CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về sao biển (Asteroidea) Sao biển là loài động vật không xương sống, thuộc ngành Da gai (Echinodermata), lớp Asteroidea. Sao biển phân bố rộng trên khắp các Đại dương, nhưng tập trung nhiều nhất ở khu vực Bắc Thái Bình Dương.
Chúng sống ở đáy biển, thích nghi với những khu vực đáy có cát, bùn cát, đá nhỏ và các khu vực có rạn san hô. Cơ thể sao biển dẹp theo chiều lưng bụng và có đối xứng tỏa tròn bậc năm, gồm một đĩa trung tâm ở giữa và có 5 hay nhiều cánh (có thể lên tới 45 cánh) xếp xung quanh. Cánh sao biển ở mỗi loài có độ dài ngắn tương đối khác nhau. Lỗ miệng có màu sặc sỡ, khi bò trên bề mặt giá thì miệng hướng về phía dưới, hậu môn ở về phía đối diện.
Bên trong quanh miệng là vòng ống nước, từ đó phát ra các ống nước nhánh hình nan quạt tỏa ra đến tận đỉnh của mỗi cánh. Bao bên ngoài mỗi ống nước nhánh có hai dãy chân ống. Sao biển không có đầu và việc di chuyển được thực hiện nhờ hoạt động nhịp nhàng của hai hàng chân ống nằm phía dưới mỗi cánh. Tốc độ di chuyển của sao biển rất chậm từ 5 đến 10 cm trong 1 phút, chúng nhạy cảm với ánh sáng và độ mặn nước biển [6].
Theo Blacke (1987), lớp Asteroidea được chia thành 7 bộ (order) bao gồm: Brisingida, Forcipulatida, Notomyotida, Paxillosida, Spinulosida, Valvatida và Velatida. Đến nay người ta đã thống kê có khoảng 1900 loài sao biển, được nhóm vào 370 chi phân bố ở tất cả các Đại dương trên thế giới [7]. Những nơi có nhiều sao biển phải kể đến các vùng biển Australia, Đông Thái Bình Dương và Bắc Mỹ, đặc biệt vùng biển nhiệt đới Ấn Độ - Thái Bình Dương là nơi tập trung đại đa số các loài sao biển [6, 8]. Ở Việt Nam có khoảng 78 loài sao biển khác nhau, phân bố dọc bờ biển từ Bắc đến Nam.
Loài sao biển Acanthaster planci thuộc chi Acanthaster, họ Acanthasteridae trong bộ Valvatida. Theo Mah và Hansson (2013), bộ này có 17 họ (Acanthasteridae, Archasteridae, Asterinidae, Asterodiscididae, Asteropseidae, Chaetasteridae, Ganeriidae, Goniasteridae, Leilasteridae, Mithrodiidae, Odontasteridae, Ophidiasteridae, Oreasteridae, Podosphaerasteridae, Poraniidae, Solasteridae, Sphaerasteridae), 165 chi với khoảng 695 loài. Theo Đăng ký thế giới về các loài sinh vật biển (World Register of Marine Species), chi Acanthaster chỉ có 2 loài là Acanthaster planci (Linnaeus, 1758) và Acanthaster brevispinus (Fisher, 1917). Cho đến nay, theo thống kê của tác giả Guang Dong và cs [9] trong giai đoạn từ năm 1977-2007 đã có khoảng 98 loài sao biển được nghiên cứu về thành phần hóa học.
Các hợp chất phân lập được từ các loài sao biển chủ yếu là các hợp chất thuộc lớp chất luan an 4 steroid và các hợp chất ceramide. Ngoài ra, sao biển còn chứa một số lớp chất khác như: carotenoid, nucleoside, alkaloid, acid béo, peptide. Trong đó, các hợp chất steroid là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp chính của sao biển. Hiện nay, đã có hơn 800 hợp chất steroid phân cực được phân lập từ các loài sao biển khác nhau, và sự đa dạng về cấu trúc của các hợp chất này dường như là vô tận [10].
Trong số các loài sao biển được nghiên cứu, có một số loài được quan tâm nghiên cứu khá chi tiết như các loài Asterina pectinifera, Culcita novaeguineae, Certonardoa semiregularis và Linckia laevigata. Các nghiên cứu về lớp chất steroid phân cực từ các loài sao biển Lớp chất steroid từ sao biển, đặc biệt là các steroid phân cực, thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới bởi các hoạt tính thú vị của chúng như: hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư, chống virus, kháng viêm, giảm đau, tán huyết… Dựa vào cấu trúc hóa học của các steroid đã phân lập được từ tự nhiên có thể chia chúng thành các nhóm chất chính như sau: polyhydroxysteroid, steroid sulfate, steroid glycoside [11]. Polyhydroxysteroid Các polydydroxysteroid từ sao biển là các hợp chất có chứa từ 4 đến 9 nhóm hydroxyl (-OH) trong phần nhân tetracyclic steroid của chúng và cả trong phần mạch nhánh liên kết với nhân steroid ở vị trí C-17. Điều đặc biệt, các nhóm –OH này thường chỉ được tìm thấy ở một số vị trí xác định.
Chúng thường có mặt ở các vị trí như 3β, 6(α hoặc β), 8β, 15(α hoặc β) và 16β trong nhân steroid. Đôi khi các nhóm –OH cũng được tìm thấy ở các vị trí 4β, 5α, 7(α hoặc β), và hiếm khi được tìm thấy ở vị trí 14α. Phần mạch nhánh của các hợp chất này khá đa dạng, tuy nhiên trong phần lớn các hợp chất polyhydroxysteroid có phần mạch nhánh như của cholestane với các nhóm –OH thường được tìm thấy ở các vị trí C-24 và C-26 (C-28 hoặc C-29 trong loại mạch nhánh giống của ergostane hoặc stigmastane) [11]. Các penta- và hexaol thường chiếm ưu thế hơn trong các polyhydroxysteroid.
Điển hình cho nhóm chất này, từ loài sao biển Certonardoa semiregularis thu thập được gần đảo Komun, Hàn Quốc, các nhà khoa học Hàn Quốc đã phân lập được 36 hợp chất polyhydroxysteroid (1-36) với sự đa dạng về cấu trúc mạch nhánh và vị trí các nhóm hydroxyl [12-17]. luan an 5 luan an 6 Từ loài sao biển Asterina pectinifera, năm 2010, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã phân lập được 4 hợp chất polyhydroxysteroid (37-40), trong đó có hợp chất polyhydroxysteroid ester lần đầu được phân lập trong tự nhiên là (25S)-5α-cholestane- 3β,6α,7α,8,15α,16β-hexahydroxyl-26-O-14’Z-eicosenoate (37) [18]. Từ loài sao biển Archaster typicus thu thập được ở vùng biển Việt Nam, nhóm nghiên cứu của Ivanchina và cs đã phân lập được 2 hợp chất polyhydroxysteroid mới (41, 42) đều có nhóm -OH ở vị trí hiếm gặp là 14α [19]. Một loạt các dẫn xuất polyhydroxysteroid được phân lập từ các loài sao biển khác nhau cho thấy một lượng lớn các hợp chất tự nhiên có cấu trúc đa dạng có mặt trong lớp sao biển Asteroidea cũng như chỉ ra tầm quan trọng của các hợp chất này đối với sự tồn tại của sao biển.
Steroid sulfate Các hợp chất tự nhiên có nhóm sulfate được phân bố rộng rãi trong động vật biển, đặc biệt trong các sinh vật ngành Da gai. Trong cả năm lớp của ngành Da gai, người ta đều tìm được các hợp chất monosulfate, và chứng minh đây là những hợp chất thứ cấp rất phổ biến trong sao biển. Các hợp chất steroid sulfate không chỉ được tìm thấy dưới dạng các hợp chất steroid tự do mà còn được tìm thấy ở dạng sulfate hóa của các hợp chất steroid glycoside. Nhóm sulfate có thể được tìm thấy ở các vị trí C-3 và C-15 trong hệ đa vòng của nhân steroid; ở phần mạch nhánh hoặc trong các đơn vị monosaccharide.
Từ loài sao biển Asterina pectinifera, Yan Peng và cs đã phân lập được chất 43 và một polyhydroxysteroid glycoside (44) có mặt nhóm sulfate trong đơn vị đường [18]. Từ loài sao biển Lethasterias fusca, Ivanchina và cs đã phân lập được một steroid glycoside sulfate, fuscaside A (45), có nhóm sulfate ở vị trí 15α và hai đơn vị luan an 7 monosaccharide liên kết ở hai phần khác nhau của nhân steroid; và hợp chất natri 24,25-dihydromarthasterone-3-sulfate (46) [20]. Từ loài sao biển Mithrodia clavigera, Levina và cs phân lập được ba hợp chất steroid sulfate (47-49). Hợp chất 47, 48 có nhóm sulfate ở vị trí C-3 và nhóm α-OH ở vị trí C-6.
Trước đây, các hợp chất này được cho rằng là sản phẩm thu được sau khi thủy phân các asterosaponin chứ không tồn tại ở dạng tự do. Tuy nhiên sau đó chúng đã được chứng minh tồn tại ở dạng tự do trong thành phần hóa học của sao biển. Hợp chất 49 có nhóm sulfate ở vị trí 15α [21]. Gần đây, năm 2015, từ loài sao biển Leptasterias ochotensis, Timofey và cs đã phân lập được 4 hợp chất steroid sulfate phân cực mới [22].
Trong đó bao gồm 3 monoglycoside steroid sulfate (50-52) và 1 polyhydroxysteroid sulfate (53). Từ các kết quả nghiên cứu này cho thấy, sulfate hóa là một định hướng đặc trưng của biến đổi sinh hóa trong sao biển. Các hợp chất steroid có thể bị sulfate hóa ở một số vị trí khác nhau trong hệ thống đa vòng và/hoặc trên mạnh nhánh hay thậm chí trong chuỗi saccharide. Steroid glycoside Các hợp chất steroid glycoside là sản phẩm chuyển hóa nổi bật của sao biển, chúng chịu trách nhiệm trong chức năng gây độc tính của chúng [7].
Dựa trên cấu trúc hóa học của chúng, có thể chia ra thành ba nhóm chất: polyhydroxysteroid glycoside, asterosaponin, cyclic steroid glycoside [23]. Thông thường, các đơn vị đường của luan an 8 chuỗi carbohydrate có dạng pentose (arabinose, xylose, hoặc các dẫn xuất methyl của chúng); hoặc hexose (glucose, galactose); và có thể có các nhóm sulfate [10]. Cấu trúc của các đơn vị đường thường gặp trong các loài sao biển được thống kê ở bảng 1. Một số đơn vị đường thường gặp trong các loài sao biển HO O HO O OH β-D-Quinovose (Qui) β-D-Glucose (Glc) β-D-Galactose (Gal) β-D-Xylopyranose (Xyl) β-D-Fucose (Fuc) α-L-Arabinopyranose (Ara) 6-Deoxy-xylo-hex-4-ulose (DXHU) D-Glucuronic acid (Glucur) β-D-Galactofuranose (Galf) β-D-Fucofuranose (Fucf) β-D-Xylofuranose (Xylf) α-L-Arabinofuranose (Araf) 1.
Polyhydroxysteroid glycoside Các polyhydroxysteroid glycoside là các chất chuyển hóa thứ cấp đặc trưng trong thành phần chính của sao biển. Cấu trúc của các glycoside này gồm hai phần: phần aglycon là các polyhydroxysteroid; và phần chuỗi carbohydrate thường là 1, 2 hoặc 3 đơn vị đường (hiếm gặp 3 đơn vị đường) gắn vào hệ đa vòng hoặc phần mạch nhánh của nhân steroid, hay thậm chí cả vào hệ đa vòng và phần mạch nhánh. Các đơn vị monosaccharide có thể ở dạng pentose, hexose hoặc dạng sulfate của chúng [10]. Những năm gần đây, có khá nhiều các hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mới được phân lập.
Đa phần trong số đó là các mono-, diglycoside của polyhydroxysteroid. Tuy nhiên các hợp chất hiếm gặp như steroid triglycoside cũng được công bố phân lập được từ một số loài sao biển, nhưng với số lượng không nhiều. Từ năm 2008 đến nay, ba loài sao biển thuộc chi Anthenea đã được nghiên cứu về thành phần hóa học lớp chất steroid phân cực, và có 32 hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mới đã được phân lập. Các hợp chất này có phần glycoside chủ yếu là các mono-, hoặc diglycoside; và các đơn vị glycoside này đều liên kết với khung steroid ở vị trí C-16 hoặc cả ở vị trí C-7 và C-16.
luan an 9 Đầu tiên là nghiên cứu của Ning Ma và cs, năm 2009-2010, đã phân lập từ loài Anthenea chinensis 11 hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mới là anthenoside A-K (54-64). Đơn vị monosaccharide của anthenoside A (54) ở vị trí C-2 bị thế bởi một nhóm acetamid [24, 25]. Đặc biệt, trong tất cả các hợp chất 55-62 đều có mặt chuỗi carbohydrate có dạng 6-O-methyl-β-D-galactofuranosyl-(1→3)-(6-O-methyl-β-D- galactofuranose) gắn ở vị trí C-16. Hợp chất với chuỗi hai đơn vị đường này chưa từng được bắt gặp trước đó, lần đầu tiên các hợp chất này được phân lập từ loài Anthenea chinensis [25].
Tất cả các hợp chất này đều có một liên kết đôi ở vị trí C8/C14.