarylimidazol–1,2,3–triazol được tổng hợp và đánh giá hoạttính sinh học, cho thấy tất cả các chất đều ức chế α-glucosidase mạnh với IC50 nằmtrong khoảng 15,16 đến 48,15 μM so với chuẩn acarbose (IC50 = 817,38 ± 6,27

μM) Trong đó, hợp chất 5j (Hình 1.8.) là hợp chất có tác động ức chế

α-glucosidase mạnh nhất với IC50 = 15,16 ± 0,18 μM.[50]

Hình 1.8 Hợp chất 5j của dẫn xuất 2,4,5–triarylimidazole–1,2,3–triazol.[50]

Bên cạnh các nghiên cứu về các nhóm chất thuộc họ flavonoid như dẫn chất

chalcon, flavanon, flavon,… Trong nghiên cứu in vitro của tác giả Lâm Bảo Như

Phương và cộng sự (2020)[51] các dẫn xuất indol tinh khiết đối quang 3a–r được

đánh giá hoạt tính ức chế α-glucosidase, cho kết quả ức chế mạnh với IC50 từ 4,3đến 43,9 μM.

Hợp chất 5j

IC50 = 15,16 ± 0,18 μMμM

Hình 1.9 Các dẫn xuất indol tự nhiên hoặc tổng hợp có hoạt tính ức chế

Tại Việt Nam, nghiên cứu khảo sát khả năng ức chế enzym α-glucosidase từ caochiết lá sầu đâu tại tỉnh An Giang cho thấy 7 loại cao chiết đều có hoạt tính ức chếα-glucosidase, trong đó đạt hiệu quả cao nhất ở cao chiết cloroform với IC50 đạt142,0 μg/mL và kém nhất là cao petroleum ether với IC50 là 235,8 μg/mL.[53]

1.3.2.2 Các nghiên cứu trên α-amylase

Trong một nghiên cứu in silico với 257 chất hóa thực vật từ các cây thuốc được

chọn có hoạt tính chống ĐTĐ, sau quá trình docking thu được 79 chất có nănglượng liên kết nằm trong khoảng từ –10,1 đến –7,6 kcal/ mol Kết quả mô phỏngđộng lực học phân tử cho thấy độ ổn định của các phức hợp tốt hơn so với acarboseđối chứng Những chất hóa thực vật có tiềm năng phát triển các loại thuốc ức chế α-amylase điều trị ĐTĐ type 2 như shahidin, epicatechin, quercetin, isocolumbin, acidellagic,…[54]

Hoạt tính sinh học linh hoạt của chalcon đã được nghiên cứu trong một thời giandài, bao gồm cả việc sử dụng chúng như chất ức chế α-amylase để điều trị ĐTĐ.Một nghiên cứu được thực hiện bởiMahboob Ali và cộng sự (2021) đã tổng hợp 16chalcon, sau đó đánh giá khả năng ức chế α-amylase tụy lợn trong ống nghiệm Tấtcả các chalcon đều thể hiện hoạt động ức chế tốt trong khoảng IC50 từ 1,25 đến 2,40μM so với chất chuẩn là acarbose (IC50 = 1,34 ± 0,3 μM).[55]

indol oxindol

isatin

Hình 1.10 Hợp chất chalcon 5 có hoạt tính ức chế α-amylase in vitro.[55]

Lê Quốc Duy và cộng sự (2016) đã thực hiện nghiên cứu khảo sát khả năng ức chếα-amylase và α-glucosidase của một số cây thuốc dân gian điều trị ĐTĐ Kết quảphân tích cho thấy khả năng ức chế α-amylase ở lá Ổi, lá Xoài, lá Mãng cầu ta, láMãng cầu xiêm và lá Bình bát có IC50 tương ứng lần lượt là 42,92; 66,17; 64,85;76,35 và 88,93 µg/mL.[56]

Trong một nghiên cứu của Adebayo Tajudeen và cộng sự (2018) về hoạt tính sinhhọc của các chalcon và bis-chalcon Kết quả đánh giá về hoạt tính ức chế α-amylase

in vitro của các hợp chất này, cho thấy chúng hoạt động tốt trong khoảng IC50 từ1,25 ± 1,05 đến 2,40 ± 0,09 µM so với acarbose chuẩn (IC50= 1,04 ± 0,3 µM).[57]Trong nghiên cứu năm 2021 của Faiza Saleem và cộng sự, 27 dẫn xuất azachalconđã được tổng hợp và đánh giá tác động hạ đường huyết thông qua việc ức chế

enzym α-amylase và α-glucosidase Năm hợp chất là 3 (IC50 23,08 ± 0,03 µM), 5

(IC50= 24,57 ± 0,07 µM), 6 (IC50 = 24,94 ± 0,12 µM), 16 (IC50= 27,57 ± 0,07 µM),

và 28 (IC50= 26,94 ± 0,12 µM) cho hoạt tính ức chế trung bình trên enzym amylase so với acarbose (IC50 = 18,08 ± 0,07 μM).[58]

α-1.4 THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝ

Trong những năm gần đây, sàng lọc in silico hay sàng lọc dựa trên sự trợ giúp của

máy tính với các kỹ thuật như mô hình 3D–pharmacophore, mô hình mối liên quancấu trúc-tác dụng (SAR và QSAR), phương pháp docking phân tử, mô phỏng độnglực học phân tử,… đã trở thành một hướng đi mới đầy tiềm năng trong nghiên cứukhám phá thuốc mới Nhờ sự cải tiến nhanh chóng của hiệu năng máy tính cũng như

sự phát triển của hóa học và sinh học tính toán, các kỹ thuật này đã được áp dụngthành công trong hầu hết các giai đoạn của quá trình nghiên cứu và phát triển thuốcđể đẩy nhanh tiến trình, định hướng cho tổng hợp, giúp giảm chi phí và rủi ro liênquan đến các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng.

1.4.1 Phương pháp gắn kết phân tử

Xuất hiện lần đầu vào những năm 1970, phương pháp gắn kết phân tử (moleculardocking) dần được sử dụng rộng rãi và trở thành một công cụ quan trọng trong cácnghiên cứu thiết kế thuốc Gắn kết phân tử là một kỹ thuật tính toán để nghiên cứusự tương tác giữa đích tác động (thường là một đại phân tử sinh học) và phối tử ởmức độ phân tử Docking cho phép xếp hạng các phối tử bằng cách đánh giá ái lựcliên kết của chúng đối với enzym, sử dụng các hàm tính điểm khác nhau.[59]

Docking đã được ứng dụng thành công trong nhiều giai đoạn của quá trình thiết kếvà khám phá thuốc với 3 mục đích chính: (1) dự đoán sự gắn kết của phối tử có hoạttính đã biết, (2) sàng lọc ảo các phối tử mới, (3) dự đoán ái lực gắn kết của các hợpchất liên quan từ một chuỗi các chất có hoạt tính đã biết.

Docking lắp ghép phối tử vào cấu trúc mục tiêu theo 3 hướng sau:

i Xem phối tử và cấu trúc mục tiêu đều là những phân tử cứng (docking cứng).ii Xem phối tử là những phân tử linh động (docking bán linh động).

iii Xem phối tử và cấu trúc mục tiêu đều linh động (docking linh động hoàn toàn),nhưng tính linh động chỉ giới hạn ở những chuỗi bên đặc trưng nào đó của điểm gắnkết.

Nghiên cứu gắn kết phân tử đóng vai trò quan trọng không chỉ trong quá trình xácđịnh chất khởi nguồn mà còn ứng dụng để tìm kiếm các mục tiêu tác động tiềmnăng cho nhiều bệnh lý khác nhau.[60] Hiện nay, có nhiều phần mềm và công cụdocking đã được phát triển thương mại cũng như miễn phí, phổ biến gồm AutoDockVina, FlexX, GOLD, LeDock, Glide, MOE Dock [61]

1.4.2 Phương pháp phân tích mối liên quan cấu trúc – tác dụng (SAR)

Mối liên quan cấu trúc – tác dụng (SAR) là chìa khóa giúp tối ưu hóa quá trìnhnghiên cứu thuốc mới ngay từ bước sàng lọc sơ cấp Xây dựng các mô hình SARgiúp tóm tắt và hệ thống hóa lượng lớn cơ sở dữ liệu các chất đã nghiên cứu vớinhiều đặc tính hóa lý, sinh học trước đó Việc làm sáng tỏ các đặc điểm này giúp rútngắn thời gian nghiên cứu, dự đoán được hoạt tính của các phân tử/ chất mới Từđó, tìm ra được các hợp chất tiềm năng – có thể cải thiện hiệu lực, giảm độc tính vàđảm bảo tính sinh khả dụng sinh học phù hợp nhất cho nghiên cứu.77

Tuy nhiên, SAR chỉ là mô hình được rút gọn hoặc đơn giản hóa từ một cơ sở dữliệu nhất định Nếu chỉ dựa vào riêng SAR là không đủ để có thể khẳng định rõ ràng