Gốc tự do là những nguyên tử, nhóm nguyên tử hoặc phân tử ở lớp ngoài cùng có những electron không ghép đôi. Gốc tự do có thể tồn tại độc lập, tuy nhiên thời gian tồn tại ngắn và dễ dàng tham vào các phản ứng hóa học với các phân tử như protein, lipid, carbohydrate, ADN… trong cơ thể. Các phân tử này sau khi nhường electron cũng sẽ giành electron từ các phân tử khác, do đó dẫn đến phản ứng dây chuyền không kiểm soát được và làm tổn thương, mất chức năng của các tế bào và mô, đây là một trong những nguồn gốc phát sinh bệnh. Gốc tự do có thể được phân thành dạng hoạt động của nitrogen (reactive nitrogen species – RNS) và dạng hoạt động của oxygen (reactive oxygen species – ROS), trong đó ROS là gốc tự do đóng vai trò quan trọng trong cơ thể [44].
Gốc tự do trong cơ thể sinh vật có hai nguồn gốc phát sinh gồm nội sinh và ngoại sinh. Trong đó, nguồn ngoại sinh được hình thành trong cơ thể từ các phản ứng nội môi, do các yếu tố ngoại lai như các chất độc hại, phóng xạ, thuốc trừ sâu, rượu, thuốc chữa bệnh, thuốc lá… [31]. Các gốc tự do có nguồn nội sinh là gốc tự do được chính cơ thể tạo ra qua những quá trình chuyển hóa tự nhiên như hô hấp tế bào, quá trình trao đổi chất [23]. Các gốc tự do có nguồn gốc nội sinh còn được tạo ra trong các phản ứng hóa sinh có sự tham gia của các phân tử oxi và được xúc tác bởi các phân tử CYP450. Số lượng gốc tự do được tạo ra tùy thuộc vào các hợp chất bị phân hủy và loại phân tử CYP450 tham gia xúc tác. Trong đó, đáng chú ý là các phản ứng có sự tham gia của phân tử CYP450 2E1 [35].
Trong cơ thể, gốc tự do rất cần thiết cho các hoạt động sống. Sau khi được tạo, ROS góp phần tiêu diệt các vi sinh vật có hại xâm nhập vào cơ thể, thu dọn các
tế bào già, các tế bào chết trong cơ thể, tạo điều kiện cho các tế bào mới được sinh ra và phát triển, góp phần tiêu diệt các tế bào bất thường như tế bào ung thư. Ngoài ra, ROS còn đóng vai trò là tín hiệu tế bào, là chất dẫn truyền thần kinh và cần thiết cho việc hình thành một số hormon như thyroxin. [29]. Tuy nhiên, khi được sinh ra với nồng độ cao, vượt qua sự kiểm soát của cơ thể, ROS gây ra những bất lợi đối với cơ thể như quá trình stress oxi hóa, quá trình peroxid hóa lipid, làm hư hỏng protein, phá hủy ADN và là nguyên nhân của quá trình lão hóa, đây là một trong những nguyên nhân gây bệnh cho cơ thể [45].
1.2.2. Mối liên quan giữa gốc tự do và quá trình viêm[ 25]
Khi tổ chức bị viêm nhiễm, hệ thống miễn dịch cơ thể được hoạt hóa, quá trình đáp ứng viêm cấp tính được khởi động bởi các tế bào miễn dịch cho phép tiết ra các cytokine và chemokine khác nhau để thu hút các tế bào miễn dịch, trong đó có các tế bào đại thực bào đi đến vùng bị viêm nhiễm. Tại vùng viêm các đại thực bào bị ly giải dẫn đến gốc tự do được giải phóng tăng lên dẫn đến stress oxy hóa.
Stress oxy hóa có thể gây ra quá trình viêm cũng như tăng quá trình viêm bằng nhiều con đường khác nhau. Các gốc tự do có thể gây viêm và tăng quá trình viêm bằng cách kích hoạt yếu tố phiên mã NF-B. Hơn nữa, stress oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong quá trình kích hoạt inflammasome NLRP3 - một phức hợp phân tử oligomer multiprotein gây nên phản ứng miễn dịch bẩm sinh thông qua việc sản sinh các cytokine tiền viêm. Như vậy, các gốc tự do và quá trình viêm có mối liên quan với nhau. Chính các gốc tự do cũng là một trong những nguyên nhân gây nên viêm và khi tổ chức bị viêm dẫn đến tăng quá trình sản sinh các gốc tự do và các gốc tự do lại làm tăng quá trình viêm. Sự liên quan giữa gốc tự do và quá trình viêm được tóm tắt qua sơ đồ sau
Hình 1.1: Sự liên quan giữa stress oxy hóa và quá trình viêm
1.2.3. Chất chống oxy hóa trong viêm nhiễm
Chất chống oxy hóa là những chất có khả năng làm chậm hoặc ngăn chặn quá trình oxy hóa hoặc loại bỏ các gốc tự do. Một loạt các chất chống oxy hóa với cơ chế phản ứng khác nhau đã được tìm thấy. Trong cơ thể hệ thống các chất chống oxy hóa được tìm thấy, những chất này có thể là các enzym và là những chất không phải enzym. Trong tình trạng các gốc tự do được sản sinh ra nhiều, các chất chống oxy hóa có sẵn trong cơ thể không đủ đáp ứng, sự mất cân bằng giữa gốc tự do và chất chống oxy hóa sẽ xảy ra, dẫn đến tổn thương tế bào, gây hiện tượng viêm.
Kết quả của nhiều nghiên cứu cho thấy các hợp chất thuộc nhóm flavonoid và phenolic có trong thành phần cấu trúc của các loại dược liệu tự nhiên có hoạt tính chống oxy hóa, kháng viêm thông qua việc ngăn chặn hai con đường tín hiệu như NF-B và các protein kinase kích hoạt mitogen (MAPKs) có vai trò chính trong quá trình sản xuất các cytokine tiền viêm.
Cao chiết dichloromethan từ cây Ngũ gia gai thông qua hoạt tính ức chế biểu hiện của NO synthase, COX-2… và quá trình tạo ra các gốc tự do trong tế bào đại thực bào, ức chế hoạt động của NF-B dó đó có hoạt tính kháng viêm [32].
Khởi phát stress oxy hóa
Hoạt động của NF-B
Cytokine/chemokine
Viêm giai đoạn thứ phát
Quá trình sản sinh gốc tự do và sự suy giảm chất chống oxy hóa
Khởi phát quá trình viêm
Cytokine/chemokin e
Hoạt động NF-B
Stress oxy hóa thứ cấp
Cao chiết chloroform từ cây Kiwi vàng có hoạt tính ức chế quá trình sản xuất NO trong tế bào đại thực bào, do đó ức chế quá trình phosphoryl hóa protein kích thích mitogen và sự dịch chuyển của yếu tố nhân NF-B nên có hoạt tính kháng viêm [33].
Từ loài Ampelopsis grossedentata, các hợp chất flavonoid, hidydromyricetin đã được phân lập. Các hợp chất này đã được chứng minh có hoạt tính kháng viêm thông qua quá trình chống oxy hóa [41].
Phân đoạn etyl acetat của Angelica keiskei thuộc họ Cần tây có tác dụng ức chế mạnh chống lại việc sản sinh các gốc nitric oxit (NO) trong tế bào đại thực bào và đồng thời ức chế biểu hiện của các hợp chất nitric oxide synthase (iNOS) và cyclooxygenase-2 (COX-2) do đó ức chế sự hoạt hóa của NF-B do đó có hoạt tính kháng viêm [27].