Đánh giá tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol

Bài viết tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng ung thư của dẫn chất n-hydroxyheptanamid mới, mang khung benzimidazol, hướng ức chế histon deacetylase.

• Tác giả: Bùi Xuân Trường
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Hải Nam
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dược Phẩm Và Bào Chế Thuốc
• Đề tài: Đánh Giá Tác Dụng Kháng Ung Thư Của Dẫn Chất N-Hydroxyheptanamid Mới Trong Điều Trị Ung Thư
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 2. GIỚI THIỆU VỀ HISTON DEACETYLASE
• 2.1. Histon deacetylase và vai trò của chúng trong bệnh ung thư
• 2.2. Cấu trúc trung tâm hoạt động enzym histon deacetylase
• 3. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE
• 3.1. Giới thiệu về các nhóm chất ức chế histon deacetylase
• 3.2. Cơ chế tác dụng của các HDACi trong điều trị ung thư
• 3.3. Cấu trúc chung của các HDACi
• 3.4. Các dẫn chất N-hydroxyheptanamid
• 3.5. Giới thiệu về khung benzimidazol
• 3.6. Khung benzimidazol và hoạt tính kháng ung thư
• 3.7. Các dẫn chất acid hydroxamic chứa vòng benzimidazol
• 4. ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ CẤU TRÚC
• 5. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
• 5.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5.2.1. Nội dung nghiên cứu
• 5.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 6.1. Tổng hợp hóa học
• 6.1.1. Kiểm tra độ tinh khiết
• 6.1.2. Xác định cấu trúc
• 6.2. HOẠT TÍNH SINH HỌC
• 6.3. BÀN LUẬN VỀ TỔNG HỢP HOÁ HỌC
• 6.3.1. Phản ứng N-alkyl hoá
• 6.3.2. Phản ứng khử hoá
• 6.3.3. Phản ứng amin hoá – khử
• 6.3.4. Phản ứng tạo amid
• 6.3.5. Phản ứng tạo acid hydroxamic
• 6.4. BÀN LUẬN VỀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC
• 6.4.1. Phổ hồng ngoại
• 6.4.2. Phổ khối lượng độ phân giải cao
• 6.4.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
• 6.5. BÀN LUẬN VỀ HOẠT TÍNH SINH HỌC
• 6.5.1. Hoạt tính của các dẫn chất dãy I
• 6.5.2. Hoạt tính của các dẫn chất dãy II
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về histon deacetylase

Histon deacetylase (HDAC) là một nhóm enzym đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh cấu trúc chromatin và biểu hiện gen. Sự mất cân bằng giữa acetyl hóa và deacetyl hóa các histon có thể dẫn đến sự phát triển của ung thư. Nghiên cứu cho thấy rằng HDAC có thể làm giảm sự biểu hiện của các gen ức chế khối u, từ đó thúc đẩy sự phát triển và di căn của tế bào ung thư. Đặc biệt, việc ức chế hoạt động của HDAC đã trở thành một chiến lược điều trị mới trong liệu pháp chống ung thư. Theo nghiên cứu của Allfrey và cộng sự, sự acetyl hóa của protein histon không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc ADN mà còn điều chỉnh hoạt động phiên mã của gen. Do đó, việc phát triển các chất ức chế HDAC có thể mang lại hiệu quả điều trị cao trong điều trị ung thư.

1.1. Vai trò của HDAC trong bệnh ung thư

HDAC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chu kỳ tế bào, biệt hóa và quá trình chết theo chương trình của tế bào. Sự biểu hiện quá mức của HDAC trong tế bào ung thư có thể dẫn đến sự gia tăng quá trình tăng sinh tế bào và giảm khả năng chết theo chương trình. Nghiên cứu cho thấy rằng sự ức chế HDAC có thể làm tăng sự biểu hiện của các gen điều hòa chu kỳ tế bào, như p21, từ đó làm chậm lại quá trình phát triển của khối u. Sự can thiệp vào hoạt động của HDAC có thể là một phương pháp hiệu quả trong điều trị ung thư, đặc biệt là trong việc cải thiện đáp ứng của tế bào ung thư với các liệu pháp hóa trị.

II. Các chất ức chế histon deacetylase

Các chất ức chế histon deacetylase (HDACi) đã được nghiên cứu và phát triển như là một liệu pháp điều trị ung thư tiềm năng. Một số HDACi đã được FDA phê duyệt, bao gồm Vorinostat, Belinostat và Panobinostat, cho thấy hiệu quả điều trị trong các loại ung thư khác nhau. Các HDACi hoạt động bằng cách ức chế quá trình deacetyl hóa, từ đó làm tăng sự acetyl hóa của histon và các protein không phải histon, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc chromatin và biểu hiện gen. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các HDACi không chỉ có tác dụng trực tiếp lên tế bào ung thư mà còn có thể cải thiện đáp ứng miễn dịch của cơ thể đối với khối u.

2.1. Cơ chế tác dụng của HDACi trong điều trị ung thư

HDACi tác động lên nhiều quá trình sinh học trong tế bào ung thư, bao gồm điều chỉnh chu kỳ tế bào, gây ra sự chết theo chương trình và ức chế sự hình thành mạch. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng HDACi có thể làm tăng sự biểu hiện của các protein ức chế chu kỳ tế bào, như p21, từ đó gây ra sự bắt giữ chu kỳ tế bào. Ngoài ra, HDACi còn có khả năng cải thiện sự nhạy cảm của tế bào ung thư đối với hóa trị liệu, nhờ vào khả năng điều chỉnh cấu trúc chromatin và biểu hiện gen. Điều này cho thấy rằng việc phát triển các HDACi mới có thể mở ra nhiều cơ hội điều trị hiệu quả cho bệnh nhân ung thư.

III. Đánh giá tác dụng kháng ung thư của dẫn chất N hydroxyheptanamid mới

N-hydroxyheptanamid là một nhóm dẫn chất mới được nghiên cứu với mục tiêu ức chế HDAC và điều trị ung thư. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các dẫn chất này có khả năng gây độc tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau. Việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính của các dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang lại hy vọng cho việc phát triển các liệu pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn. Các nghiên cứu lâm sàng đang được tiến hành để xác định tính an toàn và hiệu quả của các dẫn chất này. Điều này cho thấy rằng N-hydroxyheptanamid có thể là một lựa chọn tiềm năng trong điều trị ung thư, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và phát triển thuốc chống ung thư.

3.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các dẫn chất N-hydroxyheptanamid có thể ức chế hoạt động của HDAC, từ đó làm tăng sự acetyl hóa của histon và cải thiện đáp ứng điều trị ung thư. Việc đánh giá hoạt tính kháng ung thư của các dẫn chất này trên các dòng tế bào khác nhau cho thấy tính khả thi trong việc ứng dụng vào lâm sàng. Các nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện để xác định rõ hơn về cơ chế tác dụng và khả năng kết hợp với các liệu pháp điều trị khác nhằm nâng cao hiệu quả điều trị ung thư.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển các thuốc chống ung thư hiện đại, việc nhắm mục tiêu phân tử đã trở thành xu hướng chủ đạo nhằm nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ so với các phương pháp truyền thống như hóa trị và xạ trị. Histon deacetylase (HDAC) là một trong những đích tác dụng quan trọng, đóng vai trò điều hòa biểu hiện gen thông qua quá trình acetyl hóa histon, ảnh hưởng đến sự tăng sinh, biệt hóa và chết theo chương trình của tế bào ung thư. Theo ước tính, có 18 loại HDAC được phân loại thành 4 nhóm dựa trên cấu trúc và cơ chế xúc tác, trong đó nhóm phụ thuộc ion Zn2+ là mục tiêu chính của các chất ức chế HDAC (HDACi).

Mục tiêu của luận văn là tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng ung thư của 10 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol, hướng tới phát triển các chất ức chế HDAC có hiệu quả cao và độc tính thấp. Nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Hóa dược, Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2023, tập trung vào hai dãy dẫn chất với các nhóm thế khác nhau trên vòng benzimidazol nhằm xác định mối liên quan cấu trúc – tác dụng.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc mở rộng kho tàng các hợp chất ức chế HDAC có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư, góp phần phát triển các liệu pháp nhắm đích mới, cải thiện tỷ lệ sống sót và chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Các chỉ số đánh giá bao gồm hiệu suất tổng hợp, độ tinh khiết, xác định cấu trúc bằng phổ học và hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư đại tràng và vú.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cơ chế hoạt động của HDAC và vai trò trong ung thư: HDAC xúc tác phản ứng deacetyl hóa histon, làm tăng sự cuộn chặt chromatin, ức chế phiên mã gen ức chế tăng sinh tế bào. Sự biểu hiện quá mức HDAC liên quan đến tăng sinh tế bào ung thư, khả năng di căn và kháng hóa trị.

• Mô hình pharmacophore của HDACi: Các chất ức chế HDAC thường có cấu trúc gồm ba phần chính: nhóm gắn kẽm (ZBG) tương tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động enzym, vùng cầu nối (linker) phù hợp với kênh enzym, và nhóm nhận diện bề mặt (cap-group) tương tác với acid amin bề mặt enzym. Việc thay đổi các phần này ảnh hưởng đến độ chọn lọc và hiệu quả ức chế.

• Khung benzimidazol trong thiết kế thuốc: Benzimidazol là bộ khung có cấu trúc tương tự nucleotid purin, có nhiều hoạt tính sinh học, đặc biệt là kháng ung thư. Việc gắn khung benzimidazol vào các dẫn chất N-hydroxyheptanamid được kỳ vọng tăng cường tương tác với HDAC và cải thiện hoạt tính sinh học.

Các khái niệm chính bao gồm: histon deacetylase (HDAC), chất ức chế HDAC (HDACi), nhóm N-hydroxyheptanamid, khung benzimidazol, và mối liên quan cấu trúc – tác dụng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu tổng hợp 10 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol tại Bộ môn Hóa dược, Trường Đại học Dược Hà Nội. Các nguyên liệu hóa chất đạt chuẩn phân tích (AR) được nhập khẩu từ các nhà cung cấp uy tín như Merck, Sigma-Aldrich.

• Phương pháp tổng hợp: Sử dụng các phản ứng hóa học cơ bản gồm N-alkyl hóa, khử hóa bằng SnCl2, amin hóa – khử với NaBH3CN, amid hóa với acid clorua, và tạo acid hydroxamic bằng hydroxylamin hydroclorid trong môi trường kiềm. Quy trình tổng hợp được thiết kế theo sơ đồ phản ứng chuẩn, đảm bảo hiệu suất tổng hợp từ 40% đến 60%.

• Kiểm tra độ tinh khiết: Đo nhiệt độ nóng chảy bằng máy nhiệt điện và sắc ký lớp mỏng (TLC) với hệ dung môi thích hợp, quan sát dưới đèn tử ngoại bước sóng 254 nm.

• Xác định cấu trúc: Phân tích phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng độ phân giải cao (HRMS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton và carbon (1H-NMR, 13C-NMR) tại các phòng thí nghiệm chuyên sâu.

• Đánh giá hoạt tính sinh học: Thử độc tính tế bào in vitro trên các dòng tế bào ung thư đại tràng (SW620), ung thư vú (MDA-MB-231) và tế bào bình thường (MRC-5) bằng phương pháp Sulforhodamine B (SRB). Cỡ mẫu gồm 3 lần đo độc lập, tính giá trị IC50 bằng phần mềm GraphPad Prism 5.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và tinh chế các dẫn chất trong 6 tháng đầu năm 2023, xác định cấu trúc và kiểm tra độ tinh khiết trong 3 tháng tiếp theo, đánh giá hoạt tính sinh học trong 3 tháng cuối năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công 10 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới: Hai dãy dẫn chất (I và II) với các nhóm thế khác nhau trên vòng benzimidazol được tổng hợp với hiệu suất từ 40,5% đến 59,8%. Các sản phẩm có nhiệt độ nóng chảy xác định trong khoảng 143,3 – 183,6 ℃ và giá trị Rf từ 0,37 đến 0,59, chứng tỏ độ tinh khiết cao.

2. Xác định cấu trúc chính xác bằng phổ học: Phổ IR cho thấy các nhóm chức đặc trưng như NH, OH, C=O, và vòng thơm hiện diện rõ ràng. Phổ HRMS xác nhận khối lượng phân tử phù hợp với công thức dự kiến, với các pic ion giả phân tử [M+H]+ hoặc [M-H]-. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR cho thấy các tín hiệu proton và carbon tương ứng với cấu trúc benzimidazol và nhóm N-hydroxyheptanamid, đảm bảo cấu trúc hợp chất đúng theo thiết kế.

3. Hoạt tính gây độc tế bào: Một số dẫn chất trong dãy I và II thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư đáng kể trên dòng SW620 và MDA-MB-231 với giá trị IC50 khoảng từ 5 đến 15 μM, trong khi ít ảnh hưởng đến tế bào bình thường MRC-5. Ví dụ, dẫn chất 5f có độc tính tế bào cao hơn so với chất đối chiếu Vorinostat (SAHA) và Adriamycin (ADR) trên dòng tế bào ung thư đại tràng, với sự khác biệt về tỷ lệ sống sót tế bào lên đến 20%.

4. So sánh giữa các nhóm thế: Dẫn chất mang nhóm halogen (Cl, Br, F) trên vòng benzimidazol thường có hoạt tính cao hơn so với nhóm methyl hoặc hydro, cho thấy ảnh hưởng tích cực của các nhóm thế điện tử hút lên khả năng tương tác với enzym HDAC.

Thảo luận kết quả

Kết quả tổng hợp và xác định cấu trúc cho thấy quy trình hóa học được thiết kế phù hợp, hiệu quả và có thể áp dụng để tạo ra các dẫn chất mới với độ tinh khiết cao. Việc sử dụng khung benzimidazol kết hợp với nhóm N-hydroxyheptanamid đã tạo ra các phân tử có khả năng tương tác mạnh với trung tâm hoạt động của HDAC, đặc biệt là qua liên kết phối trí với ion Zn2+.

Hoạt tính sinh học của các dẫn chất phù hợp với giả thuyết rằng nhóm thế halogen trên vòng benzimidazol làm tăng tính kỵ nước và tương tác Van der Waals với kênh enzym, từ đó nâng cao hiệu quả ức chế HDAC và gây độc tế bào ung thư. So với các nghiên cứu trước đây về SAHA và pracinostat, các dẫn chất mới thể hiện tiềm năng cải thiện hiệu quả và giảm độc tính không mong muốn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh giá trị IC50 của các dẫn chất với chất đối chiếu trên từng dòng tế bào, cũng như bảng tổng hợp nhiệt độ nóng chảy và giá trị Rf để minh chứng độ tinh khiết. Các kết quả này góp phần khẳng định vai trò của thiết kế cấu trúc dựa trên mô hình pharmacophore trong phát triển thuốc ức chế HDAC.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục tối ưu hóa cấu trúc dẫn chất: Thực hiện các biến đổi nhóm thế trên vòng benzimidazol và vùng cầu nối để nâng cao độ chọn lọc và giảm độc tính, tập trung vào nhóm halogen và các nhóm điện tử hút mạnh nhằm tăng cường tương tác với HDAC.

2. Mở rộng đánh giá hoạt tính sinh học: Thử nghiệm trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau và mô hình in vivo để đánh giá hiệu quả điều trị và độc tính toàn thân, đồng thời khảo sát cơ chế tác động chi tiết qua phân tích biểu hiện gen và protein liên quan đến HDAC.

3. Phát triển quy trình tổng hợp quy mô lớn: Nghiên cứu các phương pháp tổng hợp thân thiện môi trường, tăng hiệu suất và giảm chi phí nhằm phục vụ cho sản xuất thử nghiệm và phát triển thuốc.

4. Hợp tác nghiên cứu đa ngành: Kết hợp với các nhóm nghiên cứu về dược động học, dược lực học và công nghệ bào chế để phát triển các dạng thuốc phù hợp, nâng cao khả năng hấp thu và ổn định của các dẫn chất.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 2-3 năm tiếp theo, với sự phối hợp giữa các đơn vị nghiên cứu và cơ sở sản xuất dược phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa dược và công nghệ dược phẩm: Luận văn cung cấp quy trình tổng hợp chi tiết, phương pháp xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học các dẫn chất HDACi mới, hỗ trợ phát triển các hợp chất chống ung thư.

2. Bác sĩ và chuyên gia ung bướu: Thông tin về cơ chế tác dụng của HDACi và tiềm năng ứng dụng các dẫn chất mới giúp cập nhật kiến thức về liệu pháp nhắm đích trong điều trị ung thư.

3. Sinh viên và học viên sau đại học ngành dược học, hóa học: Tài liệu tham khảo quý giá về thiết kế thuốc, kỹ thuật tổng hợp hữu cơ và phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học in vitro.

4. Cơ quan quản lý và phát triển thuốc: Cung cấp dữ liệu khoa học về các hợp chất tiền lâm sàng, hỗ trợ đánh giá tiềm năng phát triển thuốc mới và định hướng nghiên cứu trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn khung benzimidazol trong thiết kế các dẫn chất HDACi?
   Khung benzimidazol có cấu trúc tương tự nucleotid purin, dễ dàng tương tác với các polymer sinh học và đã được chứng minh có hoạt tính kháng ung thư đa dạng, giúp tăng cường hiệu quả ức chế HDAC khi kết hợp với nhóm N-hydroxyheptanamid.

2. Phương pháp tổng hợp các dẫn chất có ưu điểm gì?
   Quy trình tổng hợp sử dụng các phản ứng cơ bản, hiệu suất cao (khoảng 40-60%), thân thiện môi trường và dễ dàng tinh chế, phù hợp cho nghiên cứu phát triển thuốc tiền lâm sàng.

3. Các dẫn chất mới có độc tính như thế nào so với thuốc chuẩn?
   Một số dẫn chất thể hiện hoạt tính gây độc tế bào cao hơn hoặc tương đương với Vorinostat (SAHA) và Adriamycin trên dòng tế bào ung thư, đồng thời ít ảnh hưởng đến tế bào bình thường, cho thấy tiềm năng cải thiện hiệu quả điều trị.

4. Làm thế nào để đánh giá độ tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp?
   Sử dụng kết hợp đo nhiệt độ nóng chảy và sắc ký lớp mỏng (TLC) với hệ dung môi phù hợp, quan sát vết sắc ký dưới đèn tử ngoại để đảm bảo sản phẩm tinh khiết, không có tạp chất.

5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
   Các dẫn chất tổng hợp có thể được phát triển thành thuốc ức chế HDAC mới, góp phần vào liệu pháp nhắm đích điều trị ung thư, đồng thời mở rộng hiểu biết về mối liên quan cấu trúc – tác dụng trong thiết kế thuốc.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công 10 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol với hiệu suất từ 40,5% đến 59,8% và độ tinh khiết cao.
• Xác định cấu trúc chính xác bằng phổ IR, HRMS, 1H-NMR và 13C-NMR, khẳng định cấu trúc thiết kế.
• Một số dẫn chất thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư vượt trội so với thuốc chuẩn, đồng thời ít ảnh hưởng đến tế bào bình thường.
• Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng kho tàng các chất ức chế HDAC có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư.
• Đề xuất tiếp tục tối ưu hóa cấu trúc, mở rộng đánh giá sinh học và phát triển quy trình tổng hợp quy mô lớn trong 2-3 năm tới.

Luận văn khuyến khích các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực dược học tiếp tục khai thác và phát triển các dẫn chất này nhằm nâng cao hiệu quả điều trị ung thư, đồng thời thúc đẩy hợp tác nghiên cứu đa ngành để đưa các ứng viên thuốc mới vào thử nghiệm lâm sàng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, các thuốc chống ung thư mới ra đời hầu hết đều bắt nguồn từ mục tiêu phân tử (đích tác dụng) nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm thiểu độc tính so với các phương pháp cổ điển như hóa trị hay xạ trị. Một số đích tác dụng phổ biến có thể kể đến như protein kinase, protein gây ung thư ALK, PARP, Bcl-2,…trong đó đích histon deacetylase (HDAC) đã và đang mở ra nhiều triển vọng [1]. Có rất nhiều chất ức chế HDAC đã được tổng hợp và đánh giá hoạt tính, trong đó có nhóm các dẫn chất của acid hydroxamic [2]. Sau SAHA, đã có thêm các chất thuộc nhóm acid hydroxamic, chẳng hạn Belinostat (Beleodaq®) và gần đây nhất là panobinostat (Farydax®) cũng được FDA cấp phép sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thư [4, 5].

Ngoài ra, các chất mang bộ khung benzimidazol với hoạt tính kháng ung thư cũng đã được báo cáo trong nhiều nghiên cứu [6-8]. Trong số đó phải kể đến chất ức chế HDAC là pracinostat vừa mang khung benzimidazol, vừa có nhóm acid hydroxamic trong cấu tạo phân tử và đã được thử nghiệm lâm sàng pha II [9]. Như vậy, có thể thấy rằng các dẫn chất của acid hydroxamic (trong đó có nhóm các dẫn chất N-hydroxyheptanamid) và benzimidazol nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà hoá dược. Một ví dụ điển hình là minomustin với cấu trúc lai hoá giữa N-hydroxyheptanamid và khung benzimidazol, đang được thử nghiệm lâm sàng pha I [10].

Từ những nghiên cứu về các chất ức chế HDAC tại Việt Nam và trên thế giới, đề tài luận văn “Tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng ung thư của một số dẫn chất N- hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol hướng ức chế histon deacetylase” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp được 10 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang khung benzimidazol. Đánh giá hoạt tính gây độc trên một số dòng tế bào của các dẫn chất N- hydroxyheptanamid tổng hợp được. Giới thiệu về histon deacetylase Năm 1964, các nhà khoa học Allfrey, Faulkner và Mirsky đã phát hiện ra sự acetyl hóa thuận nghịch của protein histon và đề xuất rằng quá trình biến đổi này có thể điều hoà biểu hiện gen [11].

Nhiều đặc tính của protein được điều chỉnh thông qua quá trình acetyl hóa lysin, bao gồm tương tác ADN-protein, hoạt động phiên mã, tính ổn định và tham gia vào các con đường truyền tín hiệu [12-14]. Vai trò của HAT và HDAC Các histon acetyltransferase (HAT) là họ enzym đóng vai trò acetyl hóa nhóm ε-amino của lysin trên histon (Hình 1.1), do đó trung hòa điện tích dương của chúng và làm mất khả năng liên kết với ADN tích điện âm [15]. Điều này khiến nhiễm sắc thể tháo xoắn dễ dàng và thuận lợi hơn cho quá trình phiên mã. Đến thời điểm hiện tại, đã có 18 loại HDAC trên cơ thể người được xác định, chia làm 4 nhóm căn cứ vào sự tương đồng của chúng với HDAC ở nấm men [17-19]: - Nhóm I: bao gồm HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8.

Cấu trúc của chúng có sự tương đồng rất cao với HDAC Rpd3 của nấm men. - Nhóm II: cấu trúc tương tự với HDA1 của nấm men và được chia thành hai phân nhóm nhỏ hơn: + Phân nhóm IIa: bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9. + Phân nhóm IIb: bao gồm HDAC6, HDAC10. - Nhóm III: có cấu trúc tương đồng với Sir2 của nấm men, còn được gọi là các sirtuin.

Nhóm này bao gồm các sirtuin 1-7. - Nhóm IV: chỉ có duy nhất một đại diện là HDAC11. Cấu trúc tương tự với Hos3 của nấm men. Nếu căn cứ vào cơ chế xúc tác cho phản ứng deacetyl hoá, các HDAC có thể được chia (Bảng 1.1) thành 2 phân nhóm lớn [17]: + Phân nhóm phụ thuộc ion Zn2+ + Phân nhóm phụ thuộc NAD+ Bảng 1.

Các phân nhóm HDAC theo cơ chế xúc tác Phụ thuộc Zn2+ Phụ thuộc NAD+ Nhóm I Nhóm IIa Nhóm IIb Nhóm IV Nhóm III HDAC 1 HDAC 4 HDAC 6 HDAC 11 Sirt 1 HDAC 2 HDAC 5 HDAC 10 Sirt 2 HDAC 3 HDAC 7 Sirt 3 HDAC 8 HDAC 9 Sirt 4 Sirt 5 Sirt 6 Sirt 7 3 1. Histon deacetylase và vai trò của chúng trong bệnh ung thư Về bản chất, sự cuộn và tháo xoắn của chromatin là một quá trình thuận nghịch. Quá trình acetyl hóa đuôi lysin là một cơ chế có ý nghĩa quan trọng trong sự giãn cấu trúc ADN và phiên mã gen. Trong các tế bào ung thư, sự mất cân bằng giữa HAT và HDAC gây ra những thay đổi trong cấu trúc chromatin và làm thay đổi biểu hiện của các gen cơ bản trong chu kỳ tế bào, sự biệt hóa và quá trình chết theo chương trình (apoptosis).

Chẳng hạn, trong các tế bào mà histon bị acetyl hóa quá mức, do ức chế HDAC, chất nhiễm sắc ít bị nén hơn và thuận lợi cho việc tăng khả năng tiếp cận của các yếu tố phiên mã đến các vùng khởi động trình tự ADN, làm tăng biểu hiện của nhiều gen, có thể bao gồm gen gây ung thư, dẫn đến phát sinh khối u [20]. Mặt khác, trong các tế bào bị giảm acetyl hóa, do sự huy động quá mức HDAC, có hiện tượng gia tăng quá trình tăng sinh tế bào thông qua các protein ảnh hưởng đến chu kỳ tế bào. Một cơ chế có thể làm thay đổi quá trình kiểm soát chu kỳ tế bào trong các tế bào có biểu hiện quá mức HDAC, là thông qua sự ức chế protein p21 bởi HDAC, bắt giữ chu kỳ tế bào ở pha G1-S [21]. HDAC cũng đã được tìm thấy trong quá trình loại bỏ các nhóm acyl khỏi các protein không phải histon khác, như các yếu tố phiên mã và các protein điều hòa quan trọng của quá trình tăng sinh, biệt hóa và chết theo chương trình của tế bào [20].

Hơn nữa, sự biểu hiện quá mức HDAC trong các tế bào ung thư có liên quan đến việc tăng cường macropinocytosis (đại ẩm bào), sự di chuyển của tế bào và khả năng di căn của khối u [22]. HDAC cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc kháng hóa trị. Một giả thuyết có thể giải thích cho phát hiện này là dựa vào những thay đổi trên cấu trúc chromatin. Việc thay đổi trạng thái cuộn của chromatin có thể ngăn các thuốc hướng đích ADN tấn công vào mục tiêu phân tử của chúng, giảm mức độ tổn thương ADN và cải thiện khả năng sống sót của tế bào [23].

Cấu trúc trung tâm hoạt động enzym histon deacetylase Bằng phương pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X, các nhà khoa học đã xác định được cấu trúc 3D của một số HDAC và các trung tâm hoạt động, xúc tác cho phản ứng deacetyl hóa của chúng (Hình 1. Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC Nhìn chung, các HDAC đều có cấu trúc trung tâm hoạt động tương tự nhau, bao gồm 2 phần chính là ion Zn2+ và kênh enzym [24]: + Ion Zn2+ là coenzym của HDAC, nằm dưới đáy kênh enzym và cũng là thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với phần đuôi histon qua liên kết phối trí. Ion Zn2+ có thể tạo 4 liên kết phối trí với các acid amin trên HDAC và 1 liên kết phối trí với nguyên tử oxy của nhóm acetyl lysin ở đầu N của histon từ đó xúc tác cho quá trình tách loại nhóm acetyl. Thông thường, các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và gây độc tế bào càng tăng.

Chẳng hạn acid hydroxamic ức chế HDAC bằng cách tạo hai liên kết phối trí với Zn2+ qua 2 nguyên tử oxy của nó [24]. + Kênh enzym có dạng túi hình ống hẹp, là nơi chứa và tham gia liên kết Van der Waals với cơ chất. Lòng kênh được cấu tạo bởi các acid amin thân dầu, đặc biệt là các acid amin có nhân thơm như: Phe, Tyr, Pro, His. Cấu trúc của hợp phần này là khá linh động, có thể thay đổi kích thước để phù hợp với cơ chất.

Miệng túi có một vài vòng xoắn protein để tương tác với nhóm nhận diện bề mặt của chất ức chế HDAC (HDAC inhibitor – HDACi). Đáy túi có một vài phân tử nước, giúp vận chuyển nhóm acetyl trong phản ứng deacetyl hóa và tạo liên kết hydro khi không có -OH của Tyr [24]. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE 1. Giới thiệu về các nhóm chất ức chế histon deacetylase PEPTID VÒNG ACID HYDROXAMIC O O O H H O NH N OH N H N HO S H N O NH O O O H Vorinostat (SAHA) S S O Belinostat (PXD101) H Phê duyệt 2006 (CTCL) Phê duyệt 2014 (PTCL) NH O NH O O Romidepsin (FK228) OH Phê duyệt 2009/2011 N H H (CTCL, PTCL) N N Panobinostat (LBH589) H ACID BÉO Phê duyệt 2015 (MM) MẠCH NGẮN O Na+ O- Natri butyrat Phase I, II BENZAMID O O OH N NH2 H H N N Chidamid (CS005) O Acid valproic Phê duyệt 2015 (PTCL) O Phase I, II F O N H CETON NH2 O N O H H Cl-994 N N Phase II 5 CF3 H H N O N NH2 O TFMK O MS-275 O Phase III H N 6 N H O O α-cetonamid Hình 1.

Phân loại các chất ức chế HDAC theo cấu trúc Một số chất ức chế histon deacetylase (histon deacetylase inhibitor – HDACi) và phân nhóm của chúng được minh hoạ trong Hình 1.3, bao gồm các acid hydroxamic, các benzamid, các peptid vòng, các acid béo mạch ngắn và các ceton [25, 26]. Năm 2006, FDA đã phê duyệt chất HDACi đầu tiên là Vorinostat (SAHA), cho chỉ định điều trị u lympho tế bào T ở da (CTCL). Hiện tại, đã có tổng cộng 3 chất ức chế HDAC khác, cụ thể là Belinostat (PXD101), Panobinostat (LBH589), Romidepsin 6 (FK228) đã được FDA Hoa Kỳ phê duyệt trong điều trị các loại ung thư khác nhau như CTCL, u lympho tế bào T ngoại biên (PTCL) và u đa tủy. Năm 2015, một chất HDACi chọn lọc là Chidamid (CS005) đã được Trung Quốc phê duyệt để điều trị PTCL tái phát hoặc khó điều trị [27].

Hiện nay, một số chất HDACi khác cũng cho thấy tiềm năng là đơn trị liệu hoặc phối hợp với nhiều loại thuốc chống khối u khác để điều trị bệnh ung thư ác tính, như Pracinostat (SB939), ITF2357 (Givinostat), MGCD0103 (Mocetinostat), Entinostat (MS-275), PCI-24781 và acid valproic [28]. Cơ chế tác dụng của các HDACi trong điều trị ung thư Các HDACi đã được thử nghiệm và đưa vào sử dụng trên lâm sàng với tác dụng kháng ung thư, vì hiệu quả kháng khối u in vitro và in vivo [29]. Trong nhiều trường hợp, sự ức chế quá trình acetyl hóa bất thường trên histon có thể đóng vai trò như một liệu pháp điều trị, gây ra (Hình 1.