Nghiên cứu cơ chế Colossolacton kết hợp Gefitinib trị ung thư bằng mô phỏng

Nghiên cứu cơ chế Colossolacton hỗ trợ Gefitinib điều trị ung thư. Luận văn ứng dụng mô phỏng động lực học phân tử để làm rõ tương tác và hiệu quả.

• Tác giả: Thái Chính Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thị Mai Dung
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Nghiên cứu cơ chế hỗ trợ điều trị ung thư của Colossolacton khi dùng kết hợp với Gefitinib bằng mô phỏng động lực học phân tử
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Colossolacton và cơ chế hoạt động

Colossolacton là một hợp chất tự nhiên có tiềm năng lớn trong điều trị ung thư. Nghiên cứu từ Trường Đại học Dược Hà Nội đã chứng minh hiệu quả của colossolacton khi kết hợp với Gefitinib thông qua mô phỏng động lực học phân tử. Gefitinib là thuốc ức chế tyrosin kinase được sử dụng rộng rãi để điều trị ung thư phổi. Cơ chế tác dụng của colossolacton dựa trên khả năng tương tác với thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) - một đích tiêu trong liệu pháp ung thư hiện đại. Sự kết hợp giữa hai hợp chất này tạo ra hiệu ứng synergistic, giúp tăng cường hiệu quả điều trị và giảm khả năng kháng thuốc.

1.1. Colossolacton là gì

Colossolacton là một hợp chất phức tạp được tìm thấy từ các nguồn tự nhiên với cấu trúc độc đáo. Các dẫn xuất colossolacton có khả năng gắn kết mạnh mẽ với các protein mục tiêu. Trong nghiên cứu tốt nghiệp năm 2025, nhóm tác giả đã phân tích 16 dẫn xuất colossolacton khác nhau để xác định hoạt tính sinh học tối ưu.

1.2. Vai trò Gefitinib trong điều trị ung thư

Gefitinib là thuốc ức chế tyrosin kinase chọn lọc EGFR được phê duyệt toàn cầu. Thuốc hoạt động bằng cách chặn tín hiệu tăng trưởng bất thường trong các tế bào ung thư. Tuy nhiên, sự kháng thuốc là thách thức lâu dài, do đó sự hỗ trợ từ colossolacton có ý nghĩa lâm sàng đáng kể.

II. Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử

Nghiên cứu này sử dụng mô phỏng động lực học phân tử (MD simulation) để hiểu chi tiết cơ chế tương tác giữa colossolacton và EGFR. Phương pháp này cho phép các nhà khoa học theo dõi chuyển động của nguyên tử theo thời gian thực tại mức độ phân tử. Docking phân tử được thực hiện trước để xác định các vị trí gắn tiềm năng của colossolacton tại hai túi quan trọng: túi gắn ATP và túi dị lập thể của EGFR. Sau đó, mô phỏng động lực học phân tử có định hướng (steered MD) được áp dụng để đánh giá độ ổn định và ái lực liên kết. Phương pháp lấy mẫu ô dù (umbrella sampling) giúp tính toán thế năng trung bình (PMF), cung cấp thông tin chi tiết về hàng rào năng lượng giữa trạng thái gắn kết và phân ly.

2.1. Docking phân tử và tương tác ban đầu

Docking phân tử xác định những vị trí gắn kết tối ưu của 16 dẫn xuất colossolacton trên cấu trúc EGFR. Các tính toán cho thấy các hợp chất này gắn kết ở hai vùng chính: túi ATP-binding và túi dị lập thể. Năng lượng tương tác (IE - Interaction Energy) được tính toán để đánh giá độ bền của phức hợp.

2.2. Động lực học phân tử và ổn định phức hợp

Mô phỏng MD kéo dài hàng nanosecond để theo dõi sự ổn định động lực của phức hợp ligand-protein. Phân tích RMSD và RMSF giúp xác định sự biến đổi cấu trúc. Colossolacton H được xác định là có độ ổn định cao nhất trong các dẫn xuất nghiên cứu.

III. Kết quả chính về colossolacton H và cơ chế điều biến dị lập thể

Kết quả nghiên cứu cho thấy colossolacton H là dẫn xuất có hiệu quả cao nhất trong việc hỗ trợ Gefitinib điều trị ung thư. Colossolacton H gắn kết tại vùng dị lập thể của EGFR ở trạng thái không hoạt động, từ đó điều biến hoạt động của thụ thể. Cơ chế này khác biệt so với Gefitinib, cho phép sự kết hợp có tính bổ sung cao. Phân tích chi tiết cho thấy colossolacton H tạo ra các liên kết hydrogene mạnh với các amino acid quan trọng trong JMD (Juxtamembrane Domain). Đặc biệt, sự tương tác với phần ngoại bào (ECD) của EGFR giúp ổn định cấu trúc bất hoạt của thụ thể, ngăn chặn sự hoạt hóa tự phát. Điều này giúp tăng cường hiệu quả ức chế tyrosin kinase của Gefitinib.

3.1. Đặc điểm tương tác của colossolacton H

Colossolacton H thiết lập các tương tác cụ thể với EGFR qua các liên kết hydrogene và tương tác Van der Waals. Phân tích cho thấy sự gắn kết ở vùng cận màng (JM) với ái lực cao. Cấu trúc colossolacton H cho phép sự định vị chính xác các nhóm chức năng trong túi gắn kết.

3.2. Cơ chế điều biến dị lập thể

Colossolacton H ổn định cấu trúc dị lập thể bất hoạt của EGFR, ngăn chặn quá trình chuyển đổi sang trạng thái hoạt động. Dữ liệu PMF (thế năng trung bình) cho thấy rào cản năng lượng cao để chuyển từ trạng thái bất hoạt sang hoạt động khi có mặt colossolacton.

IV. Ý nghĩa lâm sàng và triển vọng ứng dụng

Khám phá về cơ chế hỗ trợ Gefitinib của colossolacton mở ra triển vọng mới trong điều trị ung thư đặc biệt là ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC). Sự kết hợp giữa Gefitinib (ức chế kinase trực tiếp) và colossolacton H (ổn định trạng thái bất hoạt) tạo thành một chiến lược điều trị đa mục tiêu hiệu quả. Cơ chế này có khả năng giảm khả năng kháng thuốc thông qua việc ức chế các con đường bù khác. Nghiên cứu in silico này cung cấp cơ sở khoa học mạnh mẽ để thúc đẩy các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo. Các dẫn xuất colossolacton khác cũng được xác định với hoạt tính tiêm năng, mở ra khả năng tối ưu hóa tiếp theo.

4.1. Ứng dụng trong lâm sàng ung thư

Colossolacton H có tiềm năng được phát triển thành thuốc kết hợp với Gefitinib để điều trị ung thư phổi và các ung thư khác liên quan EGFR. Chiến lược này nhằm vượt qua kháng thuốc và cải thiện kết quả lâm sàng. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào xác thực kết quả in vitro và in vivo.

4.2. Hướng phát triển thuốc trong tương lai

Các dẫn xuất colossolacton tiếp theo có thể được tối ưu hóa để cải thiện độc tính hóa học, độ sinh khả dụng và tính chọn lọc EGFR. Phối hợp công nghệ tính toán với thực nghiệm sẽ tăng tốc độ phát triển thuốc kết hợp hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu bì 1. Mục tiêu chiến lược trong điều trị ung thư Thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu bì (Epidermal Growth Factor Receptor – EGFR) là một thụ thể tyrosin kinase quan trọng thuộc họ thụ thể ErbB, bao gồm EGFR (ErbB1), HER2 (ErbB2), HER3 (ErbB3) và HER4 (ErbB4) [14]. Thụ thể này tham gia điều hòa nhiều quá trình sinh học quan trọng như tăng sinh, biệt hóa và quyết định sự sống còn của tế bào [15].

Mặc dù EGFR đóng vai trò thiết yếu trong quá trình sinh lý, sự hoạt hóa bất thường hoặc đột biến của thụ thể này có liên quan đến nhiều loại ung thư, đặc biệt là ung thư phổi không tế bào nhỏ (Non-Small Cell Lung Cancer – NSCLC), ung thư vú và ung thư đại trực tràng (Hình 1. Sơ đồ khái quát con đường tín hiệu EGFR. Sự kích hoạt EGFR bắt đầu khi phối tử (như EGF hoặc TGF-α) liên kết với miền ngoại bào của thụ thể, dẫn đến quá trình dimer hóa, tự phosphoryl hóa và kích hoạt các con đường tín hiệu quan trọng như Ras/MAPK, PI3K/AKT và JAK/STAT. Sự rối loạn điều hòa các con đường này có thể thúc đẩy sự hình thành và tiến triển khối u [17].

2 EGFR là một mục tiêu quan trọng trong việc điều trị bệnh ung thư. Các đột biến soma và sự biểu hiện quá mức của EGFR trong tế bào ung thư tạo ra một "cửa sổ điều trị" thuận lợi để tấn công mục tiêu chọn lọc [18]. Một số chiến lược điều trị hiện nay bao gồm kháng thể đơn dòng, chất ức chế kinase, vắc-xin peptid ΔEGFR [19], và vận chuyển tác nhân gây độc tế bào thông qua EGFR [20]. Một trong những lý do quan trọng để chọn EGFR là bởi vị trí trung tâm trong mạng lưới tín hiệu ung thư.

Các con đường như Ras/MAPK và PI3K/AKT liên kết chặt chẽ với nhau thông qua các vòng phản hồi phức tạp, vì vậy việc định hướng mục tiêu từng thành phần riêng lẻ trở nên giảm hiệu quả do cơ chế bù trừ [21-23]. Chẳng hạn, ức chế PI3K/AKT có thể kích hoạt tín hiệu MAPK qua c-Raf, trong khi ức chế mTOR có thể dẫn đến tăng hoạt động của AKT thông qua p70S6K [21-23]. Trước những thách thức này, ức chế trực tiếp EGFR được xem là một chiến lược hiệu quả hơn trong việc gây gián đoạn tín hiệu thúc đẩy khối u ngay từ nguồn gốc. Với vai trò là một thụ thể bề mặt tế bào và là một kinase thường bị biểu hiện quá mức hoặc thay đổi về mặt di truyền trong ung thư, EGFR tiếp tục là một mục tiêu đầy hứa hẹn cho các biện pháp can thiệp điều trị [18].

Cấu trúc thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu bì Mỗi protein trong họ ErbB bao gồm một miền ngoại bào (Extracellular Domain – ECD) có đầu N được glycosyl hóa, chiều dài khoảng 620 acid amin và chứa vùng liên kết phối tử [24]. ECD được chia thành bốn miền (I–IV), trong đó miền I và III có cấu trúc beta-helix/solenoid, còn miền II và IV là các miền giàu cystein, chứa các mô-đun disulfid [25-30]. Một miền xuyên màng (Transmembrane Domain – TMD) kỵ nước liên kết vùng ngoại bào với vùng tế bào chất thông qua miền cận màng (Juxtamembrane Domain – JMD). Phân tích cấu trúc chi tiết cho thấy JMD bao gồm hai vùng: (a) vùng cận màng ngoại bào (extracellular Juxtamembrane – eJM) là một đoạn ngắn gồm bảy acid amin liên kết TMD với đầu C của miền IV thuộc ECD, và (b) vùng cận màng nội bào (intracellular Juxtamembrane – iJM) là vùng tách biệt TMD khỏi miền kinase (Hình 1.

Vùng nội bào của các protein ErbB chứa khoảng 540 acid amin, bao gồm một miền tyrosin kinase (Tyrosine Kinase Domain – TKD) và một đuôi đầu C (Carboxyterminal Tail – CTT) dài khoảng 230 acid amin [25], [32]. Đuôi đầu C chứa nhiều dư lượng tyrosin quan trọng trong quá trình phosphoryl hóa. Tuy nhiên, cấu trúc không gian ba chiều của vùng này vẫn chưa được xác định rõ ràng do tính linh hoạt cao [31]. Sơ đồ cấu trúc EGFR.

Chú thích: (a) Chuỗi đầy đủ của EGFR cho thấy miền ngoại bào (ECD) ở trạng thái mở, miền xuyên màng (TM) và miền kinase trong bào tương. Lưu ý khoảng cách giữa miền II và IV. Cánh tay dimer hóa của miền II mở để sẵn sàng cho tương tác dimer hóa. Miền IV gấp lại và tương tác với miền II.

Khi EGFR ở trạng thái đóng, cánh tay dimer hóa của miền II không khả dụng cho quá trình dimer hóa. Miền tyrosin kinase của EGFR được cấu thành bởi năm vùng bao gồm thùy đầu N, thùy đầu C, vùng bản lề, túi gắn ATP và túi dị lập thể (Hình 1. Đáng chú ý, thùy đầu N chứa vòng xoắn đầu C, được đánh giá là đóng vai trò thiết yếu trong quá trình kích hoạt EGFR, giúp protein chuyển đổi từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động [34]. Cả hai thùy đầu N và C được kết nối bởi một vùng bản lề mỏng, nơi có túi gắn ATP [35].

Thr790 được biết đến như một "cổng kiểm soát" của túi gắn ATP và có liên quan đến cơ chế kháng các thuốc ức chế tyrosin kinase (Tyrosine Kinase Inhibitors – TKIs) của EGFR, đặc biệt thông qua đột biến T790M. Đột biến T790M là một trong những đột biến phổ biến nhất, làm tăng ái lực của EGFR với ATP, khiến cho các chất ức chế cạnh tranh là TKIs bị giảm hiệu lực [33], [36]. 4 Túi dị lập thể nằm kế cận túi gắn ATP và chỉ xuất hiện khi vùng xoắn α-C di chuyển ra ngoài, đưa EGFR vào trạng thái không hoạt động [37]. Cầu muối Lys745 – Glu762 và DFG mô típ (bao gồm D855, F856 và G857) được cho là đóng vai trò quan trọng trong việc đóng kín túi dị lập thể, qua đó ổn định trạng thái hoạt động của EGFR [38].

Cấu trúc miền tyrosin kinase của EGFR. Kháng thể đơn dòng và thuốc ức chế tyrosin kinase Hiện tại, hai chiến lược thành công được áp dụng để ức chế EGFR là kháng thể đơn dòng (Monoclonal Antibodies – MAbs) và các thuốc ức chế tyrosin kinase (TKIs) [39]. Các kháng thể đơn dòng như Cetuximab [40] và Panitumumab [41] tấn công miền ngoại bào của EGFR, ngăn chặn sự gắn kết cuả yếu tố tăng trưởng biểu bì từ đó ngăn chặn quá trình kích hoạt thụ thể. Ngoài ra, một số MAbs có thể kích thích hệ miễn dịch loại bỏ tế bào ung thư thông qua cơ chế gây độc tế bào qua trung gian kháng thể (Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity – ADCC) [39].

5 Khác với MAbs, TKIs đặc hiệu trên miền kinase nội bào của EGFR, ức chế quá trình phosphoryl hóa thụ thể và chặn các con đường tín hiệu hạ nguồn [2]. Đến nay, bốn thế hệ EGFR-TKIs đã được phát triển để điều trị NSCLC [42]. Cấu trúc của một số đại diện EGFR-TKIs các thế hệ. Chú thích: Các EGFR-TKIs thế hệ thứ nhất, thứ hai, thứ ba được biểu diễn với ngày phê duyệt ban đầu của FDA tương ứng, trong đó thế hệ thứ hai và thứ ba là các chất ức chế không thể đảo ngược.

Các nhóm chức đóng vai trò là "đầu đạn" cộng hóa trị chịu trách nhiệm cho cơ chế gắn kết không thuận nghịch được đánh dấu bằng màu đỏ. 6 TKIs thế hệ thứ nhất, bao gồm Gefitinib [43-45] (được FDA phê duyệt năm 2003), Erlotinib [46], Lapatinib [47] và Icotinib [48], có cấu trúc dựa trên nền là khung quinazolin, liên kết thuận nghịch với túi gắn ATP trong miền kinase của EGFR, từ đó ngăn cản quá trình phosphoryl hóa và ức chế tín hiệu hạ nguồn [49], [50]. TKIs thế hệ thứ hai được thiết kế với các sửa đổi ở chuỗi bên, cho phép liên kết cộng hóa trị không thuận nghịch với Cys797, dẫn đến sự bất hoạt của enzym [49]. Các đại diện tiêu biểu như Afatinib [51] và Dacomitinib [52] có hoạt tính mạnh hơn so với TKIs thế hệ thứ nhất, đồng thời ức chế cả HER2 và HER4 [50].

TKIs thế hệ thứ ba được phát triển dựa trên cấu trúc aminopyrimidin mới, giúp chọn lọc các đột biến EGFR, đặc biệt là đột biến T790M, thông qua liên kết cộng hóa trị không thuận nghịch với miền kinase [49], [53]. Các đại diện nổi bật bao gồm Osimertinib [54], Rociletinib [55], Olmutinib [56], Mobocertinib [57] và Avitinib [58], [59]. Gần đây, các nghiên cứu tiên tiến đang tập trung phát triển TKIs thế hệ thứ tư nhằm vượt qua các đột biến kháng thuốc như C797S, T790M và L858R [3]. Không giống các thế hệ trước, những chất ức chế này hoạt động như thuốc ức chế dị lập thể EGFR thay vì cạnh tranh với ATP tại miền kinase [60], [61].

Năm 2019, EAI-045 được xác định là chất ức chế EGFR dị lập thể đầu tiên [62]. Hiện nay, một số chất ức chế thế hệ thứ tư đang trong quá trình phát triển, bao gồm BLU-945 (định hướng tấn công các đồng đột biến EGFR T790M/C797S) và TQB-3804 (có khả năng chọn lọc các đồng đột biến EGFR T790M/C797S, L858R/T790M/C797S và L858R/T790M) [63]. Mặc dù đầy hứa hẹn, nhưng cho đến nay, chưa có EGFR-TKIs thế hệ thứ tư nào được phê duyệt để sử dụng trong lâm sàng [64]. Cấu trúc của một số đại diện TKIs thế hệ thứ nhất, thứ hai và thứ ba đã được FDA phê duyệt cùng với thế hệ thứ tư đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng được thể hiện trong Hình 1.

Các hợp chất colossolacton và ứng dụng Các sản phẩm từ thiên nhiên từ lâu đã được công nhận là một nguồn tài nguyên dồi dào trong ngành dược phẩm, đóng vai trò quan trọng trong công cuộc đổi mới và phát triển thuốc. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số hợp chất có nguồn gốc tự nhiên có thể ức chế hiệu quả các ung thư có đột biến thông qua điều hòa các con đường tín hiệu liên quan đến EGFR [65-67]. Trong bối cảnh các hợp chất tổng hợp có thể gây ra tác dụng phụ và thúc đẩy cơ chế kháng thuốc ở miền tyrosin kinase của EGFR, việc khai thác và phát triển các EGFR-TKIs có nguồn gốc từ thiên nhiên trở thành một hướng đi đầy hứa hẹn, đặc biệt đối với các quốc gia sở hữu nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú như Việt Nam. 7 Các loài nấm dược liệu thuộc chi Ganoderma trong họ Ganodermataceae đã được ứng dụng từ lâu trong y học cổ truyền châu Á, tiêu biểu là Ganoderma lucidum (nấm linh chi) (Hình 1.

Thành phần hóa học của Ganoderma đã được nghiên cứu rộng rãi, trong đó các triterpenoid thuộc nhóm lanostan được xác định là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp quan trọng với nhiều hoạt tính sinh học [69]. Trong số đó, Ganoderma colossum (Hình 1. Các nghiên cứu trước đây của Isaka và cộng sự [75], [76] đã cho thấy G. colossum là một nguồn triterpenoid phong phú với tính đa dạng về cấu trúc và hoạt tính sinh lý.