ĐẶT VẤN ĐỀ Năm 2020, số lượng ca bệnh ung thư mới được ước tính 19,3 triệu trường hợp và gần 10,0 triệu trường hợp tử vong theo số liệu thống kê của GLOBOCAN [32]. Ung thư đang trở thành gánh nặng với chi phí điều trị tốn kém, cũng như những ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống bệnh nhân và gia đình người bệnh. Do vậy nghiên cứu phương pháp điều trị ung thư nhằm mục đích cải thiện và tạo sự đột phá trong hiệu quả điều trị ngày càng được quan tâm. Nhiều đề tài nghiên cứu đã được thực hiện cả ở trong nước và quốc tế và đã có những kết quả tích cực, giúp hỗ trợ và tìm kiếm được những hướng đi mới trong điều trị ung thư.
Một trong những hướng nghiên cứu có thể kể đến là phát triển thuốc chống ung thư bằng cách tác động đến cơ chế chết theo chu trình của tế bào [18], [15], [20]. Quá trình chết tự nhiên tế bào được khởi động khi nhận được kích thích từ nội bào và ngoại bào thông qua enzym caspase. Từ đó, tìm kiếm cách tác động vào enzym caspase đã được nghiên cứu và báo cáo [40],[28]. Các hợp chất tác động vào enzym caspase được báo cáo có tác dụng chống ung thư phải kể đến PAC-1.
Đây là hợp chất đầu tiên có hoạt tính chống ung thư theo cơ chế hoạt hoá protein caspase 3 trong điều kiện in vitro trên nhiều dòng tế bào [28]. Bên cạnh đó, dị vòng quinazolin có mặt trong nhiều chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt các chất có hoạt tính kháng ung thư (gelfitinib, erlotinib, lapatinib,…) [31]. Tiếp cận với hướng nghiên cứu này, nhiều dãy chất có tác dụng hoạt hoá enzym caspase chứa dị vòng quinazolin có hoạt tính kháng tế bào ung thư tốt đã được nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hoá Dược - trường Đại học Dược Hà Nội thiết kế, tổng hợp, thử hoạt tính sinh học và công bố [1], [34]. Tiếp cận dựa trên cơ sở của những nghiên cứu trên, đề tài “Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất acetohydrazid mới mang khung 4-oxoquinazolin” được thực hiện với hai mục tiêu: 1.
Tổng hợp được (E)-N'-(3-allyl-2-hydroxybenzyliden)-2-(4-oxoquinazolin- 3(4H)-yl)acetohydrazid và 5 dẫn chất acetohydazid mang khung 4-oxoquinazolin. Đánh giá hoạt tính sinh học, khả năng hoạt hoá enzym caspase của các chất tổng hợp được. Chu trình chết tự nhiên của tế bào (apoptosis) 1. Định nghĩa Hình 1.
Quá trình chết tự nhiên của tế bào Cơ thể sống đa bào là một hệ thống được tổ chức rất chặt chẽ. Trong đó, số lượng các tế bào trong các bào quan được kiểm soát không chỉ bởi tốc độ phân chia tế bào mà còn bởi tốc độ chúng chết đi. Khi một tế bào trở nên không cần thiết với cơ thể, nó sẽ tự chết đi thông qua sự hoạt hóa một quá trình diễn ra ngay trong bản thân tế bào, dẫn đến sự tan rã của tế bào đó. Quá trình này được gọi là chu trình chết tự nhiên của tế bào (apoptosis) [16].
Các giai đoạn của apoptosis Quá trình apoptosis được chia thành các giai đoạn: tế bào bị co lại, màng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn trong khi nội qua bị cô đặc và phân mảnh tiếp sau đó tế nào này sẽ bị thực bào bởi các đại thực bào. Điều này ngăn chặn sự giải phóng nguyên sinh chất ra môi trường, bao gồm các tác nhân gây viêm [16]. Nói cách khác, tế bào chết theo quá trình apoptosis sẽ là một cái chết “tự nhiên”, chết một cách “êm dịu”. Cụ thể, chu trình chết tự nhiên của tế bào gồm 5 bước được mô tả trong hình 1.1 [8]: - Tế bào nhận được tín hiện dẫn đến sự khởi phát của apoptosis.
- Bộ khung tế bào đứt gãy dẫn đến sự co ngót và thu nhỏ của tế bào. - Tế bào chất dần dần trở nên đậm đặc, nhân tế bào và các bào quan co ép lại và phân rã. - Tế bào bị phân chia thành các mảnh nhỏ nhưng tế bào chất vẫn được bọc nguyên vẹn bởi màng sinh học. - Các biến đổi xảy ra trên màng tế bào tạo nên các cảm ứng hóa học để lôi kéo đại thực bào.
Quá trình thực bào xảy ra trước khi vật chất tế bào giải phóng ra môi trường. Các giai đoạn của chu trình chết tự nhiên của tế bào 1. Mối liên quan giữa chu trình chết tự nhiên của tế bào và bệnh ung thư Chu trình chết tự nhiên của tế bào là một cơ chế để kiểm soát số lượng tế bào trong cơ thể sống, giữ chúng ở mức bình thường. Khi cơ thể bị ung thư, số lượng tế bào tăng sinh một cách bất thường, mất kiểm soát.
Điều đó gợi ý mối liên hệ giữa các bất thường xảy ra trong chu trình chết tự nhiên của tế bào và bệnh ung thư. Cơ thể sống luôn có những cơ chế khác nhau ngăn chặn các đột biến gây ung thư, trong đó vai trò nổi bật thuộc về protein p53. Protein này ngăn cản sự hình thành khối u thông qua ngăn chặn sự ảnh hưởng của các tổn thương trên ADN cũng như các biến cố khác như sự tấn công của các gốc tự do hay các các tín hiệu kích thích tăng trưởng quá mức lên tế bào… Khi xảy ra biến cố, p53 sẽ đưa tế bào về trạng thái bất hoạt hoặc ra tín hiệu khởi phát chu trình chết tự nhiên của tế bào [36]. Nếu mức độ của biến cố vượt quá mức kiểm soát của protein p53, sai sót sẽ xảy ra và các tế bào này tiếp tục tồn tại, phát triển vượt kiểm soát, hình thành khối u [4].
Quá trình điều hòa chu trình chết tự nhiên của tế bào Hình 1. Điều hòa quá trình apoptosis Chu trình chết tự nhiên được thực hiện bởi các caspase và được điều hòa thông qua hai con đường: (1) con đường nội sinh trong tế bào và (2) con đường ngoại sinh thông qua receptor tại màng tế bào [12]. Con đường nội sinh trong tế bào được kích hoạt bằng cách đưa Bax/BAK vào màng ty thể và giải phóng cytochrom c. Con đường này được điều hòa bởi protein B- cell lymphoma-2 (BCL-2), với cơ chế ngăn chặn sự giải phóng cytochrom c bằng cách liên kết và ức chế Bax và BAK.
Do đó, ức chế BCL-2 được cho là có tiềm năng trong điều trị ung thư [25]. Cytochrom c liên kết với Apaf1 và hoạt hóa procaspase-9 tạo thành phức hợp apoptosome. Caspase-9 được kích hoạt rồi đến kích hoạt caspase-3 và bắt đầu phân giải protein. Ngoài Cytochrom C, ty thể giải phóng một số lượng lớn các polypeptid khác, bao gồm AIF, Endo G, chất kích hoạt ty thể thứ hai của caspase (SMAC/DIBLO) và HtRA2/OMI [12].
Con đường ngoại sinh được kích hoạt thông qua thụ thể với yếu tố hoại tử khối u (TNF) hay còn gọi là thụ thể gây chết. Các thụ thể này được kích hoạt thông qua các phối tử gây chết được sản sinh với các tế bào diệt tự nhiên hoặc các đại thực bào. Sau khi hình thành thụ thể liên kết thụ thể - phối tử, con đường ngoại sinh được kích hoạt thông qua quá trình chuyển hóa procaspase -8 và procaspase -10 thành caspase -8 và 4 caspase -10 [25]. Trong một nghiên cứu trên chuột, Varfolomeev Eugene E và cộng sự đã phát hiện rằng caspase 8 đóng một vai trò cần thiết và không thế thiếu trong việc khởi phát quá trình chết tự nhiên ở tế bào [35].
Dựa vào các nội dung đã trình bày ở trên, ta có thể thấy bất thường trong quá trình apoptosis có thể là một trong những nguyên nhân gây ra bệnh ung thư. Do vậy, đề tài khóa luận này sẽ tập trung nghiên cứu về các dẫn chất có tác dụng ức chế tế bào ung thư thông qua enzym đích của quá trình apoptosis. Định nghĩa Caspase (cysteinyl aspartate-specific proteinase) là một họ các protease cystein giữ vai trò quan trọng trong việc thực thi quá trình chết tự nhiên của tế bào (apoptosis) cũng như phản ứng viêm. Điều này được minh chứng bởi Varfolomeev Eugene E và cộng sự khi tiến hành ức chế các caspase bằng zVAD-fmk (một hợp chất kháng caspase mạnh).
Tác giả đưa ra kết luận là khi ức chế caspase bằng zVAD-fmk thì tế bào sẽ hoại tử thay vì thực hiện quá trình apoptosis [35]. Cơ chế hoạt động của họ enzym này bắt đầu với phân tử cystein tại trung hoạt động, đóng vai trò là tác nhân nucleophil tấn công vào phân tử protein đích, từ đó cắt liên kết peptid tạo bởi nhóm -COOH của acid aspartic [39]. Phân loại caspase Cho đến nay, người ta đã phát hiện được 14 enzym caspase ở người và động vật và được đánh số từ số 1 đến 14, chúng được chia làm 3 nhóm dựa trên tác dụng sinh học của những enzym đó [41], trình bày chi tiết trong bảng 1. Phân loại enzym caspase Nhóm Enzym Nguồn gốc Caspase 2 Người và động vật Caspase 3 Người và động vật Caspase 6 Người và động vật Nhóm tham gia quy trình chết Caspase 7 Người và động vật tự nhiên (apoptosis) Caspase 8 Người và động vật Caspase 9 Người và động vật Caspase 10 Người Caspase 1 Người và động vật Caspase 4 Người Caspase 5 Người Nhóm tham gia phản ứng viêm Caspase 11 Động vật Caspase 12 Người và động vật Caspase 13 Động vật Nhóm khác Caspase 14 Người và động vật 5 Trong số các caspase, nhóm enzym tham gia quá trình apoptosis của tế bào ngày càng được chú ý như một đích tác dụng mới trong việc nghiên cứu thuốc điều trị ung thư [5], [41].
Mối liên quan giữa enzym caspase 3 và chu trình chết tự nhiên của tế bào Như đã trình bày trong bảng 1.1, người ta đã tìm thấy 7 loại caspase là enzym tham gia vào quá trình chết tự nhiên của tế bào. Các enzym tham gia vào quá trình chết tự nhiên của tế bào được chia làm hai nhóm: (1) nhóm enzym khởi phát: caspase - 2, 8, 9, 10 và (2) nhóm enzym thi hành: caspase - 3, 6, 7 [30]. Trong đó, caspase - 3 xuất hiện trong quá trình apoptosis có vai trò rất quan trọng bởi vì enzym này đóng vai trò trung tâm trong giai đoạn thực thi của apoptosis tế bào. Do đó, các sai sót trong hoạt động của enzym này dẫn đến các sai sót trong chu trình chết tự nhiên mà hậu quả có thể dẫn đến sự phát triển của các khối u ác tính.
Caspase 3 tồn tại trong tế bào dưới dạng procaspase 3 không có hoạt tính. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra sự tăng nồng độ bất thường của proenzym này trong nhiều loại ung thư khác nhau [17], [23], gợi ý mối liên hệ giữa bệnh sinh của ung thư với các thiếu sót trong quá trình chuyển hóa procaspase 3 thành caspase 3.