Fucoidan có khả năng ức chế đáng kể sự phát triển của vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm, Fucoidan cũng có khả năng ngăn chặn loại viêm màng não, một biến chứng của viêm do vi rút và vi khuẩn gây ra. Fucoidan tăng khả năng sản xuất các dạng interferon kích hoạt các tế bào miễn dịch khác nhau cần thiết để phòng nhiễm trùng và bệnh tật [6,30,32].
1.2.5.9. ác d ng giảm l ợng ng hu ết trong máu.
Các nhà nghiên cứu đã công bố rằng các polysaccharide tìm thấy trong rong biển tác động dương tính lên phản ứng insulin và đường huyết trong các động vật thí nghiệm. Việc đưa thêm các polysacharide này vào cơ thể động vật đã dẫn đến giảm một cách đột ngột cân bằng hấp thụ đường. Điều này giả
glucose vào máu từ ruột, nhờ vậy giúp giữ mức đường máu ổn định và ngăn chặn phản ứng insulin quá mức [6,43,44,45].
Ở nước ta hiện nay, các sản phẩm Fucoidan từ rong nâu Việt Nam đã xuất hiện trên thị trường dưới dạng thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị bệnh ung thư và viêm loét dạ dày do Công ty Cổ phần Fucoidan Việt Nam sản xuất là: FucoUmi, FucoAntiK và Fucogastro. Ngoài ra, Fucoidan cũng được sử dụng như một thành phần chức năng trong sản phẩm sữa chua Fucoidan và nước yến Fucoidan của Công ty Sannet Khánh Hòa.
Như vậy có thể thấy, Fucoidan với rất nhiều hoạt tính sinh học thú vị cũng như tiềm năng ứng dụng hết sức rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống đang ngày càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ của các nhà khoa học trên toàn thế giới.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Mặc dù đã có rất nhiều công trình công bố về cấu trúc của Fucoidan, nhưng chỉ có một số công bố đưa ra được cấu trúc một cách rõ ràng nhưng phần lớn chỉ đưa ra cấu trúc của một phân đoạn có độ lặp lại cao của chúng. Một số cấu trúc chi tiết của Fucoidan tách chiết từ một số loài rong nâu trên thế giới được dẫn ra trên bảng 1.4
Bảng 1.4. Cấu trúc hóa học của các Fucoidan từ một số loài rong nâu
Loài rong nâu Cấu trúc hóa học của các Fucoidan TLTK
Analipus japonicus 3(4Fucp) và 1 (2Fucp) /10 (1→3)-α-L- Fucp(2/4SO3 - ) Bilan et al.,2007 [51] Ascophyllum nodosum [→3)-α-L-Fucp(2SO3 - )-(1→4)-α-L- Fucp(2,3-điSO3 - )-(1→]n Chevolot etal.,2011[52]
A.nodosum (1→3)-α-L-Fucp và một ít (1→4)-α-L-Fucp
cùng (1→3)-α-L-(2 và hoặc 4 Fucp)
Mariais
etal.,[53]
Chorda filum -[→3)-α-L-Fucp-(1-]3→3)-α-L- Fucp(2Fucp)-(1→ Chizhov et al.,1999[54] Fucusdistichus L →3)-α-L-Fucp-(2,4-diSO3-)-(1→4)-α-L- Fucp-(2SO3-)-(1→ Bilan et al.,[23] F.evanescens →3)-α-L-Fucp(2SO3- )-(1→4)-α-L- Fucp(2SO3-)-(1→ Bilan et al.,[22] F.serratus L →3)-α-L-Fucp(2R1,4R2)-(1→4)-α-L- Fucp(2SO3-)-(1→ a. (~50%): R1 = SO3 - , R2 = H b. (~50%): R1 = H, R2 = α-L-Fucp-(1→4) )- α-L- Fucp(2SO3 - )-(1→3)-α-L-Fucp(2SO3 - )-(1→ Bilan et al.,2006 Laminaria sacharina →3)-α-L-Fucp(4SO3 - )-(1→ và thêm →3) )- α-L-Fucp(4SO3 - hoặc 2Fucp)-(1→ Usov et al.,1998 [55] Stoechosperm ummarginatum →3)-α-L-Fucp(2/4SO3-)-(1→ và →4-α-L- Fucp(2SO3-)-(1→ Adhikari et al.,2006 [56]
Trong thành phần của các Fucoidan ngoài fucose và sulfate còn có một lượng nhỏ các monosaccharide như galactose, glucose, mannose, xylose, uronic axit. Cùng với sự xuất hiện của nhóm O-acetyl và các mạch nhánh trong phân tử Fucoidan càng tăng thêm tính dị thể về cấu trúc của chúng. Một số Fucoidan mà thành phần chủ yếu là galactose, fucose và sulfate hay còn gọi là galactofucan sulfate được tách từ một số loài rong nâu như Laminaria angustata, Laminaria longissima, Alaria fistulosa, Undaria pinnatifida, Laminaria japonica, Laminaria cichorioides, Laminaria gurjanovae và
Sargassum patens. Trong khi đó có rất nhiều Fucoidan có cấu trúc rất phức tạp được tách chiết và phân lập từ một số loài rong nâu Dictyota menstrualis, Padina gymnospora, Spatoglossum schroederi, Hizikia fusiforme, Sargassum fusiforme, Kjellmaniella crassifolia. Thành phần hóa học của chúng chứa rất nhiều các đường đơn như fucose, galactose, glucose, mannose, xylose, còn có uronic axit và sulfate, ngoài ra có thể có nhóm acetyl hóa. Vì vậy việc xác định cấu trúc của chúng gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, các nhà khoa học phải sử dụng nhiều k thuật khác như phân tích methyl hóa, đề sulfate hóa, tự thủy phân, enzyme thủy phân Fucoidan,… kết hợp cùng các phương pháp hóa lý hiện đại như NMR 2D, 3D, MALDI-TOF/MS/MS, SAXS để giải quyết bài toán cấu trúc phức tạp của Fucoidan.
Việc áp dụng các phương pháp phân tích khối phổ hiện đại MALDI- TOF/MS/MS và ESI-MS/MS để phân tích cấu trúc của các polysaccharide nói chung và Fucoidan nói riêng đã tạo ra một bước đột phá mới trong phân tích cấu trúc phức tạp của polysaccharide rong biển. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng phân tích nhanh và chính xác vị trí của nhóm sulfate cũng như trật tự giữa các gốc đường trong phân tử Fucoidan. Trên cơ sở phương pháp MS, Anastyuk và CS tại Viện Hóa sinh Hữu cơ Thái Bình Dương-Liên bang Nga đã xác định thêm 03 loại cấu trúc Fucoidan mới từ các loài rong
Costaria costata, Laminaria cichorioides và Coccophora langsdorfii [57,58]. Sử dụng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều 1D và hai chiều 2D kết hợp với biến đổi hóa học, Usov và CS tại Viện Hóa Hữu cơ -Nga đã xác định cấu trúc chi tiết của 04 loại cấu trúc của Fucoidan từ các loài rong
nâu Laminaria saccharina, Fucus evanescen, Fucus serratus, Fucus distichus
[59]
Trong thập kỷ trở lại đây, đã có các công bố đưa ra cấu trúc của phân đoạn Fucoidan dạng fucogalactan sulfate từ một số loài rong như Sargassum duplicatum, Padina boryana [60] . Roza V. Usoltseva và các CS người Nga đã đưa ra cấu trúc của Fucoidan từ rong Sargassum duplicatum như sau: mạch chính được tạo ra từ các đơn vị lặp lại {→4)-α-L-Fuc-(1→4)-β-D-Gal- 1→}n, ), với các nhóm sulfate chủ yếu ở vị trí C2, C4 và ít hơn ở C3 trên gốc đường fucose, nhóm sulfate chủ yếu tại vị trí C2, C3 và ít hơn ở C4, C6 trên gốc đường glactose [60]. Trong khi với cấu trúc Fucoidan từ rong Padina boryana
nhóm tác giả trên mới chỉ đưa ra một vài đặc điểm cấu trúc là bao gồm bởi các gốc 1,4-α-L-fucopyranose và 1,3-β-D-Galactopyranose và các nhóm sulfate đính vào các vị trí C2,C3 và C4 trên cả 2 gốc đường fucose và galactose [61].
1.3.2. Tìnhhình nghiên cứu ở Việt Nam
Fucoidan mới chỉ được biết đến và nghiên cứu trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây bởi các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Với nguồn tài nguyên rong nâu vô cùng đa dạng và phong phú. Tuy nhiên, các nghiên cứu về cấu trúc và hoạt tính sinh học của Fucoidan rong nâu Việt Nam vẫn còn rất hạn chế.
Năm 2006, lần đầu tiên tại Việt Nam, Phân viện Khoa học Vật liệu tại Nha Trang (nay là Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang) đã đưa ra quy trình công nghệ chiết xuất và phân lập Fucoidan từ rong nâu Việt Nam. Đây là một quy trình công nghệ cao, sử dụng màng siêu lọc cho phép đồng thời cô đặc và loại bỏ tạp chất khỏi dung dịch Fucoidan tại nhiệt độ phòng, nhờ vậy giữ nguyên được hoạt tính sinh học tự nhiên vốn có của chúng.
Các nghiên cứu công bố về Fucoidan từ rong nâu Việt Nam chủ yếu đưa ra các đặc điểm về cấu trúc như thành phần đường, vị trí nhóm sulfate và
phần lớn chúng thực hiện trên các mẫu Fucoidan chiết thô. Năm 2008, NCS Nguyễn Duy Nhứt đã công bố thành phần và cấu trúc của phân đoạn Fucoidan F20 được phân lập từ rong Sargassum swartzii với thành phần chủ yếu là fucose (> 45%), bên cạnh đó các đường đơn khác như rhamnose, mannose và galactose cũng chiếm hàm lượng đáng kể (10,81 -22,07%), tác giả đã đưa ra trình tự liên kết giữa các gốc đường hexose, uronic axít và fucose, nhóm sulfate chủ yếu ở vị trí C4 trong phân đoạn F20 [62,63].
Thành Thị Thu Thủy và cộng sự đã công bố Fucoidan từ rong Turbina ornata có hàm lượng sulfate cao và thành phần đường rất đơn giản chỉ gồm fucose và galactose theo tỉ lệ 3:1, đây là một dạng galactofucan sulfate hóa. Cấu trúc bộ khung của chúng là các gốc α-L-Fucp liên kết 3, sulfate chủ yếu ở vị trí C2 và một phần ở vị trí C4. Nhóm sulfate cũng được phát hiện thấy chiếm ưu thế ở vị trí C2 và một phần ở vị trí C4 của gốc galactose trong mạch nhánh được tạo nên bởi các gốc galactose liên kết 4 [64]. Hàm lượng Fucoidan trong rong Nâu Việt Nam chiếm từ 0,5-2,7 % khối lượng khô và chúng thuộc về nhóm galactofucan sulfate. Các Fucoidan chiết từ 05 loài rong (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
S. polycystum, S. microcystum, S. swatzii, S. denticarpum và Turbinaria ornata có hoạt tính chống ung thư gan (Hep-2), ung thư màng tim (RD) và Fucoidan chiết từ rong S.mcclurei có hoạt tính chống ung thư vú cả 06 loại Fucoidan này đều có hoạt tính chống oxy hóa và hoạt tính chống kháng trực khuẩn mủ xanh là P. Aeruginosa. Trong số Fucoidan đem thử hoạt tính thì Fucoidan từ rong S.polycystum và Turbinaria ornata có hoạt tính cao nhất. Sử dụng các phương pháp phân tích hóa học, GLC, IR, NMR và ESI-MS nhóm tác giả đã bước đầu đưa ra được đặc điểm cấu trúc của các phân đoạn Fucoidan từ loài rong S.polycystum; S.swartzii và Turbina ornata [64].
Vị trí nhóm sulfate trong Fucoidan chiết từ 03 loài rong thuộc chi rong
Sargassum và loài rong Turbina ornata nằm ở vị trí C4 của vòng pyranosse và chỉ một phần H4 bị sulfate hóa. Nhóm sulfate ở vị trí C4 của cả 02 monome: fucose và galactose đối với Fucoidan từ rong Turbina ornata. Liên kết glycoside chính trong mạch là liên kết (1→3) và có thể có mạch nhánh. Tuy nhiên các cấu trúc đưa ra trên vẫn chỉ là dự đoán và còn một số vấn đề
chưa giải quyết thỏa đáng đó là các dữ liệu phổ về các kiểu liên kết và các chuỗi oligosaccharide trong mạch chính và mạch nhánh của Fucoidan.
Năm 2013, các tác giả Bùi Minh Lý, Thành Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thanh Vân, Usov và cộng sự đã tìm ra được cấu trúc của Fucoidan từ
Sargassum polycystum Việt Nam :
Hình 1.10. Cấu trúc của Fucoidan từ Sargassum polycystum
Phạm Đức Thịnh và cộng sự [65] đã chiết tách Fucoidan từ 05 loài rong
S. denticapum, S. polycystum, S. swartzii, S. mcclurei và Turbina ornata và nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của các phân đoạn đại diện cho Fucoidan của mỗi loài rong. Tất cả Fucoidan chiết từ 05 loài rong nói trên đều thuộc fucogalactan sulfate với liên kết chủ yếu trong mạch chính là 1-3.
Lần đầu tiên phát hiện ra sự có mặt đồng thời của các gốc →3)-α-L- Fucp và gốc →4)-β-D-Gal liên kết luân phiên trong mạch galactofucan từ
Trong luận án của Hồ Đức Cường [66] Fucoidan chiết tách từ rong nâu
Sargassum henslowianum đã được xác định với thành phần đường chính là fucose và glucose. Cấu trúc hóa học của Fucoidan này có mạch chính tạo thành từ α-(1→3)-L-fucose và bị sulfate hóa chủ yếu ở vị trí C2, C4 và một phần của C3 của fucose. Glucose bị sulfate hóa tại vị trí C4 và liên kết với mạch chính qua liên kết glycoside (1 - 4). Đã xác định Fucoidan tách chiết từ rong nâu Sargassum swartzii có cấu trúc mạch nhánh và cấu trúc không gian của cả phân tử và ở kích thước cỡ nano đều có dạng hình que. Bằng cách sử dụng cùng các phương pháp hiện đại như tán xạ ánh sáng (LS) và tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS), cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của Fucoidan được nghiên cứu . Hồ Đức Cường và cộng sự đã nghiên cứu hoạt tính sinh học in vivo (lần đầu tiên ở Việt Nam) và in vitro của Fucoidan từ rong nâu
Sargassum henslowianum và rong nâu Sargassum swartzii thể hiện hoạt tính gây độc tế bào yếu trên các dòng tế bào ung thư thử nghiệm nhưng không thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định. Fucoidan từ rong nâu Sargassum henslowianum và rong nâu Sargassum swartzii ở liều 100mg/kgP/ngày đã có tác dụng làm giảm một số chỉ tiêu sinh hoá mỡ máu, khối lượng mỡ trên mô hình chuột béo phì.
Đến năm 2017, Bùi Văn Nguyên và cộng sự đã chiết tách, phân lập, xác định các thành phần cấu tạo và khối lượng phân tử trung bình của các Fucoidan từ 06 loài rong nâu của Nha Trang là: S. polycystum (Fsp), S. mcclurei (Fsm), S. oligocystum (Fso), S. denticarpum (Fsd), S. swatzii (Fss), và T. ornata (Fto)[67].
Bảng 1.5. Hàm lượng, thành phần hóa học và KLPT trung bình của các mẫu Fucoidan phân lập từ 6 loài rong nâu Việt Nam [67].
Tên loài HS (%) Thành phần đường trung bình (% mol) Gluc A (%) Sulfate (%) MW kDa
Fuc Man Gal Xyl Glc
S. polycystum 2,70 32,4 2,7 36,3 11,1 10,2 6,8 25,7 52 S. mcclurei 2,10 40,0 2,1 33,1 6,2 20,6 5,2 26,5 26 S. oligocystum 1,60 37,6 1,6 37,0 10,7 7,1 6,5 24,9 38 S. denticarpum 2,20 42,1 2,2 38,9 15,9 2,0 5,8 25,2 41 S. swatzii 0,68 37,0 0,68 34,8 15,5 6,5 7,4 23,4 41 T. ornata 2,75 30,3 vết 9,0 vết vết 7,8 25,6 88
Điểm nổi bật nhất và mới nhất cho đến hiện nay trong luận án của tác giả Bùi Văn Nguyên là đã nghiên cứu và mô tả được đặc điểm cấu trúc của Fucoidan từ hai loài rong Sargassum duplicatum và Sargassum binderi.
Các kết quả nghiên cứu phổ IR, NMR (1D và 2D) và ESI-MS/MS chothấy phân đoạn FTD-2,0N từ rong Turbinaria decurrens là một galactofucan tạo thành từ 2 loại đường (1→3)-α-L-Fuc với nhóm thế sulfate tại vị trí C2 và β -D-galactose mang nhóm sulfate tại vị trí C6. Galactose nối với fucose qua liên kết glucoside 1→4. Mảnh cấu trúc cơ bản của FTD-2,0N được đề xuất như sau:
[→3-α-L-Fucp2(OSO3-)-(1→4)-β-D-Gal6(OSO3-)-1→]n
Hình 1.11. Mảnh cấu trúc cơ bản Fucoidan chiết tách từ rong
Turbinaria decurrens [67].
Ngoài ra, Bùi Văn Nguyên và cộng sự [67] đã tiến hành nghiên cứu hình dáng và kích thước của các mẫu Fucoidan bằng phương pháp tán xạ tia X góc nhỏ. Kết quả phân tích đồ thị Kratky của sự tán xạ tia X góc nhỏ cho thấy các mẫu Fucoidan có hình dáng kiểu que (rod-like) với các mạch nhánh cồng kềnh và mức độ phân nhánh khác nhau. Kết quả tính toán cho các mô hình lý thuyết cho thấy các mạch nhánh có khả năng nằm kề nhau và có độ dài tới 5 gốc đường.
Tác giả Bùi Văn Nguyên đã thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào của các mẫu Fucoidan trên hai dòng tế bào ung thư gan Hep-G2 và ung thư mô liên kết RD. Kết quả cho thấy các mẫu α đều thể hiện hoạt tính. Hai mẫu có hoạt tính cao nhất là Fto (IC50 đối với Hep-G2 và RD là 3,1 và 1,6 µg/mL) và Fsp (IC50 đối với Hep-G2 và RD là 5,5 và 5,7 µg/mL).
Bảng 1.6. Hoạt tính gây độc tế bào của các mẫu Fucoidan trên các dòng tế bào ung thư gan Hep-G2 và ung thư mô liên kết RD [67].
Mẫu Fucoidan Hep-G2 RD CS% IC50 (µg/mL) CS% IC50 (µg/mL) S. polycystum 29,7 5,5 11,8 5,7 S. mcclurei 39,3 14,2 64,8 > 20 S. oligocystum 35,3 15,8 11,2 11,4 S. denticarpum 37,5 7.3 27.9 15.9 S. swatzii 31,1 5,8 16,5 18,7 T. ornata 21,8 3,1 4,5 1,6
Năm 2017, nhóm tác giả do Bilan đứng đầu và các cộng sự tại các viện nghiên cứu của Việt Nam đã công bố cấu trúc của Fucoidan từ Sargassum aquifolium thu nhận tại vùng biển Việt Nam, bằng phương pháp phân tích methyl hóa kết hợp phổ NMR các tác giả này đã xác định được 03 polysaccharide có cấu trúc khác nhau sau khi khử sulfate deS-2, deS-4, deS-6.
Ngoài ra, nhóm các nhà khoa học này đã sử dụng thêm phương pháp đo phổ NMR, HSQC và chứng minh được rằng Fucoidan thu nhận từ rong
Sargassum aquifolium là một polysaccharide sulfate có cấu trúc vô cùng phức tạp. Thành phần mạch chính được bắt đầu với fuco(xylo)glucuronomannan, xylo(fuco)glucuronan và fucogalactan, mức độ phân nhánh cao và bất thường. Trong thành phần cấu trúc có chưa các gốc đường mannose, galactose, fucopyranose, xylose, fucofuranose, glucoronic axit và một số lượng lớn nhóm sulfate đính tại các vị trí khác nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 1.12. Sơ đồ cấu trúc deS-2, deS-4, deS-6 rong Sargassum aquifolium
Kết luận: