Nghiên cứu này được thực hiện với mục tiêu: Tổng hợp các dẫn chất flavonoid, xác định hoạt chất chống oxy hóa và phân tích liên quan cấu trúc và tác dụng chống oxy hóa các chất thử nghiệm.
Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HĨA CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT FLAVONOID Trần Thành Đạo*, Vũ Thúy Tuyền*, Thái Khắc Minh* TÓMTẮT Mở đầu mục tiêu: Gốc tự xem nguyên nhân bệnh lý thối hóa rối loạn chức não, ung thư, suy giảm hệ thống miễn dịch Flavonoid - nhóm hợp chất lớn thường gặp thực vật - có tác dụng sinh học đa dạng kháng viêm, kháng dị ứng, chống ung thư làm giảm nguy mắc bệnh tim mạch; hoạt tính sinh học chủ yếu liên quan đến khả chống gốc tự flavonoid Nghiên cứu thực với mục tiêu: tổng hợp dẫn chất flavonoid, xác định hoạt chất chống oxy hóa phân tích liên quan cấu trúc tác dụng chống oxy hóa chất thử nghiệm Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Tổng cộng 213 hợp chất có khả trung hòa gốc tự chọn lọc qua nhiều báo khoa học Hoạt tính chống oxy hóa đánh giá phương pháp đánh bắt gốc tự DPPH Kết quả: Từ kết thử nghiệm cho thấy F1 (quercetin), F2 F3 (luteolin) chất chống oxy hóa có hoạt tính tốt, so sánh gần tương đương với vitamin C BHT (butylated hydroxytoluen) Khả chống oxy hóa chalcon thấp (F5, F6) gần hoạt tính Đối với curcumin (F9), chất có khả chống oxy hóa tốt dẫn chất chalcon thử nghiệm Kết luận: Việc ứng dụng mô hình QSAR xây dựng để dự đốn hoạt tính chống oxy hóa dẫn chất giúp tạo tảng cho việc sàng lọc, thiết kế, lựa chọn tổng hợp xác định hoạt tính chống oxy hóa in vitro nhằm tìm chất có hoạt tính chống oxy hóa tốt Từ khóa: gốc tự do, hoạt tính chống oxy hóa, flavonoid, QSAR ABSTRACT SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITY OF FLAVONOIDS Tran Thanh Dao, Vu Thuy Tuyen, Thai Khac Minh * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol 23 - No 2- 2019: 354 – 359 Background and objectives: Reactive oxygen species (ROS) have been implicated as a cause of degenerative diseases such as brain dysfunction, cancer, immune system depletion Flavonoids - a large group of common compounds in plants - have diverse biological effects such as anti-inflammatory, anti-allergy, anti-cancer and reduce the risk of cardiovascular disease These biological activities are mainly related to the anti free radical potential of flavonoids This study was performed with the aims as follows: synthesis of flavonoid derivatives, identification of antioxidant activity and analysis of structure-activity relationships Materials and methods: A total of 213 compounds with ability to neutralize free radicals were collected form literatures The antioxidant activity was assessed by DPPH radical scavenging Results: In vitro assays indicated that F1 (quercetin), F2 and F3 (luteolin) are three good antioxidants and comparable to vitamin C and BHT (butylated hydroxytoluene) The antioxidant capacity of the chalcone * Khoa Dược, Đại Học Y Dược Thành Phố Hồ Chí Minh Tác giả liên lạc: PGS TS Thái Khắc Minh ĐT: 0909680385 354 Email: thaikhacminh@ump.edu.vn Chuyên Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học is quite low (F5, F6) or almost inactive Curcumin (F9) is resulted in a better antioxidant activity than that of tested chalcones Conclusion: The application of the QSAR models to predict the antioxidant activity of the derivatives provides the basis for screening, design, selective synthesis and in vitro determination of antioxidant activity to identify powerful antioxidant novels Key words: reactive oxygen species, antioxidant activity, flavonoids, QSAR ĐẶT VẤNĐỀ Nhiều cơng trình nghiên cứu chứng minh flavonoid có tác dụng sinh học đa dạng kháng viêm, kháng dị ứng, chống ung thư làm giảm nguy mắc bệnh tim mạch; hoạt tính sinh học chủ yếu liên quan đến khả chống gốc tự hoạt tính chống oxy hóa số dẫn chất Kết kiểm tra việc khảo sát hoạt tính chống oxy hóa số dẫn chất flavonoid tổng hợp theo phương đánh bắt gốc tự DPPH (1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl) 5-7 dẫn chất flavonoid tổng hợp flavonoid(1-4) Từ đó, có nhiều đề tài ĐỐITƯỢNG-PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU nghiên cứu liên quan cấu trúc tác Cơ sở liệu dụng chống oxy hóa flavonoid (SAR), Qua nhiều báo khoa học,chọn lọc 213 hợp chất có khả trung hòa gốc tự thuộc nhiều khung cấu trúc khác nhau(1-16) Cấu trúc 2D chất vẽ phần mềm ChemBioDraw Ultra 11.0 Hoạt tính trung hòa gốc tự (IC50 ) hợp chất đánh giá phương pháp đánh bắt gốc tự DPPH gồm 123 chất Các cấu trúc hóa học với hoạt tính đánh bắt gốc tự DPPH thu thập từ báo Các nhóm cấu trúc số lượng chất nhóm cấu trúc xác định Bảng Giá trị hoạt tính chống oxy hóa IC50 nhóm chất nghiên cứu nằm khoảng 2,95 – 2551,02 μM Trong sở liệu, chất có hoạt tính chống oxy hóa tốt JMC-2006-254319 có IC50 = 2,95 μM thuộc cấu trúc hexahydropyridoindol yếu BKC2006-1537 (6,2',3'-Trimethoxyflavon) với IC50 = 2551,02 μM thuộc nhóm cấu trúc flavon Giá trị hoạt tính IC50 (μM) đươc đổi sang pIC50 = -logIC50 để sử dụng nghiên cứu QSAR nhiên có cơng trình nghiên cứu liên quan cấu trúc tác dụng chống oxy hóa mang tính chất định lượng (QSAR) có xây dựng mơ hình QSAR vài nhóm hợp chất flavonoid flavon, flavonol hay flavanon với số lượng hợp chất không nhiều(5,8-10,15) Chalcon, nhóm phụ flavonoid dẫn chất trung gian trình sinh tổng hợp flavonoid khác Trong thời gian gần nhiều hợp chất chalcon báo cáo có hoạt tính sinh học tác dụng kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, chống tăng sinh tế bào ung thư, chống oxy hóa, trung hòa gốc tự do(7,15) Tuy nhiên khả chống oxy hóa chalcon chưa nghiên cứu nhiều Trong nghiên cứu này, mơ hình dự đốn hoạt tính chống oxy hóa dẫn chất flavonoid xây dựng ứng dụng việc dự đoán thử nghiệm Chuyên Đề Dược 355 Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học Bảng 1: Cơ sở liệu chất có hoạt tính chống oxy hóa xác định phương pháp DPPH Cấu trúc Tên Số chất Tài liệu tham khảo Tên Số chất Tài liệu tham khảo Flavon 50 (9,12,14,16) Dẫn xuất benzensulfonamid 13 (3) Chalcon dẫn xuất 13 (3) Dẫn xuất 1,5benzothiazepin (4) Flavonol 26 (3,6,14,16) Dẫn xuất hexahydropyridoindol 18 (11) Catechin (14) Phương pháp đánh bắt gốc tự DPPH Hoạt tính chống oxy hóa chất thư viện tổng hợp Bộ mơn Hóa Dược tiến hành xác định theo phương pháp đánh bắt gốc tự DPPH(1-3) Phương pháp thử nghiệm tiến hành sau : Pha dung dịch DPPH mẹ Cân 13 mg DPPH pha 100 mL methanol (nồng độ 330 μM) Từ dung dịch mẹ, pha dung dịch DPPH nồng độ 33 μM để thử nghiệm cách pha loãng 10 lần (dùng 10 mL dung dịch DPPH mẹ pha thành 100 mL) Pha dung dịch thử Từ giá trị pIC50 dự đốn từ mơ hình, suy IC50 chất, sau lựa chọn chất có giá trị IC50 dự đốn nhỏ 100 μM để thử nghiệm Pha mẫu dung dịch thử với bình có nồng độ lớn (gấp lần giá trị IC50 dự đốn) từ bình 1, pha lỗng lần bình 2, 3, 4, Trong đó, bình bình có nồng độ trùng với giá trị IC50 dự đốn Thêm 10 mL dung dịch DPPH vào ml dung dịch thử tương ứng bình, làm tương tự mẫu chuẩn không sử dụng dung dịch thử Hỗn hợp lắc để ổn định nhiệt độ phòng 30 phút Đo quang Dùng dung dịch DPPH nồng độ 33 μM để quét phổ, xác định bước sóng cực đại λmax = 356 Cấu trúc 515 nm Đo độ hấp thu mẫu dung dịch thử chuẩn 515 nm Phần trăm hoạt tính bắt giữ gốc tự DPPH tính cơng thức sau: Giá trị IC50 xác định phép nội suy từ đường biểu diễn phần trăm hoạt tính bắt giữ gốc tự nồng độ mẫu thử Nếu phần trăm hoạt tính bắt giữ gốc tự bình > 50% pha lỗng tiếp tục bình làm tương tự có bình có phần trăm hoạt tính bắt giữ gốc tự < 50% (để đảm bảo cho việc vẽ đường biểu diễn giá trị IC50 xác định xác Nếu phần trăm hoạt tính bắt giữ gốc tự bình < 50% tiến hành ngược lại KẾTQUẢ Mơ hình 2D-QSAR Tổng cộng 123 chất thu thập từ báo khoa học sử dụng để xây dựng mơ hình 2D QSAR hoạt tính chống oxy hóa thuật tốn bình phương tối thiểu phần (PLS) phần mềm MOE (www.chemcomp.com) kết trình bày Bảng Sau lựa chọn từ 184 thơng số mơ tả tính tốn từ MOE thơng số để xây dựng mơ hình Bốn thơng số Chun Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học b_double [Số liên kết đôi (trừ liên kết đôi 95% mơ trình bày Hình nhân thơm)]; PEOE_VSA+1 [Diện tích bề cho thấy tất chất tập ngoại nằm mặt van der Waals có điện tích [0,05, 0,10)]; khoảng dự đốn 95% Kết PEOE_VSA_PPOS [Diện tích bề mặt van der phân tích đánh giá cho thấy mơ hình có khả Waals phân cực dương, điện tích > 0,2]; dự đoán tốt chất sở liệu SMR_VSA6 [Tổng diện tích bề mặt van der có khả ứng dụng để dự đốn hoạt Waals có độ khúc xạ vùng (0,485, 0,56]] tính chất tương đồng Bảng 2: Kết mơ hình QSAR Mơ hình xây dựng tập huấn luyện gồm 100 chất có sai số nhỏ RMSE = 0,39 R2 = 0,74; đánh giá chéo bỏ-1-ra LOO cho kết tốt với kết giá trị Q2 = 0,72 RMSE = 0,40 Phân tích tập kiểm tra gồm 25 dẫn chất cho kết R2 = 0,85 RMSE = 0,35 Đồng thời, phân tích dựa vào khoảng dự đốn Phương trình QSAR: pIC50 = + 4,10382 – 0,34413* b_double – 0,00841* PEOE_VSA+1 + 0,02963* PEOE_VSA_PPOS + 0,01869* SMR_VSA6 Giá trị Tập huấn Đánh giá Tập kiểm tra luyện chéo LOO Số chất (n) 100 100 25 RMSE 0,39 0,40 0,35 2 R /Q 0,74 0,72 0,85 Hình 1: Đường thẳng tương quan hoạt tính chống oxy hóa pIC50 thực nghiệm dự đốn Hoạt tính chống oxy hóa dự đốn thực nghiệm dẫn chất flavonoid flavonoid có thư viện chất Bộ mơn Hóa Mơ hình QSAR ứng dụng để dự đốn oxy hóa in vitro theo phương pháp đánh bắt gốc hoạt tính chống oxy hóa dẫn chất Chuyên Đề Dược Dược Các chất xác định hoạt tính chống tự DPPH kết trình bày Bảng 357 Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học Bảng 3: Cấu trúc hóa học hoạt tính chống oxy hóa thực tế - dự đốn từ mơ hình QSAR Tên IC50 dự IC50 thực đốn nghiệm (µM) (µM) Cấu trúc Tên Cấu trúc IC50 dự đốn (µM) IC50 thực nghiệm (µM) OH F1 (Quercetin) HO O OH 12,57 6,71 F7 191,55 > 500 F2 23,00 14,68 F8 121,34 > 513 F3 (luteolin) 59,23 45,65 F9 (Curcumin) 165,88 175,06 F4 56,13 >500 Vitamin C 7,35 5,86 BHT (butylated hydroxytolu en) 58,33 74,58 OH OH O F5 56,13 470,60 F6 21,70 418,82 BÀNLUẬN Cấu trúc hóa học, giá trị hoạt tính chống oxy hóa IC50 dự đoán IC50 thực nghiệm 11 chất thử nghiệm trình bày Bảng Trong flavonoid (trừ chalcon), có chất F1 (quercetin), F2 F3 (luteolin) có IC50 dự đốn nhỏ 100 μM lựa chọn thử nghiệm hoạt tính chống oxy hóa Kết thử nghiệm cho thấy F1, F2 F3 chất chống oxy hóa có hoạt tính tốt, so sánh gần tương đương với vitamin C BHT (butylated hydroxytoluen) Đối với chalcon có thư viện chất Bộ mơn, kết dự đốn từ mơ hình cho kết IC50 dự đoán nhỏ 100 μM Kết thực nghiệm cho thấy khả chống oxy hóa nhóm thấp (F5, F6) Curcumin (F9) chứng minh chất có khả chống oxy hóa tốt dẫn chất chalcon thử nghiệm Kết cho thấy mơ hình QSAR có khả dự đốn tốt hoạt tính chống oxy hóa chất flavonoid kết mơ hình có 358 thể so sánh mơ hình cơng bố(5,7-10) có nhiều ưu điểm phổ hoạt tính chống oxy hóa rộng sở liệu lớn Mơ hình QSAR sử dụng để dự đốn khả chống oxy hóa nhóm dẫn chất flavon, flavonol, chalcon… Từ đó, lựa chọn chất có khả chống oxy hóa cao có thư viện chất Bộ mơn Hóa Dược để thử nghiệm hoạt tính chống oxy hóa đồng thời đánh giá lại độ mơ hình Kết thử nghiệm xác định hai chất F1 (quercetin) F2 (thuộc nhóm cấu trúc flavonol) có khả chống oxy hóa tốt, gần tương đương với vitamin C quercetin nghiên cứu nhiều khả chống oxy hóa KẾTLUẬN Việc ứng dụng mơ hình QSAR xây dựng để dự đốn hoạt tính chống oxy hóa dẫn chất giúp tạo tảng cho việc sàng lọc, thiết kế, lựa chọn tổng hợp xác định hoạt tính chống oxy hóa in vitro nhằm tìm chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh Chuyên Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Trong nghiên cứu này, F1 (quercetin), F2 F3 (luteolin) thử nghiệm có hoạt tính chống oxy hóa tốt, so sánh gần tương đương với vitamin C BHT Khả chống oxy hóa chalcon thấp (F5, F6) gần khơng có hoạt tính Đối với curcumin (F9), chất có khả chống oxy hóa tốt dẫn chất chalcon thử nghiệm Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 106-YS.05-2015.31 10 11 12 TAILIỆUTHAMKHẢO Alexiou P, Demopoulos VJ (2010) A diverse series of substituted benzenesulfonamides as aldose reductase inhibitors with antioxidant activity: design, synthesis, and in vitro activity J Med Chem, 53: pp.7756-7766 Ansari FL, Umbreen S, Hussain L, Makhoor T (2005) Syntheses and Biological activities of chalcone and 1,5Benzothiazepine derivatives: Promising new free-radical scavengers, and esterase, urease, and alpha-Glucosidase inhibitors Chem Biodiver, 2: pp.487-496 Belsare DP, Pal SC, Kazi AA, Kankate RS, Vanjari SS (2010) Evaluation of Antioxidant Activity of Chalcones and Flavonoids Inter J ChemTech Res, 2: pp.1080-1089 Blokhina O, Virolainen E, Fagerstedt KV (2003) Antioxidants, Oxidative Damage and Oxygen Deprivation Stress: a Review Annals Botany, 91 : pp.179-194 Farkas O, Jakus J, Héberger K (2004) Quantitative Structure–Antioxidant Activity Relationships of Flavonoid Compounds Molecules, 9: pp.1079-1088 Ishige K., Schubert D, Sagara Y (2001) Flavonoids protect neuronal cells from oxidative stress by three distinct mechanisms Free Rad Biol Med, 30: pp.433-446 Liao HR, Chang YS, Lin YC, Yang LL, Chou YM, Wang BC (2006) QSAR Analysis of the Lipid Peroxidation Inhibitory Activity with Structure and Energetics of 36 Flavonoids Derivatives J Chinese Chem Soc, 53 : pp.1251-1261 Chuyên Đề Dược 13 14 15 16 Nghiên cứu Y học Lien EJ, Ren S, Bui HH, Wang R (1999) Quantitative structure-activity relationship analysis of phenolic antioxidants Free Rad Biol Med, 26: pp.285-294 Lucić B, Amić D, Trinajstić N (2008) Antioxidant QSAR Modeling as Exemplified on Polyphenols Methods Mol Biol, 477: pp.207-18 10 Maher P (2006) A comparison of the neurotrophic activities of the flavonoid fisetin and some of its derivatives Free Radic Res, 40: pp.1105-11 Phosrithong N, Samee W, Nunthanavanit P, Ungwitayatorn J (2012) In Vitro Antioxidant Activity Study of Novel Chromone Derivatives Chem Biol Drug Des, 79: pp.981-9 Park Y, Lee YU, Kim H, Lee YS, Yoon YA, Mun BH, Jeong YH, An JH, Shim YH, Lim YH (2006) NMR Data of Flavone Derivatives and Their Anti-oxidative Activities Bull Korean Chem Soc, 27(10) : pp.1537-1541 Porcal W, Hernández P, González M, Ferreira A, OleaAzar C, Cerecetto H, Castro A (2008) Heteroarylnitrones as drugs for neurodegenerative diseases: synthesis, neuroprotective properties, and free radical scavenger properties J Med Chem, 51: pp.6150–6159 Qin CX, Chen X, Hughes RA, Williams SJ, Woodman OL (2008) Understanding the Cardioprotective Effects of Flavonols: Discovery of Relaxant Flavonols without Antioxidant Activity J Med Chem, 51: pp.1874-1884 Rackova L, Snirc V, Majekova M, Majek P, Stefek M (2006) Free Radical Scavenging and Antioxidant Activities of Substituted Hexahydropyridoindoles Quantitative Structure-Activity RelationshipS J Med Chem, 49 : pp.25432548 Rice-Evans CA, Miller NJ, Paganga G (1996) Structureantioxidant activity relationships of flavonoids and phenolic acid Free Rad Biol Med, 20 : pp.933-956 Ngày nhận báo: 18/10/2018 Ngày phản biện nhận xét báo: 01/11/2018 Ngày báo đăng: 15/03/2019 359 ... tim mạch; hoạt tính sinh học chủ yếu liên quan đến khả chống gốc tự hoạt tính chống oxy hóa số dẫn chất Kết kiểm tra việc khảo sát hoạt tính chống oxy hóa số dẫn chất flavonoid tổng hợp theo phương... khả chống oxy hóa nhóm thấp (F5, F6) Curcumin (F9) chứng minh chất có khả chống oxy hóa tốt dẫn chất chalcon thử nghiệm Kết cho thấy mơ hình QSAR có khả dự đốn tốt hoạt tính chống oxy hóa chất flavonoid. .. khả chống oxy hóa KẾTLUẬN Việc ứng dụng mơ hình QSAR xây dựng để dự đốn hoạt tính chống oxy hóa dẫn chất giúp tạo tảng cho việc sàng lọc, thiết kế, lựa chọn tổng hợp xác định hoạt tính chống oxy