ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc tăng sinh tế bào một cách mất kiểm soát. Những tế bào đó có khả năng xâm lấn các mô khác bằng cách phát triển trực tiếp sang mô lân cận hoặc di chuyển đến những bộ phận khác trong cơ thể [12]. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn cầu, gây ra khoảng 10 triệu ca tử vong vào năm 2020 [92]. Ở Việt Nam, ước tính năm 2022 có hơn 180.000 bệnh nhân ung thư mới mắc và 120.000 người chết vì ung thư, con số này có xu hướng ngày càng gia tăng [28].
Bởi vậy, việc nghiên cứu phát triển thuốc chống ung thư là một nhiệm vụ cấp thiết đã và đang được quan tâm vô cùng lớn. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp điều trị ung thư, một trong các phương pháp đó là liệu pháp điều trị nhắm đích hướng tới mục tiêu phân tử. Enzym này xúc tác cho quá trình deacetyl hóa trên cả protein histon và protein không chứa histon. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự huy động quá mức các enzym HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã và làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thư [67].
Bên cạnh đó, các chất ức chế histon deacetylase (HDACi) được chứng minh là có khả năng ức chế sự di căn, kìm hãm sự nhân lên của tế bào khối u [97]. Vì vậy, enzym HDAC trở thành mục tiêu phân tử đầy tiềm năng trong nghiên cứu, phát triển thuốc mới điều trị ung thư. Đến nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu, tổng hợp và công bố rất nhiều hợp chất HDACi có khả năng kháng ung thư mạnh. Từ các hợp chất đó, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, các dị vòng mang lại hoạt tính sinh học có xu hướng được đưa vào nhằm tiêu diệt tế bào ung thư theo nhiều cơ chế khác nhau, một số dị vòng được kể đến như là: benzimidazol, indazol, indolin, indol, piperidin, oxazol, thiazol, quinazolin… [19], [84], [50], [51], [20], [25].
Đặc biệt, khung quinazolin được tìm thấy ở nhiều hợp chất có hoạt tính kháng ung thư đã được xác định và hứa hẹn sẽ là hoạt chất thuốc mới đầy triển vọng [84], [50], [22], [23], [21], [24]. Dựa vào các cơ sở trên, đề tài “Tổng hợp và đánh giá khả năng ức chế tế bào ung thư của một số dẫn chất N-hydroxyoctanamid mới mang dị vòng 4-oxoquinazolin” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp được bảy dẫn chất N-hydroxyoctanamid mới mang dị vòng 4- oxoquinazolin. Đánh giá khả năng gây độc đến một số tế bào ung thư của các dẫn chất tổng hợp được.
ENZYM HISTON DEACETYLASE 1. Giới thiệu chung về enzym histon deacetylase Histon deacetylase (HDAC) là enzym có khả năng xúc tác cho quá trình loại bỏ nhóm N-acetyl ra khỏi đuôi lysin đã được acetyl hóa trong protein histon hoặc một số protein không chứa histon, dẫn đến cấu trúc nhiễm sắc thể bị biến đổi và ức chế biểu hiện gen [97], [49]. Quá trình acetyl hóa và deacetyl hóa ở đuôi lysin của histon là hai quá trình ngược chiều nhau được kiểm soát bởi hai enzym histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) [95]. Nếu HAT được coi như là “người viết” nên quá trình acetyl hóa thì HDAC sẽ được xem như là “cục tẩy” của quá trình này [82].
Đây là hai quá trình có tác động lớn đến việc điều hòa biểu sinh và tái cấu trúc chất nhiễm sắc. Đơn vị cơ bản cấu tạo nên chất nhiễm sắc được gọi là nucleosome. Nucleosome gồm một đoạn ADN quấn xung quanh phức hợp tám phân tử histon lõi, phức hợp này chứa hai cặp histon của bốn histon H2A, H2B, H3 và H4 [45]. Khi quá trình acetyl hóa diễn ra, điện tích dương ở lysin tận cùng được trung hòa, do đó làm mất tương tác ion với nhóm phosphat tích điện âm trong các nucleotid của ADN, điều này làm cho nhiễm sắc thể tháo xoắn.
Dạng tháo xoắn như vậy còn được gọi là “euchromatin” – chất đồng nhiễm sắc, sự tồn tại của chúng sẽ kích hoạt thực hiện phiên mã và làm tăng biểu hiện gen [39], [47]. Ngược lại, quá trình deacetyl hóa làm cho histon tích điện dương lớn ở đầu N của đuôi lysin, gây tương tác mạnh với ADN, làm đóng xoắn nhiễm sắc thể, có thể nhìn thấy dưới dạng chất dị nhiễm sắc – “heterochromatin”, gây ức chế phiên mã và làm giảm biểu hiện gen [36]. Hoạt động của HAT và HDAC trong quá trình phiên mã 1. Phân loại enzym histon deacetylase Tính đến thời điểm hiện tại, 18 loại HDAC ở người đã được phân lập.
Chúng được chia thành 4 nhóm dựa trên sự tương đồng về trình tự với protein nấm men [85]. 2 Bốn nhóm này có thể được chia thành hai loại, loại 1 hoạt động phụ thuộc Zn2+ (nhóm I, II và IV) và loại 2 hoạt động phụ thuộc NAD+ (nhóm III) [70]. Nhóm I bao gồm các enzym HDAC 1, 2, 3, 8, thường phân bố trong nhân và có nhiều biểu hiện phổ biến trên các dòng tế bào và mô khác nhau ở nhiều loại ung thư như là: ung thư dạ dày, ung thư tuyến tiền liệt, đại trực tràng, ung thư thận… Chúng có cấu trúc tương đồng với protein RPD3 của nấm men [70], [78]. HDAC nhóm II được chia thành hai phân nhóm nhỏ: phân nhóm IIa (bao gồm HDAC 4, 5, 7, 9) và phân nhóm IIb (bao gồm HDAC 6, 10).
Các HDAC nhóm II tương đồng với protein HDA1 (histon deacetylase 1) của nấm men. Enzym nhóm này có thể tìm thấy trên cả nhân và tế bào chất. Riêng HDAC phân nhóm IIb được tìm thấy chủ yếu trong tế bào chất [70], [78]. HDAC nhóm III còn được gọi là sirtuin (bao gồm SIRT1–SIRT7) do trình tự của chúng tương đồng với protein Sir2 của nấm men [78], [69].
Sự phân bố trong tế bào và biểu hiện trên các mô của nhóm này vẫn chưa được nghiên cứu nhiều, tuy nhiên vẫn có một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng enzym này được tìm thấy trên cả nhân, tế bào chất và ty thể [32]. HDAC nhóm IV có chỉ có một đại diện duy nhất là HDAC11, có một số điểm tương đồng tại vị trí xúc tác với cả enzym nhóm I và II, nhưng do có sự khác biệt về cấu trúc nên không được phân vào bất kỳ nhóm nào [70], [31]. Phân loại enzym HDAC Tương đồng Cơ chế về trình tự Phân bố trong Phân loại Enzym hoạt động với protein tế bào phụ thuộc nấm men HDAC1 HDAC2 Nhóm I RPD3 Zn2+ Chủ yếu ở nhân HDAC3 HDAC8 HDAC4 HDAC5 Nhân và tế bào IIa HDA1 Zn2+ HDAC7 chất Nhóm II HDAC9 HDAC6 Chủ yếu ở tế bào IIb HDA1 Zn2+ HDAC10 chất Nhân, tế bào chất Nhóm III Sir2 SIRT1-7 NAD+ và ty thể Nhân và tế bào Nhóm IV HDAC11 Zn2+ chất 3 1. Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC phụ thuộc Zn2+ Trung tâm hoạt động của HDAC phụ thuộc Zn2+ gồm 2 phần chính: ion Zn2+ và kênh enzym.
- Kênh enzym: dạng túi hình ống, cấu trúc linh động có thể biến đổi phù hợp với chiều dài phối tử (ligand) khác nhau. Phần miệng túi có một vành nhỏ được tạo nên từ vài vòng xoắn protein, có vai trò tương tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDACi (CAP). Kênh enzym được cấu tạo bởi các acid amin thân dầu, đặc biệt là các acid amin có nhân thơm như: phenylalanin, tyrosin, histidin, aspartat, lysin… [8], [88]. - 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 thông 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 ở đuôi lysin từ đó xúc tác cho quá trình tách loại nhóm acetyl. Thường các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào càng tăng [80]. Ví dụ như nhóm dẫn chất acid hydroxamic, ức chế HDAC bằng cách tạo hai liên kết phối trí với ion kẽm qua 2 nguyên tử oxy của nó và liên kết với các acid amin của kênh enzym bằng các tương tác khác nhau: van der Waals, alkyl, pi-alkyl. Trung tâm hoạt động dạng túi hình ống của HDAC phụ thuộc Zn2+ 1.
CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC Với tiềm năng chống ung thư đáng chú ý, các chất ức chế HDAC đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và nghiên cứu từ các nhà khoa học. Đến nay đã có bốn chất ức chế HDAC (HDACi) được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt để điều trị ung thư bao gồm: SAHA (Vorinostat, Zolinza®) [72], FK228 (Romidepsin, Istodax®) [87], PDX101 (Belinostat, Beleodaq®) [93], LBH589 (Panobinostat, Farydak®) [68]. Năm 2006, suberoylanilid hydroxamic acid (SAHA) đã được phê duyệt để điều trị bệnh u lympho tế bào T ở da (CTCL). Năm 2009, FK228 là một tetrapeptid vòng, cũng được phê duyệt để điều trị CTCL.
Sau đó, PDX101 và LBH589 lần lượt được phê duyệt để điều trị bệnh u lympho tế bào T ngoại vi (PTCL) và đa u tủy xương [72], [87], [93], [68]. Bốn chất ức chế HDAC được FDA phê duyệt trong điều trị ung thư 1. Cấu trúc chung của các chất ức chế HDAC Cấu trúc chung của các chất ức chế HDAC bao gồm 3 phần: nhóm gắn kẽm (ZBG – The zinc binding group), nhóm nhận diện bề mặt (CAP – capping group) và vùng cầu nối (Linker): Hình 1. Mô hình của các chất ức chế HDAC - Nhóm gắn kẽm (ZBG): Khả năng gắn ZBG với ion Zn2+ đóng vai trò quyết định đến hoạt tính ức chế của HDACi [59].
Cấu trúc khóa ion kẽm có thể kể đến như acid hydroxamic, benzamid, acid cacboxylic, thiol… Các cấu trúc này được tìm thấy trong bốn chất ức chế HDAC đã được FDA chấp thuận hoặc đang được nghiên cứu rộng rãi trong các thử nghiệm lâm sàng hiện nay [96]. Chúng mang lại hoạt tính sinh học cao, có khả năng ức chế tế bào ở nồng độ thấp nhưng cũng có nhược điểm là thời gian tác dụng ngắn và kém chọn lọc trên các dòng tế bào [18]. Trong số các ZBG kể trên, acid hydroxamic thường được sử dụng phổ biến nhất vì có ái lực liên kết mạnh với ion kẽm thông qua khả năng tạo phức chelat bền vững [94]. 5 - Nhóm nhận diện bề mặt (CAP): CAP tham gia vào quá trình tương tác với vành protein nhỏ ở phần đầu của trung tâm hoạt động, nhận diện các acid amin bề mặt của kênh enzym.
Chúng thường là các nhóm kị nước như: các vòng thơm, hệ vòng thơm hoặc peptid vòng [66], [62].