ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, dù đã có những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực điều trị ung thư, nhưng tỉ lệ tử vong và số người hiện mắc vẫn luôn tăng cao, đặt ra một thách thức lớn đối với cộng đồng y tế nói chung và ngành dược nói riêng. Do vậy, việc nghiên cứu và phát triển các loại thuốc mới có khả năng điều trị ung thư luôn được chú trọng, đặc biệt là những thuốc hướng đích bởi tính chọn lọc, nâng cao hiệu quả điều trị và hạn chế các tác dụng không mong muốn. Trong số các đích phân tử như các protein kinase (MEK1, MEK2), các thụ thể (EGFR, VEGFR), Hsp90… thì enzym histon deacetylase (HDAC) mang đến nhiều tiềm năng trong việc phát triển thuốc mới [9]. HDAC có nhiều chức năng sinh học quan trọng của tế bào như quá trình tăng sinh, biệt hóa và chết theo chu trình (apoptosis).
Tuy nhiên, khi HDAC biểu hiện quá mức sẽ gây ra những bất thường cho các quá trình trên, hình thành tế bào ung thư và gây ra các hiện tượng di căn và xâm lấn của khối u [38]. Chính vì vậy, các thuốc ức chế HDAC (HDACi) được nghiên cứu và phát triển. Cho đến nay, FDA đã cấp phép lưu hành một số thuốc như vorinostat (Zolinza®) được phê duyệt năm 2006 để điều trị bệnh u lympho tế bào T ở da, sau đó belinostat (Beleodaq®) và panobinostat (Farydax®) cũng được FDA cấp phép trong điều trị một số bệnh ung thư. Mới đây nhất vào tháng 3 năm 2024, givinostat (DuvyzatTM) được FDA phê duyệt cho chỉ định ở những người được chẩn đoán mắc chứng loạn dưỡng cơ Duchenne.
Ngoài ra, nhiều chất ức chế HDAC đang được nghiên cứu trong các pha của thử nghiệm lâm sàng như abexinostat, pracinostat, resminostat…[7]. Đặc điểm chung trong cấu trúc hóa học của các chất này đều là dẫn chất của acid hydroxamic, từ đó có thể thấy được tiềm năng của cấu trúc này trong việc thiết kế công thức của các chất ức chế HDAC. Bên cạnh đó, các dị vòng chứa nitơ cũng được nhiều nhà khoa học quan tâm và trong đó có hai khung cấu trúc là quinazolin và triazol được đánh giá có hoạt tính chống ung thư [13, 23, 26]. Trên cơ sở đó của các nghiên cứu trên, đề tài “Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số acid hydroxamic mới mang dị vòng triazol và quinazolin-4(3H)-on” được thực hiện với hai mục tiêu: 1.
Tổng hợp được 6 dẫn chất N-hydroxyheptanamid mới mang dị vòng triazol và quinazolin-4(3H)-on. Đánh giá được hoạt tính ức chế HDAC và hoạt tính kháng một số tế bào ung thư của các dẫn chất tổng hợp được. Giới thiệu về histon deacetylase Histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) là hai nhóm enym giữ cân bằng cho mức độ acetyl hóa – deacetyl hóa của histon [38]. HAT xúc tác cho quá trình acetyl hóa nhóm ε–NH3+ của lysin ở đuôi histon làm trung hòa điện tích dương.
Khi đó ái lực của đầu N ở đuôi histon với nhóm phosphat tích điện âm của ADN bị giảm đáng kể làm cho nhiễm sắc thể tháo xoắn và quá trình phiên mã được diễn ra. Ngược lại, HDAC xúc tác cho quá trình deacetyl hóa lysin, làm cho đầu N ở đuôi histon tích điện dương, nhiễm sắc thể đóng xoắn và gây ức chế quá trình phiên mã [29]. Quá trình acetyl hóa và deacetyl histon xúc tác bởi HAT và HDAC Khi có bất thường enzym HAT hoặc HDAC hoạt động quá mức, làm giảm quá trình acetyl hóa histon sẽ gây ra những bất thường trong quá trình phiên mã dẫn tới những thay đổi trong điều hòa biểu hiện gen, đặc biệt là các gen quan trọng có chức năng trong hoạt động sống của tế bào như tăng sinh tế bào, điều hòa chu trình tế bào và apoptosis [38]. Ngoài ra, HAT và HDAC còn tham gia vào quá trình acetyl hóa không chỉ các protein nhiễm sắc thể mà còn có các protein không chứa histon bao gồm các protein ức chế khối u (p53, RUNX3), các chất trung gian truyền tín hiệu (STAT3, β- catenin).
Cụ thể p53 – gen ức chế khối u, khi acetyl hóa gây ra hiện tượng apoptosis của 2 tế bào và quá trình tự thực để loại bỏ các tế bào bất thường. Do vậy, khi có những bất thường làm giảm quá trình acetyl hóa, nó sẽ ảnh hưởng đến chức năng hoạt động của p53, gây ức chế p53, góp phần sự hình thành và phát triển tế bào ung thư [29]. Phân loại các HDAC Cho đến nay các nhà khoa học đã tìm thấy 18 loại enzym HDAC ở người và chia thành 4 nhóm dựa trên tính tương đồng của chúng với protein nấm men [12, 17, 24, 39]: Nhóm I có sự tương đồng với protein Rpd3 của nấm men, bao gồm các HDAC1, HDAC2, HDAC3 và HDAC8. Vị trí phân bố chủ yếu được tìm thấy ở nhân tế bào.
Nhóm II có sự tương đồng với protein Hda1 của nấm men, gồm hai phân nhóm: Phân nhóm IIa: bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9 được tìm thấy ở nhân tế bào và tế bào chất. Phân nhóm IIb: bao gồm HDAC6, HDAC10 được tìm thấy ở tế bào chất. Nhóm III có sự tương đồng với protein Sir2 của nấm men còn dược gọi là sirtuin, bao gồm các sirtuin 1-7 (SIRT1-7) được tìm thấy ở cả nhân tế bào, bào tương và ty thể. Nhóm IV chỉ có một loại duy nhất là HDAC11.
Vị trí phân bố chủ yếu được tìm thấy ở nhân tế bào. Trong đó HDAC nhóm I, II, IV được gọi là các HDAC cổ điển, hoạt động phụ thuộc vào coenzym Zn2+. Còn HDAC nhóm III hay còn gọi là các sirtuin hoạt động phụ thuộc vào NAD+, các sirtuin này có coenzym khác với các HDAC cổ điển, không nhạy cảm với sự ức chế của các HDACi [18]. Do vậy đề tài tập trung thảo luận về các HDAC hoạt động phụ thuộc vào Zn2+.
Phân loại các enzym HDAC Protein ở Phân Protein ở Họ Nhóm Vị trí phân bố nấm men nhóm người HDAC1 HDAC2 I Rpd3 Nhân tế bào HDAC3 HDAC8 HDAC4 HDAC hoạt động HDAC5 Nhân tế bào/ phụ thuộc Zn2+ IIa HDAC7 tế bào chất II Hda1 HDAC9 HDAC6 IIb Tế bào chất HDAC10 IV HDAC11 Nhân tế bào HDAC hoạt động Nhân tế bào/ III Sir2 SIRT1-7 phụ thuộc NAD+ tế bào chất/ty thể 3 1. Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC được xác định bằng phương pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X [40]. Nhìn chung, các HDAC đều có cấu trúc trung tâm hoạt động tương tự nhau, bao gồm 2 phần chính là kênh enzym và túi chứa ion Zn2+: Hình 1. Sơ đồ biểu diễn liên kết phối tử tại trung tâm hoạt động của HDAC8 với sự mặt của chất ức chế SAHA [1, 43] Kênh enzym: có dạng hình ống dài và hẹp, được tạo bởi các acid amin Phe152, Phe208, His180, Gly151 và Tyr306 (chủ yếu là các acid amin thân dầu).
Cấu trúc vùng này được cho rằng là rất dễ uốn và có những thay đổi phù hợp để có thể liên kết với các cơ chất khác nhau. Tuy nhiên, tính linh động của cấu trúc này lại gây khó khăn cho hướng nghiên cứu các thuốc có tính chọn lọc. Do vậy, việc xác định các chất có tác dụng ức chế chọn lọc cần có dữ liệu cụ thể về cấu trúc và tính linh hoạt của từng HDAC khác nhau [40]. 4 Túi chứa coenzym Zn2+: nằm ở đáy kênh enzym, phần trung tâm của vùng này là ion Zn2+ tạo ba liên kết phối trí bao gồm liên kết với hai nguyên tử oxy của nhóm carboxylat của Asp178 và Asp267 và nguyên tử nitơ của His180.
Trong phản ứng deacetyl hóa, ion Zn2+ sẽ có thêm hai liên kết phối trí nữa với nguyên tử oxy của nhóm carbonyl của acetyl lysin và với một phân tử nước. Khi có mặt của các chất ức chế HDAC, hai liên kết trên của ion Zn2+ sẽ lần lượt được thay thế bởi hai nguyên tử oxy của nhóm carbonyl và nhóm hydroxyl của nhóm chức acid hydroxamic [40]. Cơ chế xúc tác của HDAC Năm 2008, Dowling và cộng sự đã đưa ra đề xuất và cơ chế xúc tác như sau. Đầu tiên, His143 hoạt động như một base, khử proton của phân tử nước liên kết với Zn2+ tạo ra ion OH đóng vai trò tác nhân ái nhân tiếp tục tấn công vào nhóm carbonyl của N- acetyl-lysin, làm tăng tính ái nhân nguyên tử oxy nhóm carbonyl.
Sau đó, một hợp chất trung gian carbon tứ diện được hình thành và ổn định nhờ liên kết phối trí với ion Zn2+ kết hợp cùng liên kết hydro với Tyr306, His143, His142. Cuối cùng, His143 chuyển một proton vào nguyên tử nitơ của lysin tạo thành chức amin của sản phẩm [14, 16]. Cơ chế xúc tác của HDAC8 1. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE 1.
Giới thiệu về các chất ức chế histon deacetylase Như đã trình bày ở trên, HDAC tham giá quá trình deacetyl hóa histon và có liên quan tới sự hình thành và phát triển khối u. Các thuốc ức chế HDAC ra đời nhằm tăng 5 khả năng acetyl hóa histon, thúc đẩy quá trình phiên mã các gen ức chế khối u. Hiện nay, nhiều chất ức chế HDAC (HDACi) đang được phát triển và nghiên cứu trên thế giới và cả trong nước, trong số đó có một số thuốc đã được FDA phê duyệt để điều trị các bệnh ung thư khác nhau [7]. Đây là các chất có tác dụng tại đích điều trị ung thư hiệu quả.
Phân loại các HDACi Các HDACi có nhiều cách phân loại, về cơ bản thì có ba cách: dựa trên cấu trúc hóa học, nguồn gốc và tính chọn lọc với từng loại HDAC: Phân loại dựa trên cấu trúc hóa học [32] Các HDACi được phân loại thành bốn nhóm chính bao gồm: acid hydroxamic, benzamid, peptid vòng và acid béo mạch ngắn. Đặc biệt, các dẫn xuất của acid hydroxamic là nhóm thuốc ức chế HDAC được nghiên cứu nhiều nhất và thành công nhất trên lâm sàng. Bằng chứng là 4 trong số 5 thuốc được FDA phê duyệt gồm vorinostat, belinostat, panobinostat và givinostat đều có cấu trúc của acid hydroxamic [7]. Trong đề tài này chủ yếu đề cập đến các HDACi có cấu trúc acid hydroxamic.
Phân loại các HDAC theo cấu trúc Phân loại dựa trên nguồn gốc [33]: Các HDACi có nguồn gốc tự nhiên: depsipeptid (FK-228), apicidin, trichostatin A (TSA), natri butyrat… 6 Các HDACi có nguồn gốc tổng hợp: vorinostat, belinostat, panobinostat… Phân loại dựa trên tính chọn lọc với từng loại HDAC [30] Các HDACi không chọn lọc: vorinostat, belinostat, panobinostat là ba thuốc đều không có tính chọn lọc. Các HDACi chọn lọc: romidepsin là thuốc duy nhất hiện nay được FDA phê duyệt có tính chọc lọc trên HDAC nhóm I. Bên cạnh đó, đặc tính chọn lọc của các HDACi có thể thấy được ở bảng 1.