Nghiên cứu tác dụng trị đái tháo đường của cây Chua me đất hoa vàng

Khám phá tiềm năng của cây chua me đất hoa vàng trong việc hỗ trợ điều trị đái tháo đường type 2 và tác dụng chống oxy hóa qua nghiên cứu khoa học.

• Tác giả: Dương Quang Quý
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tùng
• Trường học: Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Nghiên cứu in silico tác dụng điều trị đái tháo đường type 2 và chống oxy hóa của cây Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L.)
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về cây Chua me đất hoa vàng và các thành phần hoạt chất

Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L.) là một loài thực vật có giá trị y học cổ truyền được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiều bệnh lý. Nghiên cứu in silico gần đây đã khám phá ra tiềm năng của loại cây này trong điều trị đái tháo đường type 2 và hoạt động chống oxy hóa mạnh mẽ. Cây chua me đất hoa vàng chứa nhiều hợp chất hoạt chất quý giá bao gồm các flavonoid, polyphenol và các chất có đặc tính giống thuốc (drug-likeness). Những thành phần này được xác định thông qua phương pháp sàng lọc in silico, từ đó xác định những hợp chất có sinh khả dụng đường uống cao nhất. Việc hiểu rõ thành phần hóa học của cây này là bước đầu tiên quan trọng để phát triển các sản phẩm dược phẩm hiệu quả từ tài nguyên thiên nhiên.

1.1. Phân loại phân bố và đặc điểm thực vật

Chua me đất hoa vàng thuộc họ Oxalidaceae, phân bố rộng rãi ở các vùng ôn đới và nhiệt đới Châu Á. Cây có chiều cao 10-30 cm, lá nhỏ dạng hình trái tim, hoa vàng nhỏ xinh. Đặc điểm thực vật của loài này cho phép dễ dàng nhận diện và thu hái. Cây thích hợp với khí hậu ôn đới, mọc hoang dã ở các khu vực ẩm ướt, bên cạnh đường và vườn cây.

1.2. Thành phần hóa học và tác dụng sinh học

Thành phần hóa học chính của chua me đất bao gồm flavonoid, oxalate, ascorbic acid và các polyphenol chống oxy hóa. Các nghiên cứu phytochemistry cho thấy cây này chứa hơn 20 hợp chất hoạt chất khác nhau. Những chất này có tác dụng sinh học đa dạng: kháng viêm, kháng khuẩn, hỗ trợ tiêu hóa và đặc biệt là hỗ trợ điều trị các bệnh liên quan đến đại tràng.

II. Đái tháo đường type 2 và cơ chế bệnh sinh

Đái tháo đường type 2 là bệnh chuyển hóa mạn tính ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới. Bệnh này đặc trưng bằng kháng insulin và rối loạn đường phân giải glucose. Trong cơ thể bệnh nhân, stress oxy hóa và gốc tự do tích tụ dẫn đến tổn thương tế bào pancreas và giảm chức năng tế bào beta. Các thuốc điều trị hiện nay bao gồm metformin, sulfonylurea, DPP-4 inhibitor, nhưng chúng thường có tác dụng phụ không mong muốn. Chua me đất hoa vàng đã được chứng minh qua nghiên cứu in silico có khả năng tương tác với các đích tác dụng quan trọng như PPAR-γ, DPP-4, và các enzyme liên quan đến chuyển hóa glucose, mở ra hướng điều trị mới từ dược liệu thiên nhiên.

2.1. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh đái tháo đường

Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2 bắt nguồn từ kháng insulin do béo phì, stress oxy hóa và viêm mạn tính. Gốc tự do được tạo ra quá mức làm tổn thương ty thể và DNA trong tế bào beta pancreas. Quá trình glycation không kiểm soát tạo ra AGEs (Advanced Glycation End products) gây viêm mạn tính và biến chứng.

2.2. Biến chứng và phương pháp điều trị hiện đại

Các biến chứng của đái tháo đường bao gồm bệnh tim mạch, suy thận, tổn thương thần kinh và mù lòa. Các thuốc điều trị hiện nay như metformin, DPP-4 inhibitor, GLP-1 agonist giúp kiểm soát glucose máu. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các dược liệu tự nhiên có tác dụng chống oxy hóa và cải thiện nhạy cảm insulin từ thực vật như chua me đất là xu hướng mới trong phòng chống bệnh.

III. Gốc tự do stress oxy hóa và cơ chế chống oxy hóa

Gốc tự do là các phân tử chứa electron không ghép cặp, rất hoạt động và dễ phản ứng với các macromolecule như protein, lipid, và DNA. Stress oxy hóa xảy ra khi cân bằng giữa sinh thành và loại bỏ gốc tự do bị phá vỡ. Quá trình này đặc biệt quan trọng ở bệnh nhân đái tháo đường, nơi glucose được chuyển hóa dị thường tạo ra lượng lớn gốc tự do. Chất chống oxy hóa hoạt động bằng cách trung hòa gốc tự do, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương. Chua me đất hoa vàng chứa nhiều polyphenol và flavonoid có khả năng chống oxy hóa mạnh, được chứng minh qua tính toán DFT (Density Functional Theory). Những hợp chất này có thể cấp điện tử để ổn định gốc tự do, giảm thiểu tổn thương oxy hóa và hỗ trợ điều trị đái tháo đường.

3.1. Khái niệm gốc tự do và hiện tượng stress oxy hóa

Gốc tự do là những phân tử có electron không ghép, được tạo ra từ các quá trình chuyển hóa bình thường hoặc bị kích thích bởi các yếu tố môi trường. Stress oxy hóa là tình trạng cân bằng bị mất khi lượng gốc tự do vượt quá khả năng bảo vệ của cơ thể. Ở bệnh nhân đái tháo đường, hyperglycemia tăng cường quá trình glycation và phosphorylation dị thường, tạo ra lượng gốc tự do O2•-, H2O2 và •OH lớn.

3.2. Cơ chế tác dụng chống oxy hóa của các hợp chất tự nhiên

Chất chống oxy hóa từ thực vật hoạt động theo cơ chế Hydrogen Atom Transfer (HAT) hoặc Single Electron Transfer (SET). Flavonoid trong chua me đất có khả năng chống oxy hóa cao nhờ các nhóm hydroxyl và cấu trúc benzene. Tính toán DFT cho thấy Bond Dissociation Enthalpy (BDE) thấp, cho phép các hợp chất này dễ dàng cấp điện tử trung hòa gốc tự do.

IV. Phương pháp nghiên cứu in silico và ứng dụng trong đề tài

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp in silico tiên tiến để khám phá cơ chế tác dụng của chua me đất hoa vàng trong điều trị đái tháo đường và chống oxy hóa. Docking phân tử được thực hiện để xác định tương tác giữa các hợp chất từ cây chua me với các đích tác dụng quan trọng như PPAR-γ, DPP-4, SOD, catalase. Mô phỏng động lực học phân tử (MD) giúp đánh giá tính ổn định của các phức hợp trong thời gian dài. Tính toán DFT (Density Functional Theory) xác định các tính chất electron của các hợp chất, đặc biệt là khả năng chống oxy hóa. Phân tích mạng tương tác hợp chất-đích và protein-protein giúp xác định các đường dẫn sinh học quan trọng (KEGG pathways) liên quan đến đái tháo đường type 2 và stress oxy hóa. Sàng lọc drug-likeness đảm bảo các hợp chất có sinh khả dụng đường uống tốt. Các phương pháp này cung cấp bằng chứng khoa học mạnh mẽ cho tiềm năng phát triển dược phẩm từ tài nguyên thiên nhiên.

4.1. Molecular Docking và mô phỏng động lực học phân tử

Docking phân tử (Molecular Docking) là kỹ thuật mô phỏng sự liên kết của các hợp chất với các đích tác dụng (protein receptors). Phần mềm docking như AutoDock, Glide được sử dụng để tính binding affinity và xác định các tương tác không cộng hóa trị. Mô phỏng động lực học phân tử (MD) chạy trong hàng nanosecond để đánh giá độ ổn định của các phức hợp hợp chất-protein theo thời gian, cung cấp dữ liệu RMSD và năng lượng tự do liên kết.

4.2. Tính toán DFT và phân tích mạng tương tác

Tính toán DFT (Density Functional Theory) sử dụng các phương pháp như B3LYP/6-31G* để xác định cấu trúc electron, HOMO-LUMO gap, và khả năng chống oxy hóa của các hợp chất. Phân tích mạng tương tác hợp chất-đích xây dựng mạng lưới các liên kết giữa các hợp chất từ chua me đất và các đích tác dụng đái tháo đường. Phân tích KEGG pathway giúp xác định các đường dẫn sinh học quan trọng và các protein trung tâm (hub proteins) liên quan đến bệnh lý.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Đái tháo đường type 2 là một bệnh rối loạn chuyển hóa ngày càng phổ biến trên toàn thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Bệnh này không chỉ gây ra các biến chứng nghiêm trọng về tim mạch, thận, thần kinh mà còn làm giảm chất lượng cuộc sống của người bệnh, đồng thời đặt ra gánh nặng lớn cho hệ thống y tế và kinh tế. Hiện nay, mặc dù có nhiều loại thuốc điều trị đái tháo đường type 2, nhưng những hạn chế về hiệu quả, tác dụng phụ và chi phí cao vẫn là những thách thức lớn. Do đó, việc tìm kiếm các nguồn dược liệu mới, an toàn và hiệu quả từ thiên nhiên đang trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng.

Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L.), một loài cây dại quen thuộc tại nhiều vùng quê Việt Nam, đã được sử dụng trong y học cổ truyền để điều trị nhiều bệnh lý khác nhau [1], [4]. Các nghiên cứu gần đây cho thấy cây Chua me đất chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt là các chống oxy hóa và chống đái tháo đường type 2 [69], [80]. Trong đó chống oxy hóa là một cơ chế quan trọng giúp bảo vệ cơ thể khỏi sự tổn thương của các gốc tự do, từ đó có thể ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý, bao gồm đái tháo đường type 2 [48]. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tác dụng điều trị đái tháo đường type 2 và khả năng chống oxy hóa của cây Chua me đất hoa vàng còn rất hạn chế và chưa được khai thác đầy đủ về cơ chế phân tử.

Sử dụng phương pháp in silico, tức là ứng dụng các công cụ tin sinh học, hóa học tính toán và mô hình máy tính để dự đoán và phân tích tác dụng của các hợp chất có hoạt tính sinh học, có thể giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu, đồng thời cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cơ chế tác dụng của các dược liệu tự nhiên [51], [101]. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu in silico tác dụng điều trị đái tháo đường type 2 và chống oxy hóa của cây Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L.)” được thực hiện với hai mục tiêu chính là: 1. Dự đoán và đánh giá các thành phần hóa học của cây Chua me đất hoa vàng có tiềm năng chống đái tháo đường type 2 và chống oxy hóa. Dự đoán các đích phân tử và con đường sinh học liên quan đến tác dụng chống đái tháo đường type 2 và chống oxy hóa của cây Chua me đất hoa vàng.

Tổng quan về cây Chua me đất hoa vàng (Oxalis Corniculata L.) Chua me đất hoa vàng, tên khoa học là Oxalis corniculata L. thuộc chi Oxalis, họ Chua me đất Oxalidaceae. Vị trí phân loại và phân bố Chua me đất hoa vàng thuộc chi Oxalis L., vị trí phân loại của chi Oxalis L. theo Hệ thống phân loại APG IV [17] như sau : Giới Thực vật (Plantae) Ngành Ngọc lan (Magnoliophyta) Lớp Ngọc lan (Magnoliopsita) Bộ Chua me đất (Oxalidales) Họ Chua me đất (Oxalidaceae) Chi Oxalis L.

Về phân bố, chi Oxalis gồm nhiều loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, một số ít ở vùng ôn đới ấm [1]. Ở Việt Nam, chi này được phát hiện có 4 loài, bao gồm: Chua me đất hoa đỏ (Oxalis deppei Sw.), Chua me núi (Oxalis acetosella L.), Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L.) và Chua me đất hoa hồng (Oxalis corymbosa DC.), trong đó Chua me đất hoa vàng là loài phổ biến nhất. Chua me đất hoa vàng được coi là loài cây khá quen thuộc ở nước ta vì chúng thường mọc hoang ở khắp nơi, từ vùng núi, trung du, đồng bằng đến trên các đảo. Loài này còn được thấy ở châu Âu và các nước khác thuộc khu vực châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc và các nước Đông Nam Á [1], [4].

Phân bố loài Oxalis corniculata L. trên thế giới [68] 2 1. Đặc điểm thực vật Chua me đất hoa vàng là cây thân thảo mọc lan bò trên mặt đất. Thân mảnh, hình trụ, hơi có lông, dài 10-50 cm, rộng 0,1-0,3 cm, màu xanh hoặc đỏ nhạt, chia nhiều nhánh nhỏ màu đỏ nhạt; rễ có màu nâu sẫm, mỏng, phân nhánh, mềm mại.

Lá có cuống dài 2-12 cm, hơi có lông trắng mịn, gồm ba lá chét gần như nhẵn, mềm, mỗi lá chét có một vết lõm thành hình trái tim ngược. Mặt trên lá màu xanh lục, mặt dưới lá màu xanh lam với 5 gân chính, nổi rõ, tỏa đều xuất phát từ đỉnh cuống lá, lông chỉ có ở mặt dưới và bìa phiến. Cây không có lá kèm. Hoa mọc thành tán gồm 2 đến 3 hoa, màu vàng, cuống dài khoảng 2 cm.

Đài hoa gồm 5 cánh rời nhau, tràng hoa gồm 5 cánh mỏng dài hơn đài. Nhị 10, xếp thành 2 vòng, vòng ngoài gồm 5 nhị lép đối diện với cánh hoa, vòng trong là 5 nhị thụ xen kẽ với cánh hoa, chỉ nhị dạng sợi màu trắng dài 0,15-0,25 cm, bao phấn hình thuôn dài gồm 2 ngăn. Nhụy hoa có bầu hình trụ, đỉnh thuôn, 5 ô chứa noãn, đầu nhụy màu vàng, mỗi đầu chia nhiều tua nhỏ. Quả thuôn dài đỉnh nhọn, vỏ quả mỏng nhăn nheo, màu xanh, có lông khi chín nứt dọc thành các mảnh cong lại, văng hạt đi xa.

Hạt hình trứng có đầu nhọn hơi dẹt dài 1 mm, màu nâu đỏ, có các đường rãnh ngang [1], [4], [6]. Chua me đất hoa vàng thường mọc lẫn với các loại cây trồng khác ở vườn, ngoài đồng ruộng, trên đồi và nương rẫy. Cây ưa sống nơi ẩm và hơi chịu bóng. Hàng năm cây con mọc từ hạt xuất hiện vào cuối mùa xuân, sinh trưởng và ra hoa trong mùa hè khoảng tháng 5-7 và lụi dần vào mùa thu, sau khi đã kết quả.

Tuy nhiên một số cây mọc muộn vào cuối hè hoặc đầu thu sẽ không bị tàn lụi mà tồn tại qua mùa đông [1]. Một số hình ảnh của cây Chua me đất hoa vàng (Oxalis corniculata L. Thành phần hóa học Các loại thành phần hóa thực vật khác nhau đã được phân lập trong các nghiên cứu trước đây từ Chua me đất hoa vàng như tannin, flavonoid, polyphenol, steroid, alkaloid, tinh dầu, axit béo, glycosid,. Các axit béo thiết yếu như acid palmitic, acid linoleic, acid linolenic, acid stearic và acid oleic cũng đã được phát hiện có mặt trong cây này từ các nghiên cứu trước đây.

Lá cây là nguồn cung cấp lượng lớn vitamin C và caroten. Thân và lá cây chứa lượng lớn acid citric và acid tartaric và thân cây chứa acid malic. Nó giàu oxalat như kali oxalat và canxi oxalat. Carbohydrate, protein, acid amin, chất xơ và canxi đã được phát hiện trong các chiết xuất methanol và ethanol của cây trong các nghiên cứu trước đây [1], [81].

Chiết xuất methanol của cây này được phát hiện giàu các hợp chất phenolic. Phân đoạn chloroform của cây này khi được phân tích hóa thực vật đã tiết lộ sự hiện diện của các flavon quan trọng [80]. Các thành phần hóa học chi tiết được tổng hợp tại Phụ lục 1. Tác dụng sinh học • Tác dụng chống oxy hóa (OXH): Chua me đất hoa vàng được chứng minh là chứa các chất chống oxy hóa với khả năng chống lại gốc tự do cao như các phenolic và flavonoid.

Các báo cáo về việc sử dụng Chua me đất hoa vàng với tác dụng chống oxy hóa nổi bật hơn so với các hoạt tính sinh học khác và đã được báo cáo trong các thí nghiệm kiểm tra hoạt tính chống OXH với 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), Nitric oxid và 2,2'-azino-bis(3- ethylbenzothiazolin-6-sulfonic acid) (ABTS) [80], [83]. Trong thử nghiệm DPPH, phân đoạn ethyl acetat cho thấy hoạt tính chống gốc tự do cao nhất, 24% với nồng độ 1 mg/ml [8]. Các chiết xuất methanol và nước của Oxalis corniculata cho thấy khả năng chống oxy hóa tốt với các giá trị IC50 lần lượt là 118 µg/ml và 112 µg/ml [69]. • Tác dụng kháng khuẩn: Nhiều nhà nghiên cứu đã báo cáo hoạt tính sinh học của cây Chua me đất hoa vàng trong việc ức chế sự phát triển của các vi khuẩn như Escherichia coli, Salmonella typhi, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Shigella dysenteriae, Staphylococcus faecalis, Pseudomonas vesicularis, Aeromonas hydrophilia, Staphylococcus cohnii, Serratia ficaria, Candida albicans, Giardia lamblia, Entamoeba histolytica, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus epidermis, Salmonella typhimurium và Vibrio cholerae [83].

Các phân tích hóa thực vật của chiết xuất loài này đã phát hiện rằng các flavonoid là thành phần chính mang lại hoạt tính kháng khuẩn của nó [73]. • Tác dụng chống đái tháo đường: Chiết xuất ethanol của cây Chua me đất hoa vàng đã cho thấy khả năng làm giảm glucose máu ở chuột bạch bị tiểu đường do streptozotocin. Kết quả từ nghiên cứu này đã xác nhận tiềm năng hạ đường huyết của cây Chua me đất hoa vàng, tuy nhiên các cơ 4 chế phân tử và tế bào liên quan đến hoạt tính chống tiểu đường của cây chua me đất vẫn chưa được làm rõ [80]. Chiết xuất methanol của loài này có khả năng ức chế hoạt động của α-amylase và α-glucosidase với các giá trị IC50 lần lượt là 0,35 và 0,03 mg/ml, cho thấy hiệu quả của cây chua me đất như một tác nhân điều trị đái tháo đường [69].

Chiết xuất nước của lá cây Chua me đất hoa vàng đã được thử nghiệm về khả năng ức chế enzyme α-amylase tuyến tụy, ở nồng độ 100 μg/ml, chiết xuất nước cho thấy khả năng ức chế tối đa là 89,27% (giá trị IC50 là 68,08 ± 0,06) [43]. • Tác dụng chống viêm: Trong các nghiên cứu trước đây, chiết xuất methanol toàn cây đã được đánh giá về các tính chất chống viêm và chống oxy hóa bằng các phương pháp in vitro, aspirin được sử dụng làm chất chuẩn trong nghiên cứu. Kết quả cho thấy hoạt tính chống viêm in vitro thông qua ức chế sự biến tính protein albumin do nhiệt cũng như ổn định màng hồng cầu với các giá trị IC50 lần lượt là 288,04 ± 2,78 μg/ml và 467,14 ± 9,56 μg/ml. Hoạt tính proteinase cũng bị ức chế đáng kể bởi chiết xuất này với IC50 là 435,28 ± 5,82 μg/ml [87].

Chiết xuất ether dầu hỏa của lá Chua me đất hoa vàng cũng như hợp chất β-sitosterol được phân lập từ chiết xuất này đã được chứng minh có hiệu quả chống viêm và giảm đau trong thử nghiệm đĩa nóng, thử nghiệm gây đau do acid acetic và thử nghiệm gây phù chân do carrageenan trên chuột [26]. • Tác dụng chống ung thư: Chiết xuất ethanol của Oxalis corniculata thể hiện hoạt tính chống khối u đáng kể ở chuột mắc ung thư với sự giảm số lượng tế bào khối u và thể tích khối u phụ thuộc vào liều lượng.