MỞ ĐẦU Đại dịch COVID-19 là một mối đe dọa lớn đối với sức khỏe cộng đồng trên toàn thế giới. Mặc dù tỷ lệ tử vong do COVID-19 (ước tính khoảng 2% –3%) thấp hơn so với SARS (khoảng 10%) và MERS (khoảng 40%), nhưng đại dịch liên quan đến COVID-19 lại nghiêm trọng hơn nhiều [83]. Tính đến ngày 8/5/2022, đã ghi nhận khoảng 517,5 triệu trường hợp nhiễm COVID-19 tại khoảng 215 quốc gia và vùng lãnh thổ với 6,2 triệu trường hợp tử vong, chiếm 1,208% (WHO). Tại Việt Nam, diễn biến của COVID-19 cũng vô cùng nghiêm trọng với nhiều ổ dịch xuất hiện xuyên suốt.
Tính đến ngày 8/5/2022, Bộ Y Tế đã ghi nhận 10,7 triệu trường hợp nhiễm bệnh, hơn 43 nghìn ca tử vong. Hiện tại, những con số này vẫn không ngừng tăng lên, cùng với đó là sự xuất hiện của nhiều biến chủng mới khó lường của virus SARS-CoV-2. Ngoài ra, một điều đáng lo ngại nữa đó là các triệu chứng của bệnh thường rất đa dạng, thậm chí có thể biểu hiện khác nhau ở mỗi bệnh nhân [6]. Phác đồ điều trị COVID-19 hiện tại là kiểm soát triệu chứng hoặc sử dụng các thuốc kháng virus như remdesivir hoặc thuốc đang được thử nghiệm có kiểm soát molnupiravir, favipiravir.
Ngoài ra, có thể phối hợp với liệu pháp glucocorticoid và thuốc chống đông trong các trường hợp đặc biệt [1]. Đây đều là các thuốc quan trọng, tuy nhiên nguy cơ xảy ra ADR cao, cần theo dõi chặt chẽ. Bên cạnh các thuốc hóa dược, các hợp chất thiên nhiên ngày càng được các nhà khoa học quan tâm do ít tác dụng phụ và những lợi ích sức khỏe của chúng. Hơn nữa, nguồn dược liệu ở Việt Nam vô cùng phong phú, thích hợp để khám phá ra các hợp chất antiviral thiên nhiên tiềm năng ức chế SARS-CoV-2.
Trước tình hình đó, phương pháp nghiên cứu in silico có ý nghĩa rất lớn trong việc khám phá ra các hợp chất/thuốc tiềm năng điều trị COVID-19, giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí, thời gian, công sức. Với những lý do nêu trên, đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất antiviral thiên nhiên có tác dụng ức chế virus SARS-CoV-2 hướng điều trị COVID-19” được tiến hành với 2 mục tiêu chính đó là: 1. Sàng lọc được các hợp chất antiviral “giống thuốc” có nguồn gốc từ thiên nhiên tiềm năng ức chế bốn đích quan trọng: enzym chuyển angiotensin II, spike protein, main protease, ARN polymerase phụ thuộc ARN của virus SARS-CoV-2 bằng phương pháp docking phân tử. Đánh giá được đặc tính dược động học, độc tính của các hợp chất antiviral tiềm năng từ mục tiêu 1.
Tổng quan về COVID-19 1. Một vài nét về COVID-19 Coronavirus là một họ virus lớn phổ biến ở người và nhiều loài động vật khác nhau như: mèo, dơi… Có bốn loại coronavirus chính: alpha (α), beta (β), gamma (γ) và delta (δ). Các coronavirus đầu tiên của con người được xác định vào giữa những năm 1960. Các dấu hiệu và triệu chứng thông thường do các coronavirus này tạo ra tương tự như các dấu hiệu của cảm lạnh thông thường, kèm theo nhiễm trùng đường hô hấp trên (URTI) từ nhẹ đến trung bình.
Một số coronavirus lây nhiễm sang động vật có thể trải qua quá trình đột biến và thích nghi, từ đó thúc đẩy quá trình đồng tiến hóa của coronavirus, có thể trở thành coronavirus mới ở người (HCoV) [110]. Do đó, những trường hợp nhiễm HCoV này có tính chất lây truyền từ động vật sang người và các triệu chứng của chúng đi kèm với hội chứng đường hô hấp nghiêm trọng. Bằng chứng đó là sự xuất hiện của: SARS-CoV (β-coronavirus, gây ra hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng), MERS-CoV (β-coronavirus, gây ra hội chứng hô hấp Trung Đông) và gần đây là SARS-CoV-2 (β-coronavirus, coronavirus mới, gây ra bệnh coronavirus vào năm 2019) [59,110]. Bệnh coronavirus 2019 (COVID-19) là bệnh truyền nhiễm gây viêm đường hô hấp cấp ở người, gây ra bởi virus SARS-CoV-2.
Căn bệnh này lần đầu tiên xuất hiện vào tháng 12 năm 2019, tại thành phố Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc [119]. Tính đến ngày 8/5/2022, đã ghi nhận 517 422 425 trường hợp nhiễm COVID-19 tại khoảng 215 quốc gia và vùng lãnh thổ với 6 251 567 trường hợp tử vong, chiếm 1,208% (theo WHO). Hiện tại những con số này vẫn không ngừng tăng lên. Tại Việt Nam, Bộ Y Tế đã ghi nhận 10 676 184 trường hợp nhiễm bệnh, 43 056 ca tử vong, tính đến ngày 8/5/2022.
COVID-19 có thể lây từ người sang người hoặc từ động vật sang người qua tiếp xúc trực tiếp, qua những giọt bắn hoặc qua không khí. Một người có thể bị nhiễm COVID-19 khi tiếp xúc trực tiếp với người bệnh như ôm, hôn, bắt tay hoặc chạm tay vào các bề mặt có virus rồi đưa lên mắt, mũi, miệng của mình. Ngoài ra, khi tiếp xúc gần (dưới 2m) các giọt bắn có chứa virus của người nhiễm bệnh hoặc khi ở trong môi trường kín, thông khí kém, virus theo các giọt nhỏ dễ dàng xâm nhập vào đường hô hấp của người bình thường và gây bệnh [103]. Bệnh nhân mắc COVID-19 có mức độ nghiêm trọng khác nhau và 80% bị nhiễm trùng nhẹ [75].
Khoảng 15% trường hợp phát triển bệnh nặng với đặc điểm là 2 khó thở, thiếu oxy và tổn thương thâm nhiễm phổi trên phim chụp X quang phổi; 5% nặng gặp tình trạng suy hô hấp do hội chứng suy hô hấp cấp tính (ARDS), sốc, rối loạn chức năng đa cơ quan [39,108,118]. SARS-CoV-2 có khả năng xâm nhập, liên kết với thụ thể ACE2 để tăng sinh và phá hủy các cơ quan như phổi, tim, nội mô, biểu mô ống thận, biểu mô ruột và tuyến tụy, gây ra hội chứng rối loạn chức năng đa cơ quan (MODS) [14,117]. Đối với người có sức đề kháng yếu và suy giảm chức năng sinh lý như người già, người mắc bệnh mạn tính dễ dàng tiến triển nặng nếu nhiễm bệnh. Ngoài ra, phụ nữ có thai và trẻ sơ sinh cũng dễ mắc bệnh, chủ yếu là do khả năng miễn dịch kém [91].
Cấu trúc của virus SARS-CoV-2 Coronavirus thuộc phân họ Coronavirinae trong họ Coronaviridae và phân họ này chứa bốn chi: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus và Deltacoronavirus. Bộ gen của CoVs (27–32 kb) là một ARN sợi đơn dương (+ssARN) lớn hơn bất kỳ loại virus ARN nào khác. Virus SARS-CoV-2 có hình dạng gần giống hình cầu hoặc hình elip với đường kính trung bình là 108 ± 8 nm [68,109]. Bề mặt bên ngoài của virus được bao phủ bởi các spike protein.
Màng ngoài của virus chứa protein màng (M) và protein vỏ (E). Trong lõi của virus là phức hợp ribonucleoprotein (RNP) bao gồm protein nucleocapsid (N) và bộ gen của virus, chịu trách nhiệm đóng gói bộ gen ARN của virus, với ước tính khoảng 30-35 RNP trên mỗi virus [109]. Là một thành viên của họ coronavirus, kích thước bộ gen của SARS-CoV-2 được giải trình tự gần đây là khoảng 29,9 kb [72]. SARS-CoV-2 chứa 4 protein cấu trúc (S, E, M, N) và 16 protein phi cấu trúc (NSP1−16).
NSP1 làm trung gian xử lý và sao chép ARN. NSP2 điều chỉnh con đường tín hiệu sống sót của tế bào chủ. NSP 3 được cho là có thể tách protein được dịch mã. NSP4 chứa miền xuyên màng 2 (TM2) và sửa đổi màng ER.
NSP5 tham gia vào quá trình tạo polyprotein trong quá trình sao chép. NSP6 là một miền xuyên màng giả định. Sự hiện diện của NSP7 và NSP8 đã làm tăng đáng kể sự kết hợp của NSP12 và ARN mẫu mồi. NSP9 có chức năng như một protein liên kết ssARN.
NSP10 rất quan trọng đối với quá trình methyl hóa nắp của mARN của virus. NSP12 chứa ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp), là thành phần quan trọng của quá trình sao chép, phiên mã coronavirus. NSP13 liên kết với ATP và miền liên kết kẽm trong NSP13 3 tham gia vào quá trình sao chép và phiên mã. NSP14 là miền exoribonuclease hiệu đính.
NSP15 có hoạt tính endoribonuclease phụ thuộc Mn (2+). NSP16 là một methyltransferase 2'-O-ribose [79]. Một nghiên cứu cho thấy có một số tác động qua trung gian NSP đối với quá trình nối, dịch mã và vận chuyển protein để ức chế khả năng phòng thủ của vật chủ. Khi nhiễm SARS-CoV-2, NSP16 liên kết các miền nhận dạng mARN của snARN U1 và U2 để ngăn chặn sự nối mARN.
NSP1 liên kết với ARN ribosome 18S trong kênh nhập mARN của ribosome để can thiệp vào quá trình dịch mã của mARN. NSP8 và NSP9 liên kết với ARN 7SL để phá vỡ quá trình vận chuyển protein đến màng tế bào [7]. Bao phủ bề mặt của virus là spike protein (protein S) với số lượng lớn được glycosyl hóa và liên kết với enzym chuyển angiotensin 2 (ACE2) của tế bào chủ [56]. Protein S là một glycoprotein trimeric TM lớp I liên quan đến sự xâm nhập và lây nhiễm của virus.
Protein S có 2 chức năng chính là kết hợp với thụ thể và hợp nhất virus [40]. ACE2 là protein xuyên màng thuộc nhóm các thụ thể chức năng tuýp 2 biểu hiện ở các tế bào biểu mô thuộc phế nang. Thụ thể ACE2 là đích đến đầu tiên cho quá trình tiếp cận và bám dính của virus vào các tế bào vật chủ. ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp), là một loại enzym quan trọng, có vai trò trong quá trình sao chép và phiên mã ARN trong tế bào chủ [24].
Cơ chế xâm nhập và lây nhiễm của virus SARS-CoV-2 Khi xâm nhập vào vật chủ, tiểu đơn vị S1 của spike protein nhận biết và liên kết với thụ thể tế bào ACE2, và hepeptide lặp lại 1 (HR1), hepeptide lặp lại 2 (HR2) tạo thành một bó sáu chuỗi xoắn, cho phép virus và hợp nhất màng tế bào [70,106]. SARS-CoV-2 xâm nhập vào các tế bào đích thông qua hợp nhất màng hoặc quá trình nội bào. Sau khi virus xâm nhập vào tế bào chủ, ARN của virus được giải phóng trong tế bào chất, các polyprotein pp1a và pp1ab được dịch mã và phân cắt để tạo thành một phức hợp sao chép phiên mã [31]. Phức hợp này thúc đẩy quá trình sản xuất [(-) ARN] thông qua quá trình sao chép và phiên mã.
Trong quá trình sao chép, bản sao (-) ARN có chiều dài đầy đủ của bộ gen được tạo ra và được sử dụng làm khuôn mẫu để tổng hợp sợi (+) ARN có chiều dài đầy đủ. Trong quá trình phiên mã, một tập hợp con của ARN phụ mã hóa tất cả các protein cấu trúc sẽ được tạo ra. Nucleocapsid của virus được lắp ráp từ ARN bộ gen và protein N trong tế bào chất, sau đó nảy chồi vào 4 lòng của khoang trung gian ER-Golgi (ERGIC) [60]. Ở đây, bộ gen của virus được bao bọc bởi protein N thành các Nucleocapsid.
Protein M phối hợp với protein E tích hợp vào màng của ERGIC thành lớp vỏ virus, gắn bọc lấy Nucleocapsid tạo ra các hạt giống virus (VLP). Sau đó protein S gắn vào lớp màng của VLP thành các hạt virion trưởng thành.