Tài liệu Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của n-hydroxy-4-(3-methoxyimino-2-oxo-1-indolinyl) methylcinnamamid và một số dẫn chất

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI -----  ------ HÀ QUANG VĂN TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA N-HYDROXY-4-(3-METHOXYIMINO-2OXO-1-INDOLINYL)METHYLCINNAMAMID VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2015 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI -----  ------ HÀ QUANG VĂN TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA N-HYDROXY-4-(3-METHOXYIMINO-2OXO-1-INDOLINYL)METHYLCINNAMAMID VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: TS. Phan Thị Phương Dung Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Dược HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thực hiện đề tài với nhiều nỗ lực và cố gắng, thời điểm hoàn thành khóa luận là lúc tôi xin phép được bày tỏ lòng biết ơn chân thành với những người đã dạy dỗ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trước hết với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành đến GS.TS. Nguyễn Hải Nam và TS. Phan Thị Phương Dung - Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội, những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến DS. Đỗ Thị Mai Dung và các anh chị kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội, Khoa Hóa - Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Dược - Đại học Quốc gia Chungbuk - Hàn Quốc đã luôn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cám ơn sâu sắc đến bố mẹ, gia đình và bạn bè đã luôn động viên khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Sinh viên Hà Quang Văn MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) ..................................................................2 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase ....................................................................... 2 1.1.2. Phân loại các HDAC ........................................................................................ 3 1.1.3. Cấu trúc của HDAC .......................................................................................... 4 1.1.4. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC .................... 5 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC..............................................................................6 1.2.1. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC .................................................... 6 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC ................................................................. 7 1.2.3. Phân loại ............................................................................................................ 8 1.2.3.1. Dẫn chất benzamid .........................................................................................9 1.2.3.2. Các peptid vòng..............................................................................................9 1.2.3.3. Các acid béo mạch ngắn ...............................................................................10 1.2.3.4. Các dẫn chất ceton .......................................................................................10 1.2.3.5. Các hydroxamat và dẫn chất ........................................................................11 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ .....................................................................15 2.1.1. Hóa chất .......................................................................................................... 15 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................. 15 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................16 2.2.1. Tổng hợp hóa học ............................................................................................ 16 2.2.2. Thử tác dụng sinh học của các chất tổng hợp được ........................................ 16 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................16 2.3.1. Tổng hợp hóa học ............................................................................................ 16 2.3.2. Thử tác dụng sinh học ..................................................................................... 17 2.3.3. Đánh giá mức độ giống thuốc cuả chất tổng hợp được .................................. 19 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 20 3.1. HÓA HỌC ..........................................................................................................20 3.1.1. Tổng hợp hóa học ............................................................................................ 20 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết. .................................................................................... 30 3.1.3. Xác định cấu trúc ............................................................................................ 30 3.2. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC .........................................................................35 3.2.1. Thử hoạt tính sinh học.....................................................................................35 3.2.2. Đánh giá mức độ giống thuốc ......................................................................... 35 3.3. BÀN LUẬN .......................................................................................................36 3.3.1. Tổng hợp hóa học ............................................................................................ 36 3.3.2. Tác dụng sinh học ...........................................................................................37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 42 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AcOH : Acid acetic ALL : Bệnh ung thư nguyên bào lympho cấp tính AML : Bệnh ung thư bạch cầu dạng tủy cấp tính APL : Bệnh ung thư bạch cầu tủy bào cấp tính CLL : Bệnh lympho mãn tính (Chronic lymphocytic leukemia) CTCL : Tế bào lymphoT dưới da (Cutaneous T cell lymphoma) 13 : Cộng hưởng từ hạt nhân 13C DCM : Dicloromethan DMF : Dimethyl formamid EtOH : Ethanol HAT : Histon acetyltranferase HDAC : Histon deacetylase HDIs : Các chất ức chế HDAC 1 : Cộng hưởng từ hạt nhân 1H IC50 : Nồng độ ức chế hoạt độ tế bào xuống một nửa IR : Phương pháp phổ tử ngoại MeOH : Methanol MS : Phổ khối lượng NSCLC : Ung thư phổi tế bào không nhỏ (Non-smali lung cell) NST : Nhiễm sắc thể SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic T0nc : Nhiệt độ nóng chảy TLC : Phương pháp sắc ký lớp mỏng TSA : Trichostatin A C-NMR H-NMR DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng 1 Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng 2 Bảng 1.2: Tác dụng ức chế HDAC của một số dẫn chất N‑ hydroxycinnamamid mang nhân indol Trang 8 13 3 Bảng 3.1: Hiệu suất và các chỉ số hóa lý của các chất 2a-d 23 4 Bảng 3.2: Các chỉ số hóa lý của các chất 3a-d 26 5 Bảng 3.3: Hiệu suất và các chỉ số hóa lý của các chất 4a-d 29 6 Bảng 3.4: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy của các chất 4a-d 30 7 Bảng 3.5: Kết quả phân tích phổ IR của các chất 4a-d 31 8 Bảng 3.6: Kết quả phân tích phổ MS của các chất 4a-d 32 9 Bảng 3.7: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các chất 4a-d 32 10 Bảng 3.8: Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của các chất 4a-d 34 11 Bảng 3.9: Đánh giá mức độ giống thuốc của các chất 4a-d theo quy tắc Lipinsky 36 12 Bảng 3.10: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC2 37 13 Bảng 3.11: Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình STT Trang 1 Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo nucleosom 2 2 Hình 1.2: HAT và HDAC điều hòa quá trình phiên mã 3 3 Hình 1.3: Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC 4 4 Hình 1.4: Quá trình điều hòa sự sống sót và phát triển của tế bào bởi các chất ức chế HDAC 7 5 Hình 1.5: Cấu trúc của chất ức chế HDAC 8 6 Hình 1.6: Các chất ức chế HDAC là các benzamid 9 7 Hình 1.7: Các chất ức chế HDAC có cấu trúc vòng peptid 10 8 Hình 1.8: Các chất ức chế HDAC là các dẫn chất ceton 10 9 Hình 1.9: Các chất ức chế HDAC có cấu trúc hydroxamat 11 10 Hình 1.10: Các acid benzothiazol - hydroxamic 12 11 Hình 1.11: Cấu trúc của belinostat (PXD 101) 12 12 Hình 1.12: Dẫn chất N‑ hydroxycinnamamid của nhóm nghiên cứu Shangdong 13 Hình 1.13: Dẫn chất cinnamic mang nhóm urea/thiourea 14 Hình 3.1: Biểu đồ so sánh tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất 4a-d 15 Hình 3.2: Biều đồ so sánh tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất 4a-d 13 14 38 40 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ STT Tên sơ đồ Trang 1 Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp chung 20 2 Sơ đồ 3.2: Quy trình tổng hợp chất 2a 20 3 Sơ đồ 3.3: Quy trình tổng hợp chất 2b 21 4 Sơ đồ 3.4: Quy trình tổng hợp chất 2c 22 5 Sơ đồ 3.5: Quy trình tổng hợp chất 2d 22 6 Sơ đồ 3.6: Quy trình tổng hợp chất 3a 23 7 Sơ đồ 3.7: Quy trình tổng hợp chất 3b 24 8 Sơ đồ 3.8: Quy trình tổng hợp chất 3c 25 9 Sơ đồ 3.9: Quy trình tổng hợp chất 3d 25 10 Sơ đồ 3.10: Quy trình tổng hợp chất 4a 26 11 Sơ đồ 3.11: Quy trình tổng hợp chất 4b 28 12 Sơ đồ 3.12: Quy trình tổng hợp chất 4c 28 13 Sơ đồ 3.13: Quy trình tổng hợp chất 4d 29 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong khoảng 20 năm trở lại đây, việc nghiên cứu và phát triển thuốc mới đã có nhiều bước phát triển kỳ diệu. Đặc biệt, nhờ có những tiến bộ trong các lĩnh vực như di truyền học, sinh học phân tử... đã tạo ra bước đột phá cho việc tìm kiếm, xác định đích tác dụng của thuốc. Một trong những đích tác dụng phân tử đang được quan tâm hiện nay là histondeacetylase (HDAC). Các nghiên cứu về HDAC đã chỉ ra rằng, HDAC có liên quan đến nhiều loại bệnh ung thư do chúng có thể gây ra những sai khác trong quá trình phiên mã tạo điều kiện cho sự hình thành khối u. Vì vậy, một số nhà khoa học đã và đang tập trung nghiên cứu các chất ức chế HDAC và thu được rất nhiều kết quả khả quan. Belinostat là một chất ức chế HDAC rất tiềm năng. Kết quả thử nghiệm trên lâm sàng với 129 bệnh nhân cho thấy, có 25,8% bệnh nhân không còn triệu chứng hoặc các triệu chứng thuyên giảm sau khi điều trị [15,34,37]. Đến năm 2014, cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (US-FDA) đã cho phép sử dụng belinostat (Beleodap®) trong điều trị ung thư. Nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội đã và đang thiết kế, tổng hợp, thử tác dụng sinh học của các acid hydroxamic mới với sự thay đổi nhóm nhận diện bề mặt dựa trên cấu trúc của chất dẫn đường belinostat. Khóa luận: “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của N-hydroxy-4-(3methoxyimino-2-oxo-1-indolinyl)methylcinnamamid và một số dẫn chất” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp N-hydroxy-4-(3-methoxyimino-2-oxo-1-indolinyl)methylcinnamamid và 3 dẫn chất. 2. Thử tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào của các chất tổng hợp được. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) Cấu trúc của nhiễm sắc thể là một phức hợp gồm: ADN, các histon và protein không phải histon. Histon là các protein cơ bản giàu acid amin như: lysin, arginin. Đơn vị cấu trúc cơ bản của NST là nucleosom. Một nucleosom điển hình bao gồm một octamer hình đĩa của 4 cặp histon (2 cặp của H2A với H2B và 2 cặp của H3 với H4) được quấn quanh bởi 146 cặp nucleotid [1,38] (hình 1.1): Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo nucleosom. Quá trình dịch mã và tổng hợp protein xảy ra khi nhiễm sắc thể được tháo xoắn và ngược lại. Quá trình này liên quan đến hoạt động của 2 emzym histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT). 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase Histon deacetylase là một nhóm các enzym xúc tác quá trình loại bỏ nhóm acetyl từ -N acetyl lysine amino acid của histon, dẫn đến nhiễm sắc thể bị đóng xoắn và ức chế quá trình phiên mã. HDAC có tác dụng đối lập với histon acetyltransferase (HAT) - enzym xúc tác chuyển nhóm acetyl từ acetyl coenzym A đến -amino của lysin ở đầu N của histon [40]. 3 Histons ngưng tụ các nhiễm sắc thể ngăn cản phiên mã Acetyl-histons kéo giãn các nhiễm sắc thể kích thích phiên mã Hình 1.2: HAT và HDAC điều hòa quá trình phiên mã 1.1.2. Phân loại các HDAC Có 18 HDAC ở người được chia thành 4 nhóm dựa trên sự tương đồng cấu trúc của chúng lần lượt với Rpd3, Hdal và Sir2 trong nấm men [17]. Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Nhóm II: HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC10. Nhóm III: Các protein điều hòa chuỗi thông tin bao gồm: - Chất đồng đẳng của Sir2 trong nấm men Saccharomyces cerevisiae. - Sirtuin trong động vật có vú (SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7). Nhóm IV: HDAC11. Các HDAC nhóm I, II, IV được coi là các HDAC “kinh điển” gồm 11 thành viên, trong khi các thành viên nhóm III được gọi là các sirtuin. Các HDAC kinh điển và sirtuin có cơ chế xúc tác khác nhau. Các HDAC kinh điển là những enzym phụ thuộc Zn2+, chúng có chứa 1 túi xúc tác với 1 ion Zn2+ ở đáy túi. Do đó những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo phức với Zn2+ như các acid hydroxamic, các thiol… Ngược lại các sirtuin không bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với Zn2+ vì cơ chế hoạt động của chúng phụ thuộc vào NAD+ như 1 cofactor thiết yếu [32]. Thuật 4 ngữ các chất ức chế HDAC thường được sử dụng cho những hợp chất nhằm mục tiêu vào các HDAC kinh điển và những hợp chất này đang được đánh giá dựa trên các thử nghiệm lâm sàng ở các giai đoạn khác nhau. 1.1.3. Cấu trúc của HDAC Việc xác định cấu trúc của HDAC rất cần thiết để xác định cơ chế tác dụng của HDAC, đồng thời dựa vào cấu trúc HDAC để thiết kế công thức các chất ức chế HDAC. Hiện nay, bằng phương pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X người ta đã xác định được cấu trúc 3D của hầu hết các HDAC và trung tâm xúc tác phản ứng deacetyl của chúng. Các HDAC đều có trung tâm hoạt động gồm hai phần chính: - Ion Zn2+: là coenzym của HDAC, nằm ở đáy kênh enzym. Trong phân tử HDAC, ion Zn2+ có thể tạo 5 liên kết phối trí: 4 liên kết với nguyên tử oxy và nito của các acid amin, một liên kết phối trí với nguyên tử oxy của nhóm acetyl trong phân tử acetyl-lysin ở phần đầu N của histon, từ đó xúc tác tách loại nhóm acetyl [6]. - Kênh enzym: có dạng túi hình ống với kích thước hẹp, tạo liên kết Van Der Walls với cơ chất. Túi được cấu tạo từ các acid amin thân lipid. Đáy túi có một vài phân tử làm nhiệm vụ vận chuyển nhóm acetyl trong phản ứng deacetyl hóa và tham gia tạo liên kết hydro khi không có mặt nhóm –OH của tyrosin. Cấu trúc túi khá linh động, có thể thay đổi kích thước để phù hợp với cơ chất và tham gia phản ứng deacetyl hóa [6]. Hình 1.3: Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC 5 1.1.4. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC Đuôi histon thường mang điện tích dương do các nhóm amin trên các axit amin: lysin và arginin. Các điện tích dương giúp đuôi histon tương tác và liên kết với các nhóm phosphate tích điện âm trên ADN. Acetyl hóa trong tế bào trung hòa điện tích dương dẫn đến nhiễm sắc thể được tháo xoắn, cho phép quá trình sao chép di truyền xảy ra. Quá trình này chịu sự điều khiển của HAT. Ngược lại, HDAC xúc tác loại bỏ nhóm acetyl từ histon và protein không phải histon, làm tăng sự tích điện dương trên đầu N của histon và đóng xoắn NST, kết quả là ức chế quá trình phiên mã do ngăn cản các nhân tố sao mã tiến đến đích của chúng trên ADN. Như vậy sự acetyl hóa và deacetyl hóa NST đóng vai trò quan trọng trong điều hòa quá trình biểu hiện gen. Việc mất cân bằng hoạt động giữa HAT và HDAC có thể dẫn đến những bất thường biểu hiện gen và do đó dẫn đến ung thư [13,23,25,27,30]. HDAC đã được xác định bị rối loạn điều hòa trong ung thư. Sự huy động bất thường của các HDAC vào chuỗi điều hòa của gen đích có thể xảy ra thông qua tương tác biến đổi của chúng với việc tăng cường vai trò của các protein gắn kết ADN gây ung thư. Ví dụ như receptor α-RAR gắn kết gen PML (promyelocytic leukemia gen) hoặc PLZF (promyelocytic leukemia zinc finger) trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp (APL). Trong điều kiện sinh lý, α-RAR là nhân tố sao mã hoạt hóa acid retinoic giúp giải phóng phức hợp đồng ức chế chứa HDAC và làm gia tăng các chất đồng hoạt hóa sao mã (bao gồm cả HAT). Điều này dẫn đến sự acetyl hóa histon và ức chế gen đẩy mạnh sự biệt hóa tế bào. Trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp (APL), protein gắn kết α-RAR/PML hoặc α-RAR/PLZF giữ HDAC và phối hợp với phức hợp đồng ức chế. Do đó tăng methyl transferase histon và ADN dẫn đến ngăn cản sự phiên mã [13,14,22]. Vì vậy, tế bào ung thư không trải qua giai đoạn biệt hóa và phát triển quá mức. Sự gia tăng bất thường của HDAC còn được quan sát khi gen đột biến gây ung thư Bcl6 được biểu thị quá mức trong bệnh u lympho tế bào B [5]. Tương tự, protein gắn kết AML1-ETO tìm thấy trong bệnh bạch cầu tủy bào cấp (AML) có chức năng như chất ức chế sao mã chủ yếu thông qua ETO, nên có vai trò như vị trí gắn kết cho phức 6 hợp đồng ức chế N-Cor/Sin3/HDAC1. Việc chuyển đổi AML1 từ chất hoạt hóa phiên mã thành chất ức chế được điều khiển bởi protein gắn kết CBFb-SMMHC thông qua sự gia tăng phức hợp đồng ức chế mSin3A/HDAC. Cuối cùng, biểu thị quá mức nhân tố sao mã SCL/Tal1 trong bệnh u lympho tế bào T cấp có nguyên nhân là do gia tăng bất thường HDAC1 nằm trong phức hợp đồng ức chế, dẫn đến ngăn cản gen đích điều hòa E47/HEB [11]. Biểu thị quá mức HDAC1 và/hoặc HDAC2 và/hoặc HDAC6 còn gặp trong một số bệnh ung thư tạng đặc như ung thư tiền liệt tuyến, ung thư dạ dày, trực tràng, ung thư vú và ung thư não [18,33] cũng như trong các bệnh lý ác tính về máu (bệnh bạch cầu tủy bào cấp, bạch cầu tế bào B, bệnh u lympho tế bào T ngoại vi, bệnh u lympho tế bào B và bệnh u lympho da tế bào T [29]. Hơn nữa, việc tìm ra các cơ chất của HDAC là các protein như p53, E2F, Rb, Bcl6, Gli1 liên quan đến xu hướng gây ung thư và tiến triển bệnh ung thư đã khẳng định vai trò của HDAC trong ung thư [9,29]. Tóm lại, các biến đổi sau phiên mã của HDAC có thể làm thay đổi tương tác của chúng với phức hợp đồng ức chế mà các phức hợp này liên quan đến quá trình phiên mã của các gen gây ung thư. Như vậy ức phiên mã được điều hòa bởi sự ra tăng HDAC và có thế kiểm soát ung thư bằng cách ức chế hoạt động của HDAC. Các chất ức chế HDAC đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu nhằm tìm ra chất có tác dụng ức chế chọn lọc từng loại HDAC để ứng dụng trong điều trị ung thư. 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 1.2.1. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC tác động lên nhiều giai đoạn quan trọng trong chu trình tế bào làm mất sự điều hòa trong tế bào ác tính. Trong đó, yếu tố quan trọng nhất quyết định hoạt tính của các chất ức chế HDAC là khả năng thúc đẩy sự biệt hóa, ức chế chu trình tế bào và thúc đẩy sự chết tế bào [2]. 7 Hình 1.4: Quá trình điều hòa sự sống sót và phát triển của tế bào bởi các chất ức chế HDAC [22] 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC được chia thành nhiều nhóm khác nhau nhưng nhìn chung về cấu tạo gồm 3 phần chính: - Nhóm khóa hoạt động (capping group) hay vùng nhận diện bề mặt: thường là các aryl hay một số vòng khác, nằm trên bề mặt enzym. - Vùng cầu nối sơ nước: thường là mạch hydrocacbon thân dầu liên kết Van der Waals với kênh enzym. - Nhóm kết thúc gắn với ion Zn2+: gồm acid hydroxamic, thiol, nhóm oaminoanilin của benzamid… quyết định tính đặc hiệu và hiệu lực của các chất ức chế HDAC. Cấu trúc tinh thể kết tinh của các HDAC cho thấy nhóm kết thúc, cầu nối và một phần của nhóm khóa hoạt động nằm trong túi enzym làm lấp đầy khoảng trống trong lòng kênh enzym. Phần còn lại của nhóm khóa hoạt động tương tác với phần vành trên bề mặt miệng túi enzym. Nhóm nhận diện bề mặt có thể liên kết với phần cầu nối thông qua một số liên kết peptid làm tăng khả năng phân cực và góp phần cải thiện dược động học cho các chất ức chế HDAC. Việc nghiên cứu thiết kế cấu trúc các chất mới đều dựa trên cấu trúc cổ điển này. 8 Hình 1.5: Cấu trúc của chất ức chế HDAC 1.2.3. Phân loại Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng Nhóm Hợp chất Pha Loại ung thư Các benzamid SNDX-275 CI-994 MGCD-0103 I, II I, II II Tạng đặc, u lympho, AML Tạng đặc, NSCLC, tế bào thận,tụy Tạng đặc, ung thư bạch cầu, MDS Peptid vòng Depsipeptid (FK228) I, II Tạng đặc, CLL, AML, u đa tủy xương, NHL tế bào T ngoại vi, RAI kháng thyroid, ung thư đại tràng tiến triển Acid carboxylic Butyrat AN-9 (tiền thuốc) Acid valproic I, II I, II I, II Phenyl butyrat I Ung thư đại tràng Tạng đặc, NSCLC Tạng đặc, ung thư máu, AML, MDS, CTCL, u trung biểu mô Tạng đặc, AML/MDS SAHA Belinostat NVP-LAQ824 LBH-589 ITF-2357 SB-939 CRA 024781 JNJ-16241199 I, II II I II, III II I I I Acid hydroxamic Tạng đặc, ung thư máu Ung thư máu Tạng đặc, ung thư máu Tạng đặc, AML, MDS, ALL U lympho Hodgkin Tạng đặc, ung thư máu Ghi chú: NSCLC: carcinom tế bào phổi không nhỏ; AML: ung thư bạch cầu tủy bào cấp; MDS: hội chứng loạn sản tủy; CTCL: u lympho da tế bào T; ALL: ung thư bạch cầu cấp; CLL: ung thư bạch cầu mãn. 9 Theo cấu trúc hóa học, các chất ức chế HDAC được chia thành 5 nhóm chính gồm: các acid hydroxamic, các peptid vòng, các acid béo, benzamind và các dẫn chất ceton. Mỗi nhóm có những hạn chế riêng: các hydroxamic bị chuyển hoác nhanh và ức chế không chọn lọc các HDAC, các benzamid và acid béo có hiệu lực hạn chế, dẫn chất ceton bị khử hóa trong huyết tương, trong khi đó các peptid vòng có cấu trúc quá phức tạp. Về nguồn gốc, các chất ức chế HDAC có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Nhưng đa phần, chúng được tổng hợp bằng hóa học. Cho đến nay, FDA đã cấp phép lưu hành trên thị trường ba chất ức chế HDAC để điều trị u lympho tế bào T dưới da là SAHA (vorinostat, Zolinza®), depsipeptid (Romidepsin®) và Belinostat (Beleodaq®). Điều này cho thấy tiềm năng của các chất ức chế HDAC trong điều trị ung thư, đồng thời là nguồn động lực thúc đẩy các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tìm ra các chất ức chế HDAC mới. 1.2.3.1. Dẫn chất benzamid Nhóm này bao gồm một số chất: MS-275, MGCD-103. Chúng có hoạt tính kém hơn các acid hydroxamic và các peptid vòng, ức chế HDAC ở nồng độ micromol [21]. Hình 1.6: Các chất ức chế HDAC là các benzamid 1.2.3.2. Các peptid vòng Đây là nhóm các chất ức chế HDAC có cấu trúc phức tạp nhất, có tác dụng ức chế HDAC mạnh tương tự như các acid hydroxamic gồm: depsipeptid (FK-288), apicidin, trapoxin A… và các CHAP. 10 Hình 1.7: Các chất ức chế HDAC có cấu trúc vòng peptid 1.2.3.3. Các acid béo mạch ngắn Nhóm này gồm một số chất như: acid valproic, natributyrat, phenylbutyrat. Tác dụng ức chế HDAC của chúng gần đây mới được quan tâm đến. Nhược điểm lớn nhất của nhóm này là đáp ứng hạn chế trên lâm sàng do thời gian bán thải ngắn và nồng độ để đạt được tác dụng ức chế cao [22]. 1.2.3.4. Các dẫn chất ceton Nhóm này bao gồm các trifluoromethyl ceton và α-ketoamid với hoạt tính ức chế HDAC ở nồng độ micromol [16]. Hình 1.8: Các chất ức chế HDAC là các dẫn chất ceton 11 1.2.3.5. Các hydroxamat và dẫn chất Depsipeptid và SAHA là hai chất đầu tiên trong nhóm các hydroxamat đã được FDA cho phép sử dụng trên lâm sàng để điều trị ung thư và là cơ sở so sánh để đánh giá tác dụng ức chế HDAC cho các chất mới được nghiên cứu. Các chất ức chế HDAC là dẫn chất của acid hydroxamic có thể chia thành một số nhóm nhỏ như sau: acid hydroxamic mạch thẳng, dẫn chất cinamic, dẫn chất phenyl... Đặc trưng của nhóm này là acid hydroxamic dễ tạo phức với ion Zn2+ của HDAC nên ức chế không chọn lọc cả HDAC nhóm I, II và bị chuyển hóa nhanh [12,28]. Hình 1.9: Các chất ức chế HDAC có cấu trúc hydroxamat Năm 1990, Yoshida và cộng sự đã phát hiện ra dẫn chất hydroxamat tự nhiên đầu tiên có tác dụng ức chế HDAC là trihchostatin A (TSA). Kể từ đó tới nay, dựa trên những hiều biết về mối liên quan giữa HDAC và ung thư, đồng thời việc xác định được cấu trúc 3D của các HDAC đã tạo điều kiện cho các nhà khoa học nghiên cứu và tổng hợp được nhiều chất ức chế HDAC mới. Một số chất đang được thử nghiệm trên lâm sàng cho kết rất tốt,có thể ứng dụng trong điều trị ung thư. Năm 2003, nhóm các N-hydroxy-2-propenamid được Kim D. và cộng sự [24] thiết kế và tổng hợp dựa trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc của TSA và oxamflatin. Các chất này có tác dụng ức chế HDAC yếu hơn TSA song tương tự oxamflatin.