CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Đại cương về acid alpha lipoic 1. Nguồn gốc Acid alpha lipoic, còn được gọi là acid 1,2-dithiolan-3-pentanoic hoặc acid thiotic, là một chất tự nhiên được tổng hợp bằng enzym trong ty thể của thực vật và động vật từ acid octanoic và cystein (dưới dạng nguồn lưu huỳnh) [23]. Trong tự nhiên, ALA tồn tại dưới dạng liên kết với lysin, được gọi là lipoyllysin.
Lượng lipoyllysin lớn được tìm thấy trong các quan như thận, gan, tim, cũng như trong các loại rau bina và bông cải xanh (∼1 - 3 μg/g) [45]. ALA trong tổng hợp tồn tại dưới dạng racemic (R,S)-ALA, được sử dụng để điều trị tổn thương thần kinh do bệnh đái tháo đường gây ra và cũng được sử dụng như một thực phẩm bổ sung dinh dưỡng phổ biến ở châu Âu và Hoa Kỳ [38]. Công thức cấu tạo Hình 1. Công thức cấu tạo của ALA Công thức phân tử: C8H14O2S2 Khối lượng phân tử: 206,32 g/mol [29] Tên khoa học: Acid (R)-5-(1,2-dithiolan-3-yl)pentanoic [40] Tên gọi khác: Acid alpha lipoic (ALA), acid lipoic, acid thioctic [30] 1.
Tính chất vật lý Về cảm quan, ALA dạng bột hoặc tinh thể hình kim màu vàng [40]. Trong hệ thống phân loại sinh dược học (BCS), ALA thuộc nhóm II (độ tan kém, tính thấm tốt) [41]. Về độ tan, ALA rất khó tan trong nước (0,13 mg/ml ở 25oC), tan tốt trong methanol, ethanol, dimethyl formamid [40]. Trong phân tử ALA có carbon bất đối ở vị trí số 3 của vòng dithiolan nên sẽ có đồng phân (S), (R) và dạng racemic.
Nhiệt độ nóng chảy của dạng racemic và đồng phân (S) là 60oC còn dạng đồng phân (R) là 50,6oC [30]. Tính chất hóa học Phân tử ALA có chứa nhóm acid carboxylic nên có thể phản ứng tạo muối với kim loại kiềm, base amin, acid amin và có khả năng phản ứng với alcol, amin tạo dẫn xuất ester, amid (minh họa ở hình 1. Sơ đồ phản ứng tạo muối giữa ALA với natri hydroxyd Hình 1. Sơ đồ phản ứng tạo muối giữa ALA và trometamol Hình 1.
Sơ đồ phản ứng tạo muối giữa ALA và L-lysin Hình 1. Sơ đồ phản ứng tạo muối giữa ALA và meglumin Hình 1. Sơ đồ phản ứng tạo ester giữa ALA với ethanol Hình 1. Sơ đồ phản ứng tạo amid giữa ALA với ure 3 Vòng 1,2-dithiolan của ALA trong dung dịch trung tính, ethanol dưới tác động tia sáng cực tím sẽ bị phá hủy thành chất (1) do quá trình quang phân phản ứng với dung môi, sau đó chất 1 biến đổi thành các sản phẩm khác (minh họa ở hình 1.
Sơ đồ phản ứng quang phân vòng 1,2-dithiolan của ALA Khi ALA đạt điểm nóng chảy (60 - 62oC) hoặc tiếp xúc lâu với ánh sáng, ALA mở vòng 1,2-dithiolan và các gốc thiyl bắt đầu liên kết với nhau tạo nên polyme với mức độ trùng hợp khác nhau do cơ chế hình thành gốc tự do dưới sự ảnh hưởng của photon ánh sáng hoặc nhiệt độ. Sau đó liên kết này có thể bị đứt và giải phóng monome nhờ tác nhân kẽm trong acid hydroclorid hoặc natri borohydrid do cơ chế phản ứng chuyển vị nucleophin và ion mercaptid (minh họa ở hình 1. Sơ đồ phản ứng trùng hợp vòng 1,2-dithiolan và phản ứng cắt liên kết polyme nhờ tác nhân khử hóa Vòng 1,2-dithiolan dễ bị oxy hóa khi gặp tác nhân như không khí, các chất oxy hóa. Với tác nhân amoni persulfat, vòng 1,2-dithiolan rất nhanh bị oxy hóa thành mono- sulfoxid nguyên nhân có thể do nguyên tử lưu huỳnh gắn với C-8 của khung acid octanoic bị oxy hóa (minh họa ở hình 1.
Sơ đồ phản ứng oxy hóa vòng 1,2-dithiolan ALA là một dẫn xuất disulfid của acid octanoic, có trong phân tử chứa liên kết disulfid, đặc trưng bởi mật độ điện tử cao trên hai nguyên tử lưu huỳnh. Điều này giúp ALA có hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ, thể hiện qua thế oxy hóa thấp (-0,29V), biểu thị tính khử. Với mật độ điện tử cao, ALA có khả năng chuyển electron cho các chất oxy hóa và làm trung hòa gốc tự do. Liên kết disulfid linh hoạt dễ tạo polyme gần nhiệt độ nóng chảy [38].
Phân tử ALA có cấu trúc vòng năm cạnh nên rất dễ bị ảnh hưởng trước bức xạ tử ngoại. ALA dễ bị phân hủy bởi quá trình chiếu xạ quang dẫn đến mất dải hấp phụ đặc trưng ở bước sóng 333 nm [49]. Độ ổn định ALA không ổn định dưới ánh sáng hoặc nhiệt độ, quá trình trùng hợp xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ gần hoặc cao hơn điểm nóng chảy, một mùi khó chịu đi kèm với sự phân hủy đó, được minh họa bằng những sơ đồ phản ứng ở hình 1. Tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất và bảo quản ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ an toàn của thuốc, một số tạp chủ yếu gặp sẽ được minh họa ở hình 1.
Hỗn hợp polyme của ALA Hình 1. Tạp chất của ALA ALA có nhiệt độ nóng chảy thấp (60oC), ở giai đoạn dập viên ALA dễ bị chảy lỏng, dẻo dính, dính vào nhau hoặc dính vào thiết bị trong quá trình dập viên. Do đó làm kéo dài thời gian giải phóng hoạt chất ra khỏi viên, làm ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị của thuốc [36]. ALA ở dạng dung dịch ổn định rõ rệt ở pH 7,5 - 9,0 [18].
Tác dụng sinh học ALA được coi là một coenzym, tham gia vào các phản ứng khử hydro của acid pyruvic và một số phản ứng tương tự. ALA gắn chặt vào phân tử enzym thông qua liên kết amid giữa nhóm carboxyl của ALA và nhóm amin tận cùng của lysin trong enzym. Phần hoạt động của coenzym này là một liên kết disulfide (-S. Liên kết này có thể 5 mở ra hoặc kết hợp với các phân tử hữu cơ, với một nguyên tử lưu huỳnh thứ hai liên kết với carbon.
Trong phức hợp multienzym của quá trình khử carboxyl oxy hóa acid pyruvic, ALA đóng vai trò phối hợp chặt chẽ với coenzym thiamin pyrophosphat (TPP). Nhóm adehyde hoạt động (được tạo thành sau khi tách CO2 ra khỏi acid pyruvic) được chuyển từ TPP đến coenzym lipoic. Một nguyên tử lưu huỳnh mang hydro và một nguyên tử lưu huỳnh thứ hai mang nhóm acetyl. Do đó acid lipoic vừa đóng vai trò là coenzym vận chuyển nhóm, vừa là coenzym trong các phản ứng oxy hóa khử [4].
Tác dụng chống oxy hóa ALA có khả năng chống oxy hóa mạnh hơn vitamin C và vitamin E nhờ khả năng hòa tan cả trong nước và chất béo. Điều này cho phép ALA loại bỏ nhiều gốc tự do trong mô mỡ, máu và dịch cơ thể một cách hiệu quả. Ngoài ra ALA còn có khả năng tái lập hoạt động chống oxy hóa của vitamin C, vitamin E và glutathion, từ đó tăng cường hiệu quả chống oxy hóa tổng thể [43]. Tác dụng trên bệnh ung thư ALA có tác dụng chống khối u bằng cách ngăn chặn chu kỳ tế bào ở pha G1 thông qua việc tăng protein p53 [8], [20], [21], [31].
p53 là yếu tố ức chế khối u có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các điểm kiểm tra chu trình tế bào, sửa chữa DNA và apoptosis. Ngoài ra, p53 còn liên quan đến việc tạo ra các gốc oxy hóa hoạt động và tình trạng stress oxy hóa do các gốc oxy hóa hoạt động gây ra [12], [44]. ALA đã được chứng minh làm tăng có chọn lọc biểu hiện gen p53 trong tế bào khối u so với các tế bào bình thường lân cận, do các tế bào khối u thường bị điều hòa giảm và thiếu p53 [34], [50]. Trong các phương pháp điều trị sử dụng ALA cho thấy biểu hiện Ki-67 giảm đáng kể trong tế bào ung thư vú so với các trường hợp không được điều trị [19], [46].
Ki-67 là dấu hiệu của sự tăng sinh khối u, xuất hiện ở các giai đoạn khác nhau của chu kỳ tế bào trong nhân tế bào và được sử dụng như một yếu tố tiên lượng trong bệnh ung thư vú [28], [39]. Các đặc tính ức chế tăng sinh và thúc đẩy apoptosis của ALA là kết quả của các cơ chế hoạt động đa dạng. Tác dụng trên bệnh Alzheimer ALA có tác dụng khóa các ion kim loại xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự do, loại bỏ các gốc oxy hóa hoạt động và tăng nồng độ glutathion. Ngoài ra ALA còn tăng cường sản xuất acetylcholin trong tế bào, làm giảm stress oxy hóa và giảm thoái hóa thần kinh.
Những tác động này giúp giảm các yếu tố căng thẳng, từ đó cải thiện tình trạng suy giảm trí nhớ ở bệnh nhân Alzheimer [47]. Dược động học Hấp thu: Các nghiên cứu đã báo cáo rằng sự hấp thu của ALA tăng khoảng 40% khi uống hỗn hợp cả hai đồng phân R, S- ALA khi đói, nhưng con số đó giảm 20% khi 6 dùng qua nguồn thực phẩm [43]. Sinh khả dụng của ALA giảm đáng kể sau khi ăn, do đó, khuyến nghị dùng ALA ít nhất 2 giờ sau khi ăn hoặc ít nhất 30 phút trước khi ăn [22]. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự giảm sinh khả dụng của ALA sau khi ăn, bao gồm khả năng tạo phức với protein và các chất dinh dưỡng khác trong thức ăn, sự thay đổi pH của dạ dày và ruột non do thức ăn, cạnh tranh với các chất dinh dưỡng khác và ảnh hưởng của thức ăn đối với hệ vi sinh vật đường ruột, dẫn đến giảm độ hòa tan và hấp thu của ALA.
Do đó, việc dùng ALA khi đói có thể tối ưu cho pH acid của dạ dày và giảm sự cạnh tranh với các chất dinh dưỡng khác trong quá trình hấp thu [17]. ALA được hấp thu nhanh chóng sau khi uống 50 - 600 mg ALA và đạt nồng độ tối đa trong huyết tương sau khoảng 0,5 - 1 giờ. Nồng độ tối đa trong huyết tương của đồng phân R- ALA cao hơn 40 - 50% so với đồng phân S-ALA [15]. Đồng phân R-ALA được hấp thu nhanh hơn qua ruột khi được dùng dưới dạng phức hợp với -cyclodextrins.
Hơn nữa diện tích dưới đường cong nồng độ huyết tương theo thời gian (AUC) cao hơn 2,2 lần so với dạng R-ALA chưa tạo phức khi uống và cao hơn 5,1 lần khi tiêm trực tiếp vào tá tràng [48]. Sinh khả dụng của ALA tăng rõ rệt khi được dùng dưới dạng viên nén so với dạng dung dịch [16]. Tuổi tác có ảnh hưởng lớn đến sinh khả dụng và nồng độ tối đa trong huyết tương của ALA. Sinh khả dụng và nồng độ đỉnh trong huyết tương của ALA cao hơn đáng kể ở người trưởng thành có độ tuổi trung bình trên 75 tuổi so với người trong độ tuổi 18 - 45 tuổi.
Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể về sinh khả dụng của ALA giữa nam và nữ.