1 TỔNG QUAN
1.2.3 Tính khả dụng sinh học của curcumin
Mặc d có hoạt tính sinh học cao, các nghiên cứu về dƣợc động học đã chứng minh curcumin có tính khả dụng sinh học (bioavaiability) khá thấp.
Nghiên cứu trên chuột cho thấy, sau khi uống, phần lớn curcumin đƣợc hấp thu, chuyển hóa và đào thải rất nhanh qua ruột, chỉ lƣợng nhỏ curcumin chuyển vào máu và các mô khác trong cơ thể.
Ở liều uống 1 g/kg curcumin, 75 % lƣợng curcumin bị đào thải qua phân và lƣợng rất nhỏ trong nƣớc tiểu [58]. Ở các liều thấp hơn 400, 80, 10 mg và 500 mg/kg, gần 40 % curcumin không bị biến đổi tìm thấy ở phân sau 24 giờ [59, 60].
Sau khi uống, tại ống tiêu hóa, phần lớn curcumin bị chuyển hóa thông qua các phản ứng khử, glucuronoside hóa và sulfate hóa trƣớc khi đi vào v ng tuần hoàn máu. Sản phẩm chuyển hóa curcumin trong huyết thanh chuột đƣợc xác định gồm curcumin
14
glucuronoside, curcumin sulfate, lƣợng nhỏ hexahydrocurcumin, hexahydrocurcuminol, hexahydrocurcumin glucuronoside [61, 62] và sản phẩm kết hợp đồng thời glucuronoside/sulfate curcumin [63]. Curcumin bị khử bởi hệ khử nội sinh (endogenous reductase system) và tham gia các phản ứng kết hợp đƣợc xúc tác bởi các enzyme tạo phản ứng glucuronoside hóa và sulfate hóa ở gan, thận và niêm mạc ruột [63]. Khi tiêm curcumin bằng đƣờng bụng (i.p.), sản phẩm chuyển hóa chính trong huyết thanh, ngoài curcumin glucuronoside c n có các sản phẩm khử khác, gồm dihydrocurcumin glucuronoside, tetrahydrocurcumin (THC) glucuronoside, hexahydrocurcumin glucuronoside và THC. Sinh chuyển hóa curcumin và các sản phẩm chuyển hóa theo đƣờng i.p. đƣợc đề nghị trong hình 1.10 [64]. Ở ngƣời, nghiên cứu in vitro cho thấy, curcumin bị chuyển hóa nhanh ở ruột thông qua các phản ứng khử hóa, glucuronoside hóa và sulfate hóa, phản ứng xảy ra nhanh hơn so với ở chuột. Tại gan, các phản ứng kết hợp tiếp tục xảy ra, tuy nhiên mức độ thấp hơn ở chuột [65]. Các phản ứng chuyển hóa xảy ra nhanh. Ở chuột, nồng độ cao nhất các sản phẩm chuyển hóa của curcumin trong huyết thanh đạt đƣợc chỉ 1 giờ sau khi uống [63]. Nhiều nghiên cứu trên chuột c ng chứng minh, thời gian bán hủy của curcumin trong cơ thể khá thấp. Ở các liều uống 2 g/kg, 1 g/kg và 500 mg/kg curcumin, thời gian bán hủy đạt đƣợc lần lƣợt là 1,7 giờ, 1,45 giờ và 44,5 phút [66-68]. Ở liều tiêm t nh mạch (i.v.) 40 mg/kg, chỉ sau 1 giờ đã không phát hiện curcumin trong huyết thanh [62].
Chính vì các yếu tố trên, sinh khả dụng của curcumin trong cơ thể khá kém. Nồng độ curcumin đo đƣợc trong huyết thanh ở các liều uống khác nhau trên cả chuột và ngƣời đều rất thấp [66-68]. Ở ngƣời với liều uống 2 g, không phát hiện curcumin trong huyết thanh hoặc nồng độ curcumin cực kỳ thấp 0,006 g/ml sau 1 giờ [67]. Ở nồng độ 500 mg/kg, sinh khả dụng của curcumin theo đƣờng uống chỉ khoảng 1 % [68]. Nghiên cứu trên các bệnh nhân tiền ung thƣ hoặc có nguy cơ ung thƣ cao với các liều uống cao hơn 4 g, 6 g, 8 g curcumin/ngày trong 3 tháng, cho thấy nồng độ curcumin trong huyết thanh thƣờng đạt đỉnh 1 giờ đến 2 giờ sau khi uống và giảm dần trong v ng 12 giờ. Ở liều 8 g curcumin/ngày, hàm lƣợng cao nhất đạt đƣợc chỉ khoảng 1,325 g/ml và không phát hiện độc tính do phản ứng thuốc. Tuy nhiên khi vƣợt qua ngƣ ng 8 g, lƣợng curcumin quá lớn đối với khả năng tiếp nhận của cơ thể ngƣời bệnh [69].
15
Hình 1.10. Chuyển hóa sinh học và các sản phẩm chuyển hóa đề nghị cho curcumin trong huyết thanh chuột khi đƣa vào bằng đƣờng i.p.[63]
Chƣa có nhiều nghiên cứu về hoạt tính các sản phẩm chuyển hóa của curcumin. Một số nghiên cứu đã chứng minh THC, một trong những sản phẩm chuyển hóa chính của curcumin, có hoạt tính cao hơn so với curcumin. THC rất ổn định trong dung dịch đệm phosphate 0,1 M ở các pH khác nhau, bền hơn curcumin trong môi trƣờng giả sinh lý [64]. Nghiên cứu trên chuột cho thấy, THC dễ đƣợc hấp thu ở ống tiêu hóa hơn so với curcumin. THC kích hoạt các enzyme kháng oxy hóa bằng hoặc tốt hơn curcumin và quét gốc tự do sinh ra bởi ferric nitrilotriacetate in vitro tốt hơn curcumin [70]. THC thể hiện hiệu lực ức chế cao hơn curcumin đối với sự peroxide hóa lipid
16
màng hồng cầu gây ra do tertbutylhydroperoxide [71] và có tác dụng bảo vệ mạnh hơn so với curcumin đối với sự gây độc gan do chloroquine [72]. Tuy nhiên trong một số nghiên cứu, THC thể hiện hoạt tính kém hơn curcumin. Theo Ireson và cộng sự [62], sự chuyển hóa curcumin do khử hóa hoặc tạo thành các dạng liên kết curcumin glucuronoside và curcumin sulfate làm giảm hoạt tính ức chế biểu hiện gen COX-2. Ngoài ra, THC c ng không có khả năng ức chế sự kích hoạt NF-kappaB (nhân tố phiên mã) gây ra bởi yếu tố hoại tử khối u (TNF : tumor necreosis factor) và khả năng triệt tiêu sự tăng trƣởng tế bào kém hơn nhiều so với các curcuminoid [73]. Có thể thấy đƣợc sự chuyển hóa của curcumin đã ảnh hƣởng rất lớn đến tác dụng dƣợc l của hoạt chất này trong cơ thể.
1.2.4 Các phương pháp cải thiện tính khả dụng sinh học của curcumin
Nhằm cải thiện sinh khả dụng và hoạt tính của curcumin, các hƣớng nghiên cứu đang đƣợc quan tâm hiện nay bao gồm: sử dụng các chất tá dƣợc phụ trợ, biến đổi và đƣa curcumin vào các hệ dẫn truyền nano, liposome, micelle, phức phospholipid và tổng hợp dẫn xuất, chất tƣơng tự curcumin.
Sử dụng các tá dƣợc phụ trợ. Một số tá dƣợc nhƣ piperine, quercetin, genistein đã thể hiện tác dụng hiệp lực, giúp tăng hoạt tính và sinh khả dụng của curcumin. Piperine với khả năng ức chế phản ứng glucuronoside hóa ở gan và ruột đã đƣợc chứng minh giúp tăng sự hấp thu curcumin ở ruột, tăng nồng độ curcumin trong huyết thanh, cải thiện sinh khả dụng của curcumin trên cả chuột và ngƣời mà không gây tác dụng phụ [60, 67, 74]. Ở ngƣời, khi uống 2 g curcumin kết hợp với 20 mg piperine, nồng độ curcumin trong huyết thanh tăng lên chỉ trong 0,25-1 giờ sau khi uống, cải thiện sinh khả dụng đến 2000 % [67]. Piperine c ng thể hiện tác dụng hiệp lực rất tốt khi kết hợp với curcumin trong điều trị những rối loạn gây ra do chứng trầm cảm [75]. Curcumin kết hợp quercetin c ng đƣợc chứng minh giúp làm giảm 60,4 % số lƣợng polip và 50,9 % kích thƣớc polip trên các bệnh nhân FAT (bệnh polip đa u tuyến có tính di truyền) so với trƣớc khi uống với rất ít hiệu ứng phụ [76]. Trong một nghiên cứu khác, curcumin kết hợp genistein (một thành phần từ đậu nành) trong chế độ ăn đã ức chế hoàn toàn sự tăng sinh tế bào ung thƣ MCF-7 (d ng tế bào ung thƣ ngực điều khiển bởi estrogen) gây ra do việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu và cho hiệu quả ức chế tốt hơn so với việc sử dụng một mình curcumin hoặc genistein [17].
17
Hệ dẫn truyền nano. Hệ dẫn truyền trên cơ sở hạt nano nhƣ polymer nano, nano micelle, nh nano đã đƣợc chứng minh giúp tăng khả năng phân tán, hòa tan của curcumin trong nƣớc, nhờ đó tăng khả năng dẫn truyền, đƣa curcumin vào cơ thể. Trong nghiên cứu của S. Bisht và cộng sự [77] , curcumin đƣợc bọc (encapsule) trong các hạt polymer nano với kích thƣớc hạt dƣới 100 nm đã giúp tăng khả năng “phân tán” trong nƣớc của curcumin và thể hiện hoạt tính kháng tế bào ung thƣ tụy in vitro
tƣơng đƣơng curcumin. Trong một nghiên cứu khác [78], curcumin “nhúng” trong các “túi” nano-phospholipid (CmVe) và trong các hạt cầu nano-lipid (CmLn) đã chứng tỏ giúp tăng hiệu quả dẫn truyền curcumin bằng đƣờng t nh mạch vào các mô đại thực bào. CmVe c ng thể hiện hoạt tính quét anion gốc superoxide O2•- ở nồng độ M. Curcumin phối trộn trong hệ nh nano O/W c ng đƣợc chứng minh giúp cải thiện hoạt tính kháng viêm của curcumin [79]. Khả năng ức chế sự ph nề ở tai chuột bị gây viêm bởi TPA (12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate) đạt 43 % và 85 % ở các kích thƣớc hạt nh lần lƣợt là 618,6 nm và 79,5 nm trong khi với c ng nồng độ 1 % curcumin ở dạng micelle không phát hiện thấy tác dụng. Trong nghiên cứu của nhóm Sahu [80] curcumin đƣợc bọc trong nano-micelle có độ h a tan trong nƣớc tăng lên, cải thiện liều lƣợng và khả năng dẫn truyền curcumin bằng đƣờng t nh mạch mà không gây ảnh hƣởng đến hoạt tính kháng ung thƣ của hoạt chất này. Sự ổn định cao của các hạt micelle này trong các môi trƣờng giả sinh l khác nhau giúp thuốc có thời gian lƣu dài hơn trong cơ thể và cải thiện sinh khả dụng của curcumin [80].
Hệ dẫn truyền liposome, micelle và phức phospholipid. Liposome là một trong những hệ dẫn truyền thuốc, protein, hormone thông dụng nhất hiện nay nhờ ƣu điểm dễ tổng hợp, dễ phân hủy sinh học, khả năng tải thuốc cao, có thể mang cả phân tử kị nƣớc và ái nƣớc. Nghiên cứu của nhóm Kunwan [81] đã chứng minh hệ dẫn truyền liposome giúp tăng khả năng vận chuyển curcumin vào tế bào lympho lách, tế bào ung thƣ bạch huyết EL14 so với hệ dẫn truyền albumin huyết thanh ngƣời (human serum albumin) và hệ dung môi nƣớc – DMSO [81]. Trong nghiên cứu khác của Li và cộng sự [82, 83], curcumin đƣợc bọc trong liposome c ng đƣợc chứng minh giúp đƣa curcumin vào cơ thể bằng đƣờng t nh mạch. Các thử nghiệm in vitro và in vivo cho thấy liposome curcumin có khả năng điều giảm hoạt động của NF-kappaB (yếu tố nhân liên quan đến tiến trình phát triển ung thƣ biểu mô tụy), thể hiện tác dụng kháng
18
tăng trƣởng mạch khối u. Liposome curcumin c ng thể hiện hoạt tính ức chế mạnh in vivo sự phát triển khối u tế bào ghép ngoại lai Colo205 và Lovo, cao hơn so với
oxaliplatin (tác nhân hóa trị liệu chuẩn đối với ung thƣ ruột kết) ở tế bào Colo205. Các hệ dẫn truyền khác nhƣ micelle hay phức hợp với phospholipid c ng đƣợc chứng minh giúp cải thiện sinh khả dụng của curcumin. Trong nghiên cứu của Letchford và cộng sự [84], curcumin ở dạng micelle với polymer chứa MePEG-b-PCL (methoxy polyethylene glycol-block-polycaprolactone diblock copolymers) giúp tăng 13×105 lần độ h a tan curcumin. Trong một nghiên cứu khác, curcumin ở dạng micelle với polymer cho thời gian bán hủy sinh học trên chuột cao hơn 162 lần so với khi curcumin h a tan trong hỗn hợp PEG-DMA (polyethylene glycol dimethacrylate) và dextrose [85]. Hệ phức hợp curcumin với phospholipid hoặc phosphatidylcholine c ng đƣợc chứng minh làm tăng đáng kể sinh khả dụng của curcumin nhờ giúp tăng nồng độ đỉnh curcumin trong huyết thanh sau khi uống và tăng thời gian bán hủy của curcumin [86, 87]. Trong nghiên cứu của nhóm Maiti [66], phức hợp curcumin – phospholipid đã chứng tỏ giúp tăng 3 lần khả năng h a tan trong nƣớc và tăng tác dụng bảo vệ gan nhờ phục hồi lại lƣợng enzyme trong hệ thống glutathione ở gan, enzyme superoxide dismutase, catalase và hoạt chất thiobarbituric acid so với curcumin tự do.
Dẫn xuất và chất tƣơng tự curcumin. Cấu trúc hóa học của curcumin đóng vai tr quan trọng hàng đầu tạo nên hoạt tính sinh học cao của hợp chất này. Việc điều chỉnh cấu trúc curcumin nhằm cải thiện hoạt tính và sinh khả dụng của curcumin c ng là một trong những hƣớng nghiên cứu đang rất đƣợc quan tâm trong thời gian gần đây. Phƣơng pháp tổng hợp, cấu trúc, hoạt tính và tính khả dụng sinh học của các dẫn xuất curcuminoid sẽ đƣợc trình bày kỹ hơn trong mục tiếp theo.
1.3 Các nghiên cứu về tổng hợp và hoạt tính sinh học của dẫn xuất curcumin
Các dẫn xuất và hợp chất tƣơng tự curcumin đƣợc tổng hợp thông qua việc biến đổi các nhóm chức đặc trƣng trên curcumin gồm các phản ứng biến tính nhóm OH, OCH3 trên 2 vòng phenyl, biến tính nhóm methylene trung tâm, hệ liên hợp enone và cấu trúc -diketone. Ngoài ra, các dẫn xuất c ng có thể đƣợc tổng hợp thông qua phản ứng ngƣng tụ từ các thành phần có cấu trúc nhỏ hơn giữa các dẫn xuất của benzaldehyde và 2,4-pentanedione.
19
1.3.1 Các phương pháp tổng hợp một số dẫn xuất của curcumin
1.3.1.1 Thay đổi nhóm thế trên 2 vòng phenyl
Phƣơng pháp tổng hợp các dẫn xuất này chủ yếu thông qua phản ứng biến tính nhóm OH phenol, phản ứng demethyl hóa ArOCH3 và phản ứng ngƣng tụ giữa các dẫn xuất benzaldehyde với 2,4-pentanedinone.
Các phản ứng biến tính nhóm OH phenol đã đƣợc các nhóm tác giả thực hiện bao gồm: sulfoamoyl hóa, O-acyl hóa và O-glycosyl hóa.
Sulfoamoyl hóa nhóm OH [88]:
O-acetyl hóa OH [89], tổng hợp dẫn xuất di-O-acetyl-curcumin:
O-acyl hóa OH, tổng hợp dẫn xuất di-O-glycinoyl-, di-O-alaninoyl- và di-O- piperoyl curcumin [89]:
Di-O-glycinoyl curcumin
O-glycosyl hóa OH với tetra-O-acetyl glycopyranosyl chloride, tạo dẫn xuất 4,4’- di--D-glucopyranoside curcumin [89]
20
Nhóm OCH3 trên v ng phenyl đƣợc biến tính chủ yếu bằng phản ứng demethyl hóa tạo cấu trúc ortho-hydroxyphenol [90, 91]
Ngoài ra, một phƣơng pháp đƣợc ứng dụng nhiều trong tổng hợp dẫn xuất của curcumin là thông qua phản ứng ngƣng tụ giữa các dẫn xuất của benzaldehyde và 2,4- pentanedione [88, 92]
Phƣơng pháp này có ƣu điểm là có thể đƣa nhiều nhóm thế khác nhau lên 2 v ng phenyl mà không phụ thuộc vào cấu trúc của curcumin.
Giai đoạn thứ nhất là phản ứng tạo phức giữa B2O3 và acetylacetone giúp hạn chế phản ứng ngƣng tụ Knoevenagel. Tiếp theo benzaldehyde tƣơng ứng và base đƣợc thêm vào tạo phản ứng ngƣng tụ với phức boron-acetylacetone. Cuối c ng gia nhiệt với acid loãng giúp b gãy phức, hình thành sản phẩm [93].
21
1.3.1.2 Phản ứng trên nhóm -diketone
Các dẫn xuất trong nhóm này chủ yếu đi từ sự biến đổi cấu trúc -diketone của curcumin thông qua các phản ứng với các amine tạo imine, oxime, semicarbazone hoặc thông qua phản ứng với hydroxyamine, các hydrazine tạo dị v ng isoxazole, pyrazole curcumin và các dẫn xuất của pyrazole curcumin.
Tổng hợp dẫn xuất imine, oxime [94]
Tổng hợp curcumin semicarbazone, curcumin thiosemicarbazone [95, 96]:
Curcumin semicarbazone Tổng hợp dẫn xuất isoxazole curcumin [94, 97-99]
Phản ứng trên đƣợc nhóm Mishra [99] thực hiện giữa curcumin với hydroxylamine hydrochloride (tỷ lệ mol 1/1) trong dung môi CH3COOH (85oC, 6 giờ) nhƣng c ng đƣợc một số nhóm nghiên cứu thực hiện ở điều kiện acid trung bình hoặc yếu hơn trong dung môi ethanol (nhiệt độ hồi lƣu, 4 giờ ) [94], hoặc trong ethanol có bổ sung pyridine (tỉ lệ mol curcumin/NH2OH.HCl/pyridine 1/5/5) ở nhiệt độ hồi lƣu và thời gian phản ứng dài hơn, 48 giờ [97].
22
Tổng hợp dẫn xuất pyrazole và phenylpyrazole curcumin [90, 94, 97, 99-102]:
Pyrazole curcumin
Pyrazole curcumin đƣợc nhiều nhóm tác giả tổng hợp sử dụng tác nhân hydrazine hydrate (tỷ lệ mol curcumin/hydrazine 1/1-1/2) trong CH3COOH (nhiệt độ ph ng, 7 giờ hoặc ở 85oC, 6 giờ hoặc ở nhiệt độ hồi lƣu, 2 giờ) [88, 97, 99, 100, 102]. Phản ứng c ng đƣợc nhóm Shim [101] thực hiện với hydrazine hydrochloride trong dung môi methanol, bổ sung triethylamine (tỷ lệ mol curcumin/NH2NH2.HCl/Et3N 2/1/1) và xúc tác CH3COOH ở nhiệt độ ph ng, 24 giờ.
Dẫn xuất của pyrazole curcumin [97] Các dẫn xuất của pyrazole curcumin đƣợc nhóm Narlawar [97] tổng hợp tƣơng tự nhƣ với pyrazole curcumin sử dụng tác chất là alkyl hydrazine hydrochloride trong dung môi methanol, bổ sung triethylamine (tỷ lệ mol curcumin/RNH2NH2.HCl/Et3N 1/5/5) và lƣợng nhỏ xúc tác CH3COOH, ở nhiệt độ ph ng, 48 giờ.
Dẫn xuất hydroxyethyl pyrazole curcumin (R=-CH2CH2OH) đƣợc thực hiện trong toluene (tỷ lệ mol curcumin/RNH2NH2.HCl 1/2), xúc tác TFA (trifluoroacetic acid), nhiệt độ hồi lƣu trong 24-48 giờ.
23
Dẫn xuất của phenylpyrazole curcumin đƣợc tổng hợp tƣơng tự nhƣ với pyrazole curcumin, sử dụng tác nhân là dẫn xuất của phenylhydrazine hydrochloride [97, 99, 103, 104]. Dung môi sử dụng có thể là toluene (nhiệt độ hồi lƣu, 24-48 giờ) [97], hoặc CH3COOH (nhiệt độ hồi lƣu, 8 giờ) [99]. Phản ứng tổng hợp hydrazinobenzoylcurcumin (R=p-COOH) đƣợc thực hiện với tác nhân 4- hydrazinobenzoic acid trong methanol, bổ sung triethylamine (tỷ lệ mol curcumin/hydrazine/Et3N 2/1/1) và lƣợng nhỏ xúc tác CH3COOH ở nhiệt độ ph ng trong 24 giờ [101].
1.3.1.3 Thế H methylene
Nhóm methylene trung tâm đƣợc biến tính thông qua các phản ứng cộng Michael, phản ứng alkyl hóa cấu trúc -diketone của curcumin và thông qua phản ứng ngƣng tụ aldol giữa dẫn xuất của benzaldehyde và dẫn xuất của 2,4-pentanedione. Phản ứng cộng Michael (Michael addition) [105]:
Phản ứng alkyl hóa C cấu trúc -diketone [106]:
Phản ứng ngƣng tụ aldol [105]:
1.3.1.4 Khử hóa curcumin
Thông qua phản ứng khử hóa cấu trúc heptadienone của curcumin tạo các dẫn xuất tetrahydrocurcumin, hexahydrocurcumin [62, 64, 106].
24
1.3.2 Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất curcuminoid
Để tăng sinh khả dụng của curcumin, nhóm Misha [107] đã thực hiện liên kết curcumin với các amino acid nhƣ glycine, D-alanine là những thành phần cơ bản trong