Tài liệu Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của bengamide a và e

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHÍ THỊ ĐÀO “TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG CñA BENGAMIDE A Vµ E” LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHÍ THỊ ĐÀO “TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG CñA BENGAMIDE A Vµ E” Chuyên ngành : Hóa hữu cơ Mã số : 62 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường 2. TS. Đoàn Thị Mai Hương Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Habil. Phạm Văn Cường và TS. Đoàn Thị Mai Hương. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng có ai công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây. Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ. Nghiên cứu sinh Phí Thị Đào LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa sinh biển – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kinh phí thực hiện từ đề tài thuộc Quỹ Nafosted, mã số đề tài NCCB-ĐHƯD.2012-G/05. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của thầy cô, các nhà khoa học cũng như đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS.Habil. Phạm Văn Cường và TS. Đoàn Thị Mai Hương - Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chỉ ra hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, hội đồng khoa học, phòng Quản lý tổng hợp Viện Hóa sinh biển; Ban lãnh đạo, phòng Đào tạo Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Văn Hùng đã động viên và có nhiều ý kiến góp ý giúp tôi hoàn thiện bản luận án. Tôi xin cám ơn các thầy cô, các nhà khoa học Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành các học phần và các chuyên đề trong chương trình đào tạo. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu Phòng Tổng hợp hữu cơ, Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và hỗ trợ tôi thực hiện Luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã hỗ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Luận án Phí Thị Đào MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................i DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE ................................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................................... 3 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................................ 3 1.3. Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học................................ 5 1.4. Tổng hợp các bengamide ...................................................................................... 11 1.4.1. Tổng hợp toàn phần các bengamide phân lập từ tự nhiên ............................ 11 1.4.2 Tổng hợp các analog của bengamide và đánh giá hoạt tính sinh học ........... 18 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 35 2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ............................................................................ 35 2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................... 35 2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 35 2.3.1. Phương pháp hóa học ..................................................................................... 35 2.3.2. Phương pháp thử hoạt tính sinh học .............................................................. 36 2.4. Thực nghiệm .......................................................................................................... 38 2.4.1. Tổng hợp chuỗi ketide ..................................................................................... 38 2.4.2. Tổng hợp các N-alkyl aminolactam ................................................................ 42 2.4.3. Tổng hợp các analog của bengamide E .......................................................... 55 2.4.4. Tổng hợp các analog của bengamide A .......................................................... 76 2.5. Tổng hợp các analog bengamide chứa flo ............................................................ 81 2.5.1. Tổng hợp chất (BG3F) .................................................................................... 82 2.5.2 Tổng hợp các acetonide (BG4Fa,b; BG6Fa,b; BG8Fa,b; BG10Fa,b và BG12Fa,b). ................................................................................................................. 82 2.5.3 Tổng hợp analog BG5Fa,b; BG7Fa,b; BG9Fa,b; BG11Fa,b và BG13Fa,b . 88 2.6. Thử hoạt tính sinh học các analog bengamide tổng hợp được ......................... 94 2.6.1. Hoạt tính gây độc tế bào .................................................................................. 94 2.6.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ........................................................... 95 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 97 3.1. Tổng hợp chuỗi ketide .......................................................................................... 98 3.2. Phản ứng tổng hợp các hợp chất 2-amino lactam ............................................ 102 3.2.1. Phản ứng tổng hợp các chất BG6a-b và BG14a-b ....................................... 102 3.2.3. Phản ứng tổng hợp các N-ankylaminolactam.............................................. 106 3.2.3.1. Phản ứng bảo vệ nhóm chức amine của các 2-aminolactam ................... 106 3.2.3.2. Phản ứng N-alkyl hóa các hợp chất . ....................................................... 107 3.3. Tổng hợp các analog của bengamide E ............................................................. 112 3.4. Tổng hợp các analog của bengamide A ............................................................. 121 3.5. Phản ứng tổng hợp các analog bengamide chứa flo ........................................ 125 3.6. Hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được ........................................ 133 3.6.1. Hoạt tính gây độc tế bào ................................................................................ 133 3.6.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ......................................................... 138 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 140 KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 141 CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ........................................................................................ 142 PHỤ LỤC....................................................................................................................148 i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20) ................................................ 7 Bảng 1.2. Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf. Coriacea trên dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435 ........................................................... 8 Bảng 1.3. Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư .................. 9 Bảng 1.4. Kết quả thử hoạt tính của các bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp. .............. 10 Bảng 1.5. Thống kê các quy trình tổng hợp các bengamide thiên nhiên ..................................... 18 Bảng 1.6. Bảng hoạt tính trên dòng tế bào ung thư vú ở người MDA–MB–435 của các analog bengamide 98-126 ...................................................................................................... 24 Bảng 1.7. Bảng hoạt tính đối với dòng tế bào MDA-MB-435 của các analog 130- 149 ............ 25 Bảng 1.8. Bảng kết quả thử hoạt tính của các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketide điển hình trên một số dòng tế bào ung thư ......................................................................... 31 Bảng 1.9. Hoạt tính sinh học của analog bengamide E biến đổi đầu olefin (IC50, M) .............. 32 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tác nhân đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BG2 ................................ 98 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của dung môi, nhiệt độ và tác nhân đến phản ứng tổng hợp BG4 ........... 98 Bảng 3.3. Các điều kiện phản ứng tổng hợp các aminolactam .................................................. 103 Bảng 3.4. Điều kiện thực hiện phản ứng bảo vệ nhóm amine bậc 1 ......................................... 106 Bảng 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân và nhiệt độ đến phản ứng thế Nankylaminolactam BG8a-10a .................................................................................. 107 Bảng 3.6. Hiệu suất phản ứng tổng hợp các chất thế N-ankylaminolactam .............................. 108 Bảng 3.7. Điều kiện phản ứng tổng hợp BG24a ....................................................................... 111 Bảng 3.8. Điều kiện và hiệu suất phản ứng mở vòng lactone của BG5 với các aminolactam, ứng dụng chiếu xạ vi sóng............................................................................................... 112 Bảng 3.9. Phản ứng loại bỏ nhóm acetonide ............................................................................. 116 Bảng 3.10: Bảng tổng hợp hiếu suất phản ứng tổng hợp các acetonide chứa flo ...................... 126 Bảng 3.11: Bảng hiệu suất tổng hợp các analog chứa flo .......................................................... 129 Bảng 3.12. Cấu trúc hóa học của các hợp chất bengamide đã tổng hợp.................................... 131 Bảng 3.13. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các analog bengamide tổng hợp ............ 132 Bảng 3.14. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của analog chứa flo ...................................... 135 Bảng 3.15. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của một số acetonide .................................... 136 Bảng 3.16. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của một số analog ................... 137 ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên ............................ 4 Hình 1.2. Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide ................................................ 5 Hình 1.3. Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf. coriacea ................................ 6 Hình 1.4. Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri ......................................... 6 Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18) .................................. 8 Hình 1.7. Công thức cấu tạo bengamide E´(22) và F´(23) ............................................ 10 Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp toàn phần bengamide trong giai đoạn 1991 – 2001 ............. 12 Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa .................................................... 14 Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp bengamide E (5) ................................................................. 15 Hình 1.11. Sơ đồ tổng hợp các bengamide của Boeckman và cộng sự ......................... 15 Hình 1.12. Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) theo Sarabia et al ............................ 16 Hình 1.13. Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) bởi Li và Prasad (2013)................... 17 Hình 1.14. Thiết kế cấu tạo phân tử bengamides ........................................................... 19 Hình 1.15. Sơ đồ tổng hợp chuỗi ketide (86) ................................................................. 20 Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp analog của bengamide A(1) theo F.R. Kinder và cộng sự . 21 Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp phần ketide (86) của nhóm David D. Xu và cộng sự ......... 21 Hình 1.18. Sơ đồ tổng hợp aminolactam (95) của nhóm David D. Xu và cộng sự ....... 22 Hình 1.19. Sơ đồ tổng hợp analog LAF 389 (92c) của nhóm David D. Xu và cộng sự22 Hình 1.20. Sơ đồ tổng hợp analog bengamide của Nan và các cộng sự [34] ................ 23 Hình 1.21. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam [33] ............. 25 Hình 1.22. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam 150-156 [35] .......................................................................................................................... 26 Hình 1.23. Các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketit .......................................... 27 Hình 1.24. Sơ đồ tổng hợp chất ent-bengamide E (157) [15]........................................ 28 Hình 1.25. Sơ đồ tổng hợp các analog của bengamide E(5) với sự biến đổi tại C-2 của chuỗi ketide [24]............................................................................................... 29 Hình 1.26. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide biến đổi ở vị trí C-2; C-3 theo Sarabia et al ...................................................................................................... 29 Hình 1.27. Sơ đồ tổng hợp toàn phần analog bengamide 168-170 [25] ........................ 30 iii Hình 1.28. Sơ đồ tổng hợp analog bengamide biến đổi vị trí olefin .............................. 32 Hình 1.29. Các analog bengamide có hoạt tính chống ung thư cao [34, 43, 49] ........... 34 Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo ............................................ 82 Hình 3.1. Định hướng các biến đổi trên khung bengamide ........................................... 96 Hình 3.2. Sơ đồ phản ứng tổng hợp ketide BG5............................................................ 97 Hình 3.3: Cơ chế phản ứng tổng hợp BG5 .................................................................. 100 Hình 3.4. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG5 ................................................. 101 Hình 3.5. Phổ 13C-NMR của hợp chất BG5................................................................. 101 Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của chấ BG13a ...................................................................... 109 Hình 3.7. Phổ 1H- NMR giãn rộng của hợp chất BG13a ........................................... 110 Hình 3.8. Phổ 13C- NMR và DEPT của hợp chất BG13a ........................................... 110 Hình 3.9. Phản ứng kết hợp của BG5 và LAF-A do David công bố .......................... 111 Hình 3.11. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG24a ........................................... 115 Hình 3.12. Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG24a ........ 115 Hình 3.13. Phổ HMBC của hợp chất BG24a............................................................... 116 Hinh 3.14. Phổ 13C-NMR của chât BG32a .................................................................. 119 Hinh 3.15. Phổ 1H-NMR của chât BG32a ................................................................... 119 Hình 3.16. Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG40a ........ 121 Hinh 3.17. Phổ HMBC của chât BG40a (2´S, 5´S) ..................................................... 121 Hinh 3.18. Phổ 1H-NMR của chất BG40a (2´S, 5´S) .................................................. 122 Hinh 3.19. Phổ 1H-NMR của chất BG41a (2´S, 5´S) .................................................. 123 Hình 3.20. Phổ DEPT của hợp chất BG40a ................................................................ 123 Hình 3.21. Phổ DEPT của chất BG41a ....................................................................... 124 Hình 3.22: Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo. ....................................... 124 Hình 3.23. Phổ DEPT của chất BG3F ......................................................................... 125 Hình 3.24. Phổ DEPT của chất BG4Fa……………………………………………...129 Hình 3.25. Phổ HMBC của chất BG4Fa ..................................................................... 128 Hình 3.26. Một số tương tác chính trên phổ HMBC, COSY của chất BG4Fa và BG4Fb ............................................................................................................ 128 v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Các phương pháp sắc ký TLC Thin Layer Chromatography: Sắc ký lớp mỏng CC Column Chromatography: Sắc ký cột grad. gradient  Các phương pháp phổ ESI-MS Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phun mù điện tử HRESI-MS High-resolution Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phân giải cao phun mù điện tử 1 H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 13 C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT COSY Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác 2 chiều đồng hạt nhân 1H-1H HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation: Phổ tương tác hai chiều trực tiếp dị hạt nhân HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation: Phổ tương tác đa liên kết hai chiều dị hạt nhân NOESY: Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ NOESY s: singlet d: doublet t: triplet m: multiplet dd: double doublet q: quartet quint: quintet br: broad  Các chữ viết tắt khác IC50 50% inhibitory concentration: Nồng độ ức chế 50% sự tăng trưởng của tế bào thử nghiệm MIC Minimum Inhibitory Concentration: Nồng độ ức chế tối thiểu đnc. Điểm nóng chảy DMSO Dimethyl sulfoxide TMS Tetramethyl silan vi ATCC American Type Culture Collection CTPT Công thức phân tử MTT 3-(4,5-dimethythiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide THF Tetrahydrofuran OD Optical density: Mật độ quang TBAF Tetra n-butylammonium fluoride Boc2O Di-tert-butyl dicarbonate DMF Dimethylformamide TsOH p-Toluenesulfonic acid DIBAL Diisobutylaluminium hydride mCPBA meta-Chloroperoxybenzoic acid EDAC 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide DAST Diethylaminosulfur trifluoride MW Microwave DIEA N,N-Diisopropylethylamine EDCI 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide HOBT Hydroxybenzotriazole TBSCl tert-Butyldimethylsilyl chloride DMAP 4-Dimethylaminopyridine (TMS)2NH Bis(trimethylsilyl)amine TBSOTf tert-Butyldimethylsilyl trifluoromethanesulfonate rt room temperature: Nhiệt độ phòng Tên của các hợp chất được viết theo nguyên bản Tiếng Anh 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo đánh giá của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 80% dân số trên toàn thế giới vẫn tin dùng các loại thảo dược cho việc chăm sóc sức khoẻ ban đầu và khoảng hơn 60% các tác nhân hoá trị liệu dùng trong điều trị ung thư có nguồn gốc từ các hợp chất thiên nhiên. Cho tới nay đã có hàng trăm nghìn các hợp chất thiên nhiên được tìm ra và được nghiên cứu để phục vụ cho nhiều lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong y học, trong đó 78% các hoạt chất dùng làm thuốc kháng sinh và 74% các hoạt chất dùng làm thuốc chữa ung thư là các hợp chất thiên nhiên hoặc có nguồn gốc từ các hợp chất thiên nhiên. Trong những năm đầu thập kỷ 90, hóa học tổ hợp (combinatorial chemistry) đã được các hãng dược lớn trên thế giới lựa chọn làm công cụ chủ chốt để nghiên cứu tìm thuốc mới, trong đó hóa học các hợp chất thiên nhiên đóng vai trò chủ chốt trong công cuộc tìm kiếm các loại thuốc chống lại các căn bệnh hiểm nghèo đang hàng ngày cướp đi sinh mạng của nhiều người [1] Các hợp chất thiên nhiên được phân lập từ các loài thực vật trên đất liền đã được nghiên cứu từ rất lâu và đã thu được nhiều thành công. Tuy nhiên, nghiên cứu về các hợp chất thiên nhiên biển mới chỉ được bắt đầu từ khoảng giữa thế kỷ trước. Hiện nay, các hợp chất thiên nhiên biển đang được biết đến như một nguồn dược liệu đầy triển vọng và nhiều các hợp chất có hoạt tính sinh học cao với cấu trúc phức tạp đã được phát hiện từ các loài sinh vật biển khác nhau. Khó khăn trong việc thu mẫu lượng lớn và đòi hỏi kinh phí cao là một trong những trở ngại đối với các nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học các hợp chất thiên nhiên biển. Chính bởi vậy, tổng hợp hữu cơ là phương án lựa chọn hiệu quả trong việc tạo nguồn hoạt chất với lượng lớn hơn để phục vụ các nghiên cứu hoạt tính sinh học, cũng như việc đảm bảo khả năng ứng dụng của chúng. Nhiều hoạt chất có nguồn gốc thiên nhiên biển đóng vai trò như chất dẫn đường để từ đó các nhà khoa học tạo ra các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao hơn. Lớp chất bengamide được phân lập từ hải miên biển được biết đến có hoạt tính chống ung thư rất tiềm năng. Tuy nhiên, độ kém ổn định về mặt cấu trúc là một trong các nguyên nhân hạn chế khả năng ứng dụng của lớp chất này. Nhằm khắc phục hạn chế này của lớp chất bengamide, trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của bengamide A và E”. 2 Mục tiêu của đề tài: - Xây dựng quy trình tổng hợp các analog của bengamide A và E, trên cơ sở đó tiến hành đánh giá hoạt tính sinh học của các analog tổng hợp được. - Mục tiêu cụ thể: + Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi kích cỡ vòng lactam, thay đổi hóa lập thể C-2´(R) của vòng lactam đồng thời tạo các nhóm thế N-alkyl khác nhau của vòng lactam. + Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi ở vị trí olefinic và tạo các dẫn suất chứa flo. + Khảo sát hoạt tính chống ung thư của các analog tổng hợp được trên các dòng tế bào ung thư nhằm tìm ra mối tương quan giữa cấu trúc – hoạt tính sinh học của các hợp chất thuộc lớp bengamide. + Khảo sát hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các analog tổng hợp được. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE 1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, việc nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên biển chưa được khai thác nhiều. Đã có một số nghiên cứu về các hợp chất thứ cấp từ các loài hải miên, san hô, da gai, vi sinh vật và động vật thân mềm. Tuy nhiên, đây mới chỉ là các nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực nghiên cứu và khai thác nguồn sinh vật biển đa dạng phong phú và nhiều tiềm năng của nước ta. Ở Việt Nam có nhiều loài hải miên thuộc các giống khác nhau tuy nhiên các nhà khoa học mới chỉ phát hiện được 1 loài hải miên thuộc giống Jaspis là loài Jaspis stellifera tại Vịnh Nha Trang nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu thành phần hóa học của loài hải miên này. Ngoài ra, cho tới nay ở Việt Nam chưa có công trình nào công bố về việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các bengamide cũng như các analog của chúng. 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Giới thiệu chung Hải miên giống Jaspis là nguồn tài nguyên vô cùng phong phú cho các nghiên cứu về hợp chất thiên nhiên. Các nhà khoa học đã phân lập ra rất nhiều hợp chất từ các loài hải miên thuộc giống này, trong đó có một số hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng sinh, chống ung thư hay diệt giun sán. Trong số các hợp chất phân lập được thì đáng kể nhất là các bengamide, đây là lớp chất chính nổi trội hơn cả về công thức cấu tạo và hoạt tính sinh học [2, 3]. Cho đến nay các hợp chất bengamide được phân lập chủ yếu từ các loài hải miên, chỉ có 1 công trình công bố lớp chất này được phân lập từ chủng vi sinh vật liên kết với hải miên [4]. Cấu trúc của bengamide bao gồm 2 phần chính là chuỗi ketide và vòng caprolactam. Dựa theo cấu trúc hóa học của vòng caprolactam, các bengamides đã được chia thành hai loại cấu trúc: Loại I có chứa một caprolactam hydroxylysine có nhánh hoặc không nhánh bởi một chuỗi lipid (bengamide A – D, G – J, L – O, Y, Z) và loại II chứa caprolactam dẫn xuất lysine (bengamides E, F, E´, F´, P – R). Cho tới nay người ta đã thống kê được có khoảng 23 hợp chất bengamide được phân lập và xác định cấu trúc [5], trong số đó có nhiều chất thể hiện hoạt tính chống ung thư cao như các bengamide A, B, M, O và Z thể hiện hoạt tính chống ung thư đối với dòng tế bào 4 ung thư vú MDA-MB-435 với giá trị IC50 lần lượt là 1; 12; 10; 0,29 và 2,9 nM, còn các bengamide E, F, P cũng thể hiện hoạt tính đối với dòng tế bào ung thư vú MDA-MB435 nêu trên với giá trị IC50 lần lượt là 3,3; 2,9; 1,2 µM [6]. Các hợp chất bengamide đang được xem là lớp chất rất có triển vọng để nghiên cứu tạo ra các tác nhân mới ứng dụng trong điều trị bệnh. Các hợp chất này thể hiện hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt là hoạt tính chống ung thư. Với cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học lý thú, các hợp chất bengamide đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới. Hình 1.1. Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên Theo kết quả nghiên cứu về hải miên thì các hợp chất bengamide được xác định là do chính các vi sinh vật liên kết tạo ra. Điều này được thể hiện từ chính cấu trúc của chúng hay từ nhóm đầu isopropyl cũng như đặc trưng bởi các acid béo của vi sinh vật [7, 8]. Do đó, cấu trúc của các bengamides có thể xuất phát từ các liên kết của một diketide với dẫn xuất 6 cacbon từ L – leucine phát triển thành chuỗi ketide mạch nhánh cùng với vòng hóa L – lysine (Hình 1.2) [3, 9]. 5 Hình 1.2. Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất và nghiên cứu mối quan hệ hoạt tính/cấu trúc cho thấy hoạt tính của bengamide phụ thuộc vào cả 2 phần cấu trúc của hợp chất này (chuỗi ketide và vòng caprolactam). Bất cứ một thay đổi nào trong cấu trúc của bengamide cũng đều ảnh hưởng mạnh tới hoạt tính sinh học của chúng. Các nghiên cứu cho tới nay phần lớn tập trung vào việc biến đổi chuỗi ketide và vòng caprolactam nhưng vẫn giữ hệ cấu trúc khung cơ bản, do có nhiều nghiên cứu cho rằng hệ cấu trúc này quyết định hoạt tính sinh học của bengamide. 1.3. Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học Hiện tại, 23 hợp chất bengamide đã được phân lập và xác định cấu trúc hóa học bằng các phương pháp phổ (hình 1.1) trong đó hợp chất bengamides A(1)-F(6) được phân lập lần đầu tiên trong khoảng thời gian từ năm 1986 – 1990 bởi nhóm nghiên cứu của giáo sư Crews (Đại học California, USA)[2, 10]. Các bengamide này được phân lập từ một loài hải miên Jaspis cf. coriacea có màu cam thuộc giống Jaspis (họ Choristida, ngành Astrophorida) thu được ở Benga Lagoon (Quần đảo Fiji). Dịch chiết thô của loài hải miên này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư biểu mô thanh quản (Hep-05/02-Fu) với giá trị IC50 là 1,0 μg/mL và hoạt tính kháng khuẩn đối với chủng Streptococcus pyrogenes và Nippostrongylus braziliensis [2]. Tại thời đểm đó, Crews và cộng sự đã xác định cấu trúc hóa học của bengamide A (1) và B (2) bằng các phương pháp phổ. Hợp chất bengamide C (3) cũng được phân lập từ dịch chiết của loài hải miên này, tuy nhiên tại thời điểm đó cấu trúc hóa học của hợp chất chưa thể xác định vì không thu được ở dạng tinh khiết. Năm 1990 nhóm nghiên cứu của giáo sư Crews đã phân lập và xác định cấu trúc của các bengamide C – F (3-6) và đồng phân 6 isobengamide E (21) từ lượng lớn của loài hải miên này [10]. Hình 1.3. Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf. coriacea Sau sự phát hiện của nhóm nghiên cứu Crews, vào năm 1994 Amira Rudi và cộng sự cũng đã phân lập ra bengamide A(1) và B(2) từ loài hải miên Jaspis digonoxea thuộc vùng biển Nam Phi [11]. Năm 1997, từ loài hải miên Jaspis carteri thu được ở vùng biển New Caledonia, D´Auria và cộng sự đã phân lập được 7 hợp chất bengamide là bengamide A(1), B(2), bengamide G – J (7-10) và bengamide K(11)[12]. Hình 1.4. Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri Vào năm 1999, Groweiss và cộng sự đã phân lập từ dịch chiết nước của loài hải miên Jaspis sp. của Australia được 2 bengamide mới là bengamide Y (19) và bengamide Z (20). Khảo sát hoạt tính sinh học in vitro của bengamide Y (19) và Z (20) đối với 10 dòng tế bào ung thư, kết quả cho thấy Bengamides Y (19) và Z (20) thể hiện hoạt tính với các dòng tế bào ung thư như ung thư thần kinh (SNB-75, SNB-19), ung thư đại tràng (HCT-15, HCT-116), ung thư ác tính (MALME-3, LOX), ung thư phổi 7 (HOP-92, A549), ung thư buồng trứng (OVCAR-3) và ung thư thận (UO-31). Đặc biệt 2 hợp chất này thể hiện hoạt tính khác nhau giữa các dòng tế bào của 1 loại ung thư, ví dụ, cả Bengamides Y (19) và Z (20) đều không có hoạt tính với dòng tế bào ung thư thần kinh trung ương SNB-75 nhưng lại có hoạt tính với dòng tế bào ung thư thần kinh trung ương SNB-19 với giá trị IC50 tương ứng là 0,68 và 0,56 µg/ml [13]. Bảng 1.1. Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20) Bengamide Y (19): R1= H, R2= OH Bengamide Z (20): R1= CH3, R2= OH IC50 (µg/mL) Bengamide Y Bengamide Z >40 >40 SNB-75 0,68 0,56 SNB-19 4,0 HCT-116 0,8 >40 HCT-15 >40 4,4 2,1 LOX Dòng bào tế Dòng tế bào MALME-3 A549 HOP-92 OVCAR-3 UO-31 IC50 (µg/mL) Bengamide Y Bengamide Z >40 >40 4,8 4,1 >40 >40 4,6 0,52 9,9 7,2 Cùng năm 1999, Letourneux và cộng sự đã phân lập và xác định cấu trúc hóa học của một bengamide mới là bengamide L (12) và 4 bengamide đã biết là bengamide A (1), B (2), E (5) và F (6) từ loài hải miên Pachastrissa sp. thu thập tại vùng biển Djibouti [14]. Hình 1.5. Công thức cấu tạo của bengamide L(12) phân lập từ hải miên Pachastrissa sp. Vào năm 2001, hơn 15 năm sau khi phát hiện các bengamide đầu tiên, Crews và cộng sự tiếp tục nghiên cứu loài hải miên Japis cf. Coriacea thu thập tại quần đảo Fiji. Nhóm nghiên cứu đã phân lập được sáu bengamide mới M (13) – R (18) và 10 8 bengamide đã biết là A (1), B (2), E (5), F (6), G (7), H (8), I (9), L (12), Y (19) và Z (20) [15]. Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18) Kết quả thử hoạt tính chống ung thư đối với dòng ung thư vú MDA-MB-435 cho thấy bengamide A (1) và bengamide O (15) thể hiện hoạt tính mạnh nhất với IC50 tương ứng là 1 nM và 0,3 nM. Bảng 1.2. Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf. Coriacea trên dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435 Bengamide IC50 (µM) A (1) 0,001 ± 0,0006 B (2) 0,0024 ± 0,0008 E (5) 3,3 ± 1,2 Bengamide A (1): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)12CH3 F (6) 2,9 ± 2,9 Bengamide B (2): R1= CH3, R2= OCO(CH2)12CH3, R3= H M (13) 0,0101 ± 0,0021 O (15) 0,00029 0,0005 ± Bengamide E (5): R1= R2= R3= H Bengamide F (6): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)12CH3, Bengamide M (13): R1= CH3, R3= H, R2= OCO(CH2)11CH(CH3)2 Bengamide O (15): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)10CH(CH3)2 P (16) 1,2 ± 7,9 Bengamide P (16): R1= R2= H, R3 = CO(CH2)12CH3 Z (20) 2,9 ± 1,5 Bengamide Z (20): R1= CH3, R2= OH, R3= H Tiếp tục khảo sát hoạt tính sinh học của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf. Coriacea đối với 16 dòng tế bào ung thư khác nhau. Kết quả cho thấy chỉ có 9 bengamide A (1), B (2) và P (16) thể hiện hoạt tính mạnh nhất đối với cả 16 dòng tế bào ung thư với giá trị IC50 nằm trong khoảng 0,0019-6,00 µM [15]. Bảng 1.3. Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư Loại tế bào ung thư IC50 (µM) Bengamide A (1) Bengamide B (2) Bengamide P (16) NSCL: Ung thư phổi A549 0,019 0,0019 0,69 HOP92 0,200 0,0068 5,60 NCI-H522 0,060 0,0063 3,10 HCT 116 0,018 0,0024 0,73 HCT 15 0,260 0,130 2,80 COLO 205 0,018 0,025 0,30 SNB 75 0,190 0,063 3,30 SNB 19 0,024 0,0086 5,40 UACC 62 0,015 0,0052 2,50 LOX IMVI 0,023 0,0023 1,10 MALME-3M 0,180 0,022 6,00 OVCAR 3 0,010 0,010 4,00 OVCAR 3 0,007 0,0051 1,90 UO 31 0,370 0,025 0,99 786-0 0,024 0,0035 0,94 0,027 0,0073 3,10 0,046 ± 0,005 0,011 ± 0,001 2,7 ± 0,23 Ung thư Ruột kết Ung thư Thần kinh U ác tính Ung thư buồng trứng Ung thư thận Ung thư bạch cầu CCRF-CEM IC50 trung bình