CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.5. TÌNH HÌNH VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CÁC HOẠT CHẤT
KHÁNG UNG THƯ TỪ VI NẤM BIỂN
Trên thế giới
Các lồi vi nấm có nguồn gốc từ biển đã được chứng minh là một nguồn cung cấp nhiều chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học thú vị và độc đáo về cấu trúc. Trong thập kỷ qua, số lượng các hợp chất chống ung thư tiền lâm sàng được chiết xuất từ các chủng vi nấm có nguồn gốc từ biển đã tăng lên đáng kể. Đáng lưu ý là các hoạt chất sinh học này có thể được thu nhận từ nhiều nguồn vi nấm khác nhau bao gồm vi nấm có nguồn gốc từ hải miên, rong biển, san hô, hải quỳ, sao biển, nhím biển, cỏ biển, rừng ngập mặn và trầm tích biển. Trong đó, vi nấm liên kết hải miên được các nhà khoa học đánh giá là nguồn tiềm năng để tìm kiếm và thu nhận các hợp chất kháng ung thư mới và hiệu quả cao [80], [106].
Theo kết quả nghiên cứu của Wang và cộng sự (2015), hai alkaloid mới 4-hydroxy-2-pyridone, arthpyrones A, B, được phân lập từ vi nấm Arthrinium
arundinis ZSDS1-F3 có nguồn gốc từ hải miên Phakellia fusca (quần đảo Tây
Sa, Trung Quốc) thể hiện hoạt tính gây độc tế bào in vitro hiệu quả đối với 10 dòng tế bào ung thư bao gồm ung thư bạch cầu K562, ung thư phổi A549, ung thư gan Huh-7, ung thư phổi H1975, ung thư vú MCF-7, ung thư bạch cầu
25
U937, ung thu dạ dày BGC823, ung thư bạch cầu HL60, ung thư cổ tử cung Hela và ung thu bạch cầu MOLT-4 với giá trị IC50 nằm trong khoảng từ 0,24 đến 45 µM [107].
Liu và cộng sự (2017) đã nghiên cứu 2 hợp chất chuyển hóa mới, axit diorcinolic và β-d-glucopyranosyl aspergillusene A được phân lập từ vi nấm
Aspergillus sydowii có nguồn gốc từ hải miên Stelletta sp.. Các hợp chất này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với tế bào ung thư biểu mơ vịm họng KB, tế bào ung thư gan HepG2 và tế bào ung thư ruột kết HCT 116 [108].
Năm 2019, Frank và cộng sự đã phát hiện vi nấm Aspergillus ochraceus phân lập từ loài hải miên Agelas oroides ở Địa Trung Hải có khả năng tạo ra hai hợp chất axit ochraspergillic A và B mới khi nuôi cấy kết hợp với vi khuẩn
Bacillus subtilis. Hai hợp chất này thể hiện hoạt tính kháng hiệu quả đối với
dịng tế bào ung thư biểu mơ buồng trứng ở người A2780 với giá trị IC50 lần lượt 5,0 và 3,0 µM [109].
Nocardiotide A được phân lập từ chủng vi nấm biển Nocardiopsis sp. UR67 có nguồn gốc từ hải miên Callyspongia sp. ở Biển Đỏ, Ai Cập. Ibrahim và cộng sự (2018) đã đánh giá độc tính của hợp chất phân lập được bằng phương pháp MTT. Kết quả nghiên cứu cho thấy nocardiotide A tác dụng gây độc tế bào đối với dòng tế bào ung thư biểu mơ cổ tử cung HeLa và các dịng tế bào đa u tủy MM.1S [110].
Salendra và cộng sự (2019) đã nghiên cứu và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào đối với hợp chất Versispiroketal A phân lập từ vi nấm Aspergillus versicolor SCSIO 41013 có nguồn gốc từ hải miên Callyspongia sp.. Kết quả
cho thấy hợp chất này thể hiện độc tính tế bào đối với bốn dịng tế bào ung thư vú MCF-7, u nguyên bào đệm SF-268, ung thư gan HepG-2, ung thư phổi A- 549 với giá trị IC50 lần lượt là 29,86; 26,08; 23,79; 27,06 µM [111]. Gần đây, nhóm nghiên cứu Salendra và cộng sự (2021) đã phát hiện hợp chất xerucitrinin A được phân lập từ vi nấm Penicillium citrinum SCSIO 41017 có nguồn gốc từ hải miên Callyspongia sp.. Kết quả nghiên cứu cho thấy hợp chất này biểu hiện hoạt tính gây độc tế bào chống lại dịng tế bào ung thư MCF-7 với giá trị IC50 là 1,3 µM [112]. Từ các kết quả công bố đã khẳng định rằng vi nấm biển
26
liên kết hải miên là nguồn tiềm năng cần được tiếp tục điều tra nghiên cứu để tìm kiếm các hợp chất kháng ung thư mới, hiệu quả nhằm sử dụng trong nghiên cứu đánh giá lâm sàng.
Các nhà khoa học ước tính rằng cho đến nay chỉ có khoảng 0,1% số lượng vi sinh vật biển được nghiên cứu về đa dạng sinh học và các hợp chất tự nhiên. Điều đáng hy vọng là số lượng các hoạt chất sinh học mới từ vi nấm biển được phát hiện vẫn đang gia tăng theo hàng năm [113]. Để đáp ứng được nhu cầu thuốc mới hiện nay, bên cạnh việc điều tra các hợp chất tự nhiên từ các nguồn sinh vật và trầm tích biển theo các nghiên cứu truyền thống, các nhà khoa học đã mở rộng phạm vi nghiên cứu vi nấm biển đến các khu vực có điều kiện khí hậu khắc nghiệt như các vùng biển sâu trong đại dương và cả những vùng biển có nhiệt độ thấp quanh năm như Nam Cực [114]. Việc sản sinh các hợp chất chuyển hóa thứ cấp có cấu trúc mới và độc đáo chính là một trong những chiến lược để vi sinh vật có thể tồn tại trong điều kiện sống khắc nghiệt này [115]. Vào năm 2018, nhóm nghiên cứu của Wang đã thu nhận được các hợp chất azaphilone mới thể hiện hoạt tính gây độc hiệu quả tế bào ung thư gan Hep G2 và ung thư cổ tử cung Hela (IC50, 3 - 8 μM) từ chủng nấm biển sâu Chaetomium sp. NA-S01-R1, được phân lập ở độ sâu 4050m ở Tây Thái Bình Dương [116]. Bên cạnh đó, hai hợp chất benzodiazepine alkaloid mới, circumdatins K and L được phân lập từ vi nấm Aspergillus westerdijkiae DFFSCS013 được thu thập từ vùng biển Đông ở độ sâu độ sâu 2918 m. Những hợp chất này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với các dòng tế bào ung thư phổi A549, ung thư bạch cầu HL-60, ung thư phổi K562 và ung thư vú MCF-7 ở người [117]. Năm 2016, Li và cộng sự đã phát hiện một tetranorlabdane diterpenoid mới, asperolide E từ vi nấm Aspergillus wentii SD-310 có nguồn gốc từ trầm tích biển ở độ sâu 2038 m thể hiện độc tính tế bào chống lại các dòng tế bào ung thư cổ tử cung HeLa, ung thư vú MCF-7 và NCI-H446 với giá trị IC50 lần lượt là 10,0, 11,0 và 16,0 µM [118]. Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Wu đã phát hiện bốn chloro- eremophilane sesquiterpenes mới bao gồm một chloro-trinoreremophilane sesquiterpene và 3 chlorinated eremophilane sesquiterpene cùng với hợp chất eremofortine C đã biết từ chủng vi nấm Penicillium sp. PR19N-1 có nguồn gốc từ biển sâu ở Nam Cực, trong đó chloro-trinoreremophilane sesquiterpene thể
27
hiện hoạt tính gây độc tế bào chống lại các dịng tế bào ung thư HL-60 và A549 với giá trị IC50 là 11,8 ± 0,2 và 12,2 ± 0,1 μM [119]. Hai hợp chất mới bao gồm polyene và fusaperazine F thuộc nhóm diketopiperazine cùng với 3 hợp chất đã biết diketopiperazine 3, 5 và xylariolide D được phân lập từ chủng nấm
Penicillium crustosum HDN153086 có nguồn gốc từ trầm tích ở Nam Cực.
Nhóm nghiên cứu của Liu (2019) đã sử dụng phương pháp MTT để đánh giá hoạt tính gây độc tế bào, kết quả cho thấy hợp chất fusaperazine F thể hiện độc tính tế bào đối với dòng tế bào K562, với giá trị IC50 là 12,7 μM [120].
Việc đổi mới phương pháp lên men cũng được xem là hứa hẹn mang đến thành công cho hướng nghiên cứu hoạt chất sinh học từ vi nấm. Các nhà khoa học cho rằng việc thay đổi các điều kiện lên men hoặc nuôi cấy kết hợp với vi sinh vật khác sẽ kích hoạt con đường trao đổi chất của vi sinh vật để sản sinh ra các hợp chất chuyển hóa thứ cấp mới. Bằng cách thay đổi các thơng số lên men như nhiệt độ, độ mặn, mức độ sục khí và thậm chí cả hình dạng của bình lên men, Bode và cộng sự (2002) đã chứng minh rằng vi nấm A. ochraceus đã sinh tổng hợp thêm 15 hợp chất mới. Đây chính là chìa khóa cho nhóm nghiên cứu này đưa ra ý tưởng của phương pháp tiếp cận “Một chủng – Nhiều hợp chất” (One-Strain-Many-Compounds, OSMAC) [121]. Wang và cộng sự (2011) đã phát hiện 3 hợp chất mới terremides A, B và terrelactone A cùng với 12 hợp chất đã biết được phân lập từ môi trường lên men ở độ mặn 10% của chủng vi nấm Aspergillus terreus PT06-2 cơ nguồn gốc từ trầm tích biển, Trung Quốc. Trong đó, hợp chất methyl 3,4,5-trimethoxy-2-(2-(nicotinamido) benzamido) benzoate và (+)-terrein chỉ được tạo ra khi mơi trường ni cấy có độ mặn 10%. Hợp chất butyrolactone I thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với dòng tế bào HL-60 với với giá trị IC50 là 57,5 μM [122].
Theo nghiên cứu của Frank và cộng sự (2019), vi nấm biển A. ochraceus được phân lập từ mẫu hải miên ở vùng biển Địa Trung Hải có khả năng sản sinh hai hợp chất axit ochraspergillic A và B mới khi nuôi cấy kết hợp với vi khuẩn B. subtilis. Hai hợp chất này thể hiện hoạt tính kháng hiệu quả đối với dịng tế bào ung thư biểu mơ buồng trứng ở người A2780 với giá trị IC50 lần lượt 5,0 và 3,0 µM [109]. Tương tự, hai hợp chất mới gồm aspvanicin A
28
và aspvanicin B cũng được phát hiện khi lên men kết hợp chủng vi nấm A.
versicolor KU258497 với vi khuẩn B. subtilis 168 trpC2 trong mơi trường gạo
[123].
Ngồi ra, các nghiên cứu đã khẳng định mỗi chủng vi sinh vật có tiềm năng tạo ra nhiều hợp chất nếu chúng ta phát hiện được phương pháp lên men tối ưu và kích hoạt các nhóm gen sinh tổng hợp (biosynthetic gene clusters, BGCs) đang trong tình trạng im lặng [124]. Năm 2015, nhóm nghiên cứu của He đã thêm chất ức chế DNA methyltransferase 5-azacytidine vào môi trường nuôi cấy chủng vi nấm Penicillium variabile HXQ-H-1. Kết quả phát hiện một axit béo mới varitatin A biến tính cao, thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với dịng tế bào HCT-116 với giá trị IC50 là 2,8 μM [125]. Hai polyketide lai mới, cladosin F và G cùng với hợp chất 6(3)-enamino-8,10-dihydroxy-tetraketide lần đầu tiên được phát hiện khi phân lập chủng vi nấm Cladosporium sphaerospermum 2005-01-E3 ở biển sâu bằng phương pháp OSMAC. Cả hai
hợp chất này đều thể hiện hoạt tính gây độc tế bào và hoạt động ức chế NF-κB [126]. Hemphill và cộng sự (2017) đã sử dụng phương pháp OSMAC bằng cách nuôi cấy vi nấm Fusarium tricinctum mơi trường gạo đặc có bổ sung nước ép rau quả. Kết quả nhóm nghiên cứu đã phát hiện 3 hợp chất mới bao gồm fusarielin J, fusarielin K, fusarielin L và 2 hợp chất đã biết fusarielin A, B. Các hợp chất fusarielin A, B, K không được phát hiện khi vi nấm này được nuôi cấy trên môi trường gạo thiếu nước trái cây hoặc rau. Hợp chất fusarielin J thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với dòng tế bào ung thư buồng trứng A2780, với giá trị IC50 là 12,5 μM [127].
Trong số các hợp chất tự nhiên đã biết, phần lớn các cơ chế sinh tổng hợp cũng như sự liên kết giữa hợp chất với nhóm gen sinh tổng hợp đều chưa được làm rõ. Vì vậy, việc hiểu rõ về nền tảng di truyền của quá trình tổng hợp các chất chuyển hóa thứ cấp sẽ tạo cơ sở cho các nhà khoa học tiếp tục phát hiện ra các hoạt chất sinh học mới [128]. Trong thực tế hiện nay, số lượng các nghiên cứu về các hợp chất tự nhiên từ vi nấm biển khá nhiều nhưng chỉ có một số rất ít các sản phẩm y dược được sử dụng trên thị trường. Điều này đòi hỏi cần có giải pháp tăng cường các nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng để tiến đến
29
sản xuất các loại dược phẩm từ vi nấm biển [129]. Việc kết hợp các phương pháp vi sinh cơ bản, phương pháp tính tốn, đổi mới cơng nghệ và đặc biệt dựa trên cơ sở của phương pháp OSMAC đang là xu hướng nghiên cứu của các nhà khoa học hiện nay nhằm khai thác hiệu quả các sản phẩm tự nhiên từ nguồn vi nấm biển [130].
Ở Việt Nam
Việt Nam được biết đến là một quốc gia có chiều dài bờ biển hơn 3.600 km với hệ sinh thái độc đáo như rừng ngập mặn, rạn san hơ, vịnh, đầm lầy và cửa sơng. Đây chính là cơ sở cho các nghiên cứu về tiềm năng các hoạt chất sinh học từ vi sinh vật biển, trong đó vi nấm biển được biết đến là nguồn tiềm năng cung cấp các hoạt tính sinh học có giá trị y dược [131]. Nhận thấy được tiềm năng sinh học của nguồn vi sinh vật này, gần đây nhiều nhóm nghiên cứu trong nước đã bắt đầu điều tra, đánh giá hoạt tính sinh học từ vi nấm biển từ nhiều đối tượng khác nhau và thu được nhiều kết quả khả quan.
Năm 2019, Nguyễn Đình Luyện và cộng sự đã nghiên cứu từ cặn chiết lên men chủng vi nấm thuộc lồi Aspergillus micronesiensis có nguồn từ rong biển Kappaphycus alvarezii ở vịnh Vân Phong, Khánh Hòa, ba hợp chất dibenzospiroketal mới đã được thu nhận gồm aspermicrone A-C. Trong đó, hợp chất aspermicrone B thể hiện hoạt tính gây độc hiệu quả đối với dịng tế bào ung thư gan HepG2 với IC50 9,9 µM [21]. Bên cạnh đó, các hợp chất epicoccolide A, epicoccolide B, 2-Omethylbutyrolactone II, NC3B, epicoccone B, (22E,24R)-5α,8α-epidioxy-24-methyl-cholesta-6,22-dien-3β-ol và 4- ydroxybenzaldehyde cũng được thu nhận từ cao chiết lên men của chủng vi nấm Aspergillus micronesiensis này. Các hợp chất này được thử nghiệm về hoạt tính gây độc tế bào đối với các dịng tế bào Hep-G2, LU-1 và Vero. Kết quả cho thấy các hợp chất epicoccolide A, epicoccolide B và NC3B thể hiện hoạt tính gây độc tế bào với IC50 từ 3,97 đến 4,71 g/mL [132].
Từ cao chiết lên men chủng vi nấm Aspergillus flocculosus 01NT.1.1.5 được phân lập từ hải miên Stylissa sp. ở vịnh Nha Trang, hợp chất asterriquinone C1 đã được thu nhận và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào. Kết quả cho thấy hợp chất này có khả năng ức chế sự phát triển của 06 dòng tế bào
30
ung thư ở người gồm ung thư đại tràng (HCT-15), ung thư dạ dày (NUGC-3), ung thư phổi (NCI-H23), ung thư thận (ACHN), ung thư tuyến tiền liệt (PC-3) và ung thư vú (MDA-MB-231) với giá trị IC50 30 - 40 µM [22]. Các dẫn xuất drimane sesquiterpenoid, 6β,9α,14-trihydroxycinnamolide, insulicolide A đã được phân lập từ vi nấm A. flocculosus có nguồn gốc từ từ trầm tích Vịnh Nha Trang. Hai hợp chất này thể hiện độc tính tế bào đối với ung thư tuyến tiền liệt 22Rv1, ung thư vú MCF-7 [133]. Bên cạnh đó, hợp chất dihydroaspyrone được phân lập từ chủng vi nấm Aspergillus flocculosus này cũng được ghi nhận có khả năng gây độc đối với dòng tế bào HeLa [134]. Hợp chất 4- hydroxyscytalone được thu nhận từ chủng vi nấm Penicillium sp. KMM 4672 có nguồn gốc từ rong nâu Padina sp. ở vịnh Vân Phong, Khánh Hịa. Hợp chất này thể hiện độc tính đối với bốn dịng tế bào ung thư, bao gồm MCF-7, HepG- 2, NCI-H460 và SF-26 [134].
Trong nghiên cứu gần đây, hai hợp chất echinulin và neoechinulin đã được phân lập từ cao chiết sau lên men trên môi trường gạo chủng vi nấm
Aspergillus niveoglaucus 01NT.1.10.4 có nguồn gốc từ mẫu trầm tích biển ở vịnh Nha Trang. Cả hai hợp chất này đều thể hiện hoạt tính gây độc hiệu quả các dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt gồm 22Rv1, PC-3, và LNCaP với giá trị IC50 25-63 µM [135]. Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy vi nấm ở vùng biển Khánh Hịa có khả năng sinh tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính kháng ung thư hiệu quả, do đó các nhà khoa học cần tiếp tục điều tra để khai thác bền vững và hợp lý nguồn tài nguyên vi sinh vật ở vùng biển này.
Năm 2020, Trần Hồng Quang và cộng sự đã có báo cáo về các hợp chất (3R)-(3′,5′-dihydroxyphenyl)butan-2-one, AGI-7, sescandelin, sescandelin-B, 4-hydroxybenzaldehyde và hydroxysydonic acid được thu nhận từ vi nấm
Ascomycota sp. VK12 có nguồn gốc từ hải miên ở Quảng Nam. Hợp chất (3R)-
(3′,5′-dihydroxyphenyl)butan-2-one, AGI-7 thể hiện hoạt tính gây độc tế bào đối với tế bào ung thư biểu mô HepG2, MCF-7 và SK-Mel2, với giá trị IC50 từ 48,6 đến 96,5 µM [136]. Hai hợp chất mới resorcinosides A và B cũng được thu nhận từ chủng vi nấm Penicillium janthinellum phân lập từ trầm tích biển