Nghiên cứu phân lập, chuyển hóa và đánh giá tác dụng sinh học của steroid từ loài sao biển acanthaster planci

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐINH THỊ HÀ NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP, CHUYỂN HÓA VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA STEROID TỪ LOÀI SAO BIỂN ACANTHASTER PLANCI LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội-2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐINH THỊ HÀ NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP, CHUYỂN HÓA VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA STEROID TỪ LOÀI SAO BIỂN ACANTHASTER PLANCI Chuyên ngành: Hóa học hợp chất thiên nhiên Mã số: 44 01 07 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Thị Thu Thủy PGS TS Ngô Đại Quang Hà Nội-2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS Trần Thị Thu Thủy PGS TS Ngô Đại Quang Các số liệu kết nêu luận án hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Đinh Thị Hà LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành Viện hóa học Hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới hai người thầy hướng dẫn PGS TS Trần Thị Thu Thủy – Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên (INPC), Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, PGS TS Ngô Đại Quang – Tập đồn hóa chất Việt Nam, người thầy tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu cách khoa học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Lãnh đạo Học Viện Khoa học Công nghệ, Ban Lãnh đạo Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho học tập sử dụng thiết bị tiên tiến Viện để hoàn thành tốt mục tiêu đề luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học Viện hóa học Hợp chất thiên nhiên, GS TS Phạm Quốc Long, GS TS Lê Mai Hương, PGS TS Nguyễn Mạnh Cường lời khun bổ ích góp ý q báu việc hồn thiện luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Viện sĩ Valentin A Stonik, TSKH Alla A Kicha – Viện Hóa sinh Hữu Thái Bình Dương (PIBOC), Viện Hàn lâm Khoa học liên bang Nga tạo điều kiện cho thực tập, học hỏi tiếp cận phương pháp nghiên cứu trang thiết bị tiên tiến Viện q trình làm thực nghiệm hồn thiện luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Lee Jae Wook - Viện Khoa học Công nghệ Hàn Quốc (KIST) Gangneung, Hàn Quốc TS Đỗ Hữu Nghị (INPC) tận tình giúp đỡ tơi q trình thử nghiệm nghiên cứu hoạt tính sinh học Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đoàn Lan Phương tập thể cán Phòng Hóa sinh hữu (INPC), bạn bè đồng nghiệp gia đình nhiệt tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án Đinh Thị Hà i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH .v DANH MỤC SƠ ĐỒ vii DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .x MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU .3 1.1 Giới thiệu chung biển (Asteroidea) 1.2 Các nghiên cứu lớp chất steroid phân cực từ loài biển 1.2.1 Polyhydroxysteroid 1.2.2 Steroid sulfate 1.2.3 Steroid glycoside 1.2.3.1 Polyhydroxysteroid glycoside 1.2.3.2 Asterosaponin 12 1.2.3.3 Cyclic steroid glycoside 13 1.3 Hoạt tính sinh học hợp chất steroid phân cực từ biển 14 1.3.1 Hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư 15 1.3.2 Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm kháng virus 16 1.3.3 Hoạt tính điều hòa miễn dịch 16 1.4 Tổng quan đối tượng nghiên cứu 17 1.4.1 Đặc điểm sinh học phân bố lồi biển Acanthaster planci 17 1.4.2 Tình hình nghiên cứu thành phần hóa học lồi biển Acanthaster planci giới 18 1.4.2.1 Steroid tự (sterol polyhydroxysteroid) 19 1.4.2.2 Polyhydroxysteroid glycoside 20 1.4.2.3 Asterosaponin 20 1.4.2.4 Glycosphingolipid 21 1.4.2.5 Các hợp chất khác 24 1.4.3 Tình hình nghiên cứu hoạt tính sinh học lồi biển Acanthaster planci 25 1.4.3.1 Hoạt tính tán huyết 25 1.4.3.2 Hoạt tính gây độc tế bào 25 1.4.4 Tình hình nghiên cứu lồi biển Acanthaster planci Việt Nam 26 ii 1.5 Tình hình cứu tổng hợp hợp chất polyhydroxysteroid hydroximinosteroid từ steroid tự nhiên giới 27 1.5.1 Tổng hợp hợp chất polyhydroxysteroid từ steroid tự nhiên 28 1.5.2 Tổng hợp hợp chất hydroximinosteroid từ steroid tự nhiên 31 1.6 Tình hình nghiên cứu tổng hợp hợp chất polyhydroxysteroid hydroximinosteroid từ steroid tự nhiên Việt Nam 35 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .37 2.1.Đối tượng nghiên cứu 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 37 2.2.1 Phương pháp phân lập hợp chất 37 2.2.2.Phương pháp xác định cấu trúc 38 2.2.3 Các phương pháp đánh giá hoạt tính 39 2.2.3.1 Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào 39 2.2.3.2 Phương pháp thử nghiệm khả ức chế hình thành khối u thạch mềm 41 2.2.3.3 Phương pháp thử nghiệm hoạt tính ức chế di tế bào ung thư biểu mô tuyến vú xét nghiệm chữa lành vết thương (wound-healing assay) 41 CHƯƠNG III - THỰC NGHIỆM 42 3.1 Phân lập hợp chất từ loài biển Acanthaster planci 42 3.2 Hằng số vật lý kiện phổ chất phân lập 47 3.2.1 Hợp chất Planciside A (AP1)(Hợp chất mới) 47 3.2.2 Hợp chất Planciside B (AP2) (Hợp chất mới) 48 3.2.3 Hợp chất Planciside C (AP3) (Hợp chất mới) 48 3.2.4 Hợp chất Planciside D (AP4) 49 3.2.5 Hợp chất AP11: Acanthaglycoside G (Hợp chất mới) 49 3.2.6 Hợp chất AP12: Pentareguloside G 50 3.2.7 Hợp chất AP13: Acanthaglycoside A 50 3.2.8 Hợp chất AP14: Maculatoside 50 3.2.9 Hợp chất AP5: 3-O-sulfothornasterol A 51 3.2.10 Hợp chất AP6: 5-ergost-7-en-3-ol 51 3.2.11 Hợp chất AP7: Cholesterol 51 3.2.12 Hợp chất AP8: Astaxanthin 51 3.2.13 Hợp chất AP9: Thymine 51 3.2.14 Hợp chất AP10: Uracil 51 3.3 Tổng hợp dẫn xuất cholesterol 51 iii 3.3.1 Tổng hợp dẫn xuất polyhydroxysteroid từ cholesterol 51 3.3.1.1 Tổng hợp chất cholest-3β,6α-diol (15c) cholest-3β,6β-diol (16c) 51 3.3.1.2 Tổng hợp chất cholestan-5-ene-3β,4β-diol (17c), cholestan-5-ene-3β,7βdiol (18c) cholestan-5-ene-3β,4β,7β-triol (19c) 52 3.3.1.3 Tổng hợp chất cholestane-3β,5α,6α-triol (20c) 54 3.3.1.4 Tổng hợp chất cholestane-3β,5α,6β-triol (21c) 54 3.3.2 Tổng hợp dẫn xuất hydroximinosteroid từ cholesterol 55 3.3.2.1 Tổng hợp chất cholest-4-ene-3,6-dione (22c) cholestane-3,6-dione (24c) 55 3.3.2.2 Tổng hợp chất cholest-4-ene-3β,6α-diol (26c) 56 3.3.2.3 Tổng hợp chất 6α-hydroxy-4α,5α-epoxycholeatane-3-one (27c) 4α,5α-epoxycholeatane-3,6-dione (28c) 56 3.3.2.4 Tổng hợp hydroximinosteroid (23c, 25c,29c,31c) chất 30c 57 3.4 Hoạt tính sinh học hợp chất phân lập dẫn xuất tổng hợp 59 3.4.1 Hoạt tính sinh học hợp chất steroid phân cực phân lập từ biển Acanthaster planci 59 3.4.2 Hoạt tính gây độc tế bào dẫn xuất tổng hợp từ cholesterol 60 CHƯƠNG IV – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 61 4.1 Nghiên cứu thành phần hóa học lồi biển Acanthaster planci 61 4.1.1 Hợp chất AP1: Planciside A (Hợp chất mới) 61 4.1.2 Hợp chất AP2: Planciside B (Hợp chất mới) 67 4.1.3 Hợp chất AP3: Planciside C (Hợp chất mới) 72 4.1.4 Hợp chất AP4: Planciside D 76 4.1.5 Hợp chất AP11: Acanthaglycoside G (Hợp chất mới) 81 4.1.6 Hợp chất AP12: Pentareguloside G 88 4.1.7 Hợp chất AP13: Acanthaglycoside A 93 4.1.8 Hợp chất AP14: Maculatoside 97 4.1.9 Hợp chất AP5: 3-O-sulfothornasterol A 100 4.1.10 Hợp chất AP6: 5-ergost-7-ene-3-ol 102 4.1.11 Hợp chất AP7: Cholesterol 104 4.1.12 Hợp chất AP8: Astaxanthin 106 4.1.13 Hợp chất AP9: Thymine 109 4.1.14 Hợp chất AP10: Uracil 109 4.2 Chuyển hóa hóa học cholesterol 112 4.2.1 Chuyển hóa dẫn xuất polyhydroxysteroid 113 iv 4.2.1.1 Hợp chất cholestane-3β,6α-diol (15c) cholestane-3β,6β-diol (16c) 113 4.2.1.2 Hợp chất cholestan-5-ene-3β,4β-diol (17c), cholestan-5-ene-3β,7β-diol (18c) cholestan-5-ene-3β,4β,7β-triol (19c) 115 4.2.1.3 Hợp chất cholestane-3β,5α,6α-triol (20c) 117 4.2.1.4 Hợp chất cholestane-3β,5α,6β-triol (21c) 119 4.2.2 Chuyển hóa dẫn xuất hydroxyminosteroid 120 4.1.2.1 Hợp chất cholest-4-ene-3,6-dione (22c) cholestane-3,6-dione (24c)………………………………………………………………………… 121 4.1.2.2 Hợp chất cholest-4-ene-3β,6α-diol (26c) 123 4.1.2.3 Hợp chất 6α-hydroxy-4α,5α-epoxycholestane-3-one (27c) 4α,5αepoxycholestane-3,6-dione (28c) 124 4.1.2.4 Các hợp chất hydroximinosteroid (23c, 25c, 29c, 31c) hợp chất 30c…………………………………………………………………………… 125 4.3 Kết thử nghiệm hoạt tính sinh học 129 4.3.1 Hoạt tính hợp chất steroid glycoside phân lập từ biển Acanthaster planci 129 4.3.2 Hoạt tính gây độc tế bào dẫn xuất cholesterol 134 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137 5.1 Kết luận 137 5.2 Kiến nghị 139 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN……………………… 145 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc đại diện glycosphingolipid 211 Hình 3.1: Sơ đồ phân lập hợp chất từ biển Acanthaster planci 422 Hình 4.1: Phổ (+) HR ESI-MS/MS hợp chất AP1 611 Hình 4.2: Phổ (-) HR ESI-MS/MS hợp chất AP1 611 Hình 4.3: Phổ 1H-NMR hợp chất AP1 622 Hình 4.4: Phổ 13C-NMR hợp chất AP1 633 Hình 4.5: Cấu trúc hóa học hợp chất AP1 65 Hình 4.6: Tương tác COSY, HMBC NOESY hợp chất AP1 65 Hình 4.7: Phổ (+) HR ESI-MS/MS hợp chất AP2 68 Hình 4.8: Phổ (–) HR ESI-MS/MS hợp chất AP2 68 Hình 4.9: Phổ 1H-NMR hợp chất AP2 68 Hình 4.10: Cấu trúc hóa học hợp chất AP2 70 Hình 4.11: Tương tác COSY, HMBC NOESY hợp chất AP2 70 Hình 4.12: Phổ (+) HR ESI-MS/MS hợp chất AP3 733 Hình 4.13: Phổ (–) HR ESI-MS/MS hợp chất AP3 733 Hình 4.14: Cấu trúc hóa học chất AP3 74 Hình 4.15: Tương tác COSY, HMBC NOESY hợp chất AP3 74 Hình 4.16: Phổ 1H NMR hợp chất AP4 77 Hình 4.17: Phổ 13C NMR hợp chất AP4 77 Hình 4.18: Cấu trúc hợp chất AP4 79 Hình 4.19: Tương tác COSY, HMBC hợp chất AP4 79 Hình 4.20: Tương tác ROESY hợp chất AP4 79 Hình 4.21: Phổ (+) HR-ESI-MS/MS hợp chất AP11 822 Hình 4.22: Phổ (-) HR-ESI-MS/MS hợp chất AP11 822 Hình 4.23: Phổ 1H-NMR hợp chất AP11 822 Hình 4.24: Phổ 1D TOCSY hợp chất AP11 844 Hình 4.25: Cấu trúc hóa học hợp chất AP11 85 Hình 4.26: Các tương tác phổ HMBC ROESY hợp chất AP11 85 Hình 4.27: Phổ khối lượng (+) HR ESI-MS hợp chất AP12 88 Hình 4.28: Phổ khối lượng (-) HR ESI-MS/MS hợp chất AP12 88 Hình 4.29: Cấu trúc hóa học hợp chất AP12 90 Hình 4.30: Phổ (-) HR ESI-MS/MS chất AP13 933 Hình 4.31: Cấu trúc hóa học hợp chất AP13 94 vi Hình 4.32: Phổ (-)-HR ESI-MS/MS chất AP14 97 Hình 4.33: Cấu trúc hóa học hợp chất AP14 98 Hình 4.34: Cấu trúc hóa học hợp chất AP5 1011 Hình 4.35: Cấu trúc hóa học chất AP6 103 Hình 4.36: Tương tác HMBC chất AP6 103 Hình 4.37: Cấu trúc hóa học hợp chất AP7 105 Hình 4.38: Phổ 1H NMR hợp chất AP8 1066 Hình 4.39: Cấu trúc hóa học hợp chất AP8 108 Hình 4.40: Cấu trúc hóa học chất AP9 109 Hình 4.41: Cấu trúc hóa học chất AP10 109 Hình 4.42: Phổ 13C NMR hợp chất 15c 1144 Hình 4.43: Phổ 13C NMR hợp chất 16c 1144 Hình 4.44: Tương tác HMBC hợp chất 18c 1166 Hình 4.45: Phổ tương tác HMBC chất 19c 11717 Hình 4.46: Phổ 1H NMR giãn rộng hợp chất 20c 1188 Hình 4.47: Phổ 13C NMR giãn rộng hợp chất 20c 1188 Hình 4.48: Phổ 1H NMR giãn rộng hợp chất 21c 11919 Hình 4.49: Phổ 13C NMR giãn rộng hợp chất 21c 11919 Hình 4.50: Phổ (+) ESI-MS hợp chất 24c 1222 Hình 4.51: Phổ 13C NMR hợp chất 26c 1233 Hình 4.52: Phổ 13C NMR hợp chất 27c 1244 Hình 4.53: Phổ 13C NMR hợp chất 28c 1255 Hình 4.54: Ảnh hưởng hợp chất AP1 đến tăng sinh dòng tế bào HCT116, T-47D RPMI-7951 130 Hình 4.55: Ảnh hưởng asterosaponin AP11-AP14 đến di chuyển tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA-MB-231 người 133 Hình PL102: Phổ 13C NMRcủa hợp chất 27c 259 Hình PL103: Phổ HSQC hợp chất 27c 260 Hình PL104: Phổ (+) ESI-MS hợp chất 27c 261 Hình PL105: Phổ 1H NMRcủa hợp chất 28c 262 Hình PL106: Phổ 13C NMRcủa hợp chất 28c 263 Hình PL107: Phổ (+) ESI-MS hợp chất 28c 264 Hình PL108: Phổ 1H NMR hợp chất 29c 265 Hình PL109: Phổ 13C NMR hợp chất 29c 266 Hình PL110: Phổ (+) HR ESI-MS hợp chất 29c 267 Hình PL111: Phổ 1H NMR hợp chất 30c 268 Hình PL112: Phổ 13C NMR hợp chất 30c 269 Hình PL113: Phổ (+) HR ESI-MS hợp chất 30c 270 Hình PL114: Phổ 1H NMR hợp chất 31c 271 Hình PL115: Phổ 13C NMR hợp chất 31c 272 Hình PL116: Phổ (+) HR ESI-MS hợp chất 31c 273 ... Nghiên cứu phân lập, chuyển hóa đánh giá tác dụng sinh học steroid từ loài biển Acanthaster planci thực với nội dung sau:  Phân lập xác định cấu trúc hóa học hợp chất từ lồi biển Acanthaster planci, ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐINH THỊ HÀ NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP, CHUYỂN HÓA VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA STEROID. .. trình nghiên cứu lớp chất này, nhiên nghiên cứu hạn chế việc phân lập đánh giá hoạt tính hợp chất Chưa có cơng trình nghiên cứu tổng thể vào nghiên cứu phân lập, chuyển hóa hóa học đánh giá hoạt