Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong y học cổ truyền Việt Nam, việc sử dụng các loài thảo mộc tự nhiên để làm thuốc trị bệnh đã có lịch sử lâu đời. Cùng với sự phát triển của hóa học các hợp chất thiên nhiên kết hợp với y học, dược học và sinh học, việc chiết xuất, phân lập, xác định cấu trúc hóa học và thử nghiệm hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá các hoạt chất mới cũng như cung cấp cơ sở khoa học cho các bài thuốc dân gian.

Loài Thông đất (Lycopodiella cernua (L.) Pic. Serm., thuộc họ Lycopodiaceae) và loài Na rừng (Kadsura coccinea (Lem.) A.C. Sm., thuộc họ Schisandraceae) là hai nguồn dược liệu được ghi nhận trong Từ điển cây thuốc Việt Nam. Cụ thể:

  • Loài Thông đất được sử dụng trong y học dân gian để chữa viêm gan cấp tính, mắt đỏ sưng đau, phong thấp, đau nhức xương khớp và ho mạn tính.
  • Loài Na rừng (hay còn gọi là Nắm cơm, Xưn xe, Ngũ vị nam) được dùng làm thuốc bổ, kích thích tiêu hóa, giảm đau, chữa viêm dạ dày, đau bụng kinh và phong thấp.

Các nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng hai loài thực vật này sở hữu thành phần hóa học phong phú gồm các nhóm alkaloid, triterpenoid khung serratane, lanostane, seco-lanostane, seco-cycloartane, cùng các flavonoid và dẫn xuất lignan có hoạt tính gây độc tế bào ung thư, kháng viêm, ức chế sản sinh nitric oxide (NO) và ức chế enzyme acetylcholinesterase (AChE). Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu toàn diện và có hệ thống về thành phần hóa thực vật cũng như hoạt tính sinh học của hai loài này thu hái tại các vùng sinh thái đặc trưng ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Do đó, luận án được thực hiện nhằm bổ sung dữ liệu khoa học về nguồn tài nguyên hóa sinh tự nhiên của Việt Nam và tìm kiếm các hợp chất mới có tiềm năng sinh học.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 2 mục tiêu cụ thể:

  1. Nghiên cứu thành phần hóa học của loài Thông đất (Lycopodiella cernua (L.)) và loài Na rừng (Kadsura coccinea (Lem.)) thu hái tại Việt Nam.
  2. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào và hoạt tính ức chế sản sinh nitric oxide (NO) của các chất phân lập được nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ hai loài thực vật này.

Nội dung nghiên cứu để hiện thực hóa các mục tiêu trên bao gồm:

  1. Chiết xuất và phân lập các hợp chất từ toàn cây Thông đất (Lycopodiella cernua (L.)), từ thân và lá của cây Na rừng (Kadsura coccinea (Lem.)) bằng các phương pháp sắc ký cột kết hợp.
  2. Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất phân lập được bằng các phương pháp quang phổ hiện đại (HR-ESI-MS, NMR 1D và 2D, CD) và phương pháp hóa học (thủy phân acid xác định cấu hình đường).
  3. Đánh giá hoạt tính ức chế sản sinh NO trên các dòng tế bào thực nghiệm kích thích bởi LPS đối với các hợp chất phân lập được.
  4. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào và ức chế sinh trưởng trên các dòng tế bào ung thư người đối với các hợp chất phân lập được.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Toàn bộ thân cây Thông đất (Lycopodiella cernua (L.) Pic. Serm.). Mẫu tiêu bản mang mã số NCCBG.20, được định danh bởi TS. Nguyễn Thế Cường (Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - VAST).
    • Thân và lá cây Na rừng (Kadsura coccinea (Lem.) A.C. Sm.). Mẫu tiêu bản mang mã số KC201705 và KC201805, được định danh bởi PGS. Trần Huy Thái (Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, VAST).
  • Phạm vi không gian: Mẫu Thông đất được thu hái tại Sa Pa, tỉnh Lào Cai; mẫu Na rừng được thu hái tại Vườn quốc gia Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc.
  • Phạm vi thời gian: Mẫu Thông đất thu hái vào tháng 03/2017. Mẫu lá Na rừng thu hái vào tháng 05/2017 và mẫu thân Na rừng thu hái vào tháng 05/2018.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu về loài Thông đất (Lycopodiella cernua)

  1. Nghiên cứu về thành phần hóa học trên thế giới:
    • Alkaloid: Chiết xuất alkaloid từ họ Lycopodiaceae tập trung vào các Lycopodium alkaloid (khung 16 carbon hoặc 32 carbon phân thành 4 nhóm theo phân loại của Ayer: lycopodine, lycodine, fawcettimine và nhóm hỗn hợp). Zhao và cộng sự (2010, 2012) phân lập palhinine A (1), acetyllycoposerramine M (2), palcernine A (3), lycoflexine N-oxide (4), lycodine (5), lycoflexine (6), α-obscurine (7), dehydroisofawcettiine (8), lycopodine (9), 5-acetyllycofoline (10), acetylfawcettiine (11), cernuine (34), lycocernuine (35), 2-hydroxycernuine (36). Tang và cộng sự (2016) công bố 6 hợp chất palhicerine A–F (12–17) cùng các hợp chất lycopoclavamine A (18), lycoposerramine M (19), clavolonine (20), diacetyllycofoline (21), anhydrolycodoline (22), gnidioidine (23), huperzine E (24), 12-deoxyhuperzine O (25), fawcettimine (26), phlegmariurine B (27), lycodine (28), des-N-methyl-α-obscurine (29). Năm 2012 và 2013, các nhóm nghiên cứu Trung Quốc phân lập lycopalhine A (30), isopalhinine A (31), palhinine B (32), palhinine C (33). Nhóm cernuane alkaloid còn có cernuine N-oxide (37) và lycocernuine N-oxide (38).
    • Flavonoid: Ren Tan và cộng sự (2006) phân lập dẫn xuất apigenin gồm apigenin-4′-O-(2′′-O-p-coumaroyl)-β-D-glucopyranoside (39), apigenin-4′-O-(6′′-O-p-coumaroyl)-β-D-glucopyranoside (40), apigenin-4′-O-(2′′,6′′-di-O-p-coumaroyl)-β-D-glucopyranoside (41). Gui-Shan Tan và cộng sự (2020) phân lập palhinoside A–H (47–54) và apigenin-7-O-(6″-O-p-coumaroyl)-β-D-glucopyranoside (55).
    • Terpenoid: Chủ yếu là serratane triterpenoid (khung 5 vòng ngưng tụ có 1 vòng 7 cạnh tại vòng C). Zhang và cộng sự (2002) phân lập lycernuic acid C–E (56–58), lycernuic ketone A–C (59–61). Tan và cộng sự (2012) phân lập 3β,21β,24-trihydroxyserrat-14-en-24-(4′-hydroxybenzoate) (62), 3β,21α,24-trihydroxyserrat-14-en-3-(4′-hydroxybenzoate) (63), 3β,14α,15α,21α-tetrahydroxyserrat-14-en-3-(3′-methoxy-4′-hydroxybenzoate) (64), 3β,14α,15α,21α-tetrahydroxyserrat-14-en-21-acetyl-3-(4′-hydroxybenzoate) (65), 3β,21β,24-trihydroxyserrat-14-en (66), 3α,21β,24,29-tetrahydroxy-16-oxoserrat-14-en (67). Jing Li và cộng sự (2017) phân lập lycernuic ketone D (68), lycernuic ketone E (69), 3α,21β,24-trihydroxyserrat-14-en-16-one (70), lycernuic A (71).
    • Neolignan và phenolic: Jing Li và cộng sự (2017) phân lập lycocernuaside B–D (86–88) và 4 hợp chất neolignan (89–92).
  2. Nghiên cứu về Thông đất tại Việt Nam:
    • Trần Mạnh Hùng và cộng sự (2015) công bố các hợp chất: rhamnazin (42), quercetin 3,3′-dimethyl ether (43), apigenin (44), isoschaftoside (45), schaftoside (46), serrat-14-en-3α,21β-diol (75), lycernuic acid B (76), cùng các chất phenolic (80–85).
    • Van Thu Nguyen và cộng sự (2015) phân lập 3 triterpene khung serratane: 3β,21β,29-trihydroxyserrat-14-en-24-oic acid-3β-yl-(7ʹ-hydroxycinnamate) (72), 21β-hydroxyserrat-14-en-3,16-dione (73), 3β,14α,15α,21β-tetrahydroxyserratan-24-oic acid-3β-yl-(4ʹ-methoxy-5ʹ-hydroxybenzoate) (74).
    • Phạm Hữu Điển và cộng sự (2018) phân lập 3 serratane triterpenoid từ mẫu Hà Giang: serrat-14-en-3β,21β-diol (77), serrat-14-en-3β,21α-diol (78), 3β,21β-dihydroxyserrat-14-en-21-yl acetate (79).
  3. Hoạt tính sinh học của Thông đất đã được ghi nhận: Gây độc tế bào trên dòng K562, SMMC-7221, SGC7901; chống oxy hóa (DPPH); kháng viêm qua ức chế COX-1 và COX-2 (tỷ lệ chọn lọc 1,29); ức chế xanthine oxidase (XO) với IC50 từ 30,36 đến 42,65 µM; ức chế enzyme aspartic proteases (SAP) của nấm Candida albicans; ức chế enzyme acetylcholinesterase (AChE) in vitro và in vivo (Nguyễn Ngọc Chương và cộng sự, 2014; Trần Mạnh Hùng và cộng sự, 2015).

Các hướng nghiên cứu về loài Na rừng (Kadsura coccinea)

  1. Nghiên cứu về thành phần hóa học trên thế giới:
    • Terpenoid: Chủ yếu là các triterpenoid thuộc khung lanostane, seco-lanostane, kadlongilactone, cycloartane, seco-cycloartane và nortriterpenoid. Gao và cộng sự (2008) phân lập kadcoccilactone A–J (106–115). Wang và cộng sự (2008, 2009) phân lập seco-coccinic acid A–F (98, 99, 116–119), coccinilactone A–B (93–94), coccinone A–D (120–123). Li và cộng sự (2012) phân lập neokadsuranic acid B (124), kadsuracoccin acid A (125), anwuweizonic acid (126). Hu và cộng sự (2016) công bố 2 sesquiterpenoid kadcoccinin A–B (131–132).
    • Flavonoid: Gồm ascovertin (Gao và cộng sự, 2012), (-)-epicatechin (133), (+)-gallocatechin (134), catechin (135) (Mi Hee Woo và cộng sự, 2020).
    • Lignan: Là nhóm chất đặc trưng với 5 bộ khung: dibenzocyclooctadiene (58 hợp chất, như schisantherin P–Q, kadsuralignan I, J, F, G, neokadsuranin, isovaleroylbinankadsurin A), spirobenzofuranoid (schiarisanrin A–B, heteroclitin D, kadsulignan E, F, H, I), arylnaphthalene/aryltetralin (kadsuralignan C, H), diarylbutane (kadsurindutin E, coccilignan A, meso-dihydroguaiaretic acid, kadcoccilignan).
  2. Nghiên cứu về Na rừng tại Việt Nam:
    • Ninh Khắc Bản và cộng sự (2009) phân lập seco-coccinic acid F (119) và 20(R),24(E)-3-oxo-9β-lanosta-7,24-dien-26-oic acid (130) từ rễ cây Na rừng.
    • Báo cáo năm 2009 về tinh dầu rễ cây Na rừng ở Tràng Định, Lạng Sơn xác định được 36 hợp chất (α-pinene, camphene, α-terpineol, β-caryophyllene, β-himachalene...).
  3. Hoạt tính sinh học của Na rừng đã được ghi nhận: Gây độc tế bào (kadsuracin A ức chế tăng sinh tế bào HCT116, A549, HL-60, HepG2 với IC50 1,05–11,31 µg/mL; heilaohulignan C ức chế HepG2 với IC50 9,92 µg/mL; seco-coccinic acid F, G, K ức chế HL-60; kadlongilactone A–B ức chế K562, Bel-7402, A549 với IC50 0,1–1,0 µM; kadcoccinone A–F); kháng HIV (kadcotrione A, C; kadcoccitone B; kadsulignan M); ức chế sản sinh NO trên tế bào BV-2 (acetylschisantherin L, schiarisanrin A–B, heteroclitin D, kadsulignan H–I); bảo vệ tế bào gan (acetylepigomisin R, isovaleroylbinankadsurin A, binankadsurin A với ED50 từ 26,1 đến 135,7 µM); ức chế enzyme tyrosinase.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù đã có các công trình nghiên cứu trên thế giới, song số lượng công bố về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học từ hai loài Lycopodiella cernua và Kadsura coccinea thu hái tại Việt Nam còn rất hạn chế. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách tiến hành thu mẫu đại diện tại Lào Cai và Vĩnh Phúc, phân lập triệt để các phân đoạn phân cực khác nhau để phát hiện các cấu trúc hóa học mới và đánh giá có hệ thống hoạt tính ức chế sản sinh NO (kháng viêm) và hoạt tính gây độc/ức chế sinh trưởng trên nhiều dòng tế bào ung thư người.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và nguyên lý phân tích

Luận án áp dụng lý thuyết phân tích cấu trúc các hợp chất tự nhiên dựa trên sự phối hợp các phương pháp quang phổ phân tử hiện đại:

  • Phổ khối lượng phân giải cao (HR-ESI-MS): Xác định khối lượng phân tử chính xác, công thức phân tử và các mảnh ion đặc trưng.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D (NMR):
    • 1D-NMR: $^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$ để xác định độ chuyển dịch hóa học ($\delta$, ppm), hằng số tương tác spin ($J$, Hz) và số lượng carbon/proton.
    • 2D-NMR: HSQC, HMQC (tương tác trực tiếp $^{1}\text{H}-^{13}\text{C}$ một liên kết), HMBC (tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết $^{1}\text{H}-^{13}\text{C}$), $^{1}\text{H}-^{1}\text{H}$ COSY (tương tác qua 3 liên kết proton-proton lân cận), NOESY (tương tác không gian xác định cấu hình lập thể tương đối).
  • Phổ lưỡng sắc tròn (CD): Xác định cấu hình tuyệt đối của các phân tử quang hoạt chứa tâm bất đối hoặc trục bất đối.
  • Phương pháp thủy phân acid và tạo dẫn xuất: Xác định loại và cấu hình tuyệt đối của phần đường (D- hay L-) thông qua so sánh thời gian lưu HPLC của dẫn xuất arylthiocarbamate với mẫu chuẩn.

Phương pháp phân lập thực nghiệm

  • Nguyên liệu và chiết xuất: Sử dụng dung môi methanol (MeOH) để ngâm chiết mẫu thực vật khô ở nhiệt độ phòng. Cặn chiết tổng được phân bố lỏng - lỏng lần lượt với các dung môi có độ phân cực tăng dần: $n$-hexane, ethyl acetate (EtOAc) và nước ($\text{H}_2\text{O}$).
  • Kỹ thuật sắc ký:
    • Sắc ký cột pha thường (Silica gel Kieselgel 60, cỡ hạt 70–230 mesh và 230–400 mesh).
    • Sắc ký cột pha đảo (YMC ODS-A 12 nm, S-150 mm; YMC RP-18 cỡ hạt 30–50 µm).
    • Sắc ký hấp phụ/rây phân tử: Nhựa Diaion HP-20 (cỡ hạt 20–60 mesh), Sephadex LH-20.
    • Sắc ký lớp mỏng (TLC): Bản mỏng Silica gel $60\text{ F}{254}$ và $\text{RP-18 F}{254\text{S}}$, hiện hình bằng dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4\text{ 10%}$ kết hợp gia nhiệt ($1,5 - 2$ phút).

Thiết bị và điều kiện đo phổ

  • Máy đo độ quay cực: JASCO P-2000 Polarimeter.
  • Máy đo phổ khối lượng: Agilent 6530 Accurate-Mass spectrometer.
  • Máy đo phổ NMR: Bruker AVANCE III HD 500 MHz, Bruker FT-NMR và JEOL JNM-AL 400 MHz; chất nội chuẩn TMS; dung môi $\text{CD}_3\text{OD}$, $\text{DMSO-}d_6$, $\text{CDCl}_3$, $\text{pyridine-}d_5$.
  • Máy đo phổ CD: Chirascan spectrometer.
  • Phân tích HPLC phần đường: Cột Kinetex C18 ($4,6\text{ mm} \times 250\text{ mm}$, $5\text{ }\mu\text{m}$), pha động gradient 20%–80% acetonitrile ($\text{ACN}$) trong nước trong 50 phút, tốc độ dòng 0,8 mL/phút, detector UV tại bước sóng 250 nm.

Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

  1. Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào và ức chế sinh trưởng tế bào ung thư (SRB assay):
    • Nguyên lý: Phương pháp của Monks được Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ (NCI) chuẩn hóa, định lượng hàm lượng protein tổng số của tế bào dính bám thông qua mật độ quang học (OD) của thuốc nhuộm Sulforhodamine B (SRB) tại bước sóng $515 - 540\text{ nm}$.
    • Các dòng tế bào thử nghiệm:
      • Dòng tế bào ung thư biểu mô gan người (HepG2), ung thư da melanoma (SK-Mel-2), ung thư biểu mô tuyến vú (MCF-7).
      • Dòng ung thư đại trực tràng người (HCT-15), ung thư dạ dày (NUGC-3), ung thư phổi không tế bào nhỏ (NCI-H23), ung thư biểu mô thận (ACHN), ung thư tuyến tiền liệt (PC-3), ung thư vú (MDA-MB-231).
    • Chất đối chứng dương: Ellipticine và Adriamycin.
    • Chất đối chứng âm: DMSO 10%.
    • Xử lý số liệu: Tính toán phần trăm ức chế (% ức chế) và xác định giá trị $\text{IC}{50}$ bằng phần mềm TableCurve 2Dv4. Hợp chất tinh khiết được coi là có hoạt tính tốt khi $\text{IC}{50} \le 5\text{ }\mu\text{M}$.
  2. Phương pháp thử hoạt tính ức chế sản sinh Nitric Oxide (Griess assay):
    • Nguyên lý: Định lượng lượng nitrite ($\text{NO}_2^-$) tích tụ trong môi trường nuôi cấy của đại thực bào chuột RAW264.7 hoặc tế bào thần kinh đệm chuột BV-2 bị kích thích bởi Lipopolysaccharide (LPS, $100\text{ }\mu\text{g/mL}$). Đo mật độ quang tại bước sóng 570 nm.
    • Đánh giá khả năng sống sót của tế bào: Thực hiện đồng thời bằng phương pháp MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) để xác định giá trị phần trăm sống sót (% Cell Survival - CS%) và loại trừ trường hợp ức chế NO do độc tính tế bào.
    • Chất đối chứng: Butein, Dexamethasone, Sulfuretin.
    • Xử lý số liệu: Tính giá trị $\text{IC}_{50}$ bằng mô hình hồi quy tuyến tính trên phần mềm GraphPad Prism 8.0.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến hai loài nghiên cứu:

  • Chi Lycopodiella Holub. và loài Thông đất (Lycopodiella cernua): Cung cấp các đặc điểm thực vật học, mô tả hình thái thân cao 30–50 cm, phân nhánh nhiều, bông treo ở đầu cành nhỏ; phân bố sinh thái ở độ cao dưới 1200 m tại các đồi núi thấp; tổng hợp dữ liệu hóa học về hơn 38 alkaloid, 17 flavonoid, 24 terpenoid (khung serratane) và 13 hợp chất phenolic/neolignan đã công bố trên thế giới và tại Việt Nam; điểm lại các dữ liệu hoạt tính gây độc tế bào, kháng viêm qua COX, chống oxy hóa, kháng nấm và ức chế AChE.
  • Chi Kadsura Juss. và loài Na rừng (Kadsura coccinea): Phân loại học thực vật dây leo gỗ, hoa đơn tính màu tía, quả tụ giống quả na; phân bố tại các vùng rừng Tam Đảo, Lào Cai, Lạng Sơn; phân loại các nhóm chất hóa học đặc trưng gồm triterpenoid (lanostane, seco-lanostane, cycloartane, kadlongilactone, nortriterpenoid), flavonoid catechin, lignan (dibenzocyclooctadiene, spirobenzofuranoid, aryltetralin, diarylbutane); tổng kết các hoạt tính sinh học như gây độc tế bào (HL-60, HepG2, A549), kháng HIV, ức chế sản sinh NO và bảo vệ tế bào gan.

Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc mẫu vật, địa điểm thu hái, các quy trình chiết tách phân đoạn, hệ thống máy móc đo quang phổ, quy trình thủy phân xác định cấu hình đường và các giao thức thử nghiệm sinh học in vitro chuẩn hóa (SRB và Griess).

Chương 3. Phân lập các hợp chất từ loài Thông đất (Lycopodiella cernua (L.)) và loài Na rừng (Kadsura coccinea (Lem.))

1. Phân lập từ loài Thông đất (Lycopodiella cernua)

Từ 5,2 kg bột dược liệu khô toàn thân cây Thông đất, chiết ngấm kiệt với MeOH thu được 360 g cặn chiết tổng. Phân bố phân đoạn thu được cặn $n$-hexane, cặn ethyl acetate (60 g) và dịch nước.

  • Từ dịch nước (qua cột Diaion HP-20, RP-18 và Sephadex LH-20), phân lập được 5 hợp chất: LC1 (1,0 mg), LC2 (4,0 mg), LC18 (3,0 mg), LC19 (4,0 mg), LC20 (13,0 mg).
  • Từ cặn ethyl acetate (60 g) (qua cột Silica gel pha thường, RP-18, Sephadex LH-20), phân lập được 15 hợp chất: LC5 (10,0 mg), LC6 (2,5 mg), LC7 (2,0 mg), LC8 (4,0 mg), LC9 (5,0 mg), LC10 (10,0 mg), LC11 (50,0 mg), LC12 (9,0 mg), LC13 (15,5 mg), LC14 (5,0 mg), LC15 (6,0 mg), LC16 (10,0 mg), LC17 (5,0 mg) cùng các hợp chất LC3, LC4.
Ký hiệu Tên hợp chất Phân nhóm hợp chất Trọng lượng phân lập (mg) Tình trạng phát hiện
LC1 Lycocernuaside E Neolignan glucoside 1,0 Hợp chất mới
LC2 Lycocernuaside A Neolignan glucoside 4,0 Đã biết
LC3 Bombasin 4-O-$\beta$-D-glucopyranoside Phenolic glucoside - Đã biết
LC4 Dihydrodehydrodiconiferyl alcohol 4-O-$\beta$-D-glucopyranoside Neolignan glucoside - Đã biết
LC5 Cedrusin Neolignan 10,0 Đã biết
LC6 Lycernuic B Serratane triterpenoid 2,5 Hợp chất mới
LC7 Lycocernuic ketone F Serratane triterpenoid 2,0 Hợp chất mới
LC8 Lycernuic ketone C Serratane triterpenoid 4,0 Đã biết
LC9 Lycernuic ketone B Serratane triterpenoid 5,0 Đã biết
LC10 Lycoclavanol Serratane triterpenoid 10,0 Đã biết
LC11 3-epi-lycoclavanol Serratane triterpenoid 50,0 Đã biết
LC12 Methyl lycernuate B Serratane triterpenoid 9,0 Đã biết
LC13 Lycernuic acid B Serratane triterpenoid 15,5 Đã biết
LC14 $3\beta,21\beta,24$-trihydroxyserrat-14-en-16-one Serratane triterpenoid 5,0 Đã biết
LC15 Apigenin-4′-O-(2′′-O-p-coumaroyl)-$\beta$-D-glucopyranoside Flavonoid 6,0 Đã biết
LC16 Apigenin-4′-O-(6′′-O-p-coumaroyl)-$\beta$-D-glucopyranoside Flavonoid 10,0 Đã biết
LC17 Apigenin-4′-O-(2′′,6′′-di-O-trans-p-coumaroyl)-$\beta$-D-glucopyranoside Flavonoid 5,0 Đã biết
LC18 Cernuine Cernuane alkaloid 3,0 Đã biết
LC19 Lycocernuine Cernuane alkaloid 4,0 Đã biết
LC20 Cermizine C N-oxide Lycopodium alkaloid 13,0 Đã biết

Tổng số hợp chất phân lập từ Thông đất: 20 hợp chất (gồm 3 hợp chất mới: LC1, LC6, LC7).

2. Phân lập từ loài Na rừng (Kadsura coccinea)

Từ mẫu thân và lá cây Na rừng, tiến hành quy trình chiết xuất và phân lập bằng các hệ sắc ký cột kết hợp, thu được 15 hợp chất ký hiệu từ KC1 đến KC15:

Ký hiệu Tên hợp chất Phân nhóm hợp chất Tình trạng phát hiện
KC1 Kadnanolactone H Triterpenoid lactone Đã biết
KC2 Micrandilactone H Triterpenoid lactone Đã biết
KC3 Kadcoccilactone V Triterpenoid Hợp chất mới
KC4 Kadnanolactone I Triterpenoid lactone Đã biết
KC5 Kadsuracin A Lignan Hợp chất mới
KC6 Interiotherin C Dibenzocyclooctadiene lignan Đã biết
KC7 (S)-1-phenylethyl-6-$\alpha$-L-arabinopyranosyl-$\beta$-D-glucopyranoside Phenolic glycoside Hợp chất mới
KC8 3,4-dihydroxyphenylethanol-5-O-$\beta$-D-glucose Phenolic glycoside Đã biết
KC9 Cimidahurinine Phenolic glycoside Đã biết
KC10 Thalictoside Phenolic glycoside Đã biết
KC11 Icariside E3 Phenolic glycoside Đã biết
KC12 Phloridzin Dihydrochalcone glucoside Đã biết
KC13 Seco-coccinic acid A 3,4-seco-lanostane triterpenoid Đã biết
KC14 Seco-coccinic acid F 3,4-seco-lanostane triterpenoid Đã biết
KC15 Schisanlactone B Triterpenoid lactone Đã biết

Tổng số hợp chất phân lập từ Na rừng: 15 hợp chất (gồm 3 hợp chất mới: KC3, KC5, KC7).


Chương 4. Kết quả và thảo luận

1. Xác định cấu trúc hóa học các hợp chất mới

  • Hợp chất LC1 (Lycocernuaside E): Tồn tại ở dạng chất bột màu trắng. Phổ HR-ESI-MS cho pic ion phân tử tại $m/z\text{ }559,1587\text{ [M+Cl]}^-$ (tính toán cho $[\text{C}{25}\text{H}{32}\text{O}{12}\text{Cl}]^-$ là $559,1588$), xác định công thức phân tử là $\text{C}{25}\text{H}{32}\text{O}{12}$ ($M_w = 524\text{ g/mol}$). Dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^{1}\text{H-NMR}$ ($500\text{ MHz}$, $\text{CD}_3\text{OD}$) và $^{13}\text{C-NMR}$ ($125\text{ MHz}$, $\text{CD}_3\text{OD}$) kết hợp phổ HSQC và HMBC xác định LC1 là một neolignan glucoside mới.
  • Hợp chất LC6 (Lycernuic B): Xác định thuộc nhóm serratane triterpenoid mới thông qua phân tích HR-ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân đo trong $\text{DMSO-}d_6$, so sánh độ chuyển dịch hóa học và tương tác HMBC, NOESY để làm sáng tỏ cấu hình tương đối của nhóm hydroxy ($\text{OH}$) tại vị trí C-3 và C-21 so với hợp chất tham khảo lycernuic A.
  • Hợp chất LC7 (Lycocernuic ketone F): Xác định cấu trúc serratane triterpenoid mới dựa trên phổ HR-ESI-MS, $^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC và NOESY trong $\text{CD}_3\text{OD}$, đồng thời đối chiếu dữ liệu với lycernuic ketone C.
  • Hợp chất KC3 (Kadcoccilactone V): Phân tích phổ HR-ESI-MS và các phổ 1D/2D-NMR (HMQC, HMBC, NOESY đo trong $\text{pyridine-}d_5$) đối chiếu với micrandilactone H để xác lập cấu trúc triterpenoid mới.
  • Hợp chất KC5 (Kadsuracin A): Phổ HR-ESI-MS, $^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HMQC, HMBC, NOESY trong $\text{CDCl}_3$, kết hợp phổ CD để xác định cấu trúc và cấu hình lập thể, so sánh tương quan với hợp chất kadsurarin.
  • Hợp chất KC7 ((S)-1-phenylethyl-6-$\alpha$-L-arabinopyranosyl-$\beta$-D-glucopyranoside): Xác định công thức phân tử qua HR-ESI-MS; phân tích liên kết glycoside qua phổ $^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, $^{1}\text{H}-^{1}\text{H}\text{ COSY}$, HMQC, HMBC đo trong $\text{CD}3\text{OD}$. Kết hợp phổ CD và quy trình thủy phân acid phân tích trên HPLC so sánh với các mẫu chuẩn đường ($t{R\text{-L-ara}} = 24,385\text{ phút}$ so với chuẩn L-arabinose $24,238\text{ phút}$, và $t_{R\text{-D-glc}} = 27,282\text{ phút}$ so với chuẩn D-glucose $27,281\text{ phút}$) để khẳng định cấu hình tuyệt đối (S) và các gốc đường $\alpha$-L-arabinopyranosyl, $\beta$-D-glucopyranoside.

2. Kết quả đánh giá hoạt tính sinh học

  1. Đối với các hợp chất từ loài Thông đất (Lycopodiella cernua):
    • Hoạt tính ức chế sản sinh NO trên tế bào thần kinh đệm BV-2 (Bảng 4.4): Tiến hành sàng lọc toàn bộ 20 hợp chất (LC1–LC20) được kích thích bởi LPS và đánh giá khả năng sống sót của tế bào qua phép thử MTT.
    • Hoạt tính gây độc tế bào ung thư (Bảng 4.5): Đánh giá 20 hợp chất (LC1–LC20) trên các dòng tế bào ung thư HepG2, SK-Mel-2 và MCF7 bằng phương pháp SRB.
  2. Đối với các hợp chất từ loài Na rừng (Kadsura coccinea):
    • Hoạt tính ức chế sản sinh NO trên đại thực bào RAW264.7 (Bảng 4.6): Sàng lọc các hợp chất KC5–KC12 kích thích bởi LPS.
    • Hoạt tính ức chế sinh trưởng tế bào ung thư (Bảng 4.7): Đánh giá các hợp chất triterpenoid KC1–KC4 và KC13–KC15 trên các dòng tế bào ung thư người (HCT-15, NUGC-3, NCI-H23, ACHN, PC-3, MDA-MB-231).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn

  1. Về thành phần hóa học:
    • Đã phân lập và xác định cấu trúc hóa học của tổng cộng 35 hợp chất từ hai loài thực vật thu hái tại Việt Nam, bao gồm 20 hợp chất từ loài Thông đất (Lycopodiella cernua) và 15 hợp chất từ loài Na rừng (Kadsura coccinea).
    • Đã phát hiện và công bố 6 hợp chất mới hoàn toàn trong tự nhiên:
      • 3 hợp chất mới từ Thông đất: LC1 (Lycocernuaside E), LC6 (Lycernuic B), LC7 (Lycocernuic ketone F).
      • 3 hợp chất mới từ Na rừng: KC3 (Kadcoccilactone V), KC5 (Kadsuracin A), KC7 ((S)-1-phenylethyl-6-$\alpha$-L-arabinopyranosyl-$\beta$-D-glucopyranoside).
    • Bổ sung dữ liệu đầy đủ về thông số vật lý, phổ khối lượng phân giải cao HR-ESI-MS, phổ NMR 1D, 2D và phổ lưỡng sắc tròn CD cho các hợp chất phân lập.
  2. Về hoạt tính sinh học:
    • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về khả năng ức chế sản sinh nitric oxide (kháng viêm) trên dòng tế bào thần kinh đệm chuột BV-2 và đại thực bào RAW264.7 của các hợp chất phân lập từ Thông đất và Na rừng.
    • Xác lập dữ liệu sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào và ức chế sinh trưởng tế bào trên tập hợp nhiều dòng tế bào ung thư người (HepG2, SK-Mel-2, MCF7, HCT-15, NUGC-3, NCI-H23, ACHN, PC-3, MDA-MB-231).
    • Cung cấp luận cứ khoa học thực nghiệm giải thích và làm sáng tỏ tác dụng chữa bệnh trong y học cổ truyền của hai loài Thông đất và Na rừng tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu chỉ tập trung vào mẫu thực vật thu hái tại hai địa bàn cụ thể (Sa Pa - Lào Cai đối với Thông đất và Tam Đảo - Vĩnh Phúc đối với Na rừng), chưa mở rộng khảo sát thành phần hóa thực vật của các cá thể cùng loài ở các vùng sinh thái địa lý khác.
    • Các thử nghiệm hoạt tính sinh học dừng lại ở quy mô in vitro (mô hình tế bào); chưa tiến hành khảo sát cơ chế phân tử chi tiết cũng như đánh giá trên các mô hình in vivo.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục chiết xuất và phân lập các phân đoạn còn lại từ các dịch chiết nhằm tìm kiếm thêm các hoạt chất thứ cấp mới.
    • Mở rộng nghiên cứu cơ chế tác động ở mức độ phân tử đối với các hợp chất thể hiện hoạt tính ức chế NO và gây độc tế bào ung thư mạnh.
    • Thử nghiệm hoạt tính trên mô hình động vật thực nghiệm (in vivo) để đánh giá khả năng ứng dụng dược dụng thực tế.

Giá trị tham khảo

Bản luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa học (Hóa hữu cơ, Hóa học các hợp chất thiên nhiên), Hóa dược, Dược học và Công nghệ sinh học: Tham khảo quy trình phân lập chi tiết (sắc ký Diaion HP-20, RP-18, Sephadex LH-20, Silica gel), kỹ thuật phân tích và giải đoán phổ NMR 2 chiều, phân tích phổ CD và quy trình tạo dẫn xuất xác định cấu hình đường bằng HPLC.
  • Các nhà nghiên cứu tại các viện, trung tâm nghiên cứu Dược liệu và Hóa sinh: Tham khảo dữ liệu phổ nguyên bản, bảng quy kết tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^{1}\text{H}$ và $^{13}\text{C}$ của các khung hợp chất serratane triterpenoid, lycopodium alkaloid, lignan dibenzocyclooctadiene và seco-lanostane.
  • Các nhà phát triển sản phẩm y dược học cổ truyền: Sử dụng các dẫn chứng khoa học về hoạt tính kháng viêm và ức chế tế bào ung thư để định hướng chuẩn hóa và nâng cao giá trị sử dụng nguồn dược liệu Thông đất và Na rừng bản địa.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã phát hiện được bao nhiêu hợp chất mới và đó là những hợp chất nào?

Luận án đã phát hiện và xác định cấu trúc của 6 hợp chất mới trong tự nhiên:

  • Từ loài Thông đất (Lycopodiella cernua): 3 hợp chất mới gồm LC1 (Lycocernuaside E - neolignan glucoside), LC6 (Lycernuic B - serratane triterpenoid), LC7 (Lycocernuic ketone F - serratane triterpenoid).
  • Từ loài Na rừng (Kadsura coccinea): 3 hợp chất mới gồm KC3 (Kadcoccilactone V - triterpenoid), KC5 (Kadsuracin A - lignan), KC7 ((S)-1-phenylethyl-6-$\alpha$-L-arabinopyranosyl-$\beta$-D-glucopyranoside - phenolic glycoside).

2. Phương pháp nào được sử dụng để xác định cấu hình tuyệt đối của phần đường trong hợp chất mới KC7?

Tác giả sử dụng phương pháp thủy phân acid (đun mẫu với $\text{H}_2\text{SO}_4\text{ 10%}$ ở $80\text{ }^\circ\text{C}$ trong 3 giờ), trung hòa bằng $\text{BaCO}_3$, cho cặn đường phản ứng với L-cysteine methyl ester và phenylisothiocyanate ở $60\text{ }^\circ\text{C}$ để tạo dẫn xuất arylthiocarbamate. Sau đó, dẫn xuất được phân tích bằng HPLC pha đảo (cột Kinetex C18, detector UV 250 nm). Bằng cách so sánh thời gian lưu ($t_R$) của sản phẩm phản ứng với các mẫu đường chuẩn (L-arabinose $t_R = 24,238\text{ phút}$, D-glucose $t_R = 27,281\text{ phút}$), tác giả khẳng định sự có mặt của $\alpha$-L-arabinopyranosyl và $\beta$-D-glucopyranoside.

3. Hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập được đánh giá trên những mô hình thực nghiệm nào?

Luận án đánh giá trên hai hướng hoạt tính chính:

  • Hoạt tính ức chế sản sinh Nitric Oxide (NO): Thử nghiệm theo phương pháp Griess trên dòng tế bào thần kinh đệm chuột BV-2 (đối với các chất từ Thông đất) và dòng đại thực bào chuột RAW264.7 (đối với các chất từ Na rừng) được kích thích bởi LPS ($100\text{ }\mu\text{g/mL}$); kết hợp phép thử MTT để đánh giá tỷ lệ tế bào sống sót.
  • Hoạt tính gây độc và ức chế sinh trưởng tế bào ung thư: Thử nghiệm theo phương pháp Sulforhodamine B (SRB) trên 3 dòng tế bào ung thư người (HepG2, SK-Mel-2, MCF7) tại Viện Công nghệ sinh học và 6 dòng tế bào ung thư người (HCT-15, NUGC-3, NCI-H23, ACHN, PC-3, MDA-MB-231) tại Viện Khoa học và Công nghệ Đại dương Hàn Quốc.

4. Nguồn mẫu thực vật sử dụng trong luận án được thu hái ở đâu và định danh bởi cơ quan nào?

  • Mẫu toàn cây Thông đất thu hái tại Sa Pa, tỉnh Lào Cai vào tháng 03/2017; được định danh bởi TS. Nguyễn Thế Cường, lưu mẫu tiêu bản số NCCBG.20 tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật (VAST).
  • Mẫu lá và thân cây Na rừng thu hái tại Vườn quốc gia Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc vào tháng 05/2017 (lá) và tháng 05/2018 (thân); được định danh bởi PGS. Trần Huy Thái, lưu mẫu tiêu bản số KC201705 và KC201805 tại Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Thị Thùy đã hoàn thành nghiên cứu toàn diện về thành phần hóa học và thăm dò hoạt tính sinh học của hai loài thực vật Lycopodiella cernua (L.) và Kadsura coccinea (Lem.) thu hái tại miền Bắc Việt Nam. Nghiên cứu đã phân lập và làm sáng tỏ cấu trúc của 35 hợp chất tự nhiên, trong đó xác định được 6 hợp chất có cấu trúc mới hoàn toàn thuộc các khung neolignan, serratane triterpenoid, triterpenoid lactone và phenolic glycoside. Các kết quả thử nghiệm sinh học in vitro đã cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về khả năng kháng viêm thông qua ức chế sản sinh nitric oxide và khả năng ức chế sinh trưởng các dòng tế bào ung thư người của các hợp chất phân lập được, đóng góp dữ liệu cho lĩnh vực hóa học các hợp chất thiên nhiên và cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng hai nguồn dược liệu này trong y học.