Sự phong phú về thành phần hóa học và các nhóm chất có hoạt tính sinh học cao làm cho cốt khí củ có nhiều tác dụng sinh học quý giá: chống oxy hóa, bảo vệ tim mạch, điều hòa miễn dịch, chống ung thư, chống vi khuẩn, chống nấm, chống virus hiệu quả.
1.4.1. Tác dụng kháng khuẩn
Rễ cốt khí củ và hoạt chất của nó là emodin (1) đã được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn trực tiếp kháng lại Vibrio vulnificus, một loại vi khuẩn gây ra nhiễm trùng huyết dễ dẫn đến tử vong. Trong một khảo nghiệm, Kim JR và cộng sự nhận thấy rằng rễ cốt khí củ ngăn chặn sự chết cấp tính, ngăn ngừa tổn hại về hình thái của tế bào HeLa và RAW264.7 gây bởi V. vulnificus, ức chế sự sống sót, tăng trưởng của V. vulnificus trong nước thường và nước biển [60].
Dịch chiết metanol của rễ cốt khí củ và các phân đoạn chiết khác nhau có khả năng ức chế các vi khuẩn gây sâu răng gram (+) và gram (-) bao gồm 20 chủng vi khuẩn Streptococcus mutans và Streptococcus sobrinus với nồng độ ức chế tối
thiểu MIC 0,5-4,0 mg/ml, và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu MBC cao gấp 2-4 lần so với MIC [90], [91], [92].
Các stilben và dẫn xuất như (15), (16), (19), anthraquinon và dẫn xuất như (1), (2), (6) đã được chứng minh là có tác dụng diệt khuẩn đối với các vi khuẩn thực
phẩm Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Escherichia
coli và Salmonella anatum [13].
1.4.2. Tác dụng chống oxy hóa
Sự peroxit hóa lipit, peroxit protein và làm tổn thương ADN gây ra bởi các gốc tự do là nguyên nhân dẫn đến nhiều loại bệnh. Theo nghiên cứu của Hsu CY và cộng sự, dịch chiết ethanol với hàm lượng phenolic và flavonoit là 641,1 ± 42,6 mg/g và 62,3 ± 6,0 mg/g có tác dụng loại các gốc tự do, gốc superoxit, gốc tự do peoroxy hóa lipit và các gốc hydroxyl gây ra sự đứt chuỗi AND với các giá trị IC50 tương ứng là là 110 μg/ ml, 3,2 μg/ml, 8 μg/ml [43].
Hợp chất (30) có tác dụng chống oxy hóa và bảo vệ thần kinh ngăn ngừa tế bào chết gây ra bởi các tác nhân oxy hóa tert-butyl hydroperoxid (T-BHP) trong tế bào PC12. Hợp chất này có tác dụng chống oxy hóa mạnh hơn (15) và axit lipoic [69] .
Hợp chất (15) và resveratrol liposome có thể bảo vệ tế bào thần kinh ở chuột mắc bệnh Parkinson. Sau 14 ngày điều trị (15) hoặc resveratrol liposome (20 mg/kg mỗi ngày), hành vi quay bất thường, sự mất, tự chết của các tế bào nigral đã giảm rõ rệt và khả năng chống oxy hóa của các mô nigral cải thiện đáng kể [100]. Chất (15) tăng cường khả năng chống oxy hóa, bảo vệ chống lại các tế bào chết gây ra bởi khói thuốc lá trong nhân tế bào biểu mô phế quản (HBE1) [40].
Hợp chất (16) được chứng minh làm giảm sản sinh ra malondialdehyd (MDA), giảm thương tổn tế bào thần kinh nhận thức gây ra bởi oxy glucozơ (OGD), làm tăng các hoạt động của superoxid dismutase (SOD) và catalase (CAT) cải thiện tình trạng suy kém về nhận thức ở chuột mất trí nhớ. Điều này được cho là có liên quan đến hoạt động chống oxy hóa và trực tiếp bảo vệ tế bào thần kinh [88].
Tác dụng chống oxy hóa không chỉ có ở phần rễ cốt khí củ mà các thí nghiệm cũng đã chứng minh lá và thân của cây cũng có khả năng này. Tổng khả năng chống oxy hóa và hàm lượng phenolic đo được là 56,22 mmol trolox/100 g trọng lượng khô và 6,33g axit gallic/100 g trọng lượng khô [47]. Qua các nghiên
cứu này cho thấy rằng rễ, lá và thân cốt khí củ đều biểu hiện tính chất chống oxy hóa mạnh và là nguồn tài nguyên tiềm năng của tự nhiên chứa các hoạt chất chống oxy hóa.
1.4.3. Tác dụng chống viêm
Tác dụng ức chế yếu tố phiên mã NF-κB (nuclear factor kappa B) kiểm soát quá trình biểu hiện gen mã hóa của các cytokin, chemokin của các hợp chất phân lập từ rễ cốt khí củ đã được chứng minh [62], [78], [106]. Chất (15) được phát hiện có tác dụng chống viêm qua tác dụng ức chế NF-κB và sự tổng hợp nitơ oxit (NO) trên tế bào biểu mô đường hô hấp chính (IC50 = 3,6 ± 2,9 μM), ức chế bạch cầu hạt, đại thực bào (IC50 = 0,44 ± 0,17 μM), IL-8 (IC50 = 4,7 ± 3,3 μM) và ức chế sự hoạt hóa enzym cyclooxygenase-2 trong các tế bào. Điều này cho thấy rằng tác dụng chống viêm của (15) có thể ứng dụng để điều trị các bệnh viêm nhiễm [29].
Cặn chiết nước rễ cốt khí củ đã được phát hiện có tác dụng chống viêm qua tác dụng ức chế sự tổng hợp nitơ oxit (NO) và ức chế sự hoạt hóa enzym cyclooxygenase 2 (COX-2) gây bởi lipopolysaccharit (LPS) trên tế bào RAW 264.7 [64].
Khi một chất có tác dụng ức chế NF-κB thì nó có thể thể hiện tác dụng chống viêm và cơ chế tác dụng này cũng có liên quan đến các tác dụng chống ung thư.
1.4.4. Tác dụng kháng u, chống ung thư
Các nghiên cứu cho thấy các hợp chất phân lập được từ cốt khí củ đặc biệt là anthranoid (emodin và dẫn xuất) và stilbenoid (resveratrol và dẫn xuất) thể hiện các hoạt tính chống ung thư.
Hoạt động chống ung thư của rễ cốt khí củ đã được chứng minh theo cơ chế chống gây đột biến hoặc là ức chế protein-tyrosine kinase. (1) được chứng minh chống gây đột biến bởi tác nhân benzo [a] pyrene (B ([a] P), 2-amino-3- methylimidazol [4,5-f] quinolin (IQ) và 3-amino-1 -methyl-5H-pyrido [4,3-b] indol (TRP-P-2) đồng thời đóng vai trò ngăn chặn, tác động làm giảm đột biến trực tiếp
của 1- nitropyren (1-NP) [44], [67]. Các chất ức chế protein-tyrosine kinase, anthraquinon, stilben và các flavonoit được xác định từ rễ cốt khí củ thông qua sinh thử nghiệm phân đoạn, (1) hiển thị hoạt động chọn lọc cao đối với hai oncogen (gen đột biến gây ung thư) khác nhau, Src-Her-2/neu và ras oncogene [20].
Đáng chú ý, tác dụng chống ung thư của (15) là ngăn chặn sự sinh trưởng của một loạt các tế bào khối u, bao gồm ung thư máu, đa u tủy, ung thư vú, tuyến tiền liệt, dạ dày, đại tràng, tuyến tụy, tuyến giáp, u ác tính đầu, ung thư biểu mô tế bào vảy cổ, ung thư biểu mô buồng trứng và ung thư biểu mô cổ tử cung [7].
(15) là một tác nhân chống ung thư mới, ít độc tính và hiệu quả cao. Khi vào cơ thể nó được phân bố chủ yếu trong dạ dày, tá tràng, gan và thận [28], [73]. Nó có khả năng ức chế sự tăng sinh của các tế bào ung thư L-02, HepG2, SHZ-888, MCF- 7, MCF-7/ADM nhưng không gây độc cho các tế bào thường [33], ức chế tăng sinh và tự diệt tế bào theo chương trình ở tế bào lympho không biệt hóa ALCL [99].
Ung thư biểu mô tế bào gan (HCC) là một trong các khối u ác tính nguy hiểm nhất và cho đến nay chưa có thuốc điều trị hiệu quả. Gần đây (15) được công bố có khả năng ức chế tế bào ung thư gan Hep-G2 thông qua việc giảm cyclin D1, p38 MAP kinase, Akt và Pak1 [84].
(15) là một chất ức chế mạnh các yếu tố NF-κB kích hoạt, nó đã được thử nghiệm chống lại ung thư vú gây ra bởi 7,12-dimethylbenz(a)anthracen (DMBA) trên chuột cái Sprague Dawley [11]. Năm 2012, (15) cũng được chứng minh khả năng chống lại ung thư ruột kết (in vitro, in vivo) theo cơ chế chống tăng sinh và chết theo chương trình (apoptosis), làm giảm số lượng tổn thương ở các khối u lành tính hoặc ác tính [76].
(15) cũng được chứng minh có khả năng chống kết tập tiểu cầu và ức chế bề mặt P-selectin (protein ở người) dương tiểu cầu thông qua cơ chế ức chế sự hoạt động của protein kinase C trong màng nhỏ của tiểu cầu và giảm tỷ lệ phần trăm của màng tế bào liên quan đến hoạt động của protein kinase C [101].
1.4.5. Tác dụng hạ lipit
Sự tăng lipit máu, tăng mức cholesterol, hay đúng hơn, tăng LDL-c (lipoprotein-cholesterol tỉ trọng thấp) phổ biến ở những người béo phì là nguyên nhân chính của chứng xơ vữa làm nghẽn mạch vành tim gây ra đau thắt ngực, nhồi máu cơ tim, suy tim và chết bất ngờ. Khi giảm lượng LDL-c, tăng HDL-c (lipoprotein-cholesterol tỉ trọng cao) trong máu sẽ giảm nguy cơ mắc phải bệnh mạch vành tim. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nhiều loại thuốc có thể ức chế cholesterol trong huyết thanh. Tuy nhiên, chúng có thể gây ra tác dụng phụ nghiêm trọng trong các điều tiết lâm sàng khác nhau. (16) được chứng minh có tác dụng hạ lipit máu ở chuột cống và trên thỏ đã làm tăng triglycerid thông qua sự giảm cholesterol, triglycerid, LDL-c, làm tăng HDL-c [30], [94].
Dịch chiết nước của rễ cốt khí củ cũng được chứng minh làm giảm sự hình thành este cholesteryl trong tế bào gan của con người theo cơ chế ức chế acyl- coenzyme A–cholesterol acyltransferase [18].
1.4.6. Tác dụng chống virus
Cặn chiết etanol có khả năng ức chế virus viêm gan B- HBV (p <0,0001) với liều tối thiểu là 10 μg/ml, cặn chiết nước có tác dụng ở liều cao hơn (30 μg/ml) [54]. (15) được chứng minh có khả năng chống lại sốt virus trên lợn châu Phi do ức chế sự sao chép ADN virus, chậm tổng hợp protein virus [49].
Các công bố cho thấy (15) có khả năng điều trị lây nhiễm nhân bản virus herpes simplex (HSV), HSV-1, HSV-2 [26], VZV (varicella-zoster virus), HCMV (human cytomegalo virus) và EBV (Epstein-Barr virus) [27], [32], [59]. Nó còn có khả năng ức chế sự sao chép polyoma virus bằng cách ngăn chặn tổng hợp AND virus (in vitro) [12], kháng virus cúm (in vitro và in vivo) [85], ức chế tăng trưởng của virus vaccinia [17].