Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Cây khổ sâm Bắc Bộ (Croton tonkinensis Gagnep.1 Thực vật học [1, 2] Cây khổ sâm Bắc Bộ có tên khoa học là Croton tonkinensis Gagnep. thuộc họ Thầu dầu (Euphorbiaceae). Hình 1: Cây khổ sâm Bắc Bộ (Croton tonkinensis Gagnep., Euphorbiaceae) Khổ sâm Bắc Bộ là cây nhỏ, cao độ 0,7-1 m. Lá mọc cách hay gần như mọc đối, có khi mọc thành vòng giả gồm 3-6 lá.
Lá hình mũi mác, mép nguyên dài 5-10 cm, rộng 1-3 cm. Cả hai mặt lá đều có lông hình khiên óng ánh (kiểu lông ở lá cây nhót) nhưng mặt dưới nhiều hơn ở mặt trên. Khi phơi khô mặt lá ở dưới có màu trắng bạc, mặt trên có màu nâu đen. Cụm hoa mọc ở kẽ lá hay đầu cành, lưỡng tính hay đơn tính.
2 Hoa đực có 5 lá đài,12 nhị. Hoa cái có 5 lá đài, 3 vòi nhị. Quả gồm 3 mảnh vỏ màu hung đỏ.2 Nơi sống và thu hái [1] Cây khổ sâm Bắc Bộ mọc hoang và được trồng ở khắp nơi, trong các vườn gia đình hoặc vườn thuốc, chủ yếu ở các tỉnh phía bắc Việt Nam. Thường trồng bằng gieo hạt hay trồng bằng cành vào mùa xuân.
Thu hái khi cây đang có hoa, đem phơi hoặc sấy khô, khi dùng đem sao vàng.3 Hoạt tính và công dụng của cây khổ sâm Bắc bộ [1, 2] Cây khổ sâm Bắc Bộ được dùng trong dân gian làm thuốc chữa mụn nhọt, lở ngứa, viêm mũi, lỵ, đau bụng, viêm loét dạ dày, tá tràng, tiêu hoá kém. Ngày dùng 15-20 lá sao vàng, dạng thuốc sắc, dụng ngoài lấy nước sắc đặc để rửa. Gần đây, cây khổ sâm Bắc Bộ được chú ý nhiều do lá cây dùng trong đơn thuốc chữa bệnh đau dạ dày kết hợp với các vị thuốc khác (lá bồ công anh Lactuca indica và lá khôi Ardisia sylvestris) hoặc dùng riêng dưới dạng nước sắc. Nước sắc khổ sâm Bắc Bộ trong thực nghiệm có tác dụng kháng một số nấm ngoài da.
Khổ sâm Bắc Bộ có tác dụng kháng sinh đối với trực khuẩn lỵ đồng thời có tác dụng kháng lỵ amip, làm cho đơn bào co thành kén. Tác dụng đối với ký sinh trùng sốt rét: nước sắc của bài thuốc gồm Khổ sâm và vỏ Bưởi có tác dụng ức chế ký sinh trùng sốt rét mạnh trên động vật thí nghiệm được gây nhiễm sốt rét, nhưng tái phát trong thời gian 10 ngày theo dõi trên mô hình thực nghiệm chuột nhắt nhiễm Plasmodium berghei và gà nhiễm Plasmodium gallinaceum.4 Các ent-kauran diterpenoid của cây khổ sâm Bắc bộ Năm 2000, Phan Tống Sơn và cộng sự đã công bố quốc tế một diterpen mới từ lá cây khổ sâm. Bằng các phương pháp phổ đã xác định cấu trúc của diterpen này là ent-7β-hydroxy-15-oxo kaur-16-en-18-yl axetat (1) [5, 33]. Chất này có hoạt tính 3 kháng kí sinh trùng sốt rét Plasmodium falciparum in vitro.
Nhóm tác giả trên tiếp tục đánh giá hoạt tính của diterpen với ký sinh trùng sốt rét Plasmodium falciparum (với cả chủng nhạy và chủng kháng cloroquin) tác dụng gây độc đối với một số tế bào ung thư (Hep-G2, RD, FI, VR), tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật kiểm định [7]. CH3 CH2 H O H OH CH3COOCH2 CH3 1 Trong nghiên cứu tiếp theo của Phan Minh Giang và cộng sự [19] bốn ent- kaurane diterpen gồm hai chất đã biết, ent-7α,14β-dihydroxykaur-16-en-15-one (2) và ent-18-acetoxy-7α-hydroxykaur-16-en-5-one (3) và hai chất mới, ent-1β-acetoxy-7α, 14β-dihydroxykaur-16-en-15-one (4) và ent-18-acetoxy-7α,14β-dihydroxykaur-16-en- 15-one (5) đã được phân lập từ lá cây khổ sâm Bắc Bộ. Các ent-kauranoid này ức chế nhân tố phiên mã NF-ĸB và sự sản xuất NO được hoạt hoá bằng LPS trong đại thực bào RAW264.7 của chuột ở IC50 = 0,07 - 0,42 µg/ml. R1 2 R1 =H, R2 =H, R3 =OH R3 3 R1 =H, R2 =OAc, R3 =H O OH R2 4 R1 =OAc, R2 =H, R3 =OH 5 R1 =H, R2 =OAc, R3 =OH Năm 2004, ent-7β-hydroxy-15-oxokaur-16-en-18-ol (6) cũng đã được phân lập từ cây khổ sâm Bắc Bộ [30].
4 H O OH H HO 6 Tiếp đó, Phan Minh Giang và cộng sự đã công bố cấu trúc của 4 ent-kauran diterpen mới, ent-1α,14α-diacetoxy-7β-hydroxykaur-16-en-15-one (7), ent-1α,7β- diaxetoxy-14α-hydroxykaur-16-en-15-one (8), ent-18-acetoxy-14α-hydroxykaur-16- en-15-one (9) và ent-(16S)-18-acetoxy-7β-hydroxy kauran-16-en-15-one (10) [20]. R1 R4 H H O O R3 OH H H R2 AcO R1 R2 R3 R4 10 7 OAc H OH OAc 8 OAc H OAc OH 9 H OAc H OH Năm 2005, có 6 ent-kauran diterpenoid mới được phân lập từ lá cây khổ sâm Bắc Bộ đó là các chất ent-7β -acetoxy-11α-hydroxykaur-16-en-15-one (11), ent-18- acetoxy-11α-hydroxykaur-16-en-15-one (12), ent-11α-acetoxykaur-16-en-18-oic acid (13), ent-15α,18-dihydroxykaur-16-ene (14), ent-11α,18-diacetoxy-7β -hydroxykaur- 5 16-en-15-one (15), and ent-(16S)-1α,14a-diacetoxy-7β -hydroxy-17-methoxykauran- 15-one (16) [21]. R1 R2 R3 R4 R5 11 H H OAc H OH 12 H OAc H H OH 15 H OAc OH H OAc Ba diterpenoid với cấu trúc ent-kaur-16-ene, en-11α-acetoxy-7β, 14α dihydroxykaur-16-en-15-one (17), ent-18–hydroxykaur-16-ene (18) và ent-kaur-16- en- 15-oxo-18-oic acid (19) đã được phân lập từ phần chiết metanol lá khô cây khổ sâm Bắc Bộ bằng phương pháp tách sắc ký cột lần lượt trên silica gel, ODS gel, và HPLC pha đảo [18]. AcO H H OH H O O H H OH HOOC H HO 17 18 19 1.2 Vài nét về terpen và diterpen [3, 25] Khái niệm “terpen” được dùng để chỉ một lớp hợp chất thiên nhiên có cấu trúc có thể phân chia ra thành các đơn vị isopren.
Căn cứ vào số đơn vị isopren hợp thành 6 người ta phân biệt các monoterpen C 10, sesquiterpen C15, diterpen C20, sesterterpen C25, triterpen C30, tetraterpen C40 và polyterpen. Bên cạnh thuật ngữ “terpen” người ta còn dùng khái niệm “terpenoit” để bao hàm rộng rãi các sản phẩm thoái biến tự nhiên, thí dụ các ionon và các dẫn xuất tự nhiên cũng như tổng hợp của các terpen, thí dụ các terpen - ancol, -andehit, -xeton, - axit, - este, - epoxit, v.v… Tuy nhiên trong khi sử dụng thường không có sự phân chia ranh giới thật rõ rệt giữa các khái niệm “terpen” và “terpenoid” như vừa nêu. Thuật ngữ terpen nhiều khi được dùng để bao hàm các terpen – hidrocacbon lẫn các dẫn xuất của chúng. Các diterpenoid hợp thành một nhóm lớn các hợp chất C-20 được dẫn ra từ geranyl geraniol pyrophotphat.
Chúng chủ yếu xuất hiện trong các loài nấm hoặc trong thực vật và bao gồm các axít nhựa và các hocmon sinh trưởng thực vật nhóm gibberellin. Các diterpenoid có một số nét riêng đặc trưng. Sự oxi hoá thường hay xảy ra hơn ở các nhóm trong phân tử và ta thấy xuất hiện nhiều phản ứng tạo ete hoặc lacton. Các tương tác giữa các nhóm không liên kết trực tiếp với nhau thường làm cho khung cacbon bị biến dạng và dẫn tới nhiều chuyển vị lý thú.
Đa số các diterpen là hợp chất vòng. Đối với các diterpen chủ yếu kiểu đóng vòng để hình thành các dẫn xuất của perhidronaphtalen và perhidrophenantren. Có hai kiểu đóng vòng : Kiểu 1: Đóng vòng do sự proton hoá nối đôi của đơn vị isopropyliden xuất phát. Kiểu thứ nhất thuộc về cùng dãy lập thể với steroid.
Kiểu 2: Nhóm pyrophotphat rời khỏi phân tử cho một cacbacation và khai mào cho phản ứng đóng vòng. 7 Từ các tiền thân không vòng, thông qua các kiểu đóng vòng khác nhau mà dẫn đến các hệ thống khung vô cùng phong phú của các terpen cũng như diterpen. Chẳng hạn ngày nay ta đã biết đến trên 170 khung cacbon của các diterpen, trong số đó có 7 khung (hình 1) chiếm khoảng 50% các diterpen được biết, khung labdan chiếm số lượng lớn nhất. cembran labdan clerodan kauran pimaran abietan gibberellan Hình 2: Một số khung của các diterpen Các diterpen có hoạt tính sinh học vô cùng phong phú: Điển hình là các hocmon sinh trưởng thực vật dãy gibberellin.
Người ta đã phân lập và tinh chế được axít gibberellic từ nấm Gibberella fujikuroi tác dụng đặc trưng cho sự phát triển bình thường của cây. Các axít nhựa thuộc vào số các sản phẩm thiên nhiên xuất hiện với lượng lớn. Chúng có tác dụng cố kết các sợi gỗ, đặc biệt là các axít nhựa có nhóm phenolic có hoạt tính kháng sinh nhẹ và bảo vệ cho gỗ khỏi bị vi sinh vật làm mục nát (axít 8 podocarpic và axít ferruginol). Nhựa copan hình thành khi một số cây nhiệt đới mục nát có tác dụng bảo vệ cây.
Diterpen pleu-romutilin phân lập từ cây Pleurotus mutilus có hoạt tính kháng khuẩn. Ngoài ra nhiều hợp chất diterpenoid còn có tác dụng kìm hãm sự phát triển của khối u (ví dụ quinon-methin), hoặc là những hợp chất có độc tính nguy hiểm (ví dụ taxin 1 ở cây thuỷ tùng). Từ nhựa của Fabiana densa Remy var. ramulosa Wedd đã tách được hai diterpen mới: ent-beyer-15-en-18-O-succinat (20) và ent-beyer-15-en-18-O-oxalat (21).
Hai hợp chất này có hoạt tính kháng vi trùng đối với Escherichia coli (ATCC 8739), Klebsiella pneumoniae, Salmonella aviatum (ATCC 2228), Pseudomonas aerug-inosa (ATCC 14207), Staphylococcus aureus (ATCC 6538P), Micrococeus flavus (ATCC 10290), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Saccharomyces cerevisiae [16]. R O H2C CH3 Phần chiết CH2Cl2 của lá Croton zambesicus (Euphorbiaceae) gây độc tế bào đối với dòng tế bào ung thư biểu mô tử cung. Từ phần chiết này đã tách được một trachyloban diterpen, ent-trachyloban-3β-ol (22) với hoạt tính độc tế bào dòng tế bào Hela, IC50=7,3 µg/ml [14].3 Khái quát về kauran và ent-kauran Các kauran tồn tại ở hai dạng: dạng ent và phyllocladane. Phần lớn kauran ở dạng ent, ít phổ biến hơn là phyllocladan có cầu metylen ở vị trí đối diện so với nhóm metyl ở C-10.
12 12 11 13 11 13 20 17 17 20 9 14 16 9 14 16 1 1 2 10 8 2 10 8 H 15 H 15 3 5 7 3 5 7 4 6 4 6 H H 19 18 19 18 ent-kauran phyllocladan 1.1 Sinh tổng hợp các ent-kauran Ent-kauran được hình thành từ geranylgeranyldiphosphat (GGPP) dưới tác dụng xúc tác của 2 enzym [22]. Enzym ent-kaurene synthase (A) (copalyl PP synthase) xúc tác đóng vòng tạo thành (-)-copalyl PP (ent-copalyl diphosphat). 10 OPP enzym(A) OPP H H GGPP (-)-copalyldiphosphat 2. Enzym ent-kaurene synthase (B) xúc tác để (-)-copalyl PP (ent-copalyl diphosphat) tiếp tục đóng vòng và phân bố lại.
OPP + i ii H H GGPP H H ( ) copalyl diphosphat (ent copalyl diphosphat ) + + H H H H H H H ent kaurene 1.2 Các nghiên cứu chuyển hóa các ent-kauran diterpenoid Năm 2007, Ronan Batista cùng các đồng sự đã tổng hợp thành công một ent- kauran glycosid mới bằng phản ứng Koeings-Knorr từ axit kaurenoic và 2,3,4,6-tetra- O-acetyl-glucopyranosyl bromid, theo sự thủy phân nhóm axetat [13]. 11 Hình 3: Sơ đồ tổng hợp alcol kauran 25 và 26 12 Hình 4: Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất kauran 32a/b từ alcol kauran 25 13 Hình 5: Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất kauran 33-38 từ alcol kauran 26 Năm 2008, Silvia Marquina cùng với các cộng sự đã tiến hành hydroxyl hóa các diterpen axit ent-kaur-16-en-19-oic và axit ent-beyer-15-en-19-oic bằng phương pháp vi sinh sử dụng vi nấm Aspergillus niger [29].