Việc tìm kiếm các AGIs có ý nghĩa rất lớn trong các lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm… Đã có nhiều hợp chất được tìm thấy trong tự nhiên hoặc tổng hợp có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase. Tuy nhiên, những tác nhân kìm hãm α-glucosidase tổng hợp bằng con đường hóa học hiện nay thường gây nhiều phản ứng phụ. Vì vậy, việc tìm kiếm các hoạt chất có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase vẫn đang được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Thông thường, việc nghiên cứu các AGIs luôn bắt đầu từ các hợp chất có trong tự nhiên vì nguồn rất phong phú, đa dạng và ít phản ứng phụ. Do đó, các nhà khoa học trên thế giới thường sử dụng những phương pháp sàng lọc hoạt tính kìm hãm enzyme này để định hướng trong nghiên cứu. Nhiều nước đã công bố trên các tạp chí quốc tế về các thực vật, vi sinh vật có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase với mục đích sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm chức năng, dược phẩm, cũng như đã trích ly được nhiều hợp chất có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase từ này.
Năm 1970, người ta đã nhận ra rằng việc sử dụng các AGIs có thể kiểm soát sự hấp thụ carbonhydrat và giúp hỗ trợ điều trị cho những người mắc bệnh ĐTĐ một cách hiệu quả. Bản chất của các chất kìm hãm là các flavonoid, pseudooligosaccharide, thiosugars, iminosugar, carbasugar,…có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật và vi sinh vật [62].
Hiện nay, các AGIs được chia thành các nhóm chính: Disaccharide, iminosugar, thiosugar, pseudoaminosugar, carbasugar và các hợp chất không có liên kết glucosidic.
AGIs có thể tạo ra bằng nhiều con đường khác nhau như: Chiết xuất từ thực vật, động vật, tổng hợp bằng con đường hóa học hoặc bằng con đường vi sinh vật [98].
1.3.1. Các AGIs từ tổng hợp [58]
Các AGIs từ tổng hợp, như: kojibiose (2-alpha-D-glucosyl-D-glucose) là hợp chất thuộc nhóm chất disaccharide, nó là sản phẩm caramen hóa của glucose, 3-O-(-D- Glucopyranozyl)-1-deoxynojirimycin, Isofagomin và Noeuromycin là hợp chất thuộc nhóm chất iminosugar, Valiolamin, Hydroxyvalidamin và Voglibose là hợp chất thuộc nhóm chất carbasugar và pseudoaminosugar, X = O; S; Se; N Tetrahydroxyazepan là hợp chất thuộc nhóm chất thiosugar và các hợp chất không có liên kết glycosidic.
1.3.2. AGIs từ động vật
Năm 2009, các nhà khoa học Việt Nam và Hàn Quốc đã khám phá ra chất chiết xuất từ Stichopus japonicas (Hải Sâm) có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase. Nghiên cứu cho thấy nếu chiết hải sâm bằng hexan ở tỷ lệ nguyên liệu : dung môi là 0,5 mg/ml thì hoạt tính kìm hãm α-glucosidase từ nấm men là 68% và từ dịch chiết Hải Sâm đã thu được ba loại AGIs [127].
1.3.3. AGIs từ thực vật
Năm 1997, Yoshikawa và cộng sự đã phát hiện salacinol từ dịch chiết của rễ và lá cây Salacia reticulata (một loại cây bụi leo thuộc họ Celastraceae được người dân Ấn Độ và Sri Lanka sử dụng như một loại thuốc dân gian từ lâu đời ) có hoạt tính kìm hãm α- glucosidase. Salacinol có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase, sucrase và isomaltase của chuột với giỏ trị IC50 lần lượt là 3,2; 0,84; 0,59 àg/àl. Cỏc nghiờn cứu thử nghiệm trờn chuột chứng minh salacinol có hoạt tính kìm hãm sự tăng nồng độ đường trong máu mạnh hơn acarbose. Một vài nghiên cứu lâm sàng cho thấy salacinol có tác dụng kiểm soát lượng đường trong máu [165]. Tại Nhật Bản, salacia oblonga đã được bán như một thực phẩm chức năng (TPCN) và nó cũng được biết đến ở Mỹ với tên gọi Saptrangi hay Ponkora.
Năm 2002, Ye và cộng đã nghiên cứu tác dụng hạ đường huyết của dịch chiết một loại thảo mộc Trung Quốc có tên là Ramulus mori (Sangzhi) trên chuột. Kết quả cho thấy chuột bị gây ĐTĐ bằng alloxan được uống dịch chiết này đã làm giảm lượng đường huyết sau ăn, ổn định lượng đường trong máu lúc đói. Tuy nhiên chất chiết này không gây ảnh hưởng đến sự hấp thụ glucose trong ruột non ở chuột bình thường [164].
Năm 2004, Kim và cộng sự nghiên cứu AGIs từ quả thể của nấm Linh chi, chiết xuất ra được AGIs, đặt tên là SGK-3 có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase với giá trị IC50 là 4,6 àg/ml, nhưng khụng cú hoạt tớnh kỡm hóm glucosidase khỏc [105].
Năm 2005, Li và cộng sự đã công bố dịch chiết của hoa Lựu punica granatum có hoạt tớnh kỡm hóm α-glucosidase với giỏ trị IC50 = 1,8àg/ml. Cỏc thử nghiệm trờn động vật cho thấy, khi cho chuột uống dịch chiết này thì lượng đường trong máu của lô chuột bị bệnh ĐTĐ đã giảm đáng kể còn ở lô chuột bình thường thì không bị ảnh hưởng [115].
Năm 2007, Nilubon và cộng sự đã công bố dịch chiêt bằng methanol từ lá cây hoa sữa phơi khô (Alstonia scholaris) có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase ruột non chuột.
AGIs đã được tìm thấy trong dịch chiết này là 3-O-β-d-xylopyranosyl (1m→2")-β-d- galactopyranosude va(-)-lyoniresinol 3-O-β-d-glucopyranoside [129]. Trong đó, (-)- lyoniresinol 3-O-β-d-glucopyranoside có hoạt tính kìm hãm sucrase với giá trị IC50=1,95 mM và kìm hãm α-glucosidase với IC50 là 1,43 mM; 3-O-β-d-xylopyranosyl (1m→2")-β-d- galactopyranosude chỉ kìm hãm α-glucosidase với giá trị IC50 là 1,96 mM [129].
Từ lâu đời nhân dân ta đã biết sử dụng lá vối (Cleistocalyx operculaturs) hay nụ vối với cách chế biến đơn giản tạo thành loại trà nấu hay hãm lấy nước uống thường ngày.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy trong lá và nụ vối chứa tanin, khoáng chất và vitamin…
Gần đây, các nhà khoa học của Viện Dinh dưỡng Quốc gia và Đại học phụ nữ Nhật Bản đã công bố lá vối và nụ vối ở nước ta có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase, trong đó nước chiết từ nụ vối cho hoạt tính kìm hãm α-glucosidase cao nhất. Các kết quả nghiên cứu trên động vật cho thấy uống nụ vối thường xuyên có khả năng hạn chế tăng đường huyết sau ăn và hỗ trợ ổn định đường huyết, hỗ trợ giảm lipid máu, phòng ngừa biến chứng của ĐTĐ [156].
Các nghiên cứu từ Nhật Bản đã chứng minh 1-deoxynojirimycin (DNJ) trong thành phần cao lá dâu tằm là chất kìm hãm mạnh glucosidase và disaccharidase. DNJ ngăn cản quá trình tạo glucose tại thành ruột và gan, từ đó làm giảm hàm lượng glucose đi vào máu.
Trong thành phần cao dâu tằm còn chứa nhiều polyphenol mà điển hình là resveratrol, chất này giúp tăng tính nhạy cảm của thụ thể insulin với hormone, do đó làm tăng phân hủy glucose dư thừa. Như vậy, chiết xuất DNJ từ cao dâu tằm vừa kìm hãm tổng hợp mới, vừa làm tăng thủy phân glucose giúp hạ đường huyết. Thêm nữa, các polyphenol còn có tác dụng chống oxy hóa mạnh, giúp chống lại quá trình peroxide hóa lipid, từ đó giúp ngăn
ngừa các rối loạn chuyển hóa lipid dẫn đến nguy cơ gây biến chứng thành mạch ở bệnh nhân ĐTĐ [154].
Năm 2009, Preecha và cộng sự đã nghiên cứu hai AGIs là corchorusides A và B từ dịch chiết lá cây Corchorus olitorius, một loại rau có tác dụng hạ đường huyết của Thái Lan, hoạt tớnh kỡm hóm α-glucosidase với IC50 lần lượt là 0,18 ± 0,03 àM, 0,72 ± 0,03 àM [138].
Trên thực tế còn rất nhiều loài thực vật chứa AGIs đã được nghiên cứu và công nhận.
Tuy nhiên, sản xuất các AGIs từ thực vật trên quy mô lớn cũng tốn kém và phức tạp.
1.3.4. AGIs từ vi sinh vật
Việc sản xuất AGIs bằng vi sinh vật đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học cũng như các nhà sản xuất vì chúng sử dụng an toàn, không có các tác dụng phụ đối với cơ thể sống. Hiện nay một số chủng vi sinh vật như: A.oryzae, Actinomucor elegans, Rhizopus arrhizus, Streptomyces, Actinoplanes, Flavobacterium saccharophilium, Saccharomyces cerevisiae, Bacillus sp...đã được nghiên cứu cho hình thành AGIs [101, 166, 99]. Một số AGIs phổ biến như: Acarbose là một pseudotetrasaccharite được thu nhận từ canh trường lên men bề mặt Actinoplanes spp. SE-50. Validamycin A từ Streptomyces hygroscopicus var. limoneus. Adiposin, trestatin B, cyclophellitol và CKD – 711 được lấy từ Streptomyces calvus TM – 521, Streptomyces dimorphogenes và Phellinus sp. AGIs từ A.oryzae là hướng nghiên cứu mới.
Acarbose (pseudotetrasaccharide được tách chiết từ dịch lên men bề mặt loài Actinoplanes SE50) là AGIs được tỡm ra đầu tiờn trờn thế giới với giỏ trị IC50 = 0,5àM. Nú là chất bột mầu trắng, có tác dụng kìm hãm α-glucosidase ở niêm mạc ruột, làm chậm quá trình thủy phân các di-, oligo-, poly-saccharide thành monosaccharide là dạng có thể hấp thụ được.
Acarbose không làm tăng tiết insulin, không gây giảm glucose trong máu lúc đói khi dùng trị liệu ở người. Acarbose có tên hóa học là: O-4,6-didesoxy-4-[(1S,4R,5S,6R]-4,5,6,trihydroxy- 3-hydroxy-methyl-2-cyclohexne-1-amino]-α-D-glucopyranosyl-(1-4)-α-D-glucopyranosyl-(1- 4)-D-glucopyranose; O-4,6-didesoxy-4-[[(1S,4R,5S,6S)-4,5,6,trihydroxy-3-(hydroxymethyl)- 2-cyclohexen-1-yl] amino]-α-D-glucopyranosyl-(1-4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1-4)-α-D- glucose. Công thức hóa học là: C25H43NO18, có khối lượng phân tử: 645.63, khi hòa tan trong nước có pKa là 5,1. Sau Acarbose, năm 1984, Kameda và cộng sự đã tìm ra valiolamine là AGIs từ vi khuẩn Streptomyces hygroscopicus. Năm 2000, các nhà khoa học Hàn Quốc đã
phát hiện cyclo (dehydroala-L-Leu), một AGIs từ dịch chiết của Penicillium sp. F 70614 có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase từ nấm men và ruột non lợn [93].
Nhiều loài vi sinh vật có khả năng tiết AGIs vớ i bản chất khác nhau (Bảng 1.1) [155]. Trong hai nhóm chính các AGIs được nghiên cứu thì nhóm AGIs có bản chất của polypeptide không bền nhiệt, khó phân tách, dễ bị vô hoạt khi xử lý bằng trypsin urea hoặc beta-mercaptoethanol; còn nhóm chất kìm hãm có bản chất pseudooligosaccharide thì
thường ổn định với tác đô ̣ng nhiệt, pH bền trong khoảng 2 - 12.
Bảng 1.1 Một số chất kìm hãm α-glucosidase thu nhận từ vi sinh vật [155]
Nguồn thu nhận Bản chất Tính đặc hiệu
Streptomyces flavochromogenes
Carbohydrate có polypeptide
α-glucosidase trong nước bọt, tụy, ruột non, α-glucosidase vi sinh vật
Streptomyces calidus
Glycopeptide (giàu lysin và glucose )
α -glucosidase, sucrase
Streptomyces tendae Polypeptide α-glucosidase động vật
Bacillus sp, Streptomyces sp.
Nojirimycin, 1-deoxynojỉimycin
α-glucosidase động vật có vú, β-glucosidase
Actiniplanes sp.50 Pseudoligosaccharide α-glucosidase động vật
Actinomycetes Protein, oliosaccharaide α-glucosidase trong nước bọt, tụy, ruột non
1.3.5. AGIs từ A.oryzae
Trong lịch sử, tỷ lệ mắc bệnh ĐTĐ loại 2 của người châu Á thấp hơn so với các nước phương Tây. Một trong những lý do là người châu Á ăn nhiều sản phẩm đỗ tương lên men [60]. Kaisa và cộng sự đã nghiên cứu, kiểm tra hơn 100 loại chất chiết từ thực phẩm với
mục đích kìm hãm các enzyme tiêu hoá và cuối cùng họ đã tìm thấy một loại chất chiết từ các Aspergillus spp lên men bề mặt trên môi trường rắn từ đỗ tương có hoạt tính kìm hãm α-glucosidase. Loại đỗ tương lên men này gọi là Touchi do vậy dịch chiết của nó gọi là dịch chiết Touchi (TE – touchi extract) [100].
Đỗ tương lên men đã được biết đến là loại thực phẩm an toàn với con người và động vật, là loại thực phẩm được yêu thích của người Trung Quốc và Nhật Bản cách đây hàng nghìn năm. Các nghiên cứu về chất chiết Touchi gần đây cũng được các nhà khoa học của các nước này nghiên cứu tích cực [70; 78; 98]. Các nghiên cứu về vai trò của chủng nấm mốc đến khả năng hình thành AGIs cũng đã xác nhận hoạt tính kìm hãm α-glucosidase của AGIs thu được từ A.oryzae mạnh hơn hẳn các chủng nấm mốc khác. Năm 2007, Jing chen và cộng sự cho thấy hoạt tính kìm hãm α-glucosidase của Touchi từ A.oryzae lên men bề mặt trên môi trường rắn cao hơn hẳn so với các sản phẩm lên men ở các loài khác [99].
Hơn thế nữa, A.oryzae được xác nhận là chủng nấm có đặc tính an toàn, dễ phát triển và phân lập [107]. AGIs chiết xuất từ Touchi có thể được bổ sung vào các sản phẩm: Các sản phẩm chế biến nông sản và thủy sản (mứt, bánh mì, bánh gạo, ngũ cốc, các sản phẩm chế biến từ đỗ tương, bột cá, xúc xích cá, thực phẩm có chứa trứng, các loại thực phẩm đóng hộp; các sản phẩm sữa và chế biến từ sữa (bơ, phô mai, sữa đặc, sữa bột), nước giải khát lên men bề mặt lactic; miso, nước tương, các loại hương vị, phụ gia và các loại TPCN bổ sung dinh dưỡng khác [102]. Kết quả này chính là nền tảng cho nghiên cứu chuyên sâu về tuyển chọn chủng nấm mốc A.oryzae đặc hiệu cho quá trình hình thành AGIs với hoạt tính kìm hãm α-glucosidase đạt hiệu quả cao trong điều kiện ở Việt Nam.