luận văn thạc sĩ nghiên cứu, xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính kháng viêm của một số hợp chất thiên nhiên từ cây đại hoàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hoàng Thị Ngọc Ánh NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH KHÁNG VIÊM CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN TỪ CÂY ĐẠI HOÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC Hà Nội, 2021 i Lời cam đoan Luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học TS.DS Phạm Ngọc Khanh TS Ngũ Trường Nhân Các số liệu kết luận văn trung thực Tác giả luận văn Hoàng Thị Ngọc Ánh ii Lời cảm ơn Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS.DS Phạm Ngọc Khanh TS Ngũ Trường Nhân, người cô, người thầy tâm huyết hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thiện luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên (VAST), GS.TS Nguyễn Mạnh Cường anh chị - phòng Hoạt chất sinh học- Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên giúp sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm, kiến thức thực nghiệm…để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo thầy cô Học Viện Khoa học Công nghệ Khoa Hóa học giảng dạy, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập thực luận văn Tơi xin gửi lời tri ân tới gia đình, bạn bè, người thân ln động viên để tơi có động lực cơng việc hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn! iii Danh mục kí hiệu chữ viết tắt Kí hiệu Tiếng anh Tiếng việt TLC Thin-Layer Chromatography Sắc ký lớp mỏng CC Column Chromatography Sắc ký cột trọng lực dung môi Proton Nuclear Resonance H-NMR Magnetic Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 13 Carbon 13 Nuclear Magnetic Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Resonance cacbon 13 DEPT Disstortionless Enhancement Phổ DEPT by Polarition Transfer DFT Density Functional Theory NO Nitric oxide inhibition TNF- tumor necrosis factor IL-6 interleukin-6 IC50 Inhibitory concentration 50% C-NMR Thuyết phiếm hàm mật độ Nồng độ ức chế tối thiểu 50% iv Danh mục bảng Bảng 1.1 Các hợp chất anthraquinon phân lập từ chi Đại hoàng Bảng 1.2: Các hợp chất anthron phân lập từ chi Đại hoàng Bảng 1.3: Các hợp chất stilben phân lập từ chi Đại hoàng 12 Bảng 1.4: Các flavonoid phân lập từ chi Đại hoàng 18 Bảng 1.5: Các hợp chất acylglucoside phân lập từ chi Đại hoàng 22 Bảng 2.1: Các amino axit vùng hoạt động protein 36 Bảng 3.2: Dữ kiện phổ hợp chất MC566 so sánh với tài liệu tham khảo 43 Bảng 3.4: Đánh giá tiêu chí giống thuốc hợp chất nghiên cứu 48 Bảng 3.5: Tính tốn lượng liên kết tự hợp chất với hai protein 1ALU 2AZ5 50 Bảng 3.6: Các amino axit tham gia tương tác hợp chất phân lập với hai protein 1ALU 2AZ5 51 Bảng 3.7: Khả ức chế sản sinh NO chất phân lập 53 v Danh mục hình Hình 1.1: Một số hình ảnh chi Đại hoàng – Rheum L Hình 1.2: Cấu trúc anthraquinon phân lập từ chi Đại hồng Hình 1.3: Cấu trúc anthron phân lập từ chi Đại hoàng Hình 1.4 Cấu trúc stilben phân lập từ chi Đại hoàng 10 Hình 1.5 Cấu trúc flavonoid phân lập từ chi Đại hồng 15 Hình 1.6 Cấu trúc acylglucoside phân lập từ chi Đại hồng 21 Hình 2.1: Mẫu tiêu thân rễ Đại hoàng 30 Hình 2.2: Sơ đồ chiết tách mẫu Đại hồng 38 Hình 3.1: Cấu trúc phối tử tối ưu chất nghiên cứu 46 Hình 3.2: Cấu trúc hai protein tối ưu hóa 49 vi MỤC LỤC Danh mục kí hiệu chữ viết tắt iii Danh mục bảng iv Danh mục hình v MỤC LỤC vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CHI ĐẠI HOÀNG – RHEUM L 1.1.1 Phân loại 1.1.2 Đặc điểm hình thái 1.1.3 Phân bố thu hái 1.1.4 Thành phần hóa học 1.1.4.1 Anthraquinon 1.1.4.2 Anthron 1.1.4.3 Stilben 10 1.1.4.4 Flavonoid 15 1.1.4.5 Acylglucoside 21 1.1.4.6 Các hợp chất khác 22 1.1.5 Các nghiên cứu hoạt tính sinh học 22 1.1.5.1 Tác dụng nhuận tràng 22 1.1.5.2 Tác dụng kháng ung thư 23 1.1.5.3 Tác dụng kháng viêm giảm đau 23 1.1.5.4 Tác dụng bảo vệ gan 24 1.1.5.5 Tác dụng kháng vi-rut 24 1.2 GIỚI THIỆU VỀ LOÀI RHEUM OFFICINALE BAILL 24 vii 1.2.1 Đặc điểm thực vật 24 1.2.2 Phân bố 25 1.2.3 Thành phần hóa học 25 1.2.4 Hoạt tính sinh học 25 1.3 GIỚI THIỆU VỀ LĨNH VỰC DOCKING PHÂN TỬ 26 1.3.1 Docking phân tử 26 1.3.2 Các đích nghiên cứu tác dụng kháng viêm 27 1.3.3 Các tiêu chí giống thuốc hợp chất 29 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 30 2.1 NGUYÊN LIỆU 30 2.2 PHƯƠNG PHÁP 30 2.2.1 Thu thập mẫu thực vật 30 2.2.2 Nghiên cứu thành phần hóa học 31 2.2.3 Nghiên cứu khả kháng viêm 31 2.2.4 Phương pháp docking phân tử 34 2.2.5 Mô tả tiến trình thí nghiệm docking 35 2.2.5.1 Xử lý cấu trúc phối tử 35 2.2.5.2 Xử lý cấu trúc protein 35 2.2.5.3 Xác định vùng họat động protein 35 2.2.5.4 Mô tương tác phân tử Autodock 4.2.6 36 2.3 THỰC NGHIỆM 36 2.3.1 Hóa chất dụng cụ 36 2.3.2 Xử lý mẫu thực vật chiết tách 36 2.3.3 Tính chất vật lý liệu phổ hợp chất phân lập 38 viii CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT SẠCH TỪ CÂY ĐẠI HOÀNG 40 3.1.1 Cấu trúc hợp chất MC565 40 3.1.2 Cấu trúc hợp chất MC566 42 3.1.3 Cấu trúc hợp chất MC567 44 3.2 ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHÁNG VIÊM CỦA CÁC HỢP CHẤT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DOCKING PHÂN TỬ 46 3.2.1 Tối ưu hóa cấu trúc hợp chất nghiên cứu 46 3.2.2 Đánh giá tiêu chí giống thuốc hợp chất nghiên cứu 48 3.2.3 Xử lý tối ưu hóa cấu trúc protein nghiên cứu 49 3.3.4 Kết mô tương tác 50 3.3 HOẠT TÍNH ỨC CHẾ SỰ SẢN SINH NO CỦA CÁC HỢP CHẤT ĐƯỢC PHÂN LẬP 52 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 MỞ ĐẦU Viêm đáp ứng sinh học phức tạp thể có tác nhân gây bệnh xâm nhập vi khuẩn, vi rút yếu tố kích thích vật lý, hóa học Về chất viêm phản ứng tự bảo vệ thể nhiên trình viêm diễn trường kỳ, theo chiều hướng kiểm soát dẫn đến nhiều bệnh lý mạn tính viêm khớp, bệnh tim mạch, huyết áp, ung thư, tiểu đường, rối loạn hoạt động thần kinh bệnh Parkinson, Alzheimer’s Các phát dựa thử nghiệm ức chế chất trung gian gây viêm cytokine (IL-1α, IL-6, IL-12), TNF -α, yếu tố phiên mã NF-kB enzym COX-1, COX-2, COX-3, NOS) Gần virut SARS-CoV-2 gây đại dịch tồn cầu có tên COVID-19 Các nghiên cứu dịch tễ người nhiễm virus mối liên hệ quan trọng tiến triển bệnh viêm phổi cấp tính với dấu hiệu thể bị bão viêm, dẫn đến phản ứng miễn dịch mẫn thể cuối gây tử vong Vì vậy, việc nghiên cứu tác dụng kháng viêm hoạt chất, thuốc hướng nghiên cứu đẩy mạnh nước giới nhằm tìm kiếm biện pháp hữu hiệu để phòng điều trị bệnh virut COVID-19 Từ thời xa xưa, người ta phát nhiều thuốc thuốc điều trị bệnh viêm nhiễm sử dụng nhiều y học cổ truyền giới Nhiều dạng hợp chất thiên nhiên khác phát có tác dụng kháng viêm, ví dụ hợp chất phenolic, flavonoid đặc biệt hợp chất khung anthraquinon rubiadin-3-methyl ether, aloe-emodin, morindone nhiều hợp chất khác Trong số thuốc Việt Nam, Đại hoàng sử dụng điều trị bệnh viêm nhiễm dân gian có thành phần hóa học hợp chất anthraquinon Vì vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, xác định cấu trúc đánh giá hoạt tính kháng viêm số hợp chất thiên nhiên từ Đại hồng” với mục đích tìm kiếm hợp chất kháng viêm tiềm từ Đại hoàng, định hướng phát triển phòng bệnh COVID-19 tương lai 58 21 22 23 24 25 26 27 28 relationships of rhubarb on carbon tetrachloride-induced liver injury in rats, J Ethnopharmacol, 135(2), 575-581 Hai-Rong Xiong, Jun Luo, Wei Hou, Hong Xiao, Zhan-Qiu Yang, 2011, The effect of emodin, an anthraquinone derivative extracted from the roots of Rheum tanguticum, against herpes simplex virus in vitro and in vivo, Journal of Ethnopharmacology, 133,718–723 Min Chen, Tie-Gui Nan, Jie Xin, Li Cui, Bo Zhang, Xiao Wang, Bao-Min Wang, 2020, Development of an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay Method for the Detection of Rhein in Rheum officinale, International Journal of Analytical Chemistry, DOI:10.1155/2020/4294826 Huang Q., Lu G., Shen H.M., Chung M.C.M., Ong C.N., 2007, Anti-cancer properties of anthraquinones from rhubarb, Medicinal Research Reviews, 27(5), 609–630 Jia X., Iwanowycz S., Wang J., Saaoud F., Yu F., Wang Y., Hu J., Chatterjee S., Wang Q., Fan D., 2014, Emodin attenuates systemic and liver inflammation in hyperlipidemic mice administrated with lipopolysaccharides, Experimental Biology and Medicine, 239(8), 1025– 1035 Yao W.Y., Zhou Y.F., Qian A.H., Zhang Y.P., Qiao M.M., Zhai Z.K., Yuan, Y.Z., Yang S.L., 2015, Emodin has a protective effect in cases of severe acute pancreatitis via inhibition of nuclear factor-κB activation resulting in antioxidation, Molecular Medicine Reports, 11(2), 1416–1420 Ho T., Wu S., Chen J., Li C., Hsiang C., 2007, Emodin blocks the SARS coronavirus spike protein and angiotensin-converting enzyme interaction, Antiviral Research, 74(2), 92–101 Dang S S., Jia X L., Song P., Cheng Y A., Zhang X., Sun M Z., Liu E Q., 2009, Inhibitory effect of emodin and Astragalus polysaccharide on the replication of HBV, World journal of gastroenterology: WJG, 15(45), 5669 Cao F., Peng W., Li X., Liu M., Li B., Qin R., Jiang W., Cen Y., Pan X., Yan Z., Xiao K., Zhou H., 2015, Emodin is identified as the active component of ether extracts from Rhizoma Polygoni Cuspidati, for anti-MRSA activity, Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, 93(6), 485–493 59 29 Duan F., Xin, G., Niu, H & Huang, W., 2017, Chlorinated emodin as a natural antibacterial agent against drug-resistant bacteria through dual influence on bacterial cell membranes and DNA, Scientific Reports, 7(1), 12721 30 Wen, C., Zhang, J., Zhang, H., Dzah, C.S., Zandile, M., Duan, Y., Ma, H & Luo, X., 2018, Advances in ultrasound assisted extraction of bioactive compounds from cash crops – A review, Ultrasonics Sonochemistry, 48, 538–549 31 Cai Sun, M., Xing J., Corke H., 2004, Antioxidant Phenolic Constituents in Roots of Rheum officinale and Rubia cordifolia: Structure−Radical Scavenging Activity Relationships, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52(26), 7884–7890 32 Holtje H D., Sippl W., Rognan D., Folkers G, 2003, Molecular Modeling: Basic Principles and Application, 3rd edition, Wiley-VCH, Verlag GmbH & Co KGaA Weinheim 33 Narsinghani, T., Sharma, M.C & Bhargav, S., 2013, Synthesis, docking studies and antioxidant activity of some chalcone and aurone derivatives’, Medicinal Chemistry Research, 22(9), 4059–4068 34 Cherupally Dayakar, Buddana Sudheer Kumar, Galande Sneha, Gudem Sagarika, Koneru Meghana, Sistla Ramakrishna, Reddy Shetty Prakasham,, Bhimapaka China Raju a, 2017, Synthesis, pharmacological activities and molecular docking studies of pyrazolyltriazoles as anti-bacterial and antiinflammatory agents, Bioorganic & Medicinal Chemistry, 25, 5678- 5691 35 Yu-Chuan Chang, Yi-An Tung, Ko-Han Lee, Ting-Fu Chen, Yu-Chun Hsiao, HungChing Chang, Tsung-Ting Hsieh, Chan-Hung Su, Su-Shia Wang, Jheng-Ying Yu, Shangshung Shih, Yu-Hsiang Lin, Yin-Hung Lin, Yi-Chin Ethan Tu, Chun-Wei Tung, Chien-Yu Chen, 2020, Potential therapeutic agents for COVID-19 based on the analysis of protease and RNA polymerase docking, doi: 10.20944/preprints202002.0242.v1 36 Nicolau L.A.D., Nolêto I.R.S.G., Medeiros J.V.R., 2020, Could a specific ACE2 activator drug improve the clinical outcome of SARS-CoV-2? A 60 37 38 39 40 41 potential pharmacological insight, Expert Review of Clinical Pharmacology, 13(8), 807–811 Chang TN; Jeng SD; Yi CC; Lee CY; Liao JC; Lee MM; 2012; Ameliorative Effects of Scopoletin from Crossostephium chinensis against Inflammation Pain and Its Mechanisms in Mice Evidence Based Complementary and Alternative Medicine; vol 2012; 1-10 Cheenpracha S; Park EJ; Rostama B; Pezzuto JM; Chang LC (2010) Inhibition of nitric oxide (NO) production in lipopolysaccharide (LPS)activated murine macrophage RAW 264.7 cells by the norsesterterpene peroxide, epimuqubilin A Marine drugs; 8(3); 429-437 Liao H; Banbury L; Liang H; Wang X; Lü X; Hu L; Wu J (2014) Effect of Honghua (Flos Carthami) on nitric oxide production in RAW 264.7 cells and α-glucosidase activity Journal of Traditional Chinese Medicine 34(3): 362368 Gaussian 09; Revision A.02; M J Frisch; G W Trucks; H B Schlegel; G E Scuseria; M A Robb; J R Cheeseman; G Scalmani; V Barone; G A Petersson; H Nakatsuji; X Li; M Caricato; A Marenich; J Bloino; B G Janesko; R Gomperts; B Mennucci; H P Hratchian; J V Ortiz; A F Izmaylov; J L Sonnenberg; D Williams-Young; F Ding; F Lipparini; F Egidi; J Goings; B Peng; A Petrone; T Henderson; D Ranasinghe; V G Zakrzewski; J Gao; N Rega; G Zheng; W Liang; M Hada; M Ehara; K Toyota; R Fukuda; J Hasegawa; M Ishida; T Nakajima; Y Honda; O Kitao; H Nakai; T Vreven; K Throssell; J A Montgomery; Jr.; J E Peralta; F Ogliaro; M Bearpark; J J Heyd; E Brothers; K N Kudin; V N Staroverov; T Keith; R Kobayashi; J Normand; K Raghavachari; A Rendell; J C Burant; S S Iyengar; J Tomasi; M Cossi; J M Millam; M Klene; C Adamo; R Cammi; J W Ochterski; R L Martin; K Morokuma; O Farkas; J B Foresman; and D J Fox; Gaussian; Inc.; Wallingford CT; 2016 Legiawati, L., Fadilah, F., Bramono, K & Indriatmi, W., 2018, ‘In silico Study of Centella Asiatica Active Compounds as Anti-Inflammatory Agent 61 42 43 44 45 46 47 48 49 by Decreasing Il-1 And Il-6 Activity, Promoting Il-4 Activity’, J Pharm Sci., 10, Garrett M Morris, David S Goodsell, Robert S Halliday, Ruth Huey, William E Hart, Richard K Belew, Arthur J Olson, 1998, Automated Docking Using a Lamarckian Genetic Algorithm and an Empirical Binding Free Energy Function, Journal of Computational Chemistry, Vol 19, No 14, 1639-1662 43 Pham D Q., Ba D T., Dao N T., Choi G J., Vu T T., Kim J C., Le Dang Q., 2017, Antimicrobial efficacy of extracts and constituents fractionated from Rheum tanguticum Maxim ex Balf rhizomes against phytopathogenic fungi and bacteria Industrial Crops and Products, 108, 442-450 Duong Quang Pham, Antimicrobial efficacy of extracts and constituents fractionated from Rheum tanguticum Maxim ex Balf rhizomes against phytopathogenic fungi and bacteria, Industrial Crops & Products, 108 (2017) 442-480 Danielsen, K., Aksnes, D W., & Francis, G W.,1992, NMR study of some anthraquinones from rhubarb Magnetic Resonance in Chemistry, 30(4), 359-360 Wells, J M., Cole, R J., & Kirksey, J W., 1975, Emodin, a toxic metabolite of Aspergillus wentii isolated from weevil-damaged chestnuts Applied Microbiology, 30(1), 26-28 Zinaye, B (2008) Phytochemical investigation on the root of Rumex abyssinicus (MAKMAKO) (Doctoral dissertation, Addis Ababa University) Lutfiye Omur DEMIREZER, Nadire OZENVER, Mine UZU, Onur YUKSELEN Zuhal GUVENALP, Osman Ugur SEZERMAN, 2016, Molecular Docking of Anthranoids on Some Targeted Human Proteins, FABAD J Pharm Sci., 41, 1-16 Cherupally Dayakar, Buddana Sudheer Kumar, Galande Sneha, Gudem Sagarika, Koneru Meghana, Sistla Ramakrishna, Reddy Shetty Prakasham, Bhimapaka China Raju, 2017, Synthesis, pharmacological activities and molecular docking studies of pyrazolyltiazoles as anti-bacterial and anti- 62 inflammatory agents, Bioorganic & Medicinal Chemistry, September http://dx.doi.org/10.1016/j.bmc.2017.08.042 50 Ravi Jarapula, Kiran Gangarapu, Sarangapani Manda, and Sriram Rekulapally, 2018, Synthesis, In Vivo Anti-Inflammatory Activity, and Molecular Docking Studies of New Isatin Derivative, International Immunopharmacology 54 238–244, https://doi.org/10.1155/2016/2181027 51 Ya-Fang Chen, Yin-Hui Huang, Mei-li Yang, Zhi-Qiang Lin, 2020, Emodin ameliorates diabetic neuropathic pain through inhibiting up-regulation of TRPV1 and pro-inflammatory cytokines in dorsal root ganglions in rats, Neurology Asia, 25(3), p331-339 63 PHỤ LỤC Hình ảnh phổ 1H-NMR; 13C-NMR; DEPT hợp chất thu Phổ 1H-NMR hợp chất MC565 Phổ 13C-NMR hợp chất MC565 64 Phổ DEPT hợp chất MC565 Phổ 1H-NMR hợp chất MC566 65 Phổ 13C-NMR hợp chất MC566 Phổ DEPT hợp chất MC566 66 Phổ 1H-NMR hợp chất MC567 Phổ 13C-NMR hợp chất MC567 67 Phổ DEPT hợp chất MC567 68 PHỤ LỤC Hình ảnh biểu diễn lượng tối ưu hợp chất phương pháp DFT với mức lý thuyết B3LYP/6-311G(d;p) Chrysophanol Rhapontigenin Emodin Rolipram Celecoxib 69 PHỤ LỤC Hình ảnh thơng số hộp lưới (Grid box) cho mô tương tác phân tử protein với phối tử 1ALU 2AZ5 70 PHỤ LỤC Hình ảnh mơ tương tác ligand với đích kháng viêm 1ALU 2AZ5 Tên chất Chrysophanol Rhapontigenin Emodin Rolipram 1ALU 2AZ5 71 Indomethacin Celecoxib 72 ... CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT SẠCH TỪ CÂY ĐẠI HOÀNG 40 3.1.1 Cấu trúc hợp chất MC565 40 3.1.2 Cấu trúc hợp chất MC566 42 3.1.3 Cấu trúc hợp chất MC567 44 3.2 ĐÁNH... ? ?Nghiên cứu, xác định cấu trúc đánh giá hoạt tính kháng viêm số hợp chất thiên nhiên từ Đại hoàng? ?? với mục đích tìm kiếm hợp chất kháng viêm tiềm từ Đại hoàng, định hướng phát triển phòng bệnh COVID-19... KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT SẠCH TỪ CÂY ĐẠI HOÀNG 3.1.1 Cấu trúc hợp chất MC565 Cấu trúc hợp chất MC565 Phổ 13C-NMR MC565 cho tín hiệu 15 carbon, kết hợp với