đoàn thanh hiếu thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư

Nhiều hợp chất mới đã được phát hiện và nghiên cứu hoạt tính ức chế HDAC, trong đó nổi bật nhất là nhóm các dẫn xuất của acid hydroxamic, với bốn thuốc đã được cấp phép điều trị gồm vori

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐOÀN THANH HIẾU

THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG QUINAZOLIN HƯỚNG TÁC DỤNG

KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐOÀN THANH HIẾU

THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG

QUINAZOLIN HƯỚNG TÁC DỤNG

KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

CHUYÊN NGÀNH: HÓA DƯỢC

MÃ SỐ : 62720403

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Thế Hải

GS TS Sang-Bae Han

HÀ NỘI, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả luận án

Đoàn Thanh Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS TS

Phạm Thế Hải, GS TS Sang-Bae Han và GS TS Nguyễn Hải Nam, những người

thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, truyền cảm hứng, mang đến cho tôi những bài học quí giá về sự tận tâm, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt nhất luận án này

Trong thời gian thực hiện luận án, tôi cũng nhận được sự phối hợp, giúp đỡ của Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Dược - Đại học Chungbuk, Hàn Quốc, cùng toàn thể các thầy cô, cán bộ và nghiên cứu viên của Bộ môn Hóa dược

- Khoa Công nghệ hóa dược - Trường Đại học Dược Hà Nội Tôi xin trân trọng cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Quản lý Đào tạo - Bộ phận Sau đại học, các phòng chức năng của Trường Đại học Dược Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận án

Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Đảng ủy, Ban giám hiệu, các phòng chức năng, Ban lãnh đạo Khoa Dược, cùng toàn thể các đồng nghiệp của tôi tại

Bộ môn Hóa dược và Khoa Dược - Trường Đại học Y - Dược, Đại học Thái Nguyên đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt cả hai nhiệm vụ học tập và công tác

Những nghiên cứu thực hiện trong luận án đã nhận được sự tài trợ của Quỹ phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED, mã số đề tài 104.01-2016.12) và Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (NRF, số cấp 2017R1A5A2015541), tôi xin trân trọng cảm ơn

Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố, mẹ, chồng và các con cùng gia đình, người thân, bạn bè của tôi, đã luôn là những người động viên, là động lực giúp tôi phấn đấu để hoàn thành tốt luận án

Hà Nội, ngày 4 tháng 7 năm 2023

Nghiên cứu sinh

Đoàn Thanh Hiếu

Chương 2 NGUYÊN LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ

2.1.1 Nguyên liệu cho nghiên cứu docking, dự đoán dược động học - độc

tính

43

2.1.3 Nguyên liệu sử dụng cho thử hoạt tính sinh học 44

2.3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

3.1 KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤU TRÚC, DỰ ĐOÁN TƯƠNG TÁC,

4.2 BÀN LUẬN VỀ LIÊN QUAN CẤU TRÚC – TÁC DỤNG 121

4.2.1 Hoạt tính sinh học của các dãy chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d 121

4.2.2 Hoạt tính sinh học của các dãy chất IVa-i, Va-i và VIa-c 126

4.2.3 Hoạt tính sinh học của các dãy chất VIIa-i và VIIIa-i 130 4.2.4 Liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất 133 4.3 BÀN LUẬN VỀ CÁC HỢP CHẤT TIỀM NĂNG VÀ PHƯƠNG

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

13C-NMR : Carbon - 13 magnetic resonance spectroscopy

(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13)

1H-NMR : Proton magnetic resonance spectroscopy

(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton)

Ac2O : Anhydrid acetic

ACC : Adrenocortical carcinoma (Ung thư biểu mô vỏ thượng thận)

AcOH : Acid acetic

ADN : Acid deoxyribonucleic

ALL : Acute lymphatic leukemia (Ung thư bạch cầu cấp tính)

AML : Acute myelogenous leukemia (Ung thư bạch cầu tuỷ bào cấp tính) ARN : Acid ribonucleic

Asp : Acid aspartic

BLCA : Bladder urothelial carcinoma (Ung thư biểu mô bàng quang)

BRCA : Breast invasive carcinoma (Ung thư biểu mô xâm lấn vú)

CD : Catalytic domain (Vùng xúc tác)

CESC : Cervical squamous cell carcinoma and endocervical adenocarcinoma

(Ung thư biểu mô tế bào vảy cổ tử cung và ung thư biểu mô tuyến trong cổ tử cung)

CLL : Chronic lymphatic leukemia (Ung thư bạch cầu mãn tính)

CREB : cAMP response element-binding protein

(Protein liên kết với phần tử đáp ứng cAMP) CTCL : Cutaneous T-cell lymphoma (U lympho tế bào T dưới da)

Cys : Cystein

DBU : 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en

DCM : Dicloromethan

DHFR : Dihydrofolat reductase (Enzym khử dihydrofolat)

DLBC : Lymphoid neoplasm diffuse large B-cell lymphoma

(Ung thư hạch bạch huyết khuếch tán u lympho tế bào B lớn) DMF : Dimethylformamid

DMSO : Dimethyl sulfoxid

EGFR : The epidermal growth factor receptor

(Receptor của yếu tố tăng trưởng biểu bì) FDA : U.S Food and Drug Administration

(Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ)

GBM : Glioblastoma multiforme (U nguyên bào xốp đa dạng)

Glu : Acid glutamic

Gly : Glycin

HAT : Histone acetyltransferase (Enzym histon acetyltransferase)

HCC : Hepatocellular carcinoma (Ung thư biểu mô tế bào gan)

HDAC : Histone deacetylase (Enzym histon deacetylase)

HDACi : Histone deacetylase inhibitors (Các chất có tác dụng ức chế HDAC) His : Histidin

HL : Hodgkin lymphoma (Ung thư hạch Hodgkin)

HR-MS : High resolutioan mass spectroscopy

(Phổ khối lượng có độ phân giải cao)

IC50 : Half-maximal inhibitory concentration

(Nồng độ ức chế 50 %, nồng độ ức chế tối đa một nửa)

IR : Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại)

Isozym : Isoforms of HDAC (Dạng enzym HDAC)

J : Hằng số tương tác (Hz)

Leu : Leucin

LGG : Brain lower grade glioma (U thần kinh đệm cấp dưới não)

LUAD : Lung adenocarcinoma (Ung thư biểu mô tuyến phổi)

LUSC : Lung squamous cell carcinoma (Ung thư biểu mô tế bào vảy phổi) Lys : Lysin

MDS : Myelodysplasia syndrome (Hội chứng loạn sản tuỷ)

MeCN : Acetonitril

MeOH : Methanol

Met : Methionin

MM : Multiple myeloma (Bệnh đa u tủy)

MS : Mass spectroscopy (Phổ khối lượng)

NCI-H23 : Dòng tế bào ung thư phổi người thể tế bào không nhỏ

NSCLC : Non-small cell lung carcinoma

(Ung thư biểu mô phổi không phải tế bào nhỏ) PC3 : Dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến người

PDB : Protein data bank (Ngân hàng dữ liệu protein)

Phe : Phenylalanin

Pro : Prolin

PyBOP : Benzotriazol-1-yloxytripyrrolidinophospho hexafluorophosphat

Reflux : Hồi lưu

SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic

Ser : Serin

SIRTs : Sirtuins (Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2)

STAD : Stomach adenocarcinoma (Ung thư biểu mô tuyến dạ dày ) SW620 : Dòng tế bào ung thư đại tràng người

TGCT : Testicular germ cell tumors (U tế bào mầm tinh hoàn) THF : Tetrahydrofuran

UCEC : Uterine corpus endometrial carcinoma

(Ung thư biểu mô nội mạc tử cung) UCS : Uterine carcinosarcoma (Ung thư biểu mô sợi tử cung) Val : Valin

 (ppm) : Độ chuyển dịch hóa học (phần triệu)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các nguyên liệu sử dụng trong tổng hợp hóa học 43 Bảng 2.2 Tỷ lệ các thành phần trong dung dịch định lượng tác dụng ức chế HDAC 51

Bảng 3.1 Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d 57

Bảng 3.2 Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất IVa-i, Va-i và VIa-c 59

Bảng 3.3 Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất VIIa-i và VIIIa-i 60 Bảng 3.4 Tác dụng ức chế HDAC và gây độc tế bào của các dẫn chất 102

Bảng 4.1 Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d 122

Bảng 4.2 Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của IVa-i, Va-i và VIa-c 127

Bảng 4.3 Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất VIIa-i và VIIIa-i 131

Bảng 4.4 Năng lượng liên kết với HDAC6 của các chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và VIIIa-i 140 Bảng 4.5 Tóm tắt liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất 142 Bảng 4.6 Kết quả dự đoán một số thông số lý hóa, thông số dược động học và

độc tính của các chất VIIc, VIIg, VIIIc và VIIIh 143

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Phản ứng oxy hóa quinazolin (a) và phản ứng khử hóa quinazolin (b) 20

Sơ đồ 1.2 Phản ứng thế ái nhân/thế ái điện tử của quinazolin 20

Sơ đồ 1.5 Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Besson T.) 26

Sơ đồ 1.6 Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Vanelle P.) 26

Sơ đồ 1.7 Phản ứng Niementowski dùng chất lỏng ion (theo Kathiravan M K.) 27

Sơ đồ 1.8 Tổng hợp piriqualon (theo Ewing F E.) 27

Sơ đồ 1.9 Tổng hợp quinazolinon-PBD (theo Farag A.A.) 28

Sơ đồ 1.10 Tổng hợp dẫn chất quinazolinon có sử dụng vi sóng (theo Liu J F.) 28

Sơ đồ 1.11 Tổng hợp dẫn chất 2,3-diaryl-4(3H)-quinazolinon (theo Giridhar R.) 29

Sơ đồ 1.12 Tổng hợp dẫn chất thế ở C 4 của quinazolinon (theo Boyapati S.) 29

Sơ đồ 1.13 Tổng hợp dẫn chất thế ở N 3 của quinazolinon (theo Gupta D.) 29

Sơ đồ 1.14 Tổng hợp dẫn chất thế 2,3 của quinazolin-4(3H)-on 30

Sơ đồ 1.15 Phản ứng ngưng tụ đóng vòng từ acid anthranilic, ortho ester (hoặc

Sơ đồ 1.16 Phản ứng oxy hóa đóng vòng tạo quinazolinon (theo Bakavoli M.) 31

Sơ đồ 1.17 Tổng hợp deoxyvasicinon và rutaecarpin 31

Sơ đồ 1.18 Phản ứng oxy hóa đóng vòng có xúc tác Darko KB 32

Sơ đồ 1.19 Tổng hợp 5-arylpyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7(6H)-on có xúc tác InCl3 32

Sơ đồ 1.20 Tổng hợp dẫn chất quinazolinon (theo Shariff M.) 32

Sơ đồ 1.21 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Ir (theo Zhou J.) 33

Sơ đồ 1.22 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo YokoyamaY.) 33

Sơ đồ 1.23 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Fe (theo Deng G J.) 33

Sơ đồ 1.24 Tổng hợp (-)-benzomalvin A bằng phản ứng aza-Wittig 34

Sơ đồ 1.25 Phản ứng aza-Wittig có xúc tác Cu(I) (theo Molina P.) 34

Sơ đồ 1.26 Phản ứng aza-Wittig tạo dẫn chất amin của quinazolinon (theo Wu M H.) 35

Sơ đồ 1.27 Phản ứng aza-Wittig sử dụng kỹ thuật tổng hợp pha rắn (theo Ding M.W.) 35

Sơ đồ 1.28 Tổng hợp toàn phần luotonin A (theo Malacria M.) 35

Sơ đồ 1.29 Tổng hợp quinazolinon bằng chuỗi phản ứng gốc (theo Chiba S.) 36

Sơ đồ 1.30 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Fu H.) 36

Sơ đồ 1.31 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Ma D.) 37

Sơ đồ 1.32 Tổng hợp quinazolinon không có xúc tác kim loại (theo Iqbal M A.) 37

Sơ đồ 1.33 Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo Li B.) 37

Sơ đồ 1.34 Carbonyl hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Alper H.) 38

Sơ đồ 1.35 Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Zhu Q.) 38

Sơ đồ 1.36 Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Willis M.C.) 38

Sơ đồ 1.37 Phản ứng carbonyl hóa 3 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.) 39

Sơ đồ 1.38 Phản ứng carbonyl hóa 4 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.) 39

Sơ đồ 1.39 Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Soghra) 39

Sơ đồ 1.40 Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Shireen) 40

Sơ đồ 1.41 Cơ chế phản ứng tổng hợp quinazolinon qua trung gian Vilsmeier 40

Sơ đồ 1.42 Tổng hợp quinazolinon từ anhydrid isatoic 40

Sơ đồ 3.4 Qui trình tổng hợp dãy chất IVa-i và Va-i 69

Sơ đồ 4.1 Cơ chế phản ứng Niementowski ngưng tụ tạo vòng quinazolin-4(3H)-on 105

Sơ đồ 4.2 Cơ chế phản ứng tạo vòng 2-methylquinazolin-4(3H)-on qua trung

Sơ đồ 4.3 Cơ chế phản ứng N-alkyl hóa dẫn chất quinazolin-4(3H)-on 107

Sơ đồ 4.4 Cơ chế phản ứng C 4 -amin hóa khung quinazolin-4(3H)-on 109

Sơ đồ 4.5 Cơ chế phản ứng N-acyl hóa tạo acid hydroxamic 110

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc vi tinh thể của các HDAC nhóm I và HDAC6 3

Hình 1.2 Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân acetyl-Lysin của HDAC 5 Hình 1.3 Ảnh hưởng của các HDAC đến chu trình phát triển của tế bào ung thư 8 Hình 1.4 Cấu trúc ba phần chính của các chất ức chế HDAC 9 Hình 1.5 Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đã được phê duyệt cho

Hình 1.6.A Các chất ức chế chọn lọc HDAC1-2 cấu trúc benzamid 12 Hình 1.6 B Các chất ức chế chọn lọc HDAC3 cấu trúc benzamid 12 Hình 1.7 Tương tác của SAHA với HDAC8 (A-C) và vùng xúc tác của HDAC3 (D) 13

Hình 1.8 Cấu trúc và tương tác của 20 (PCI34051) với HDAC8 13 Hình 1.9 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tetrahydroisoquinolin 14 Hình 1.10 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tripeptidomimetic và sulfur 14

Hình 1.12 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc vòng thơm và dị vòng thơm 15 Hình 1.13 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc triazol (theo Suzuki T và Ingham O J.) 16

Hình 1.14 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc O-aryl N-hydroxycinnamid 17

Hình 1.15 Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC6 18

Hình 1.16 Cấu trúc của một số khung quinazolin và quinazolinon 19

Hình 1.17 Cấu trúc của raltitrexed (35) và

Hình 1.18 Cấu trúc của

Hình 1.19 Cấu trúc của các dẫn chất pyrrolo[1,2-a]quinazolin-5(4H)-on 21

Hình 1.20 Cấu trúc của

Hình 1.21 Cấu trúc của các dẫn chất 4-aminoquinazolin ức chế EGFR 22 Hình 1.22 Cấu trúc của dẫn chất thế ở 4- của 6-alkoxy-4-aminoquinazolin 22 Hình 1.23 Cấu trúc của dẫn chất -halopropionamid ở vị trí 6 của quinazolin 23 Hình 1.24 Cấu trúc của dẫn chất 2-(thiophen-2-yl)quinazolin 23

Hình 1.25 Cấu trúc của (E)-6-chloro-3-(pyrimidin-2-yl)-2-styrylquinazolin-4(3H)-on 23

Hình 1.26 Cấu trúc của 2-(3-methoxyphenyl)quinazolin-4(3H)-on 24

Hình 1.27 Cấu trúc của dẫn 2-phenyl-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on 24

Hình 1.28 Cấu trúc của 2-(naphthalen-1-yl)-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on 24

Hình 1.30 Cấu trúc chung của các quinazolinon có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm 25

Hình 2.1 Cấu trúc dự kiến của các dẫn chất dãy I-VIII 48 Hình 3.1 Khung cấu trúc dự kiến của các dẫn chất 55

Hình 3.2 Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy I, II và III 56

Hình 3.3 Mô phỏng docking SAHA, Ia-h, IIa-d và IIIa-d vào HDAC2 57

Hình 3.4 Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy IV, V và VI 58

Hình 3.5 Mô phỏng docking SAHA (A) và IVa-i, Va-i, VIa-c (B) vào

Hình 3.6 Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy VII và VIII 60

Hình 4.1 Cấu trúc của các dẫn chất dãy Ia-h, IIa-d và IIIa-d 113

Hình 4.2 Cấu trúc của các dẫn chất dãy IVa-i, Va-i và VIa-c 116

Hình 4.3 Cấu trúc của các dẫn chất dãy VIIa-i và VIIIa-i 118

Hình 4.4 Mô phỏng docking các chất Ie, IIb và IIIc vào HDAC2 125

Hình 4.5 Mô phỏng docking các chất IVb, Vh và VIb vào HDAC2 129

Hình 4.6 Mô phỏng docking các chất VIIb, VIIc, VIIg và VIIh vào

Hình 4.7 Mô phỏng docking các chất VIIIc và VIIIh vào HDAC2 133 Hình 4.8 Đồ thị so sánh nồng độ ức chế HDAC của các dẫn chất 134 Hình 4.9 Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào SW620 của các dẫn chất 134 Hình 4.10 Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào PC3 của các dẫn chất 135 Hình 4.11 Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào NCI-H23 của các dẫn chất 135

Hình 4.12 Tương tác với bề mặt HDAC2 của các chất Ic và VIIIc 136

Hình 4.13 Tương tác với HDAC2 của các chất Ic, IIc, IVc và VIb 137 Hình 4.14 Tóm tắt ảnh hưởng của các nhóm thế trên khung quinazolin trong

Hình 4.15 Tương tác với HDAC6 của các chất SAHA, Ie, IIb, IIIc và VIIIh 141

Hình 4.16 Đồ thị tương quan giữa các giá trị IC50 thực nghiệm và điểm

docking của các dẫn chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và SAHA 146

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Thiết kế cấu trúc dựa trên mục tiêu phân tử đang trở thành hướng đi chủ yếu trong nghiên cứu thuốc điều trị ung thư Trong số các mục tiêu phân tử tiềm năng, enzym histon deacetylase (HDAC) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học do chúng có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển tế bào ung thư [112] Nhiều hợp chất mới đã được phát hiện và nghiên cứu hoạt tính ức chế HDAC, trong đó nổi bật nhất là nhóm các dẫn xuất của acid hydroxamic, với bốn thuốc đã được cấp phép điều trị gồm vorinostat, belinostat, panobinostat và givinostat [11], [168]

Các dẫn chất hydroxamic có chung cấu trúc khung, bao gồm ba phần: (1) nhóm acid hydroxamic gắn kết với ion kẽm tại trung tâm hoạt động của các enzym HDAC, (2) cầu nối là mạch hydrocarbon thân dầu, và (3) nhóm nhận diện bề mặt là nhân phenyl và/ hoặc dị vòng, gắn với cầu nối qua liên kết amid hoặc amin, có khả năng tương tác với các acid amin tại bề mặt của enzym Các kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy phần nhận diện bề mặt là các cấu trúc dị vòng thơm giàu electron như benzothiazol, arylthiadiazol, indolin, oxoindolin, có tiềm năng mang lại hiệu quả ức chế HDAC và độc tính cao đối với tế bào ung thư [168] Quinazolin là một cấu trúc dị vòng có mặt trong nhiều hợp chất mang hoạt tính sinh học đa dạng như ức chế vi nấm (albaconazol), virus (luotonin A), kháng ung thư (raltitrexed) và chống viêm (rutaecarpin) [13], [104] Cấu trúc này đã được ứng dụng trong thiết kế kháng sinh mới, các thuốc chống viêm, giảm đau, thuốc tác động lên hệ thần kinh hoặc tế bào ung thư Nhiều dẫn chất quinazolin được chứng minh là có tác dụng kháng tế bào ung thư theo các cơ chế tác động đến quá trình tổng hợp thymidylat, ức chế các hệ enzym chỉnh sửa ADN, tubulin polymerase, tyrosin kinase hoặc thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì [65] Tuy nhiên, hiện chưa có nhiều nghiên cứu khai thác khung quinazolin trong thiết kế cấu trúc các chất ức chế HDAC mới Là cấu trúc dị vòng giàu điện tử, khung quinazolin có thể phù hợp với vai trò làm nhóm nhận diện bề mặt cho các chất ức chế HDAC Từ những phân tích nêu

trên, luận án “Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin

hướng tác dụng kháng tế bào ung thư” đã được thực hiện với hai mục tiêu:

(1) Thiết kế và tổng hợp được khoảng 50 acid hydroxamic mới mang khung quinazolin hướng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư

(2) Đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được

2

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 HISTON DEACETYLASE VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE

Các quá trình biệt hóa tế bào ung thư được điều hòa bởi trạng thái acetyl hóa của histon, thông qua hai nhóm enzym có vai trò đối ngược nhau là các histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT) HDAC là một nhóm các enzym xúc tác quá

trình loại bỏ nhóm acetyl từ -N-acetyl lysin của phần histon có trong nucleosom HDAC

được xem là một trong những đích tác dụng phân tử được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất trong những năm gần đây Trong phần này, thông tin về HDAC và các chất ức chế HDAC sẽ được hệ thống hóa, trong đó chủ yếu đề cập đến các HDAC nhóm I, HDAC6

và các chất ức chế chọn lọc các mục tiêu phân tử này

1.1.1 Histon deacetylase và vai trò đối với ung thư

1.1.1.1 Cấu trúc, phân loại

Các HDAC ở người được xác định có 18 loại và chia thành bốn nhóm, gồm có: nhóm I (HDAC1, 2, 3 và 8), nhóm IIa (HDAC4, 5, 7, 9), nhóm IIb (HDAC6, 10), nhóm III (SIRT1-7), và nhóm IV (HDAC11) Việc phân loại các HDAC dựa vào cấu trúc của vùng xúc tác, các cofactor và sự tương đồng của chúng với cấu trúc HDAC của nấm men Các HDAC có độ dài chuỗi acid amin không giống nhau, từ 347 đến 1215 acid amin, nhưng đều mang vùng xúc tác tương đồng và được bảo tồn cao, riêng HDAC6 có hai vùng xúc tác Các HDAC nhóm I, II và IV đều có cơ chế hoạt động phụ thuộc vào ion kẽm ở vị trí trung tâm xúc tác của enzym, do đó có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với ion kẽm như acid hydroxamic Các HDAC nhóm III là các protein điều hòa chuỗi thông tin (sirtuin), có hoạt động phụ thuộc vào NAD+ Vị trí phân bố trong tế bào của các HDAC cũng không giống nhau Các HDAC nhóm I và IV có trong nhân của nhiều loại tế bào, các HDAC phân nhóm IIa có ở cả nhân và bào tương, phân nhóm IIb có chủ yếu ở bào tương nhưng có khả năng di chuyển giữa nhân và bào tương, các sirtuin (HDAC nhóm III) được tìm thấy ở ti thể, nhân và bào tương [144], [174]

Kỹ thuật nhiễu xạ tia X giúp xác định cấu trúc vi tinh thể của các HDAC Cấu trúc vi tinh thể kết tinh (có hoặc không kèm với các chất ức chế liên quan) của các enzym HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC4, HDAC6, HDAC7, HDAC8 và HDAC10 đã được

công bố trên Ngân hàng dữ liệu protein (PDB) Hình 1.1 minh họa cấu trúc vi tinh thể

protein của các HDAC nhóm I và HDAC6 [98]

3

HDAC1 (PDB ID: 4BK1) HDAC2 (PDB ID: 4XLZ) HDAC3 (PDB ID: 4A69)

HDAC8 (PDB ID: 1T64) HDAC6 (PDB ID: 5EEI)

Hình 1.1 Cấu trúc vi tinh thể của các HDAC nhóm I và HDAC6 [100]

So sánh cấu trúc của các HDAC nhóm I cho thấy cả 4 enzym đều mang cấu trúc chuỗi polypeptid đóng xoắn gần như giống hệt nhau với vùng hoạt động dạng ống có kích thước khoảng 25 Å HDAC2 phần đuôi acid amin không tương đồng với HDAC1, HDAC3 và đặc biệt là HDAC8 Trung tâm hoạt động của HDAC8 có các vòng xoắn ngắn hơn, đồng thời các acid amin ở phần miệng túi enzym khác với các HDAC trong

nhóm I (hình 1.1) Sự khác biệt này dẫn đến cơ chế hoạt động khác nhau của các enzym,

HDAC8 hoạt động độc lập, trong khi các HDAC1-3 hoạt động xúc tác thông qua phức hợp HDAC1/2 hoặc các phức hợp HDAC với protein như Sin3, NuRD, CoREST và MIDAC [98], [101] Thuộc phân nhóm IIb, HDAC6 là isozym duy nhất mang hai vùng xúc tác (catalylic domain – CD1 và CD2) Điểm đặc trưng của HDAC6 là hai vùng xúc tác này đều có trung tâm hoạt động rộng hơn và nông hơn so với các HDAC khác [52]

mã ngược xảy ra ở vùng cấu trúc được bảo tồn cao ở phần đuôi chứa N của histon, khiến chuỗi hạt nhiễm sắc thể bị tháo xoắn, đối lập với xu hướng đóng xoắn để tạo cấu trúc nén chặt của sợi nhiễm sắc [101]

Sự acetyl hóa histon được điều hòa cân bằng bởi hoạt động của hai nhóm enzym đối kháng là các histon deacetylase (HDAC) và các histon acetyltransferase (HAT) Các HAT xúc tác phản ứng acetyl hóa các lysin xác định ở phần đuôi N của histon, từ đó làm giảm ái lực liên kết của histon với các nhiễm sắc thể ADN, nhiễm sắc thể bị tháo xoắn và thúc đẩy quá trình phiên mã Ngược lại, các HDAC thúc đẩy việc loại bỏ nhóm acetyl ra khỏi các histon lysin, tăng cường sự đóng xoắn nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phiên mã Các HDAC không có khả năng gắn kết trực tiếp với chuỗi ADN để định

vị gen đặc trưng mà phải thông qua tương tác vật lý với các chất ức chế phiên mã đặc hiệu tại đích hoặc liên kết với chúng để tạo phức hợp phiên mã có cấu trúc đa protein kích thước lớn [101]

Finnin là người đầu tiên nghiên cứu chi tiết tương tác giữa chất ức chế HDAC và enzym HDAC, trong đó sử dụng HDLP (Histone Deacetylase-Like Protein), một chất

đồng đẳng của HDAC được phân lập từ vi khuẩn Aquifex aeolicus [40] HDLP có vùng

acid amin tương đồng với HDAC8, cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân acetyl-lysin của

HDAC8 được minh họa trên hình 1.2 [109] Phản ứng cần một ion kẽm trong vai trò

cofactor: ion này được cố định bằng liên kết phối trí với 3 acid amin (Asp293, Asp195

và His197) và có vai trò ổn định acetyl-lysin nằm trong vùng xúc tác của enzym Trước

tiên, nguyên tử oxy trong nhóm carbonyl của phần N-acetyl lysin ở phần đuôi chứa N

của histon liên kết phối trí với Zn2+, làm nhóm carbonyl phân cực về phía oxy, carbon trở nên ái điện tử hơn và dễ dàng bị tấn công bởi oxy của một phân tử nước (ái nhân hơn sau khi được hoạt hóa bởi His) Cuối cùng, sự tham gia của Tyr345 giúp bẻ gẫy liên kết C-N để tạo ra acetyl và lysin [109]

5

Hình 1.2 Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân acetyl-lysin của HDAC [109]

Các acid amin trong vùng xúc tác được bảo tồn cao ở các HDAC và các loài khác nhau, vì vậy các HDAC đều có hoạt động xúc tác enzym theo cơ chế này nhưng với mức độ khác nhau, trong đó các HDAC nhóm I có hoạt tính enzym mạnh nhất, các HDAC nhóm khác có hoạt tính enzym thay đổi tùy từng cơ chất [129] Các HDAC nhóm

I có nhiều ở trong nhân tế bào, có thể deacetyl hóa cả bốn loại histon và điều hòa sự ảnh hưởng gen đối với phiên mã [129] Các HDAC nhóm I cũng deacetyl hóa một vài tác nhân phiên mã là protein không có cấu trúc histon như p53, E2F1, YY1, PCNA (proliferating cell nuclear antigen), LSD1 (Lysine demethylase 1), EERα, SMC3, … [101] Các HDAC phân nhóm IIb có mặt chủ yếu ở bào tương của tế bào động vật có

vú, vì vậy đích tác dụng chính của nhóm này là các protein không có cấu trúc histon HDAC6 có hai vùng xúc tác CD1, CD2 và một đuôi C liên kết với ion kẽm, cấu trúc này giúp enzym có ái lực liên kết mạnh với ubiquitin tự do hoặc các protein đã polyubiquitin hóa [20] Những nghiên cứu mới nhất cho thấy hai vùng xúc tác của HDAC6 đều có hoạt tính enzym với vai trò khác nhau trên cơ chất, trong đó CD2 thể hiện hoạt tính trên tất cả các acetyl-lysin, CD1 chỉ thể hiện hoạt tính đối với các cơ chất acetyl-lysin chứa đuôi C [46] HDAC6 cũng làm ổn định vi ống nhờ khả năng deacetyl hóa α-tubulin của vi ống, điều hòa hoạt động của p53 thông qua hoạt tính trên acetyl-lysin 381/382 [122] Đặc biệt HDAC6 tác động lên MSH2 (MutS homologue-2, một protein tham gia sửa chữa ADN bị sai sót trong ghép đôi) theo cơ chế deacetyl hóa và

ubiquitin hóa thông qua E3 ubiquitin-ligase [172] Các nghiên cứu in vitro đã cho thấy

cơ chế tác động kép này của HDAC6 làm giảm tính ổn định của MSH2 [172]

6

1.1.1.3 Đặc điểm mô học

Các HDAC điều hòa sự biểu thị gen theo nhiều cách, chủ yếu là ảnh hưởng đến

sự phân chia của nhiều loại tế bào khác nhau, trong suốt quá trình phát triển của bào thai cũng như trong việc duy trì tính cân bằng sinh lý nội tại của các mô trưởng thành Nghiên cứu về sự biểu thị gen của các isozym HDAC trên các loại mô khác nhau rất có ý nghĩa trong việc chỉ ra vai trò sinh lý cũng như ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị [29]

Các HDAC nhóm I có mặt chủ yếu ở trong nhân tế bào và được tìm thấy ở tất cả các mô khỏe mạnh [129] HDAC1 và HDAC2 thường có mặt đồng thời và thể hiện vai trò điều hòa phiên mã của các tế bào ở các mô trưởng thành [144] HDAC1 có nhiều ở tuyến giáp, niêm mạc ruột, lá lách, cổ tử cung và tủy xương, biểu thị ít hơn ở não, mô

cơ và mô mỡ HDAC2 có mặt ở hầu hết các mô tương tự HDAC1 nhưng có mức độ biểu thị thấp hơn, có nhiều nhất ở tinh hoàn, có rất ít trong gan, tuyến tụy và trong máu [144] Những nghiên cứu gần đây cho thấy cả HDAC1 và HDAC2 đều có vai trò quan trọng trong điều hòa sự hình thành và phát triển của tế bào thần kinh, trong đó HDAC2 đặc biệt cần cho sự biệt hóa và sống sót của các tế bào thần kinh trưởng thành [67] HDAC1

và HDAC2 cùng tham gia điều hòa sự phát triển của tim, sự hình thành và phát triển của

mô mỡ, sự biệt hóa của các dòng tế bào tạo máu [120], tuy nhiên, sự biệt hóa của tế bào

T phụ thuộc chủ yếu vào HDAC1 [116] HDAC3 cần thiết cho sự phát triển và hoạt động sinh lý của nhiều mô trưởng thành Enzym này có mặt nhiều nhất ở tuyến thượng thận, da, lá lách, não và bàng quang, có mặt ít hơn ở một số mô như phổi, thực quản, buồng trứng, cơ xương, tử cung và tủy xương, rất ít biểu hiện ở tim và tuyến tụy [144] Đặc biệt, HDAC3 có vai trò quan trọng trong điều hòa sự phát triển và hoạt động của các tế bào thần kinh, tế bào tủy xương và tế bào T Sự thiếu hụt HDAC3 có thể gây ra một số rối loạn phát triển của tế bào mô mỡ dẫn đến máu nhiễm mỡ, xơ vữa động mạch [144] Trong số các HDAC nhóm I, HDAC8 có biểu thị ít nhất ở các mô khỏe mạnh Enzym này có biểu thị trung bình ở tuyến thượng thận, tuyến yên, tuyến giáp, tuyến nước bọt, tuyến tụy và tủy xương, có rất ít ở lá lách và mô mềm, hầu như không có trong

cổ tử cung [144] Thiếu HDAC8 có thể gây ra dị tật vùng sọ và mặt của thai nhi và dẫn đến tử vong của thai HDAC8 cũng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển của tế bào thần kinh, sự biệt hóa của tế bào cơ trơn và cần thiết cho sự co cơ trơn [82], [120] HDAC6 cũng có mặt ở hầu hết các mô nhưng với mức độ biểu thị khác nhau, thể hiện vai trò nhiều nhất ở các mô tinh hoàn và tuyến vú [144] HDAC6 điều hòa động học của cơ xương thông qua deacetyl hóa một số cơ chất như α-tubulin hoặc HSP90α và có vai trò đối với sự phát triển và chức năng của tế bào thần kinh [61], 126]

7

1.1.1.4 Các HDAC và ung thư

Vai trò của các HDAC đối với ung thư đã được khẳng định qua nhiều nghiên cứu Như đã trình bày ở các phần trước, các HDAC đóng vai trò quan trọng trong điều hòa phiên mã, tác động đến trạng thái của nhiễm sắc thể và tính ổn định của các protein đích nội bào Các enzym cũng có sự biểu thị gen quá mức trong nhiều trường hợp ung thư tạng đặc và ung thư máu, ảnh hưởng đến nhiều giai đoạn của chu trình phát triển tế bào

(hình 1.3) Vì vậy, trong những năm gần đây, các enzym histon deacetylase là mục tiêu

phân tử tiềm năng thu hút sự quan tâm của nhiều khoa học thuộc lĩnh vực nghiên cứu phát triển thuốc mới trong điều trị ung thư [112]

Nghiên cứu định lượng sử dụng kỹ thuật phân tích TCGA và TARGET RNA-seq cho thấy các HDAC 1-11 có mức độ biểu thị gen khác nhau trên các dòng tế bào ung thư [101] HDAC1 có mức biểu thị gen cao ở nhiều subtype ung thư tạng đặc như ung thư phổi, bàng quang, buồng trứng, tuyến tiền liệt, ở ung thư dạ dày và nhiều loại ung thư máu (như ALL, CLL, HL và MM ) [165] Việc ức chế chọn lọc HDAC1 đã được chứng minh là có tác dụng làm giảm tính kháng với hóa trị liệu, giảm sự xâm lấn của tế bào ung thư buồng trứng, ung thư phổi [171], ung thư vú [127], ức chế sự phát triển của các tế bào B-cell CLL [134] Vì vậy HDAC1 là phân tử đích cho điều trị ung thư được phát triển bởi nhiều nhóm nghiên cứu [83] HDAC2 có biểu thị gen cao ở các tế bào ung thư ở não, bàng quang, vú, phổi, tử cung, dạ dày, buồng trứng và ung thư máu (trong các subtype NBL, TARGET-neuroblastoma, BLCA, BRCA, LUAD, LUSC, UCEC, UCS, non-Hodgkin và Hodgkin lymphomas, u nguyên tủy bào,…) [165] Các chất ức chế chọn lọc HDAC2 đã được chứng minh là có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều subtype trong ung thư não, u nguyên tủy bào, ung thư dạ dày, đặc biệt là ung thư gan [24], [79], [95], [97], [134] HDAC3 có mức độ biểu thị gen trung bình trong các mô ung thư bàng quang, tử cung, mô thần kinh đệm, phổi, não, tinh hoàn, đường niệu, thận,

tế bào máu (trong các subtype như BLCA, CESC, GBM, NBL, neuroblastoma, TGCT, DLBC, LGG, HL, …) [165] Chất ức chế chọn lọc HDAC3 đã được chứng minh là có hiệu quả trong ức chế sự phát triển của ung thư tinh hoàn, lymphoma [105] và ung thư vú [55] HDAC8 có biểu thị gen quá mức trong ung thư thận, não, vỏ thượng thận, phổi, dạ dày, ung thư da, … (trong các subtype NBL, ACC, LUSC, SKCM, STAD, BRAF-mutated melanoma) [165] Như đã trình bày ở phần trước, HDAC8 là một trong những HDAC có biểu thị gen ít nhất ở các mô khỏe mạnh,

TARGET-vì vậy, HDAC8 là đích tác dụng được hướng tới nhằm tìm ra các chất ức chế chọn lọc

tế bào khối u, ít gây tác dụng phụ trên các mô lành [121] Tương tự HDAC8, so với các

mô lành, HDAC6 có mức biểu thị gen cao hơn ở các mô ung thư (của một vài subtype

8

u nguyên bào thần kinh, ung thư tuyến tụy, bàng quang, phổi, ung thư máu, ) Vì vậy, phát triển thuốc điều trị ung thư theo cơ chế tác dụng chọn lọc HDAC6 cũng được quan tâm bởi nhiều nhóm nghiên cứu và mang lại nhiều kết quả khả quan [165]

Hình 1.3 Ảnh hưởng của các HDAC đến chu trình phát triển của tế bào ung thư [114] 1.1.2 Các chất ức chế histon deacetylase

1.1.2.1 Cấu trúc chung

Được thiết kế dựa trên khả năng tương tác với các phần cấu trúc trong trung tâm hoạt động của enzym HDAC, cấu trúc của các chất ức chế histon deacetylase (HDACi) thường có 3 phần chính là nhóm nhận diện bề mặt, vùng cầu nối và nhóm gắn kẽm Một

số chất có thể có thêm đơn vị kết nối nằm giữa nhóm nhận diện bề mặt và vùng cầu nối

(hình 1.4) [168]

- Nhóm nhận diện bề mặt (nhóm khoá hoạt động, CAP): thường là vòng thơm hoặc peptid vòng, kị nước, có vai trò tương tác với các acid amin ở phần miệng túi của enzym Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt tính của các chất ức chế HDAC và cũng là phần cấu trúc được các nhóm nghiên cứu quan tâm nhiều nhất khi thiết kế HDACi nhằm mục đích tăng hiệu lực trên HDAC, tăng tính chọn lọc trên các isozym hay tạo chất mới có tác dụng trên phân tử đích thứ hai

- Cầu nối (linker): thường là các hydrocarbon no hoặc không no, mạch thẳng hoặc

mạch vòng, kị nước, có vai trò tạo tương tác van der Waals với các acid amin nằm trong

kênh enzym và giúp cơ chất cố định trong kênh Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra phần cầu nối có độ dài 5 carbon hoặc 6 carbon thì hoạt tính của các chất có thể đạt được là tối

9

ưu Phần cầu nối là vòng thơm giúp chất ức chế tương tác tốt hơn với enzym do có thêm các liên kết - giữa vòng thơm với hai nhóm phenylalanin trong kênh

- Nhóm kết thúc: là acid hydroxamic hoặc một số nhóm có thể gắn kết với Zn2+

tại trung tâm hoạt động của các enzym HDAC (Zinc-binding group, ZBG) như thiol, ceton, … Ngoài khả năng tạo phức chelat với ion kẽm, nhóm kết thúc cần tạo liên kết hydro với các acid amin như Tyr, His hoặc liên kết tĩnh điện với His ở đáy kênh enzym

Hình 1.4 Cấu trúc ba phần chính của các chất ức chế HDAC [168]

Hàng nghìn chất ức chế HDAC đã được tổng hợp và sàng lọc, nhiều chất là các ứng viên tiềm năng để trở thành thuốc, một số chất đã được cấp phép lưu hành cho điều

trị ung thư Vorinostat (SAHA, 1), panobinostat (LBH-589, 2), belinostat (PXD-101, 3),

và romidepsin (FK-228, 4) đã được Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm của Mỹ

(FDA) phê duyệt cho điều trị u lympho tế bào T dưới da hoặc ngoại biên Một số chất

khác như ricolinostat (ACY-1215, 6), pracinostat (SB939, 8), entinostat (MS-275, 10)

(hình 1.5) cho kết quả rất khả quan trong nghiên cứu tiền lâm sàng, hiện đang được thử

nghiệm lâm sàng ở các pha khác nhau theo đơn trị liệu hoặc kết hợp với các tác nhân kháng ung thư khác [11], [21], [25], [29], [41], [125], [136] Tuy nhiên, các thử nghiệm lâm sàng cho thấy các chất này đều có tác dụng phụ đáng kể, bao gồm buồn nôn, nôn, giảm tiểu cầu, giảm bạch cầu trung tính và mệt mỏi [35], [85] [96] Các chất ức chế HDAC kinh điển mang khung hydroxamat thường gây tác dụng không mong muốn trên

hệ cơ xương khớp, như viêm gân, viêm khớp, viêm cơ xương và các triệu chứng khác trong hội chứng cơ xương Khi tăng liều để đạt hiệu quả điều trị, các tác dụng không

10

mong muốn này cũng tăng lên tương ứng Các HDACi này cũng là chất ức chế HDAC phổ rộng (pan-inhibitor), tác dụng trên nhiều dạng khác nhau của HDAC (isoenzym,

isozym) Nhiều chất khó đạt được sinh khả dụng in vivo do không vượt qua được hàng

rào sinh học hoặc không đạt được độ bền vững sinh học cần thiết [168]

Cấu trúc từ trái qua phải: Nhận diện bề mặt – Cầu nối – Liên kết với ion kẽm

Hình 1.5 Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đã được phê duyệt cho điều trị ung

thư hoặc đang thử nghiệm lâm sàng

Để khắc phục các nhược điểm về tính chọn lọc và/ hoặc độc tính, sinh khả dụng của các chất ức chế HDAC, có ba hướng nghiên cứu đã được thực hiện:

- Hướng nghiên cứu thứ nhất: Thay đổi một hoặc hai trong ba phần cấu trúc của các HDACi kinh điển để sàng lọc, tìm ra chất mới có thể có hoạt tính mạnh hơn, độc tính

thấp hơn, tính chất dược động học thuận lợi hơn và sinh khả dụng in vivo khả quan

hơn so với chất ban đầu

- Hướng nghiên cứu thứ hai: Thiết kế các chất mới có tác dụng chọn lọc trên các isozym HDAC khác nhau dựa vào hiểu biết sâu hơn về cấu trúc, đặc điểm hoạt động

và vai trò của các HDAC cũng như khả năng tương tác với enzym của các nhóm cấu

11

trúc khác nhau trong khung phân tử của HDACi Sự thay đổi về cấu trúc có thể xảy

ra ở cả ba phần trong cấu trúc của HDACi

- Hướng nghiên cứu thứ ba: Tạo các phân tử HDACi lai hóa (các HDACi tác dụng nhiều đích), trong đó cấu trúc nhóm kết thúc của chất ức chế HDAC ban đầu được giữ nguyên, phần nhận diện bề mặt (và có thể cả phần cầu nối) sẽ được thay bằng cấu trúc khác có thể hướng tới đích phân tử thứ hai không phải là HDAC

Luận án này tập trung nghiên cứu thiết kế các chất ức chế HDAC nhóm I có cấu trúc mang nhóm liên kết với ion kẽm là acid hydroxamic

1.1.2.2 Các chất ức chế HDAC nhóm I

a Các chất ức chế chọn lọc HDAC1/2/3

Như đã trình bày trong mục 1.1.1 và minh họa trên hình 1.1, cấu trúc vi tinh thể

của các HDAC nhóm I có rất ít sự khác biệt Hầu hết các chất ức chọn lọc HDAC1-3

đều có cấu trúc phần ZBG chứa 2-aminoanilid như các chất 12-17 (hình 1.6.A), cấu trúc

này giúp các chất ức chế có thể tiếp cận tốt vùng hoạt động trong cấu trúc dạng ủng của

enzym, tương tự SAHA [161] Các chất 12 (entinostat, MS-275) và chất 13

(mocetinostat, MGCD0103) ức chế chọn lọc HDAC1 hoặc phức hợp HDAC1/2 với các giá trị IC50 trong khoảng nM và đang được thử nghiệm lâm sàng pha III hoặc pha II [72],

[142] Chất 14 với cấu trúc phân nhánh cồng kềnh ở phần CAP có hoạt tính trên HDAC1

mạnh gấp 10 lần hoạt tính trên HDAC2, mạnh gấp 20 lần hoạt tính trên HDAC3 [59] Vài chất mới là dẫn chất thế ở vị trí 5 của 2-aminoanilid đã được tổng hợp, trong đó chất

15 có hoạt tính trên HDAC1 mạnh gấp 5 lần hoạt tính trên HDAC2 [154], chất 16 có

hoạt tính chọn lọc trên HDAC1 và HDAC2 hơn so với HDAC3 và HDAC8, chất 17 có

hoạt tính chọn lọc cao trên HDAC1 (tác dụng ức chế HDAC1 mạnh gấp 31 lần tác dụng

ức chế HDAC2) [106]

Các chất tác dụng ức chế chọn lọc HDAC3 cũng được thiết kế dựa trên cấu trúc

benzamid nhưng thay đổi cấu trúc phần cầu nối, phần CAP hoặc phần ZBG (hình 1.6.B)

Trong 504 dẫn chất triazol được thiết kế và tổng hợp bởi nhóm nghiên cứu của Suzuki

T., chất 18 có hoạt tính ức chế HDAC3 mạnh và chọn lọc với IC50 dưới micromol, chất này không ức chế các isozym khác ngay cả ở nồng độ 100 μM [138] Trong số các dẫn

chất oxazolin mang phần nhận diện bề mặt là N-(2-aminophenyl)benzamid được tổng

hợp bởi Marson C M và cộng sự, chất 19 có hoạt tính ức chế HDAC3 mạnh, gấp 13

lần hoạt tính ức chế HDAC1 [99] Theo công bố của Hsieh H Y và cộng sự, các chất

19A và 19B cũng có hoạt tính ức chế chọn lọc HDAC3, có hoạt tính gây độc tế bào ung

thư vú TNBC thông qua con đường giảm điều hòa -catenin, đặc biệt, chất 19B có tác

dụng ức chế sự phát sinh khối u trong thử nghiệm in vivo [55]

12

Hình 1.6.A Các chất ức chế chọn lọc HDAC1-2 cấu trúc benzamid

Hình 1.6.B Các chất ức chế chọn lọc HDAC3 cấu trúc benzamid

b Các chất ức chế chọn lọc HDAC8

Như đã đề cập trong mục 1.1.1.1, HDAC8 là isozym đặc biệt với phần đuôi chứa

377 acid amin có hoạt tính deacetyl hóa in vitro, hoạt động độc lập ở cả nhân và bào

tương Phần vòng xoắn L1 chứa 7 acid amin (Ser30, Leu31, Ala32, Lys33, Ile34, Pro35

và Lys36) mang cấu trúc linh hoạt giúp enzym này dễ dàng tạo liên kết tối ưu với trung

tâm hoạt động và thay đổi cấu dạng để liên kết với cơ chất (hình 1.7) Đặc biệt, sự

phosphoryl hóa Ser39 gần vùng tác của HDAC8 là đặc điểm quan trọng giúp cho việc thiết kế các chất ức chế chọn lọc isozym này [145]

Chất 20 (PCI34051, hình 1.8) là chất ức chế chọn lọc HDAC8 được biết đến

nhiều nhất Theo Chakrabarti A và cộng sự, nhờ cấu trúc phần nhận diện bề mặt là methoxybenzyl vừa khít với túi phụ của enzym, chất này có hoạt tính ức chế HDAC8

Hình 1.7 Tương tác của SAHA với HDAC8 (A-C) và vùng xúc tác của HDAC3 (D)

Hình 1.8 Cấu trúc và tương tác của 20 (PCI34051) với HDAC8

Theo những công bố của Zhang Y và cộng sự về loạt dẫn chất acid hydroxamic mang khung tetrahydroisoquinolin tác dụng ức chế HDAC, nhóm t-butyloxycarbonyl (Boc) gắn vào nguyên tử N bậc 2 và nhóm 4-methyloxy-phenyl ở phần nhận diện bề mặt giúp làm tăng hoạt tính trên HDAC8 của các chất Kết quả nghiên cứu docking phân

tử đã chỉ ra các nhóm chức này giúp các dẫn chất 21, 22 và 23 có tương tác π–π với

isozym Thử nghiệm in vitro cho thấy các chất có hoạt tính ức chế HDAC8 mạnh gấp 2-4 lần hoạt tính trên HDAC1/2/6 (hình 1.9) [175] Nhóm nghiên cứu của Zhang Y

cũng thiết kế và tổng hợp các chất ức chế HDAC8 có phần CAP mang cấu trúc tripeptidomimetic với dị vòng chứa sulfur, trong đó, một vài chất có hoạt tính mạnh trên

B B

14

HDAC8 [176] Nghiên cứu liên quan cấu trúc và tác dụng sinh học cho thấy phần nhận diện bề mặt có cấu trúc phân nhánh chứa nhân thơm giúp làm tăng hoạt tính ức chế enzym của các dẫn chất Nhóm amino được bảo vệ bởi phần cấu trúc Boc được cho là

tối ưu đối hoạt tính ức chế HDAC8 Hợp chất 24 có hoạt tính chọn lọc trên HDAC8,

mạnh gấp 21 lần hoạt tính trên HDAC1 (IC50 35 nM) (hình 1.10)

Hình 1.9 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tetrahydroisoquinolin

(D: docking chất 23 vào HDAC8)

Hình 1.10 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tripeptidomimetic và sulfur

Trong nghiên cứu tiếp theo, nhóm của Zhang Y thiết kế và tổng hợp các dẫn chất

mới mang cấu trúc N-hydroxy-3-sulfamoylbenzamid hướng tác dụng chọn lọc trên

HDAC8 [177] Trong dãy chất mới này, ba chất 25A-C có hoạt tính ức chế HDAC8 ở

15

nồng độ IC50 dưới nM, đồng thời thể hiện hoạt tính ức chế phân bào mạnh trên 2 dòng

tế bào T-cell leukemia thử nghiệm (hình 1.10)

Nhóm nghiên cứu của Neelarapu R khảo sát hoạt tính trên HDAC3 và HDAC8 của các chất mang cấu trúc diazid, gồm các chất có phần CAP là dẫn chất isoxazol và pyrazol [108] Cấu trúc phần CAP cồng kềnh mang nhân phenyl với các nhóm thế ở vị trí para làm giảm hoạt tính ức chế HDAC8, cấu trúc azid giúp làm tăng hoạt tính trên

HDAC8 Chất 26 (hình 1.11) có hoạt tính mạnh nhất, ức chế HDAC8 mạnh gấp 8 lần

HDAC3 Kết quả nghiên cứu docking cho thấy cấu trúc phần CAP có diazid là pyrazol giúp chất này có tương tác tốt với vùng liên kết thứ hai của HDAC8

Hình 1.11 Chất ức chế HDAC8 cấu trúc pyrazol

Nhằm sàng lọc hoạt tính trên HDAC8 của các dẫn chất tổng hợp được mang phần CAP có nhân thơm hoặc dị vòng thơm, nhóm nghiên cứu của Tang W sử dụng phương pháp thử hoạt tính trên đĩa 96 giếng [139] Các chất mang cấu trúc dị vòng cồng kềnh ở phần CAP và mang nhân thơm ở phần cầu nối cho hoạt tính ức chế HDAC8 mạnh hơn,

trong đó, chất 29 (hình 1.12) ức chế isozym mạnh nhất với IC50 = 23 nM

Hình 1.12 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc vòng thơm và dị vòng thơm

Sử dụng phản ứng click có xúc tác Cu(I) (Cu(I)-catalyzed-azide-alkyne cycloaddition, CuAAC), Suzuki T và cộng sự đã tổng hợp loạt dẫn chất ức chế HDAC8

mang cấu trúc triazol [138] Hợp chất 30 (hình 1.13), chất có hoạt tính ức chế HDAC8

mạnh nhất trong dãy, mang hình chữ U khi nằm lọt trong vùng xúc tác của HDAC8, đặc

16

biệt, nhóm phenylthiomethyl của phần CAP tạo các liên kết với Try141, Ile34 và Pro35 của túi thân dầu, chỉ có ở HDAC8 Phần cầu nối là vòng triazol cũng có vai trò quan trọng trong việc cố định các hướng liên kết của phần hydroxamat và phần CAP phenylthiomethyl, tạo tương tác mạnh và chọn lọc với HDAC8 Nhằm tối ưu hóa hoạt tính của các dẫn chất mang cầu nối triazol, các dãy chất mới được tổng hợp nhưng thay triazol bằng phenyl và một số vòng thơm 5 cạnh khác nhau [137] Các vòng thơm 5 cạnh được khẳng định là cần thiết cho việc cố định các hướng liên kết của phần nhận diện bề

mặt và phần liên kết với ion kẽm, trong đó, hợp chất 31 (hình 1.13), với phần cầu nối có

nhân triazol ở vị trí đảo ngược so với chất 30, có tác dụng trên HDAC8 mạnh hơn chất

30 (IC50 trên HDAC8 của chất 31 và chất 30 lần lượt là 53 nM và 70 nM) Cũng sử dụng

cấu trúc triazol làm cầu nối, nhóm nghiên cứu của Ingham O J phát hiện một chất mới

có tác dụng ức chế HDAC8 mạnh với IC50 = 0,8 nM (chất 32, hình 1.13) [62] Nghiên

cứu liên quan cấu trúc – tác dụng sinh học cho thấy các nhóm thế thân dầu gắn ở vị trí

R3 có kích thước nhỏ, như cyclopropan, giúp làm tăng hoạt tính và tăng tính chọn lọc trên HDAC8, ngược lại, hoạt tính giảm khi nhóm alkyn bị khử hóa

Hình 1.13 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc triazol (theo Suzuki T và Ingham O J.)

Các dẫn chất O-aryl N-hydroxycinnamamid hướng ức chế chọn lọc HDAC8 được

nhóm nghiên cứu của Huang W J và cộng sự thiết kế và tổng hợp dựa trên cấu trúc của

các chất dẫn đường panobinostat (2) và PCI34051 (20) (hình 1.14) [60] Các dẫn chất mang aryl thế ở vị trí ortho có hoạt tính trên HDAC8 tốt hơn so với vị trí para Chất 33

có hoạt tính mạnh trên HDAC8 với nhóm thân nước phenyl ở hướng ortho của vòng

thơm, chất 34 có hoạt tính mạnh gấp 3 lần chất 33 khi có thêm một nhân phenyl ở phần

nhận diện bề mặt, đồng thời có tác dụng gây độc tế bào mạnh hơn so với chất đối chiếu

20 trên 3 dòng tế bào thử nghiệm

17

Hình 1.14 Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc O-aryl N-hydroxycinnamamid

Như vậy, các nhóm tác giả đã thiết kế, tổng hợp các dẫn chất acid hydroxamic mới hướng ức chế chọn lọc HDAC8 bằng cách thay đổi cấu trúc phần cầu nối và phần nhận diện bề mặt Kết quả nghiên cứu liên quan cấu trúc – tác dụng sinh học cho thấy các cấu trúc khác nhau ở phần nhận diện bề mặt và cầu nối như các vòng thơm, dị vòng chứa N, hệ thống vòng, các nhóm thế góp phần làm tăng hoạt tính chọn lọc trên HDAC8 của các dẫn chất

1.1.2.3 Các chất ức chế HDAC nhóm II

Thuộc phân nhóm IIa, HDAC6 có mặt chủ yếu ở bào tương, có bề mặt túi enzym rộng hơn và nông hơn các isozym HDAC khác [54], cấu trúc enzym mang 2 vùng xúc tác, trong đó CD1 là vùng xảy ra phản ứng deacetyl hóa histon, CD2 là vùng xúc tác cho

phản ứng deacetyl hóa các chất không histon, đặc biệt là α-tubulin [12], [90] Do đó,

HDAC6 có vai trò quan trọng đối với động học của vi ống, có liên quan đến tính linh động của tế bào [6], [91], sự biểu thị quá mức của HDAC6 được cho là có liên quan đến

sự di căn xâm lấn của các tế bào ung thư [151] Vì vậy, khi thiết kế các chất ức chế chọn lọc HDAC6 cũng cần xem xét đến các đặc tính xúc tác của enzym

Những nghiên cứu gần đây đã cho thấy cấu trúc phù hợp để các dẫn chất hydroxamat có tác dụng chọn lọc trên HDAC6 là phần nhận diện bề mặt thân dầu, không linh hoạt, có chứa các nhân thơm, các liên kết ngắn giữa các nhân thơm tạo cấu trúc cồng kềnh dạng chữ T Cấu trúc này giúp các chất ức chế dễ dàng tiếp cận và tạo liên kết hydroxamat-kẽm-các acid amin ở đáy túi của HDAC6, đồng thời bảo vệ chúng khỏi tương tác với phần L1 của các HDAC khác (xảy ra với các chất ức chế HDAC phổ rộng)

18

[23], [84], [103], [132], [140], [161] Cấu trúc của một số chất ức chế mạnh và chọn lọc trên HDAC6, trong đó có một số chất mới có khung quinazolin trong phần nhận diện bề

mặt, được minh họa trên hình 1.15

Hình 1.15 Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC6

Như vậy, từ những hiểu biết sâu sắc hơn về đặc điểm của histon deacetylase và thành tựu của những nghiên cứu sàng lọc, ứng dụng các chất ức chế HDAC, nhiều nhóm nghiên cứu đã thiết kế, tổng hợp và đánh giá hoạt tính của các chất ức chế HDAC mới hướng tác dụng ức chế chọn lọc các isozym Các nghiên cứu này được thực hiện chủ yếu trên khung cấu trúc chung của các chất ức chế HDAC dẫn chất acid hydroxamic hoặc benzamid, thay đổi cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt và phần cầu nối nhằm tạo

ra các chất mới có liên kết mạnh và chọn lọc với isozym HDAC đích Hướng nghiên cứu này đã đạt được những kết quả khả quan, đặc biệt là những kết quả về các chất ức chế chọn lọc trên các HDAC có cấu trúc và đặc tính khác biệt như HDAC8 hay HDAC6 Tuy nhiên, các chất mới tiềm năng vẫn đang trong các giai đoạn nghiên cứu sàng lọc hay thử nghiệm lâm sàng các pha, chưa có chất mới nào được phê duyệt cho điều trị ung thư Vì vậy, việc nghiên cứu các chất ức chế histon deacetylase mới cho điều trị ung thư vẫn còn là thách thức, đồng thời cũng là cơ hội cho các nhà nghiên cứu hóa dược Những

19

hiểu biết về các isozym HDAC và các chất ức chế HDAC là cơ sở để luận án thiết kế cấu trúc các chất cũng như bàn luận về mối liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất được tổng hợp và thử hoạt tính ức chế HDAC và độc tính trên tế bào ung thư

1.2 QUINAZOLIN VÀ DẪN CHẤT

1.2.1 Cấu trúc, tính chất

Cấu trúc của một số khung quinazolin và quinazolinon minh họa trên hình 1.16

Dựa vào vị trí các nhóm thế trên vòng quinazolin, các quinazolinon được chia thành 5

nhóm, bao gồm: dẫn chất thế vào vị trí 2 và/hoặc 3 của quinazolin-4(3H)-on, dẫn chất thế vào vị trí 4 của quinazolin, thế 2 và 4 của quinazolin-4(3H)-on Dựa vào vị trí của nhóm keto (oxo), các dẫn chất này được chia thành 3 nhóm: quinazolin-2(1H)-on, quinazolin-4(3H)-on và quinazolin-2,4(1H,3H)-dion Tuy nhiên, cấu trúc quinazolin- 4(3H)-on có mặt nhiều nhất trong cấu tạo của các hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên, hóa

tổng hợp hoặc sinh tổng hợp [94], [100]

Hình 1.16 Cấu trúc của một số khung quinazolin và quinazolinon

Các quinazolin và quinazolinon có thể tham gia nhiều loại phản ứng như thủy phân, oxy hóa, khử hóa, thế ái nhân, thế ái điện tử, alkyl hóa hay cộng hợp

Các quinazolin bền vững trong dung dịch acid loãng hoặc kiềm loãng ở điều kiện

lạnh Khi đun sôi với acid hydrocloric, quinazolin bị phá hủy tạo ra

o-aminobenzaldehyd, amoniac và acid formic Ở nhiệt độ phòng, trong dung dịch acid

loãng, quinazolin bị oxy hóa bởi hydro peroxyd tạo ra quinazolin-4(3H)-on Trong môi

trường kiềm, quinazolin bị oxy hóa bởi kali permanganat và tạo acid

pyrimidin-4,5-dicarboxylic (sơ đồ 1.1.(a)) Quinazolin bị khử hóa bởi natri thủy ngân tạo ra

1,2,3,4-tetrahydroquinazolin Tác nhân khử hóa là lithi nhôm hydrid hoặc natri tetrahydroborat

tạo ra 3,4-dihydroquinazolin và 1,2,3,4-tetrahydroquinazolin (sơ đồ 1.1(b)) [10]

Quinazolin tham gia phản ứng thế ái nhân với sodamid hoặc thế ái điện tử với hydrazin, tạo ra các sản phẩm tương ứng là 4-aminoquinazolin và 4-hydrazinquinazolin

(sơ đồ 1.2) [10]

Alkyl hóa quinazolin xảy ra ở nguyên tử N ở vị trí 3 Sản phẩm alkyl hóa dưới tác động của alcol có thể tạo dạng muối 4-hydroxy-3-alkyl-3,4-dihydroquinazolinium Trong môi trường kiềm, muối này lại được chuyển thành 3-alkyl-3-hydro-4-

alkoxyquinazolin (sơ đồ 1.3) [10]

20

Sơ đồ 1.1 Phản ứng oxy hóa quinazolin (a) và phản ứng khử hóa quinazolin (b)

Sơ đồ 1.2 Phản ứng thế ái nhân/thế ái điện tử của quinazolin

Sơ đồ 1.3 Phản ứng alkyl hóa quinazolin

1.2.2 Hoạt tính sinh học

1.2.2.1 Hoạt tính chống ung thư

Trong những năm gần đây các dẫn chất mới mang khung quinazolin được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm thiết kế cấu trúc, tổng hợp và thử tác dụng sinh học Một số chất đã được cấp phép cho điều trị ung thư, nhiều chất thể hiện hoạt tính kháng ung thư mạnh và đang trong giai đoạn sàng lọc hoặc thử nghiệm các pha lâm sàng Nhiều dẫn chất quinazolin đã được chứng minh là có tác dụng kháng tế bào ung thư theo các cơ chế : ức chế tổng hợp thymidylat, ức chế hệ enzym chỉnh sửa chuỗi ADN, ức chế receptor của yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) hoặc ức chế tubulin polymerase [65]

Raltitrexed (ZD 1694) là dẫn chất thế ở vị trí 2 của quinazolin-4(3H)-on được

chấp thuận cho điều trị bệnh ung thư kết tràng tiến triển từ năm 1998 dưới tên biệt dược Tomudex® (Astra Zeneca) Với cấu trúc tương tự acid folic, raltitrexed (chất 35, hình

1.17), có độ tan tốt trong nước, là tác nhân ức chế dihydrofolat reductase, một enzym

tham gia tổng hợp tetrahydrofolat, vì vậy có tác dụng ngăn cản tổng hợp thymidylat Các dẫn chất mới mang khung quinazolinon cũng được công bố có tác dụng ức chế tổng

hợp thymidilat theo cơ chế tương tự raltitrexed (các chất 36, hình 1.17) [13]

a]quinazolin-5(4H)-on Các dẫn chất mang nhóm thế phenyl ở vị trí 2 của hệ 3 vòng có

hoạt tính ức chế enzym ở nồng độ dưới M Các dẫn chất mang cấu trúc amid phân cực

ở vị trí 2 của hệ 3 vòng có hoạt tính ức chế enzym ở nồng độ dưới nM (chất 38, 39,

hình 1.19) [111]

Hình 1.19 Cấu trúc của các dẫn chất pyrrolo[1,2-a]quinazolin-5(4H)-on

Một dẫn chất thế ở vị trí 2 của quinazolinon được nhóm nghiên cứu của Kinoshita công bố là có tác dụng ức chế PARP-1 với IC50 = 14nM (chất 40, hình 1.20) [65]

Hình 1.21 Cấu trúc của các dẫn chất 4-aminoquinazolin ức chế EGFR

Hai dãy chất mới là dẫn chất thế ở 4 của 6,7-dimethoxy-4-aminoquinazolin hướng tác dụng ức chế EGFR được nhóm nghiên cứu của Abouzid K thiết kế và tổng

hợp (chất 43, 44, hình 1.22) Hầu hết các chất mới này đều có hoạt tính ức chế EGFR ở

nồng độ cỡ nM [3]

Hình 1.22 Cấu trúc của dẫn chất thế ở 4- của 6-alkoxy-4-aminoquinazolin

Trong một nghiên cứu khác, Fernandes C và cộng sự đã chứng minh chuỗi 

-halopropionamid ở vị trí 6 của quinazolin (cấu trúc 45, hình 1.23) giúp các dẫn chất có

hoạt tính ức chế EGFR tốt hơn dẫn chất không có nhóm thế ở vị trí này [39]

23

Hình 1.23 Cấu trúc của dẫn chất -halopropionamid ở vị trí 6 của quinazolin Năm 2009, nhóm nghiên cứu của Al-Obaid A.M công bố kết quả tổng hợp và thử tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất 2-thieno-quinazolin mới Trong số các chất

tổng hợp được, hai chất 6-iodo-3-(phenylamino)-2-(thiophen-2-yl)quinazolin-4(3H)-on

(chất 46) và 4-((6-iodo-2-(thiophen-2-yl)quinazolin-4-yl)amino)benzensulfonamid

(chất 47, hình 1.24) có tác dụng ức chế EGFR mạnh nhất [8]

Hình 1.24 Cấu trúc của dẫn chất 2-(thiophen-2-yl)quinazolin

Ức chế sự polyme hóa của vi ống, từ đó ức chế sự phân bào cũng là hướng nghiên cứu được quan tâm trong phát triển thuốc điều trị ung thư Nhóm nghiên cứu của Raffa

D đã thiết kế, tổng hợp các dẫn chất thế dị vòng ở vị trí 3 của

2-styrylquinazolin-4(3H)-on, trong đó, (E)-6-chloro-3-(pyrimidin-2-yl)-2-styrylquinazolin-4(3H)-on (chất 48,

hình 1.25) có tác dụng ức chế tubulin polymerase đáng kể nhất [117]

Hình 1.25 Cấu trúc của (E)-6-chloro-3-(pyrimidin-2-yl)-2-styrylquinazolin-4(3H)-on

Năm 2000, Hour M.J và cộng sự đã công bố kết quả về tổng hợp và thử tác dụng

gây độc tế bào của các dẫn chất các dẫn chất 2-(3-methoxyphenyl)quinazolin-4(3H)-on

(cấu trúc 49, hình 1.26) Trong số 18 dẫn chất mới được tổng hợp, các hợp chất có R6 là các nhóm thế dị vòng chứa N, R7 = R2 ʹ = R4 ʹ = R5 ʹ = H và R3 ʹ = -OCH3 có hoạt tính kháng

tế bào ung thư đáng kể ở cả 9 dòng tế bào ung thư thử nghiệm với các giá trị EC50 < 1,0

M [54]

24

Hình 1.26 Cấu trúc của các dẫn chất 2-(3-methoxyphenyl)quinazolin-4(3H)-on

Năm 2007, tác giả Hour M.J và cộng sự tiếp tục nghiên cứu về các dẫn chất

2-phenyl-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on (cấu trúc 50, hình 1.27) Hầu hết các

chất tổng hợp được có tác dụng ức chế sự phát triển in vitro của 2 dòng tế bào ung thư

bạch cầu đơn nhân ở người (U937) và ở chuột thử nghiệm (WEHI‐3), với giá trị EC50

từ 0,30 đến 10,10 μM Trong đó, nhóm thế R là -F, -Cl, -N(CH3)2 cho hoạt tính kháng

tế bào ung thư cao nhất [53]

Hình 1.27 Cấu trúc của dẫn chất 2-phenyl-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on

Năm 2011, tác giả Wu Y C và cộng sự tiến hành thử hoạt tính chống khối u của

2-(naphthalen-1-yl)-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on (MJ-66, chất 51, hình 1.28)

trên các dòng tế bào ung thư người Kết quả cho thấy hợp chất này có hoạt tính sinh học cao trên 3 dòng tế bào ung thư thử nghiệm, bao gồm tế bào ung thư phổi, ung thư vòm họng, ung thư biểu bì (với các IC50 tương ứng là 0,053; 0,041 và 0,083 M) MJ-66 cũng được báo cáo là có tác dụng ức chế sự phát triển của tế bào khối u thần kinh đệm thông qua các cơ chế thúc đẩy tế bào tham gia pha G2/M, kết thúc sự phân bào, do đó thúc đẩy quá trình apoptosis của tế bào nhưng không tác động lên tế bào thần kinh đệm khỏe mạnh [156]

Hình 1.28 Cấu trúc của 2-(naphthalen-1-yl)-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on

1.2.2.2 Hoạt tính sinh học khác

Quinazolin là khung cấu trúc có mặt trong nhiều chất có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm được sử dụng từ lâu, hiện vẫn tiếp tục được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm

Hình 1.29 Cấu trúc của albaconazol

Nhiều dẫn chất mang cấu trúc quinazolinon đã được tổng hợp và thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm Các chất này có hoạt tính kháng vi khuẩn tốt, đặc biệt là các

vi khuẩn Gram (+), tác dụng trên vi nấm thông qua các cơ chế tác động lên vách tế bào

và chuỗi ADN của vi sinh vật [104] Các dẫn chất quinazolinon có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm thường mang các nhóm thế ở các vị trí trên cấu trúc vòng quinazolinon như sau: nhóm thế ở vị trí 2 là vòng thơm, vị trí 3 là methyl, amin hoặc

thiol, vị trí 6 và 8 là halogen, ở vị trí 4 thường là amin hoặc amin thế (cấu trúc 53, hình

1.30) [28], [37], [43], [167]

Hình 1.30 Cấu trúc chung của các quinazolinon có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm

Cấu trúc quinazolin cũng được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm, đưa vào thiết

kế, tổng hợp và sàng lọc các hoạt tính sinh học khác như kháng virus, chống ký sinh trùng, đơn bào, chống đột biến, chống viêm, giảm đau, chống trầm cảm và chống động kinh, kháng histamin, chống oxy hóa, chống tăng huyết áp, chống tăng lipid máu và giảm cân, bảo vệ tế bào thần kinh

1.2.3 Các phương pháp tổng hợp quinazolinon, quinazolin và dẫn chất

Dẫn chất quinazolinon và quinazolin có thể được tổng hợp từ nguyên liệu đầu là dẫn chất của acid anthranilic, dẫn chất halogen thơm hay hợp chất ylid Phương pháp tổng hợp dẫn chất quinazolinon, quinazolin cũng phong phú, có thể tổng hợp pha lỏng nhiều bước, tổng hợp pha lỏng với phản ứng one-pot, hay tổng hợp trên pha rắn có sử

Phần lớn phương pháp tổng hợp dẫn chất quinazolin-4(3H)-on đều dựa trên phản

ứng Niementowski Khi đun các dẫn chất thế 3, 4 của acid anthranilic với amid ở

130-150 oC sẽ thu được dẫn chất của quinazolin-4(3H)-on thông qua việc tạo sản phẩm trung gian là o-amidobenzamid Hiệu suất của phản ứng thay đổi, đôi khi rất thấp và phụ thuộc

vào hỗn hợp các hợp chất carbon hình thành trong quá trình phản ứng, tạp chất khó bị loại kể cả khi sử dụng sắc ký cột hay kết tinh lại Nhược điểm này được khắc phục khi Besson T và cộng sự sử dụng bức xạ vi sóng, giúp làm tăng hiệu suất và rút ngắn thời

gian phản ứng (sơ đồ 1.4) [7] Kỹ thuật vi sóng cũng được nhóm nghiên cứu sử dụng cho phản ứng Niementowski để tổng hợp các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on mới có gắn

hệ dị vòng (sơ đồ 1.5) [113]

a) 130-150 o C, 6 giờ; b) Vi sóng (60 W), 20 phút

Sơ đồ 1.4 Phản ứng Niementowski

a) Tetrahydrofuran, nhiệt độ phòng; b) Graphite, 220 o C, 5 phút, 100 W

Sơ đồ 1.5 Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Besson T.)

Kỹ thuật vi sóng sau đó được một số tác giả sử dụng để tổng hợp các dẫn chất thế 2- và/hoặc 3-quinazolinon Các phản ứng cũng xảy ra nhanh và cho hiệu suất cao hơn

(sơ đồ 1.6) [69]

a) 50 o C, 5 phút, 300 W; b) Ure hydro peroxyd, K 2 CO 3 , 70 o C, 90 phút, 500 W.

Sơ đồ 1.6 Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Vanelle P.).