Tài liệu Tổng hợp và thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư của một số dẫn chất n hydroxybenzamid mang khung quinazolin 4(3h) on

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRẦN DIỄM HƢƠNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT N-HYDROXYBENZAMID MANG KHUNG QUINAZOLIN-4(3H)-ON LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC HÀ NỘI 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRẦN DIỄM HƢƠNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT N-HYDROXYBENZAMID MANG KHUNG QUINAZOLIN-4(3H)-ON LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƢỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ THUỐC MÃ SỐ: 8720202 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Thị Thuận 2. NCS. Đoàn Thanh Hiếu HÀ NỘI 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè và một số tổ chức trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cho đến nay khi luận văn đã hoàn thiện, tôi xin phép đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến họ. Đầu tiên từ tận đáy lòng mình, tôi xin phép đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.TS. Nguyễn Hải Nam, TS. Nguyễn Thị Thuận và NCS. Đoàn Thanh Hiếu – Bộ môn Hóa Dƣợc – Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội, những ngƣời thầy đã tận tình dạy dỗ, hƣớng dẫn và dìu dắt tôi trong suốt chặng đƣờng khó khăn khi thực hiện đề tài này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa Dƣợc – Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Hóa – Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa Dƣợc – Đại học Quốc gia Chungbuk – Hàn Quốc, phòng nghiên cứu cấu trúc – Đại học Quốc gia Seoul – Hàn Quốc đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin đƣợc cảm ơn các anh, chị, các bạn và các em cùng nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dƣợc – Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội, cũng nhƣ cảm ơn tập thể lớp CH21 đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến em Dƣơng Tiến Anh, em Nguyễn Minh Tuấn là những ngƣời bạn ở bên tôi lúc vui buồn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, ngƣời thân và bạn bè đã quan tâm, động viên khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất cả những tình cảm và sự giúp đỡ mà ngƣời thân và bạn bè đã dành tặng cho tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày 4 tháng 4 năm 2018 Học viên Trần Diễm Hƣơng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ, CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................2 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) ..................................................................2 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase (HDAC) ....................................................2 1.1.2. Phân loại các HDAC ....................................................................................3 1.1.3. Cấu trúc enzym HDAC và cơ chế deacetyl hóa ............................................4 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC..............................................................................5 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC .................................................................5 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC ............................................................6 1.2.3. Liên quan cấu trúc tác dụng của các chất ức chế HDAC ............................7 1.3. QUINAZOLIN-4(3H)-ON VÀ DẪN CHẤT ......................................................9 1.3.1. Tác dụng sinh học .........................................................................................9 1.3.2. Phương pháp tổng hợp ...............................................................................12 1.4. MỘT SỐ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRONG NƢỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI ...........13 1.4.1. Thay đổi nhóm khóa hoạt động ..................................................................13 1.4.2. Thay đổi cầu nối .........................................................................................14 1.5. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP ACID HYDROXAMIC ...................................15 1.5.1. Tổng hợp acid hydroxamic từ ester ............................................................15 1.5.2. Tổng hợp acid hydroxamic từ acid carboxylic ...........................................16 Chƣơng 2. NGUYÊN VẬT LIỆU,THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................................18 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU,THIẾT BỊ ......................................................................18 2.1.1. Hóa chất ......................................................................................................18 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ .........................................................................................19 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................19 2.2.1. Tổng hợp hóa học .......................................................................................19 2.2.2. Thử tác dụng sinh học của các chất vừa tổng hợp được ............................20 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................20 2.3.1. Tổng hợp hóa học........................................................................................20 2.3.2. Xác định cấu trúc của các dẫn chất tổng hợp được ...................................21 2.3.3. Thử tác dụng sinh học .................................................................................21 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................24 3.1. HOÁ HỌC ..........................................................................................................24 3.1.1. Tổng hợp hoá học .......................................................................................24 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết .................................................................................40 3.1.3. Khẳng định cấu trúc ...................................................................................41 3.2. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC .........................................................................46 3.2.1. Thử tác dụng ức chế HDAC ........................................................................46 3.2.2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro ...............................................47 Chƣơng 4. BÀN LUẬN ...........................................................................................49 4.1. TỔNG HỢP HOÁ HỌC.....................................................................................49 4.2. KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC .............................................................................52 4.3. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC .........................................................................56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................58 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ, CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 13 C-NMR : Carbon-13 nuclear magnetic resonance (Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân carbon) 1 H-NMR : Proton nuclear magnetic resonance (Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton) AcOH : Acid acetic ADN : Acid desoxyribonucleic CU : Connecting unit (Nhóm liên kết) d : Doublet (Vạch đôi trong phổ NMR) DCM : Dicloromethan dd : Doublet of doublet (Vạch mũi đôi 2 lần trong phổ NMR) DMF : Dimethylformamid DMSO : Dimethylsulfoxid DMSO-d6 : Dimethylsulfoxid deuteri hóa ESI : Electrospray ionization (Ion hóa phun bụi điện tử) FBS : Fetal bovine serum (Huyết thanh bào thai bò) FDA : U.S. Food and Drug Administration (Cục quản lý Thực phẩm và Dƣợc phẩm Mỹ) H (%) : Hiệu suất HAT : Histon acetyltransferase HDAC : Histon deacetylase HDACi : Histon deacetylase inhibitors (Các chất có tác dụng ức chế HDAC) IC50 : The half maximal inhibitory concentration (Nồng độ ức chế 50%) IR : Infrared (Hồng ngoại) J : Hằng số ghép cặp trong phổ NMR. KRIBB : Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (Viện nghiên cứu Sinh học và Công nghệ sinh học Hàn Quốc) m : Multiplet (Đa vạch trong phổ NMR) MeCN : Acetonitril MeOH : Methanol MS : Mass spectrometry (Phổ khối lƣợng) NAD+ : Nicotinamid adenin dinucleotide NCI-H23 : Dòng tế bào ung thƣ phổi NST : Nhiễm sắc thể PC-3 : Dòng tế bào ung thƣ biểu mô tuyến tiền liệt ngƣời Rf : Hệ số lƣu giữ trong TLC s : Singlet (Vạch đơn trong phổ NMR) SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic SRG : Surface recognition group (Nhóm nhận diện bề mặt) SW620 : Dòng tế bào ung thƣ đại tràng ngƣời t : Triplet (Vạch ba trong phổ NMR) tºnc : Nhiệt độ nóng chảy THF : Tetrahydrofuran TLC : Thin layer chromatography (Sắc ký lớp mỏng) TMS : Tetramethylsilan TSA : Trichostatin A UV : Ultraviolet (Tử ngoại) ZBG : Zinc binding group (Nhóm kết thúc gắn kẽm) δ (ppm) : Độ dịch chuyển hóa học (phần triệu) trong phổ NMR ν : Dao động hóa trị trong phổ IR DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Chỉ số lý hóa và hiệu suất tổng hợp các acid hydroxamic từ ester. ........ 39 Bảng 3.2. Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (tonc) của các chất IVa-h ...................... 40 Bảng 3.3. Kết quả phân tích phổ IR của các dẫn chất IVa-h .................................. 41 Bảng 3.4. Kết quả phân tích phổ MS của các dẫn chất IVa-h ................................. 42 Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các dẫn chất IVa-h ........................ 43 Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của các dẫn chất IVa-h ....................... 45 Bảng 3.7. Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất IVa-h ................. 46 Bảng 3.8. Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các dẫn chất IVa-h ..... 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc của nucleosom và vai trò của HAT, HDAC. ............................... 2 Hình 1.2. Bảng phân loại các HDAC. ........................................................................ 3 Hình 1.3. Phức hợp HDAC-8 và acid hydroxamic. .................................................... 4 Hình 1.4. Phân loại các chất ức chế HDAC. ............................................................. 6 Hình 1.5. Cấu trúc của SAHA tương ứng với cấu trúc chung của các HDACi. ........ 7 Hình 1.6. Cấu trúc apicidin và azumamid E. ............................................................. 7 Hình 1.7. Cấu trúc nhóm hợp chất 6-alkylamino- và 2,3-dihydro-3’-methoxy-2phenyl-4-quinazolinon............................................................................................... 10 Hình 1.8. Cấu trúc nhóm hợp chất 6-pyrolidinyl-2-(2-subtituted phenyl)-4quinazolinon. ............................................................................................................. 10 Hình 1.9. Cấu trúc hợp chất 2-(naphtalen-1-yl)-6-pyrolidinyl-4-quinazolinon. ..... 11 Hình 1.10. Cấu trúc của hợp chất Ratitrexed. ......................................................... 11 Hình 1.11. Cấu trúc của hợp chất Methaqualon ...................................................... 12 Hình 1.12. Các dẫn chất N-hydroxyfurylacrylamid. ................................................ 13 Hình 1.13. Dẫn chất N1-((5-bromo-2-thiopheneyl)methyl)-N7-hydroxy-N1-(4methoxyphenyl) heptanediamid. ................................................................................ 14 Hình 1.14. Cấu trúc của các chất tương tự SAHA có nhóm thế tại C7.................... 14 Hình 1.15. Cấu trúc HPOB trong nghiên cứu của Lee J.H. và cộng sự. ................. 15 Hình 4.1. Phổ hồng ngoại IR của dẫn chất IVa ....................................................... 53 Hình 4.2. Phổ khối lượng MS của dẫn chất IVa ...................................................... 53 Hình 4.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của chất IVa .............................. 54 Hình 4.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR của chất IVa ............................. 55 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Phản ứng tổng hợp của Niementowski V. ................................................ 13 Sơ đồ 1.2. Phản ứng tổng hợp của Patel V.S và Patel S.R. ...................................... 13 Sơ đồ 1.3. Tổng hợp một số dẫn chất amid ngược của SAHA. ................................. 15 Sơ đồ 1.4. Tổng hợp acid biaryl hydroxamic............................................................ 16 Sơ đồ 1.5. Tổng hợp các acid phenylthiazol hydroxamid ......................................... 16 Sơ đồ 3.1. Quy trình tổng hợp chung của các dẫn chất IVa-h ................................. 24 Sơ đồ 3.2. Quy trình tổng hợp chất IIa..................................................................... 24 Sơ đồ 3.3. Quy trình tổng hợp chất IIIa. .................................................................. 25 Sơ đồ 3.4. Quy trình tổng hợp dẫn chất VIa. ........................................................... 26 Sơ đồ 3.5. Qui trình tổng hợp chất IVb. ................................................................... 28 Sơ đồ 3.6. Qui trình tổng hợp chất IVc. ................................................................... 29 Sơ đồ 3.7. Qui trình tổng hợp chất IVd. ................................................................... 31 Sơ đồ 3.8. Qui trình tổng hợp chất IVe. ................................................................... 33 Sơ đồ 3.9. Qui trình tổng hợp chất IVf. .................................................................... 34 Sơ đồ 3.10. Qui trình tổng hợp chất IVg. ................................................................. 36 Sơ đồ 3.11. Qui trình tổng hợp chất IVh. ................................................................. 38 Sơ đồ 4.1. Cơ chế phản ứng đóng vòng quinazolin. ................................................. 49 Sơ đồ 4.2. Cơ chế phản ứng alkyl hóa ...................................................................... 50 Sơ đồ 4.3. Cơ chế phản ứng tạo acid hydroxamic. ................................................... 51 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, cùng những thành tựu mang tính đột phá trong lĩnh vực sinh học thì hiểu biết về chức năng và hoạt động của cơ thể sống ở mức độ tế bào, mức độ phân tử ngày càng đƣợc làm rõ. Các thuốc chống ung thƣ mới ra đời hầu hết đều bắt nguồn từ mục tiêu phân tử nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm độc tính so với các phƣơng pháp cổ điển nhƣ hóa trị hay xạ trị. Một số đích tác dụng mà các thuốc chống ung thƣ hiện nay đang hƣớng đến nhƣ các protein kinase, protein gây ung thƣ Bcl-2, HAT, HDAC… trong đó đích HDAC đang mở ra nhiều triển vọng. Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự huy động quá mức các HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã, làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thƣ [18], [26]. Hiện nay, trong các chất ức chế HDAC đƣợc tổng hợp và công bố, nhóm các dẫn chất của acid hydroxamic có hoạt tính khá tốt trong đó điển hình là SAHA (Zolinza®) là chất ức chế enzym HDAC đầu tiên đƣợc FDA cấp phép lƣu hành năm 2006 cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) [8]. Sau đó là belinostat (Beleodaq®), gần đây nhất panobinostat (Farydax®) cũng đƣợc FDA cấp phép sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thƣ. Theo hƣớng tiếp cận này, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dƣợc - Đại học Dƣợc Hà Nội cũng đã thiết kế, tổng hợp, thử hoạt tính và công bố nhiều dãy chất dẫn xuất acid hydroxamic hƣớng ức chế HDAC có hoạt tính kháng tế bào ung thƣ tốt [1], [32], [33]. Một số bài báo gần đây của nhóm nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng khung quinazolin-4(3H)-on thay cho vòng phenyl trong cấu trúc của SAHA để làm nhóm khóa hoạt động. Nhiều chất đã thể hiện tác dụng ức chế HDAC tốt hơn SAHA từ vài lần đến vài chục lần. Trên cơ sở các nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Tổng hợp và thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của một số dẫn chất N-hydroxybenzamid mang khung quinazolin-4(3H)-on” với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp đƣợc 8 dẫn chất N-hydroxybenzamid mang khung quinazolin-4(3H)on. 2. Thử tác dụng ức chế HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thƣ của các chất tổng hợp đƣợc. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase (HDAC) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc của nhiễm sắc thể (NST) đóng một vai trò quan trọng trong điều hòa biểu hiện gen [5], [13]. NST là những phức hợp đại phân tử đƣợc cấu tạo từ 3 thành phần chính là ADN, histon và protein không phải histon [13]. Cấu trúc cơ bản của NST là nucleosom, gồm một lõi protein octamer hình đĩa của các histon (1 tetramer H3/H4 và 2 dimer H2A/H2B) đƣợc quấn quanh bởi 146 cặp nucleotid của một đoạn ADN [11], [23]. Các cặp histon có cấu trúc 2 phần quan trọng: đầu C nằm bên trong lõi, đầu N nằm bên ngoài nucleosom với acid amin kết thúc là lysin. Đầu N đặc biệt là ở H3, H4 là đích của nhiều biến đổi trong quá trình phiên mã nhƣ acetyl/deacetyl hóa, methyl hóa, phosphoryl hóa. Hình 1.1. Cấu trúc của nucleosom và vai trò của HAT, HDAC. Histon có hai dạng tồn tại là acetyl hóa hoặc deacetyl hóa đƣợc chuyển hóa qua nhau nhờ 2 enzym là histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC). Ở dạng acetyl hóa dƣới xúc tác của HAT, điện tích dƣơng nhóm ε-NH2 của lysin ở đầu N của histon bị trung hòa, NST đƣợc tháo xoắn, quá trình phiên mã đƣợc xảy ra [19]. Ngƣợc lại, ở dạng deacetyl hóa dƣới tác dụng của HDAC, histon 2 tích điện dƣơng lớn ở đầu N, tƣơng tác mạnh với ADN, đóng xoắn NST, ngăn cản quá trình phiên mã [18] (xem hình 1.1). 1.1.2. Phân loại các HDAC Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định đƣợc 18 loại HDAC có mặt ở con ngƣời và chúng đƣợc chia thành 4 nhóm [10], [11], [31]: - Nhóm I: HDAC-1, HDAC-2, HDAC-3, HDAC-8. - Nhóm II: HDAC-4, HDAC-5, HDAC-6, HDAC-7, HDAC-9, HDAC-10. - Nhóm III: Sirtuin 1-7. - Nhóm IV: HDAC-11. Hình 1.2. Bảng phân loại các HDAC. Nhóm I, II và IV đƣợc coi là những HDAC “kinh điển” là những enzym phụ thuộc Zn2+. Vị trí xúc tác của chúng có dạng túi với một ion Zn2+ ở đáy nên những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với Zn2+ nhƣ các acid hydroxamic. Nhóm III là những sirtuin không bị ức chế bởi những hợp chất nhƣ vậy vì chúng có cơ chế hoạt động khác là phụ thuộc vào NAD+ [20]. 3 1.1.3. Cấu trúc enzym HDAC và cơ chế deacetyl hóa Bằng phƣơng pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X, ngƣời ta xác định đƣợc cấu trúc tinh thể của các HDAC khác nhau. Hình 1.3. Phức hợp HDAC-8 và acid hydroxamic. Nhìn chung, các cấu trúc của chúng đều tƣơng tự nhau, bao gồm 2 phần chính là ion Zn2+ và kênh enzym: + Ion Zn2+ là coenzym của HDAC, nằm dƣới đáy kênh enzym và cũng là thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với phần đuôi histon qua liên kết phối trí. Trong phân tử HDAC ion Zn2+ có thể tạo 4 liên kết phối trí với các acid amin và 1 liên kết phối trí với nguyên tử oxy của nhóm acetyl của acetyl lysin ở đầu N của histon từ đó xúc tác tách loại nhóm acetyl. Thƣờng các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào càng mạnh [40]. Nhƣ acid hydroxamic, ức chế HDAC bằng cách tạo hai liên kết phối trí với Zn2+ qua 2 nguyên tử oxy của nó (xem hình 1.3). + Kênh enzym có dạng túi hình ống hẹp, là nơi chứa cơ chất và tham gia liên kết Van der Waals với cơ chất, đƣợc cấu tạo bởi các acid amin thân dầu đặc biệt là các acid amin có nhân thơm nhƣ: Phe, Tyr, Pro, His. Nó có cấu trúc khá linh động có thể thay đổi kích thƣớc để phù hợp với cơ chất. Miệng túi có một vài vòng xoắn protein để tƣơng tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDAC. Đáy túi có một vài phân tử nƣớc, có nhiệm vụ vận chuyển nhóm acetyl trong phản ứng deacetyl hóa và 4 tạo liên kết hydro khi không có -OH của Tyr. Các hợp chất hydroxamic có chiều dài cầu nối khoảng 5-6 liên kết carbon là tối ƣu với chiều dài của kênh [40]. 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng HDAC liên quan đến nhiều giai đoạn điều hòa cơ bản của quá trình sinh học trong tế bào ung thƣ nhƣ chu trình tế bào, chu trình biệt hóa, chu trình chết theo chƣơng trình [19]. Do vậy, mục tiêu phân tử HDAC là một hƣớng nghiên cứu đầy triển vọng của nhiều thuốc điều trị ung thƣ mới trong đó có các chất ức chế HDAC. 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC Dựa vào cấu trúc hóa học, các chất ức chế HDAC đƣợc chia thành 6 nhóm: các acid hydroxamic, các acid carboxylic mạch ngắn, các peptid vòng, các aminobenzamid, các epoxyceton và các phân tử lai [37], [46] (xem hình 1.4). Mỗi nhóm chất ức chế HDAC đều có những ƣu nhƣợc điểm riêng, trong đó nhóm acid hydroxamic bị nhanh thải trừ, tác dụng ức chế HDAC không chọn lọc nhƣng có ƣu điểm là ức chế ở nồng độ rất thấp (cỡ nM) và cấu trúc đơn giản [11], [24]. Năm 1990, trichostatin A (TSA) là chất đầu tiên thuộc nhóm acid hydroxamic đƣợc tìm thấy có tác dụng ức chế HDAC bởi Yosida và cộng sự [11]. Sau đó, SAHA (vorinostat) với cấu trúc tƣơng tự TSA là chất ức chế HDAC đầu tiên đƣợc FDA phê duyệt cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) [14]. Cho đến nay, FDA đã cấp phép lƣu hành trên thị trƣờng 3 thuốc có tác dụng ức chế HDAC trong điều trị ung thƣ bao gồm: SAHA (2006), belinostat (2014) và panobinostat (2015). 5 Hình 1.4. Phân loại các chất ức chế HDAC. 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Dựa trên cấu trúc của SAHA, các chất ức chế HDAC thƣờng bao gồm 3 phần chính [16] (xem hình 1.5): - Nhóm nhận diện bề mặt hay còn gọi là nhóm khóa hoạt động (Capping group - SRG): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thƣờng tham gia vào quá trình nhận diện với bề mặt amino acid của enzym. - Vùng cầu nối (Linker): thƣờng là các nhóm sơ nƣớc, gồm các hydrocarbon thân dầu mạch thẳng hoặc vòng, có thể no hoặc không no, có vai trò tạo liên kết Van der Waals với kênh enzym, tạo nên tƣơng tác với các thành phần nằm trên kênh và giúp cho cơ chất cố định trong kênh. - Nhóm kết thúc gắn với kẽm (Zinc binding group - ZBG): có thể là acid hydroxamic, các thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, mercaptoceton... Nhóm kết thúc gắn với kẽm tham gia tạo tƣơng tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC. 6 Hình 1.5. Cấu trúc của SAHA tương ứng với cấu trúc chung của các HDACi. 1.2.3. Liên quan cấu trúc tác dụng của các chất ức chế HDAC 1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhóm nhận diện bề mặt Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt có ảnh hƣởng rất nhiều đến hoạt tính của các chất ức chế HDAC. Những phân tử không có nhóm nhận diện bề mặt kị nƣớc thì có hoạt tính yếu [42]. Trong một nghiên cứu vào năm 2006 của nhóm tác giả Juvale [25] cho thấy, sự có mặt của nhóm phenyl hay thêm một nhóm thế trên cầu nối ở vị trí sát với nhóm phenyl trong nhóm nhận diện bề mặt sẽ góp phần làm tăng hoạt tính. Ngƣợc lại, khi có nhóm thế sát nhóm acid hydroxamic thì gây bất lợi cho hoạt tính. Tƣơng tự nhóm phenyl, các nhóm chức và cấu trúc giàu mật độ electron ở nhóm nhận diện bề mặt đều góp phần làm tăng hoạt tính. Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt và sự tƣơng ứng cấu trúc miệng túi enzym HDAC còn tạo nên tính chọn lọc của các chất ức chế HDAC. Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Di Micco S. đã giải thích sự ức chế chọn lọc của các hợp chất cyclopeptid thiên nhiên mang vòng lớn (azumamid E và apicidin) trên HDAC nhóm I (xem hình 1.6) [12]. O O O O N OH HN NH HN NH HN O O O O NH HN O O Azumamid E N Apicidin O Hình 1.6. Cấu trúc apicidin và azumamid E. 7 Nhóm đã chứng minh rằng các hợp chất mang vòng lớn nhƣ cyclopeptid cần không gian lớn trong kênh enzym để tƣơng tác. Với kích thƣớc đƣờng kính miệng túi là 11 Å, các HDAC nhóm I dễ dàng cho nhóm nhận diện bề mặt cồng kềnh của các cyclopeptid vào, tƣơng tác tạo liên kết bền vững giữa các chất ức chế HDAC với kênh enzym. Còn với các HDAC nhóm II, do bề mặt enzym lại chứa các phân tử cồng kềnh, khó tạo liên kết với các hợp chất vòng lớn [12]. 1.2.3.2. Ảnh hưởng của cầu nối Trung tâm hoạt động của các HDAC là dạng túi kỵ nƣớc, có chiều dài từ miệng túi đến ion Zn2+ ở đáy túi là 4-6 C, do vậy các chất ức chế HDAC có vùng cấu nối dài tƣơng ứng sẽ cho hoạt tính tốt hơn [20]. Trong một nghiên cứu của công ty TopoTarget (Anh), khi thiết kế và tổng hợp gần 40 dẫn chất amid ngƣợc (AH8) của SAHA cũng đã chỉ ra khi cầu nối 5-6 C thì hoạt tính của chúng đạt đƣợc là tối ƣu [2]. 1.2.3.3. Ảnh hưởng cúa nhóm kết thúc gắn kẽm (ZBG) - Cấu trúc ZBG Năm 2005, khi nghiên cứu cấu trúc của vùng chứa ion Zn2+ trong HDAC, Vanommeslaeghe K. và cộng sự thấy rằng, vùng này chứa 1 gốc Tyr và 2 nhóm His-Asp [43]. Từ đó, tác giả đã đƣa ra cấu trúc của nhóm kết thúc gắn với kẽm trong phân tử chất ức chế HDAC gồm 5 phần: + Phần A: mang đôi electron không liên kết, có khả năng tạo liên kết hydro với H trong nhóm OH của tyrosin, đồng thời tạo liên kết chelat với ion Zn2+. Tuy nhiên A cũng có thể chứa hydro (để nhận điện tử từ oxy trong nhóm phenol của tyrosin tạo liên kết hydro). + Phần B: nối ZBG với vùng cầu nối, do đó B phải tạo ít nhất 3 liên kết. + Phần C: chứa hydro linh động, tạo liên kết hydro với His132. + Phần D: là nhóm cho proton cho His131, tạo liên kết tĩnh điện với His131 và liên kết chelat mạnh với Zn2+. + Phần L: vùng cầu nối. 1.2.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố khác - Năng lƣợng solvat hóa của phân tử tăng, hoạt tính ức chế HDAC giảm [46]. 8 - Các phân tử thân dầu thƣờng có hoạt tính tốt, tuy nhiên kích thƣớc phân tử quá lớn sẽ bất lợi với hoạt tính [25]. Khi phân tử thuốc quá thân dầu hoặc chứa quá nhiều vòng 6 cạnh sẽ tạo hiệu ứng không gian, do vậy hoạt tính của chất sẽ giảm [7]. Những chất có tính thân dầu - thân nƣớc cân bằng thƣờng có lợi cho hoạt tính của các chất ức chế HDAC-6 [27]. - Phân tử có xu hƣớng cầu hóa sẽ làm thu nhỏ vùng cho dung môi thâm nhập do các nhóm thân nƣớc bị che khuất. Cấu trúc phân tử càng có xu hƣớng “mở”, hoạt tính ức chế HDAC sẽ tăng [45]. - Phân tử ở dạng gấp khúc là điều kiện tiên quyết cho tác dụng ức chế chọn lọc HD1-A (tƣơng đồng HDAC nhóm II). Ngƣợc lại, khi phân tử ở dạng thẳng lại cho tác dụng ức chế chọn lọc trên HD1-B (tƣơng đồng HDAC nhóm I) [36]. 1.3. QUINAZOLIN-4(3H)-ON VÀ DẪN CHẤT Quinazolin-4(3H)-on là nhóm chất đƣợc quan tâm nhiều nhất trong hệ vòng quinazolin - một hệ dị vòng thuộc họ benzodiazepin, cấu trúc gồm một vòng benzen ngƣng tụ với một vòng pyrimidin với nguyên tử nitơ nằm ở vị trí số 1 và 3. Các dẫn xuất của quinazolin-4(3H)-on cũng đƣợc biết là có tác dụng sinh học : kháng khuẩn, kháng virus, chống viêm, và chống ung thƣ . 1.3.1. Tác dụng sinh học * Tác dụng chống ung thƣ Về tác dụng chống ung thƣ, trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu khoa học của các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on. Tác giả Mann-Jen Hour và các cộng sự đã công bố kết quả về tổng hợp và thử tác dụng gây độc tế bào của 6-alkylamino- và 2,3-dihydro-3’-methoxy-2phenyl-4-quinazolinon và các hợp chất liên quan. Dựa trên cấu trúc khung của các tác giả đã tổng hợp đƣợc 18 dẫn chất. Trong đó các hợp chất có R6 là các nhóm thế dị vòng chứa N; R7 = R2’ = R4’ = R5’ = H; và R3’ = -OCH3 có hoạt tính kháng tế bào ung thƣ rất tốt ở cả 9 dòng tế bào ung thƣ thử nghiệm với giá trị EC50 < 1,0 g/mL [30]. 9 Hình 1.7. Cấu trúc nhóm hợp chất 6-alkylamino- và 2,3-dihydro-3’-methoxy-2phenyl-4-quinazolinon. Năm 2007, tác giả Mann-Jen Hour và các cộng sự tiếp tục nghiên cứu về dẫn chất 6-pyrrolidinyl-2-(2-subtituted phenyl)-4-quinazolinon. Nhóm hợp chất tổng hợp đƣợc cho tác dụng tốt đối với việc ức chế sự phát triển của tế bào ung thƣ máu ở ngƣời và ở chuột thử nghiệm với giá trị EC50 từ 0,30 Trong đó, nhóm thế R là -F, -Cl, -N(CH3)2 cho hoạt tính kháng tế bào ung thƣ cao nhất [29]. R = F, Cl, OCF3, OH, OCH3, OC2H5, N(CH3)2 Hình 1.8. Cấu trúc nhóm hợp chất 6-pyrolidinyl-2-(2-subtituted phenyl)-4quinazolinon. Năm 2011, tác giả Yang C.Wu và cộng sự tiến hành thử hoạt tính chống khối u của 2-(naphtalen-1-yl)-6-pyrrolidinyl-4-quinazolinon trên các dòng tế bào ung thƣ ngƣời. Kết quả cho thấy hợp chất này có hoạt tính sinh học cao trên 3 dòng tế bào ung thƣ với các giá trị IC50 nhƣ sau : tế bào ung thƣ phổi (IC50 = 0,053 0,006 M), tế bào ung thƣ vòm họng (IC50 = 0,041 0,083 , tế bào ung thƣ biểu bì (IC50 = [47]. 10