Nghiên cứu mối quan hệ giữa hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase và cấu trúc của các hợp chất epoxylignan

Trong nghiên cứu này, Tiến hành nghiên cứu hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase của 11 hợp chất epoxylignan được phân lập từ thân cây Mít dai (Artocarpus heterophyllus), thân cây Guồi đỏ (Willughbeia cochinchinensis), vỏ thân Cần sen (Crateva religiosa) và keo Ong dú. Mời các bạn tham khảo!

Science & Technology Development, Vol 5, No.T20- 2017 Nghiên cứu mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase cấu trúc hợp chất epoxylignan  Lê Hữu Thọ  Nguyễn Xuân Hải  Nguyễn Thị Thanh Mai Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 07 tháng 12 năm 2016, nhận đăng ngày 28 tháng 11 năm 2017) TÓM TẮT Epoxylignan hợp chất thuộc họ 10 có hoạt tính ức chế mạnh chất đối chứng polyphenol có nhiều hoạt tính sinh học ức chế dương acarbose (IC50, 214.5 µM) Dựa vào kết phát triển tế bào ung thư, kháng oxy hóa, này, mối tương quan hoạt tính-cấu trúc làm hạ đường huyết,… Trong nghiên cứu này, chúng hợp chất cho thấy diện nhóm hydroxyl tơi tiến hành nghiên cứu hoạt tính ức chế enzyme αcác vị trí C-4 C-4′ đóng vai trò quan trọng glucosidase 11 hợp chất epoxylignan phân việc làm tăng hoạt tính Hơn nữa, hợp chất lập từ thân Mít dai (Artocarpus heterophyllus), diepoxylignan có nhóm ketone vị trí C-9′ làm thân Guồi đỏ (Willughbeia cochinchinensis), vỏ cải thiện hoạt tính mạnh Ngược lại, mở vòng thân Cần sen (Crateva religiosa) keo Ong dú epoxy vị trí C-7 C-9′ làm giảm hoạt tính (Trigona minor) Kết cho thấy hợp chất 1–4, 7– Từ khóa: epoxylignan, ức chế α-glucosidase, mối quan hệ hoạt tính cấu trúc MỞ ĐẦU Lignan hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ tự nhiên tìm thấy qua trình sinh tổng hợp phenylpropanoid Các hợp chất có vai trò quan trọng thực phẩm ngày hay sử dụng làm thuốc hỗ trợ điều trị ung thư, kháng oxy hóa, … Vì thế, lignan xem hoạt chất tiềm nghiên cứu tổng hợp, bán tổng hợp chức sinh học hợp chất Hầu hết hợp chất lignan tự nhiên tồn khung sườn khác có hoạt tính sinh học đặc trưng Điển hợp chất epoxylignan có nhiều hoạt tính sinh học khả gây độc, ức chế phát triển tế bào ung thư, kháng viêm, kháng khuẩn, kháng virus, kháng oxy hóa hoạt tính ức chế gốc tự NO, enzyme cAMP phosphodiesterase, cytochrome oxidase, succinoxidase, …[1–3] Trang 110 Những năm gần đây, công trình nghiên cứu cho thấy hợp chất 7,9′-epoxylignan 7,9′:7′,9diepoxylignan có khả ức chế enzyme αglucosidase Đây enzyme xúc tác cho trình thủy phân carbohydrate để giải phóng α-ᴅ-glucose thể Khi lượng đường α-ᴅ-glucose máu tăng cao gây bệnh đái tháo đường Do vậy, tìm chất ức chế enzyme α-glucosidase làm giảm trình thủy phân hấp thu carbohyhydrate vào thể Như làm giảm hàm lượng đường máu người bệnh, liệu pháp điều trị bệnh đái tháo đường cách hiệu an toàn [4–7] Trong nghiên cứu này, tiến hành nghiên cứu hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase thành phần epoxylignan phân lập từ thân Mít dai (Artocarpus heterophyllus), thân TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SOÁ T5- 2017 Guồi đỏ (Willughbeia cochinchinensis), vỏ thân Cần sen (Crateva religiosa) keo Ong dú (Trigona minor) Từ đó, có sở liệu để giải thích mối tương quan cấu trúc hợp chất epoxylignan hoạt tính ức chế enzyme α-glucosiadase chúng sử dụng làm chất đối chứng tài liệu tham khảo [8-9] (Hình 2) VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Hóa chất – dụng cụ Dung dịch đệm phosphate 0,01 M, pH 7,0 Dung dịch Na2CO3 0,1 M Dung dịch p-nitrophenyl-αᴅ-glucopyranoside (p-NP-G) mM Dung dịch enzyme α-glucosidase 0,2 U mL-1 Dung dịch mẫu dự trữ: cân xác 1,5 mg mẫu chất tinh khiết có phân tử lượng 500 đvC, hòa tan đệm phosphate 0,01 M, pH 7,0 Sau đó, tiến hành pha lỗng thành dung dịch mẫu làm việc 1000 µM Chất đối chứng dương acarbose Hình Phản ứng thủy phân enzyme α-glucosidase với chất p-nitrophenyl-α-ᴅ-glucopyranoside Thiết bị quang phổ UV-VIS Shizmadzu 1800 Phương pháp thử hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase Hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase dựa phương pháp phân tích trắc quang Enzyme αglucosidase xúc tác q trình thủy phân chất heterogenous saccarose p-nitrophenyl-α-ᴅglucopyranoside Do đó, để khảo sát hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase, p-nitrophenyl-α-ᴅglucopyranosid (p-NP-G) sử dụng chất ban đầu (chất nền) enzyme α-glucosidase chuyển hóa chất thành α-ᴅ-glucose pnitrophenol Theo phản ứng, lượng α-ᴅ-glucose sinh tỉ lệ với p-NP-G bị thủy phân lượng pnitrophenol tạo thành Vì dựa vào độ hấp thu p-nitrophenolate bước sóng 401 nm định lượng α-ᴅ-glucose sinh Khi mẫu thử có hoạt chất ức chế enzyme α-glucosidase hàm lượng pnitrophenol tạo thành giảm So sánh cường độ màu dung dịch có khơng có hoạt chất ức chế, tính khả ức chế enzyme α-glucosidase hoạt chất [8-9] (Hình 1) Để có sở đánh giá hoạt tính mẫu chất khảo sát, sử dụng acarbose làm chất đối chứng dương để so sánh, hợp chất Hình Cấu trúc acarbose (C25H43NO18) Khả ức chế enzyme α-glucosidase đánh giá thông qua giá trị phần trăm ức chế (I %): I%= 𝐴𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙 − 𝐴𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 𝐴𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙 × 100 % Trong đó: Acontrol: Giá trị mật độ quang dung dịch không chứa mẫu khảo sát Asample: Giá trị mật độ quang dung dịch chứa mẫu khảo sát Dựa phần trăm ức chế nồng độ khác mẫu thử, tiến hành đánh giá khả ức chế enzyme α-glucosidase mẫu thử thông qua giá trị IC50 Giá trị IC50 (Inhibitory concentration) định nghĩa nồng độ mẫu thử mà ức chế 50 % enzyme α-glucosidase Quy trình thử hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase Quy trình thử hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase thực sau: mẫu hòa tan dung dịch đệm phosphate 0,01 M, pH 7,0 Thêm 25 L enzyme α-glucosidase 0,2 U mL-1, lắc đều, ủ phút nhiệt độ 37 0C Tiếp tục thêm Trang 111 Science & Technology Development, Vol 5, No.T20- 2017 25 L dung dịch chất p-nitrophenyl-α-ᴅglucopyranosid mM ủ 30 phút 37 0C để phản ứng xảy Sau ủ, thêm 375 L Na2CO3 0,1 M để ngừng phản ứng Dung dịch sau đo quang bước sóng 401 nm Mỗi mẫu thử thực nồng độ 250, 100, 50, 25, 10 µM, nồng độ thực lần Tương ứng với nồng độ mẫu thử, tiến hành thực mẫu trắng, mẫu trắng tương tự mẫu thử thay dung dịch enzyme α-glucosidase dung dịch đệm phosphate 0,01 M, pH 7,0 Từ tính giá trị phần trăm ức chế (I %) với nồng độ khảo sát giá trị trung bình cộng giá trị mật độ quang đo nồng độ (+)-Syringaresinol (1) (+)-Medioresinol (2) (+)-Pinoresinol (3) (+)-De-4´-O-methyleudesmin (4) (+)-Eudesmin (5) Magnolin (6) Clemaphenol (7) R1 OMe OMe OMe OMe OMe OMe OH Thu nhận hợp chất epoxylignan có nguồn gốc tự nhiên Tiến hành thu nhận hợp chất (+)syringaresinol (1), (+)-medioresinol (2) 9′ketopinoresinol (8) phân lập từ thân Mít dai (Artocarpus heterophyllus); hợp chất (+)-pinoresinol (3) alyterinate A (11) cô lập từ thân Guồi đỏ (Willughbeia cochinchinensis); hợp chất magnolin (6) cô lập từ vỏ thân Cần sen (Crateva religiosa); hợp chất (+)-de-4´-O-methyleudesmin (4), (+)-eudesmin (5), clemaphenol (7), (+)-5´methoxylariciresinol (9) (+)-lariciresinol (10) cô lập từ keo Ong dú (Trigona minor) Cấu trúc hợp chất trình bày Hình R2 OH OH OH OMe OMe OMe OMe (+)-5´-Methoxylariciresinol (9) (+)-Lariciresinol (10) Alyterinate A (11) R3 OMe H H H H OMe H R1 CH2OH CH2OH COOMe R4 OMe OMe OMe OMe OMe OMe OH R2 OMe H H Hình Cấu trúc hợp chất epoxylignan Trang 112 R5 OH OH OH OH OMe OMe OMe R6 OMe OMe H H H H H TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SOÁ T5- 2017 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết thử hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase hợp chất epoxylignan Tiến hành thử hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase 11 hợp chất epoxylignan, kết cho thấy tất hợp chất có khả ức chế enzyme α-glucosidase nồng độ khảo sát Trong đó, hợp chất 1–4, 7–10 có giá trị ức chế enzyme α- glucosidase mạnh chất đối chứng dương acarbose (IC50, 214,5 µM) Hợp chất (+)-syringaresinol (1), (+)-medioresinol (2), 9′-ketopinoresinol (8) có giá trị ức chế mạnh với giá trị IC50 18,9; 22,8; 16,1 µM; hợp chất ức chế enzyme αglucosidase mạnh (Bảng 1) Bảng Kết thử hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase hợp chất epoxylignan Hợp chất 10 11 Acarbose Phần trăm ức chế (I%) 250 µM * * 72,1 ± 1,5 51,68 ± 0,49 3,59 ± 0,21 96,7 ± 1,2 * * * 49,21 ± 0,51 59,8 ± 1,2 100 µM 79,80 ± 0,43 85,5 ± 1,6 72,40 ± 0,31 55,02 ± 0,91 50 µM 68,38 ± 0,34 64,91 ± 0,60 57,0 ± 1,8 38,2 ± 1,0 25 µM 55,41 ± 0,36 53,33 ± 0,41 40,92 ± 0,31 22,41 ± 0,34 32,49 ± 0,51 36,6 ± 1,0 85,47 ± 0,92 26,09 ±0,15 19,61 ± 0,72 70,47 ± 0,74 22,89 ± 0,56 7,21 ± 0,80 59,30 ± 0,79 10 µM 40,20 ± 0,99 30,9 ± 1,0 17,2 ± 1,1 7,92 ± 0,75 19,69 ± ,0,78 1,21 ± 0,31 43,67 ± 0,92 86,52 ± 0,21 76,16 ± 0,27 37,6 ± 1,0 21,2 ± 2,2 61,62 ± 0,30 29,6 ± 1,2 33,73 ± 0,12 9,8 ± 1,1 35,20 ± 0,68 16,8 ± 1,2 31,78 ±0,99 3,2 ± 1,7 18,8 ± 1,3 29,86 ± 0,87 - IC50 (µM) 18,9 22,8 37,9 85,1 236,9 > 250 131,8 16,1 33,7 69,6 ~ 250 214,5 (*) Phần trăm ức chế 100 % (-) Phần trăm ức chế < 1% Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase cấu trúc hợp chất epoxylignan Dựa vào giá trị IC50 hợp chất 7,9′:7′,9diepoxylignan (1–8) cho thấy có mối quan hệ cấu trúc hoạt tính hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase chúng Kết cho thấy hợp chất có hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase mạnh với giá trị IC50 =16,1 µM Thêm vào đó, biến nhóm ketone vị trí C-9′ hợp chất làm giảm hoạt tính đáng kể (IC50, 37,9 µM) Điều chứng minh xuất nhóm ketone vị trí C-9′ làm tăng mạnh khả ức chế enzyme αglucosidase Bên cạnh đó, methoxy hóa vị trí C-5 C-5′ làm tăng nhẹ hoạt tính (hợp chất > hợp chất hợp chất > hợp chất 4) Ngược lại, hoạt tính chúng giảm thay đổi nhóm hydroxyl nhóm methoxy vị trí C-4 C-4′ (hợp chất > hợp chất 6) Kết thử hoạt tính cho thấy hydroxyl hóa vị trí C-4 C-4′ hợp chất 7,9′:7′,9-diepoxylignan đóng vai trò quan trọng q trình ức chế enzyme α-glucosidase Điều chứng minh thông qua so sánh giá trị IC50 hợp chất (IC50, 84,1 µM) (IC50, 236,9 µM), hợp chất (IC50, 18,9 µM) (IC50, 22,8 µM) Ngồi ra, mở vòng vị trí C-7 hợp chất 7,9′:7′,9-diepoxylignan làm giảm hoạt tính đáng kể (hợp chất > hợp chất 9, hợp chất 3> hợp chất 10 hợp chất 11) (Hình 4) Trang 113 Science & Technology Development, Vol 5, No.T20- 2017 Hình Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase cấu trúc hợp chất 7,9′:7′,9-diepoxylignan Hình Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase cấu trúc hợp chất 7,9′-epoxylignan Tiếp theo, kết thử hoạt tính hợp chất (9– 11) cho thấy methoxy hóa vị trí C-5′ hợp chất (IC50, 33,7 µM) cải thiện hoạt tính đáng kể (hợp chất > hợp chất 10) Ngoài ra, xuất nhóm methyl carboxylate làm khả ức chế enzyme α-glucosidase (hợp chất 11 < hợp chất 10) (Hình 5) KẾT LUẬN Tóm lại, nghiên cứu cho thấy hoạt chất 9′ketopinoresinol (8) xem chất ức chế enzyme α-glucosidase mạnh (IC50, 16,1 µM) Nghiên cứu mối tương quan cấu trúc–hoạt tính cho thấy xuất nhóm hydroxyl vị trí C-4, C-4′ nhóm ketone vị trí C-9′ đóng vai trò quan trọng Trang 114 việc ức chế hoạt động enzyme αglucosidase Kết nghiên cứu góp phần cung cấp chứng khoa học chứng minh khả ức chế enzyme α-glucosidase hoạt chất epoxylignan, từ xác định vai trò hợp chất thiên nhiên thể người, bổ sung sở liệu cho nghiên cứu tìm loại thuốc từ thiên nhiên hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn đến Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHCM, tài trợ khn khổ Đề tài mã số T2016-07 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 20, SỐ T5- 2017 Study on structure–activity relationships (SARs) of epoxylignan compounds with αglucosidase inhibitory activity  Le Huu Tho  Nguyen Xuan Hai  Nguyen Thi Thanh Mai University of Science, VNU-HCM ABSTRACT Epoxylignans are polyphenolic compounds, than that of positive control acarbose (IC50, 214.5 which possess various biological activities such as µM) Based on the results, their structure-activity antiproliferative activity on cancer cells, antioxidant, relationships showed that the presence of the antihyperglycemic,… In this research, we study on αhydroxyl group at C-4, and C-4ʹ positions play an glucosidase inhibitory activity of 11 epoxylignans important role in increasing the activity isolated from the stem of Artocarpus heterophyllus, Furthermore, diepoxylignans having a ketone group the stem of Willughbeia cochinchinensis, the stem at C-9′ exhibited stronger activity In contrast, the bark of Crateva religiosa, and the propolis of opening of an epoxy ring at C-7 the C-9′ positions Trigona minor The results showed that, compounds reduced the activity 1–4 and 7–10 were more potent inhibitory activity Keywords: Epoxylignan, α-glucosidase inhibition, structure–activity relationships (SARs) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.D.MacRae, G H N.Towers, Biological activities of lignans, Phytochemistry, 23, 1207– 1220 (1984) [2] J.L Ríos, R.M Giner, J.M Prieto, New findings on the bioactivity of lignans, in: R Atta ur (Ed.) Studies in Natural Products Chemistry, Elsevier, 183–292 (2002) [3] X Wang, Z Liu, W Qiao, R Cheng, B Liu, G She, Phytochemicals and biological studies of plants from the genus Balanophora, Chemistry Central Journal, 6, 79–85 (2012) [4] Y Chen, Y Liu, X Li, J Zhang, G Li, Lignin interacting with α-glucosidase and its inhibitory effect on the enzymatic activity, Food Biophysics, 10, 264–272 (2014) [5] Y.H Chu, S.H Wu, J F Hsieh, Isolation and characterization of α-glucosidase inhibitory constituents from Rhodiola crenulata, Food Research International, 57, 8–14 (2014) [6] A Wikul, T Damsud, K Kataoka, P Phuwapraisirisan, (+)-Pinoresinol is a putative hypoglycemic agent in defatted sesame (Sesamum indicum) seeds though inhibiting alpha-glucosidase, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 22, 5215–5217 (2012) [7] Z Yin, W Zhang, F Feng, Y Zhang, W Kang, α-Glucosidase inhibitors isolated from medicinal plants, Food Science and Human Wellness, 3, 136–174 (2014) [8] P.H Dang, N.T Nguyen, H X Nguyen, L.B Nguyen, T H Le, T N.Do, M.V.Can, M T.T Nguyen, alpha-Glucosidase inhibitors from the leaves of Embelia ribes, Fitoterapia, 100, 201– 207 (2015) [9] P.H Dang, H.X Nguyen, N T Nguyen, H N Le, M T Nguyen, alpha-Glucosidase inhibitors from the stems of Embelia ribes, Phytotherapy Research, 28, 1632–1636 (2014) Trang 115 ... 2017 Hình Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase cấu trúc hợp chất 7,9′:7′,9-diepoxylignan Hình Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase cấu trúc hợp chất 7,9′ -epoxylignan. .. trăm ức chế 100 % (-) Phần trăm ức chế < 1% Mối quan hệ hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase cấu trúc hợp chất epoxylignan Dựa vào giá trị IC50 hợp chất 7,9′:7′,9diepoxylignan (1–8) cho thấy có mối. .. thấy có mối quan hệ cấu trúc hoạt tính hoạt tính ức chế enzyme αglucosidase chúng Kết cho thấy hợp chất có hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase mạnh với giá trị IC50 =16,1 µM Thêm vào đó, biến