HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA FUCOIDAN
Theo các cơng trình [14,16,39,52,69,98,121] thì hoạt tính kháng ung thư của fucoidan phụ thuộc vào các đặc điểm cấu trúc như mức độ sulfate hĩa, thành phần đường và kiểu liên kết giữa các gốc đường. Các tác giả [90,93] đã cơng bố rằng hàm lượng sulfate là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của fucoidan. Fucoidan cĩ trọng lượng phân tử thấp (< 2000 Da) với thành phần chính là fucose và một lượng lớn sulfate cĩ hoạt tính kháng u mạnh hơn fucoidan dị thể trọng lượng phân tử cao và hàm lượng sulfate thấp. Các phân đoạn fucoidan (Sh2 và Sh3) từ rong Sargassum hornery cĩ cấu tạo mạch thẳng với các gốc (1→3); (1→4)- và (1→4)-α-L-Fucp sắp xếp xen kẽ nhau đã được cơng bố là cĩ hoạt kháng khối u ác tính mạnh hơn phân đoạn Sh1 được cấu tạo bởi các gốc (1→3)- α-L-Fucp [99]. Theo các tác giả [36,91,142] fucoidan thuộc bộ Chordariales và Laminariales được tạo nên bởi các gốc (1→3)-α-L- Fucp, nhĩm sulfate ở vị trí C-2 và/hoặc C-4 (cấu trúc dạng I). Mạch chính của fucoidan từ bộ Fucales được tạo nên bởi các gốc (1→3)- và (1→4)-α-L-Fucp, nhĩm sulfate ở vị trí C2 và/hoặc C4 (cấu trúc dạng II) [25,24,35]. Fucoidan từ các lồi rong thuộc họ Alariaceae và Sargassaceae là các polysacarit dị thể sulfate hĩa được tạo thành bởi các gốc (1→3)- hoặc (1→4)-linked α -L-Fucp và β-D-galactopyranose (β-D-Galp) (cấu trúc dạng III) [48,98,99]. Theo tác giả [99] fucoidan thuộc nhĩm cấu trúc dạng I cĩ khả năng ngăn chặn sự tăng sinh khối và sự hình thành khuẩn lạc của các tế bào ung thư ruột kết, các fucoidan thuộc nhĩm cấu trúc dạng II ức chế đáng kể sự phát triển của các tế bào khối u ác tính và cuối cùng fucoidan thuộc nhĩm cấu trúc dạng III là tác nhân hĩa trị lý tưởng cho ung thư vú. Mặc dù các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của fucoidan đã bắt
đầu từ hàng thập kỷ trước, tuy nhiên mối quan hệ tương tác giữa hoạt tính sinh học với cấu trúc và cơ chế phân tử của fucoidan tác động lên các tế bào ung thư vẫn chưa được giải thích một cách rõ ràng.
Đặc điểm cấu trúc chung của phần lớn fucoidan rong nâu Việt Nam thuộc nhĩm cấu trúc dạng III là các galactofucan sulfate hĩa, với thành phần chính là fucose và galactose, cùng với một lượng nhỏ các đường đơn khác là mannose, rhamnose, xylose và glucose. Do sự khác nhau về thành phần monosacarit, kiểu sắp xếp giữa các gốc đường ở mạch chính cũng như mạch nhánh đã tạo nên sự da dạng cấu trúc và hoạt tính sinh học của fucoidan.
Kết quả thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư của 06 mẫu fucoidan rong nâu Việt Nam chỉ ra rằng tất cả các mẫu đều cĩ hoạt tính kháng ít nhất 02 dịng tế bào ung thư với các mức độ khác nhau. Tất cả 06 mẫu fucoidan đều cĩ hoạt tính gây độc trên dịng tế bào ung thư gan Hep-G2, trong đĩ fucoidan từ rong S.mcclurei
với hàm lượng sulfate cao nhất (33,15%) cĩ hoạt tính mạnh nhất. Tuy nhiên mẫu fucoidan S.swartzii với hàm lượng sulfate thấp nhất (20,04 %) cĩ hoạt tính mạnh hơn fucoidan từ rong S.polycystum, S.denticapum và Turbinaria ornata. Với dịng tế bào ung thư màng tim RD, fucoidan từ rong S.mcclurei cĩ hàm lượng sulfate cao nhất cho kết quả âm tính, trong khi cả 05 mẫu fucoidan cịn lại đều cĩ kết quả dương tính với dịng tế bào ung thư này. Từ những kết quả này cho thấy hoạt tính kháng ung thư của các galactofucan sulfate hĩa từ rong nâu Việt Nam khơng chỉ phụ thuộc vào nhĩm sulfate, mà cịn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như thành phần đường, kiểu liên kết glycoside giữa các gốc đường, kiểu liên kết mạch nhánh và thậm chí là cả nhĩm uronic axít [69]. Hoạt tính kháng ung thư ruột kết DLD-1 của các phân đoạn fucoidan từ rong Sargassum mcclurei và kháng tế bào ung thư vú MDA-MB-231 của các phân đoạn fucoidan từ rong S.swartzii cĩ thể được giải thích là do cấu trúc mạch chính được tạo nên bởi các gốc α-L-Fucp liên kết 1,3 và β-D- Gal liên kết 1,4. Các kết quả tương tự cũng đã được cơng bố cho fucoidan từ các nguồn rong khác [98,99,121].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu chúng tơi đã thu được các kết quả như sau:
1. Fucoidan từ 08 lồi rong nâu phổ biến nhất ở vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hịa bao gồm: S.oligocystum, S.denticapum, S.swartzii, S.polycystum, S.mcclurei, Padina australis và Turbiaria ornata đã được phân lập.
2. Phân tích thành phần hĩa học bao gồm thành phần đường, hàm lượng uronic axít và hàm lượng sulfate của 08 mẫu fucoidan. Kết quả cho thấy fucoidan của rong nâu Việt Nam thuộc nhĩm sulfate galactofucan, trong khi đĩ fucoidan từ các lồi rong nâu của vùng ơn đới là các sulfate fucan.
3. 05 loại fucoidan thơ đã được phân đoạn tinh chế và phân tích thành phần hĩa học của tất cả các phân đoạn thu được.
4. 06 mẫu fucoidan thơ và 09 phân đoạn của chúng đã được khảo sát hoạt tính gây độc tế bào trên 05 dịng tế bào ung thư gan, ung thư màng tim, ung thư phổi, ung thư ruột kết và ung thư vú để tìm ra các phân đoạn cĩ hoạt tính tốt dùng cho mục đích phân tích cấu trúc.
5. Phân tích các đặc trưng cấu trúc của 05 phân đoạn fucoidan cĩ hoạt tính gây độc tế bào tốt từ 05 lồi rong S.denticapum, S.polycystum, S.swartzii, S.mcclurei và
Turbinaria ornata. Kết quả chỉ ra rằng:
- Cấu trúc mạch chính của 05 phân đoạn fucoidan được tạo thành chủ yếu bởi các gốc 1→3)- α-L-Fucopyranose.
- Nhĩm sulfate gắn chủ yếu ở vị trí C-4 và một phần ở vị trí C-2 trên các gốc đường pyranose.
Việc phân tích các đặc trưng cấu trúc của các phân đoạn fucoidan cĩ hoạt tính tốt cho phép chúng tơi đưa ra một số nhận định ban đầu về các yếu tố cấu trúc cĩ ảnh hưởng đến hoạt tính kháng u của fucoidan từ một số lồi rong thuộc chi
Sargassum Việt Nam.
6. Bằng phương pháp tự thủy phân (autohydrolysis) sử dụng chính các nhĩm (-SO3H) của phân tử fucoidan làm nguồn axít để chuyển hĩa polysacarit fucoidan
về dạng oligosacarit-fucoidan phù hợp cho phân tích khối phổ. Đây là một nét mới của luận án.
7. Lần đầu tiên tại Việt Nam đã kết hợp 2 kỹ thuật phân tích khối phổ nhiều lần MALDI-TOF/MS/MS và ESI-MS/MS trong phân tích cấu trúc của polysacarit. Sự kết hợp này giúp chúng ta thu nhận được nhiều hơn các thơng tin về thành phần và đặc trưng cấu trúc của các mảnh ion carbohydrate trong khối phổ, nhờ vậy đã cho phép giải thích được một cách tường minh hơn cấu trúc phức tạp của fucoidan cĩ nguồn gốc từ rong Việt Nam. Đây là tính mới của luận án so với các nghiên cứu cùng lĩnh vực này ở trong nước.
8. Lần đầu tiên cấu trúc của phân đoạn fucoidan SmF3 cĩ hoạt tính gây độc tế bào ung thư từ Sargassum mcclurei đã được thiết lập. Mạch chính của fucoidan SmF3 gồm: →3)-Fucp(4,2SO3
-
)-(1→3)-Fucp(4,2SO3 -
)-(1→ họa tiết xen vào các gốc (1→4)-Fucp(3SO3-) và (→6)-Galp ở cuối đầu khử. Mạch nhánh tồn tại các đoạn mạch sau: Fuc(2SO3 - )-(1→4)-Gal-(1→3)-Fuc(2SO3 - )-(1→4)-Gal-(1→3)- Fuc và Gal(2SO3-)-(1→3)-Fuc(2SO3-)-(1→4)-Gal-(1→3)- Fuc-(1→3)- Fuc Với sự cĩ mặt đồng thời của các gốc →3)-α-L-Fucp và gốc →4)-β-D-Galp
liên kết luân phiên trong mạch galactofucan từ rong Sargassum, chứng tỏ fucoidan từ rong Sargassum mcclurei cĩ cấu trúc mới so với các fucoidan đã nghiên cứu từ chi Sargassum.
KIẾN NGHỊ
- Tiếp tục nghiên cứu phân tích cấu trúc hĩa học và hoạt tính sinh học của fucoidan từ các lồi rong nâu khác của Việt Nam nhằm tìm kiếm các hợp chất mới cĩ hoạt tính kháng ung thư và các hoạt tính sinh học khác từ đĩ làm cơ sở cho việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên rong nâu của Việt Nam.
- Nghiên cứu chuyển hĩa fucoidan bằng con đường xúc tác sinh học (chuyển hĩa bằng enzyme) để tạo ra các sản phẩm oligo-fucoidan mới cĩ hoạt tính sinh học đặc hiệu hơn và mạnh hơn sử dụng cho mục đích làm thuốc hoặc thực phẩm chức năng.
CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Pham Duc Thinh, Roza V. Menshova, Svetlana P. Ermakova, Stanislav D. Anastyuk, Bui Minh Ly and Tatiana N. Zvyagintseva. Structural Characteristics and Anticancer Activity of Fucoidan from the Brown Alga
Sargassum mcclurei. doi:10.3390/md11051456, Mar. Drugs 2013, 11, 1456- 1476.
2. Phạm Đức Thịnh, Trần Thị Thanh Vân, Bùi Văn Nguyên, Lê Lan Anh và Bùi Minh Lý. Thành phần và đặc điểm cấu trúc của các polysaccharide tan trong nước từ một số lồi rong nâu Việt Nam. Tạp chí Hĩa học, 2013, 51 (6ABC), 838-842.
3. Pham Duc Thinh, Bui Minh Ly, Tran Thi Thanh Van, Le Lan Anh, Svetlana P. Ermakova, Tatyana N. Zvyagintseva. Fucoidans from brown seaweeds collected from Nhatrang Bay: Isolation, structural characteristics, and anticancer activity. Journal of Chemistry, 2013, Vol. 51(5), 539-545.
4. Pham Duc Thinh, Tran Thi Thanh Van and Bui Minh Lý. Studies fucoidan from brown seaweeds in Vietnam. Proceedings of VAST-IRD symposium on marine science. Haiphong-Vietnam, November 28th - 29th, 2013. 386-395 (ISBN: 978-604-913-162-2).
5. Pham Duc Thinh, Bui Minh Ly, Nguyen Duy Nhut, Cao Thi Thuy Hang, Tran Thi Thanh Van, Le lan Anh, S.P. Ermakova and T, N. Zvyagintseva, Composition, structural characteristics and bioactivities of fucoidan from some Vietnamese seaweeeds, Conference proceeding, the 2nd Analytical Vietnam Conference 2011, HCM city, April 7-8,2011, p.238-242.
6. Bùi Minh Lý, Nguyễn Duy Nhứt, Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Ngọc Linh, Hồng Ngọc Minh, Phạm Đức Thịnh, Võ Mai Như Hiếu, Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Đình Thuất, Cao Thị Thúy Hằng, Đặng Xuân Cường, Nghiên cứu fucoidan và cơng nghệ sản xuất chúng từ rong nâu Việt Nam, Tuyển tập Hội nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa và Cơng nghệ Việt Nam, Hà Nội
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Bùi Minh Lý. Đánh giá hiện trạng và Nghiên cứu giải pháp bảo vệ nguồn lợi rong Mơ (Sargassum) tại Khánh Hịa. Đề tài cấp tỉnh Khánh Hịa, 2010. 2. Bùi Minh Lý. Nghiên cứu cơng nghệ và thiết bị sản xuất fucoidan quy mơ
pilot từ một số lồi rong nâu Việt Nam. Đề tài Nghiên cứu KH&CN cấp Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, 2006.
3. Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Hữu Dinh, Huỳnh Quang Năng, Bùi Minh Lý và cs. Báo cáo nghiệm thu đề tài Điều tra cơ bản: “Hiện trạng và nguồn lợi rong biển kinh tế ven biển phía Nam Việt Nam”. 1999, pg 1-41. Nghiệm thu tại Hội đồng cấp Trung tâm KHTN và CNQG. Hà Nội 5-1999.
4. Nguyễn Duy Nhứt, Bùi Minh Lý, Thành Thị Thu Thủy, Nguyễn Mạnh Cường, Trần Văn Sung. Nghiên cứu fucoidan cĩ hoạt tính gây độc tế bào tách từ rong nâu Sargasum swartzii bằng phương pháp phổ khối nhiều lần.
Tạp chí Hĩa học, 2009, T. 47 (3), Tr. 300 - 307.
5. Nguyễn Duy Nhứt. Nghiên cứu thành phần hĩa học và hoạt tính sinh học của polysaccharide từ một số lồi rong nâu ở tỉnh Khánh Hịa. Luận án tiến sỹ Hĩa học, Viện Hĩa học, Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, 2008. Hà Nội.
6. Nguyễn Hữu Đại và Phạm Hữu Trí. Một số lồi rong biển mới bổ sung cho khu hệ rong biển Việt Nam - Phần I. Tuyển tập Nghiên cứu biển, 2002, 12, 149-158 .
7. Nguyễn Hữu Đại và Phạm Hữu Trí. Một số lồi rong biển mới bổ sung cho Việt Nam - Phần II. Tuyển tập Nghiên cứu biển, 2003, 13, 95-114 .
8. Nguyễn Hữu Đại. Rong Mơ (Sargassaceae) Việt Nam. Nguồn lợi và sử dụng. NXB Nơng nghiệp TP Hồ Chí Minh, 1997, 198 trang.
9. Nguyễn Hữu Dinh và Huỳnh Quang Năng. Năm lồi mới thuộc chi rong Mơ - Sargassum ở ven biển Việt Nam. Tạp chí Sinh học, 2001, 23 (1): 1-10. 10. Nguyễn Hữu Dinh, Huỳnh Quang Năng, Trần Ngọc Bút, Nguyễn Văn Tiến.
Rong biển miền Bắc Việt Nam. Nhà XB KHKT, 1993, Hà Nội.
11. Trần Thị Thanh Vân, Võ Mai Như Hiếu và Bui Minh Lý. Phân tích đặc điểm cấu trúc của fucoidan chiết từ lồi rong nâu Turbinaria ornata. Tạp chí Hĩa học, 2009, T.47 (4A), 483-487.
12. Trần Thị Thanh Vân. Nghiên cứu cấu trúc polysaccharide dạng agar chiết từ một số lồi rong biển Việt Nam. Luận án tiến sỹ Hĩa học, Viện Hĩa học, Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, 2007. Hà Nội.
TIẾNG ANH
13. Adhikaria, U.; Mateub, C.G.; Chattopadhyaya, K.C.; Pujolb, A.; Damonteb, E.B.; Ray, B. Structure and antiviral activity of sulfated fucans from
Stoechospermum marginatum. Phytochemistry. 2006, 67, 2474-2482.
14. Aisa, Y.; Miyakawa, Y.; Nakazato, T.; Shibata, H.; Saito, K.; Ikeda, Y.; Kizaki, M. Fucoidan induces apoptosis of human HS-Sultan cells accompanied by activation of caspase-3 and down-regulation of ERK pathways. Am. J. Hematol. 2004, 78, 7-14.
15. Ajisaka, T, H. Q. Nang & N. H. Dinh. Sargassum denticarpum Ajisaka sp. nov. and S. longifructum Tseng et Lu: Two zygocarpic species of Sargassum
from Việt Nam. Jap. J. Phycology. 1994, 42, 393-400.
16. Alekseyenko T.V.; Zhanayeva, S.Y.; Venediktova A.A.; Zvyagintseva, T.N.; Kuznetsova, T.A.; Besednova, N.N.; Korolenko, T.A. Antitumor and antimetastatic activity of fucoidan, a sulfated polysaccharide isolated from the Okhotsk sea Fucus evanescens brown alga. Bull. Exp. Biol. Med. 2007,
143, 730-732.
17. Anastyuk, S. D., Imbs, T.M., Shevchenko, N.M., Dmitrenok, P.S., Zvyagintseva, T.N. ESIMS analysis of fucoidan preparations from Costaria costata. Chem. Nat. Comp. 2009, 45, 79-86.
18. Anastyuk, S. D., Shevchenko, N. M., Nazarenko, E. L., Dmitrenok, P. S., and Zvyagintseva, T. N. Structural analysis of a fucoidan from the brown alga Fucus evanescens by MALDI-TOF and tandem ESI mass spectrometry.
Carbohydrate Research. 2009, 344(6), 779-787.
19. Anastyuk, S.D.; Shevchenko, N.M.; Nazarenko, E.L.; Imbs, T.I.; Gorbach, V.I.; Dmitrenok, P.S.; Zvyagintseva, T.N. Structural analysis of a highly sulfated fucan from the brown alga Laminaria cichorioides by tandem MALDI and ESI mass spectrometry. Carbohydr. Res. 2010, 345, 2206-2212. 20. Anastyuk, S.D., Imbs, T.I., Dmitrenok, P.S., and Zvyagintseva, T.N. Rapid
Mass Spectrometric Analysis of a Novel Fucoidan, Extracted from the Brown Alga Coccophora langsdorfii. The ScientificWorld Journal. 2014, ID 972450, 9 pages.
21. Andriy Synytsya, Woo-Jung Kim, Sung-Min Kim, Radek Pohl, Alla Synytsya, František Kvasnicˇka Jana Copíková, Yong Il Park. Structure and antitumour activity of fucoidan isolated from sporophyll of Korean brown seaweed Undaria pinnatifida. Carbohydrate Polymers.2010, 81, 41-48. 22. Berteau O. and Mulloy B. Sulfated fucans, fresh perspectives: structures,
functions, and biological properties of sulfated fucans and an overview of enzymes active toward this class of polysaccharide. Glycobiology. 2003, 13 (6), 29R-40R.
23. Bilan, M.I, Grachev A.A., Ustuzhanina N.E. Structure of a fucoidan from the brown seaweed Fucus evanescens C. Ag. Carbohydrate Research. 2002, 337, 719-730.
24. Bilan, M.I.; Grachev, A.A.; Shashkov, A.S.; Nifantiev, N.E.; Usov, A.I. Structure of a fucoidan from the brown seaweed Fucus serratus L.
Carbohydr. Res. 2006, 341, 238-245.
25. Bilan, M.I.; Grachev, A.A.; Ustuzhanina, N.E.; Shashkov, A.S.; Nifantiev, N.E.; Usov, A.I. A. Highly regular fraction of a fucoidan from the brown seaweed Fucus distichus L. Carbohydr. Res.2004, 339, 511-517.
26. Bilan M.I.; Grachev A.A.; Shashkov A.S.; Kelly M.; Sanderson C.J.; Nifantiev N.E.; Usov A.I. Further studies on the composition and structure of a fucoidan preparation from the brown alga Saccharina latissima.Carbohydr Res. 2010, 345, 2038-2047.
27. Bilan. M.I., Grachev. A.A., Shashkov. A.S, Thuy. T.T.T, Van. T.T.T, Ly. B.M, Nifantiev. N.E, Usov. A.I. Preliminary investigation of a highly sulfated galactofucan fraction isolated from the brown alga Sargassum polycystum.Carbohydrate Research, 2013, 377, 48-57.
28. Bitter, T.; Muir, H.M. A modified uronic acid carbazole reaction. Anal. Biochem. 1962, 4, 330–334.
29. Black, W.A.P.; Dewar, E.T.; Woodward, F.N. Manufacture of algal chemicals. IV.-Laboratory-scale isolation of fucoidin from brown marine algae. J. Sci. Food Agric. 1952, 3, 122-129.
30. Carpenter, K.E.; Niem, V.H. FAO species identification guide for fishery purposes. In the living marine resources of the Western Central Pacific. Vol. 1. Seaweeds, corals, bivalves and gastropods, Rome, FAO. 1998, 1-686. 31. Chandía, N.P.; Matsuhiro, B. Characterization of a fucoidan from Lessonia
vadosa (Phaeophyta) and its anticoagulant and elicitor properties. Int. J. Biol. Macromol. 2008, 42, 235-240.
32. Chen, P.; Baker, A.G.; Novotny, M.V. The use of osazones as matrices for the matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of carbohydrates. Anal. Biochem. 1997, 244, 144-151.
33. Cheng, Z.L.; Wang, S. Study on anticoagulant activities in vitro of fucoidan and fucoidan/collagen blends. J. Funct. Polym. 2003, 16, 557-560.
34. Chevolot, L.; Foucault, A.; Chauber, F. Further data on the structure of brown seaweed fucans: relationships with anticoagulant activitity.
Carbohydr. Res. 1999, 319, 154-165.
35. Chevolot, L.; Mulloy, B.; Racqueline, J. A disaccharide repeat unit is the structure structure in fucoidans from two species of brown algae. Carbohydr.