MỞ ĐẦU Theo thống kê của tổ chức Y tế giới (WHO), ung thư đã trở thành căn bệnh giết người hàng đầu thế giới, với khoảng 14 triệu ca mới phát hiện và 8,2 triệu trường hợp tử vong mỗi năm (số liệu tính đến hết năm 2012). So với thế giới thì Việt Nam thuộc nhóm nước có tỷ lệ mắc bệnh cao nhất đối với nhiều loại ung thư. ớc tính mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 150 - 200 nghìn người phát hiện bị ung thư, trong đó 70.000 trường hợp tử vong. Trước tình hình đó, việc nghiên cứu và phát triển các thuốc mới chống lại ung thư luôn là mối quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp dược phẩm thế giới và Việt Nam.
Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu phát triển thuốc nói chung và các thuốc điều trị ung thư nói riêng hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên các phương pháp kinh điển hay phương pháp “thử và lỗi” với nhược điểm là tốn thời gian, tiền bạc và cho hiệu quả thấp [22]. Ngoài ra, các thuốc điều trị ung thư hiện đang gặp rất nhiều vấn đề liên quan đến độc tính và tỷ lệ kháng thuốc cao. Do đó yêu cầu cấp bách đặt ra là phải nghiên cứu và phát triển thuốc chống ung thư mới, có tác dụng chọn lọc trên đích phân tử nhằm phát huy tối đa hiệu quả, lâu bị kháng và ít độc hơn. Histon deacetylase (HDAC) là một trong những đích phân tử được ch hiện nay, enzym này x c tác cho quá trình deacetyl hoá nhóm -N acetyl lysine amino acid ở phần đuôi của histon.
Người ta đã chứng minh được trong nhiều tế bào ung thư có sự huy động quá mức các enzym HDAC, gây nên hiện tượng giảm sự acetyl hoá của histon. Các chất ức chế HDAC có thể ngăn chặn quá trình này thông qua việc làm thay đổi biểu hiện gen gây ung thư hay các gen ức chế khối u do gây cường acetyl hóa các protein histone [32]. Hiện nay người ta đã biết đến 18 loại HDAC khác nhau, chia thành 4 nhóm, trong đó HDAC2 thuộc nhóm I được đánh giá là một đích phân tử quan trọng do có vai trò trong quá trình deacetyl hoá của các histon H3K56 và H4K16 xảy ra trong hầu hết các dòng tế bào ung thư người [7,10]. Quá trình nghiên cứu tìm kiếm chất ức chế HDAC nhằm phát triển thành thuốc chống ung thư đã kéo dài hơn một thập kỷ [43].
Các mô hình liên quan mối quan hệ cấu trúc – tác dụng dược lý xuất hiện từ năm 1868, được biết đến là mô hình toán học định lượng mối liên quan tác dụng dược lý và cấu trúc hóa học của hợp chất hay còn gọi là QSAR. Xây dựng mô hình QSAR để dự đoán hoạt tính của những phân tử chưa từng được kiểm tra. Từ đó gi p tìm kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, tối ưu hóa cấu tr c các hợp chất này nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học của thuốc. Phương pháp này nhìn chung nhanh có tính kinh tế và hỗ trợ rất tốt cho các nghiên cứu thực nghiệm, giúp nâng cao tỷ lệ thành công của nghiên cứu.
Từ các vấn đề nêu trên, mục tiêu chung của nghiên cứu này là “Xây dựng mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có tác dụng chống ung thư”. Với mục tiêu cụ thể: - Xây dựng mô hình QSAR mới sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính nhằm dự đoán khả năng ức chế HDAC2. - Đánh giá mô hình xây dựng được theo các tiêu chí của Tổ chức kinh tế thế giới (OECD). - Vận dụng mô hình xây dựng được xác định hợp chất dẫn đường tiềm năng ức chế HDAC2 phát triển thành thuốc chữa ung thư.
Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1. Thực trạng ung thƣ và tử vong do ung thƣ 1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới. Trong năm 2012, có khoảng 14 triệu trường hợp ung thư được phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư [40].
Trong đó, số lượng các ca tử vong do các ung thư chủ yếu là: ung thư phổi (1,59 triệu ca), ung thư gan (745000 ca), ung thư dạ dày (723000 ca), ung thư đại trực tràng (694000 ca), ung thư v (521000 ca), ung thư thực quản (400000 ca) [40]. Số lượng các ca ung thư mới được dự đoán sẽ tăng khoảng 70% trong vòng hai thập kỉ tới. Dự đoán số trường hợp ung thư hàng năm sẽ tăng từ 14 triệu trong 2012 lên 22 triệu trong vòng hai thập kỉ tới [2]. Hơn 60% số các ca ung thư mới hàng năm trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và Nam Mỹ, chiếm 70% số các ca tử vong ung thư thế giới [40].
Đối với nam giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán trong năm 2012 là ung thư phổi, tuyến tiền liệt, đại trực tràng, dạ dày và gan. Đối với nữ giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán là ung thư v , đại trực tràng, phổi, cổ tử cung, dạ dày. Khoảng 30% các trường hợp tử vong liên quan đến ung thư là do 5 yếu tố nguy cơ hàng đầu về hành vi và chế độ ăn uống: chỉ số khối cơ thể cao (béo phì), ăn ít rau quả tươi, ít tập thể dục, nghiện thuốc lá hoặc rượu. Thuốc lá là yếu tố nguy cơ quan trọng nhất đối với ung thư, gây ra hơn 20% các ca tử vong ung thư và khoảng 70% các ca tử vong do ung thư phổi trên toàn cầu.
Ngoài ra, các bệnh nhiễm virus HBV, HCV và một số type Human Papilloma Virus (HPV) là nguyên nhân của trên 20% số các ca tử vong ung thư ở các nước thu nhập thấp và thu nhập trung bình [12]. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong năm 2012, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở nam giới là gan 16.082 ca, dạ dày 9.406 ca, đại trực tràng 4.561 ca và mũi họng 3.301 ca; còn các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: vú 11.182 ca, cổ tử cung 5.146 ca và dạ dày 4. Ở Việt Nam, tổng số ca tử vong do ung thư năm 2012 là 91.600 ca, trong đó: số nam giới tử vong do ung thư là 58.200 ca: ung thư gan chiếm 26,9%, phổi 24,4%, dạ dày 14,5%, miệng - thực quản 5,8%, đại trực tràng 5,2% và do ung thư khác là 23,2%; số nữ giới tử vong do ung thư là 33.400 ca: ung thư phổi chiếm 14,5%, gan 13,7%, v 12,5%, dạ dày 12,1%, đại trực tràng 8% và do ung thư khác là 39,3% [39]. Thuốc điều trị ung thƣ Ngày nay có nhiều phương pháp điều trị ung thư, gồm có phẫu thuật, vật lí trị liệu (xạ trị liệu), hóa trị liệu (dùng thuốc điều trị ung thư), nội tiết, miễn dịch [1].
Tuy nhiên áp dụng phương pháp nào để điều trị có hiệu quả còn tuỳ thuộc vào giai đoạn, vào sức chịu đựng của cơ thể, vào khả năng của cơ sở điều trị và một phần vào kinh nghiệm của thầy thuốc chuyên khoa. Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư đã có thể cho di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường không mang lại hiệu quả. Sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt là các hóa chất chống ung thư có thể ngăn chặn được tiến triển của ung thư. Hóa chất chống ung thư đều là những chất gây độc tế bào.
Ch ng can thiệp vào phân bào theo các cách khác nhau, ví dụ như sự sao chép DNA hay quá trình phân chia các nhiễm sắc thể mới được tạo thành [1]. Điều trị hóa chất dựa trên sự đáp ứng khác biệt nhau giữa tế bào ung thư và tế bào lành. Đặc trưng tăng trưởng của ung thư có ảnh hưởng rất lớn đến đáp ứng với hóa trị. Các hiểu biết về động học tế bào, sự tăng trưởng của khối u, sinh học ung thư là căn bản cho các nguyên tắc hóa trị lâm sàng.
Có khoảng hơn 200 loại thuốc chống ung thư trên lâm sàng [1]. Theo cơ chế hoạt động, các thuốc chống ung thư được phân loại như bảng 1. Các nhóm thuốc chống ung thư Nhóm tác nhân Mục tiêu Cấu trúc hóa học Các tác nhân ngăn Liên kết chéo DNA Nitrogen mustard chặn tổng hợp DNA Ethyle limin bằng alkyl hóa có nguồn gốc tổng hợp Sulfonic acid ester (các tác nhân alkyl Epoxide hóa) Nitrosourea Halogenated hexitol Hợp chất platinum Kháng sinh kháng u Xen giữa DNA làm đứt gãy Anthracyclin, DNA Actinomycin D, Mitomycin C, Bleomycin Các kháng chuyển Sinh tổng hợp acid nhân Các kháng acid Folic, hóa kháng Purin, kháng Pirimidin, các ức chế tổng hợp protein và acid amin Các ức chế giai Ngăn cản hình thức thoi Alkaloid nhóm vinca đoạn gián phân hình trong kì gián phân Podophylin thoi Colchicin Hỗn hợp Không xác định Alkylamin (HMM, PMM)* Dacarbazin Procarbazin Các Taxane Làm đông cứng các vi quản Taxol, Taxotere nội tế bào Các camptothecin Ức chế men topoisomerasa I Camptothecin, CPT - 11 Các hormone Androgen Antiandrogen Estrogen Estrogen Antiestrogen Steroid Antisteroid Progestin Các thuốc tác dụng lên tuyến yên * HMM: Hexamethylmelamine PMM: Pentamethylmelamine 1. Tổng quan histon deacetylase 1.
Khái niệm histon deacetylase Nhiễm sắc thể là phức hợp gồm 3 thành phần: ADN, protein histon và protein không phải histon [21]. Đơn vị cơ bản của nhiễm sắc thể là nucleosom. Mỗi nucleosom gồm 146 cặp base ADN được gói trong một protein histon octame [16] tạo bởi 4 thành phần: H2A, H2B, H3, H4 [13]. Các đầu amino của protein histon thường bị biến đổi bởi các quá trình methyl hóa, phosphoryl hóa hoặc acetyl hóa sau dịch mã.
Quá trình acetyl hoá là một trong những cơ chế điều hoà chính của biểu thị gen. Kiểm soát quá trình biểu thị gen này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa hoạt động của enzym histon acetylase và enzym histon deacetylase, nhờ vào sự điều hoà quá trình acetyl hoá lysin ở phần đuôi histon [6]. Histon acetyltrasferase (HAT) là enzym acetyl hóa nhóm -NH2 trong gốc lysin (đầu N tận) của histon, làm trung hòa điện tích dương trên lysin, do đó giảm khả năng tương tác của histon với ADN (tích điện âm) tạo cấu trúc mở chromatin. Vì vậy, sự acetyl hóa histon tạo điều kiện cho quá trình phiên mã, dịch mã xảy ra (hình 1.
Histon deacetylase (HDAC) là enzym có tác dụng đối lập với HAT. HDAC loại bỏ nhóm acetyl từ acetyl lysin (Ac-Lys) ở đầu N tận của histon, làm đóng xoắn chromatin, do đó ức chế quá trình phiên mã (Hình 1. Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động phiên mã.