ĐẶT VẤN ĐỀ COVID-19 là bệnh gây ra bởi SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) [33] với tính chất lây lan nhanh và mạnh. Theo số liệu thống kê của Bộ Y tế [62], tính đến ngày 25/05/2022, trên thế giới đã có hơn 500.000 ca nhiễm, với 6.057 trường hợp tử vong. Riêng tại Việt Nam đã có gần 11. COVID-19 đã gây ra những tổn thất nặng nề ở nhiều quốc gia trên thế giới nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng.
Bên cạnh các thuốc hóa dược, một số sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên đã có những thành công nhất định trong việc phòng chống dịch SARS (2003), H1N1 (2009) cũng như kiểm soát COVID-19 ở Trung Quốc. Điều này cho thấy phát triển thuốc điều trị COVID-19 có nguồn gốc tự nhiên là một hướng đi triển vọng. Một số cây thuốc bước đầu đã được chứng minh có tác dụng ức chế SARS-CoV-2 hoặc giải quyết các triệu chứng của COVID-19, trong đó đáng chú ý là Xuyên tâm liên [39], Thanh cao hoa vàng [32] và Hoàng cầm [27], Tuy nhiên, các hoạt chất cũng như cơ chế tác dụng của những cây thuốc này vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Trên thế giới, cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang diễn ra với phạm vi, chiều sâu và tốc độ chưa từng có tiền lệ trong lịch sử.
Những tiến bộ về tin sinh học (bioinformatics), sự bùng nổ của các cơ sở dữ liệu trong đó có các dữ liệu lớn (big data) cùng với các phần mềm máy tính đã trở thành những công cụ đắc lực trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển thuốc. Dược lý mạng (Network pharmacology) là một phương pháp tiếp cận mới và độc đáo trong quá trình nghiên cứu phát triển thuốc với sự hỗ trợ của các cơ sở dữ liệu và máy tính. Dược lý mạng mô tả mối liên quan phức tạp giữa các yếu tố của bệnh, hệ thống sinh học của cơ thể người và các đích tác dụng của thuốc điều trị thông qua các mạng lưới. Từ đó cho phép tìm hiểu cơ chế tác dụng của thuốc, chỉ ra các đích tác dụng cũng như các quá trình sinh học và con đường có sự can thiệp của thuốc liên quan đến một bệnh cụ thể.
Với mô hình nghiên cứu mạng lưới đa đích tác dụng - nhiều thành phần, dược lý mạng đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu thành phần hoạt chất và cơ chế tác dụng của các thuốc gồm nhiều thành phần nói chung cũng như thuốc thảo dược nói riêng. Mô phỏng tương tác phân tử (Molecular docking) là kỹ thuật quan trọng để sàng lọc các hợp chất có hoạt tính sinh học thông qua việc dự đoán khả năng liên kết của protein và phối tử mà không cần tiến hành thực nghiệm. Việc kết hợp dược lý mạng và mô phỏng tương tác phân tử trong việc sàng lọc hoạt chất và dự đoán cơ chế tác dụng của các thảo dược giúp giảm thiểu số thí nghiệm cần thực hiện, do đó tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống. 1 Vì những lý do trên, đề tài khóa luận “Nghiên cứu in silico mối liên quan giữa thành phần hóa học và tác dụng sinh học định hướng điều trị COVID-19 của một số cây thuốc” được thực hiện với ba mục tiêu sau: 1.
Dự đoán các hợp chất và các đích tác dụng tiềm năng theo định hướng điều trị COVID-19 của Xuyên tâm liên, Thanh cao hoa vàng và Hoàng cầm. Dự đoán các quá trình sinh học và con đường liên quan đến các đích tác dụng tiềm năng định hướng điều trị COVID-19 của ba cây thuốc. Mô phỏng tương tác phân tử của các hợp chất tiềm năng có trong ba cây thuốc với protein của SARS-CoV-2. Tổng quan về SARS-CoV-2 và COVID-19 SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) [33] thuộc phân họ Coronaviriae, họ Coronaviridae, bộ Nidovirales [4].
SARS-CoV-2 thuộc cùng phân họ với coronavirus gây hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS-CoV) và coronavirus gây hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS-CoV). Mặc dù nguồn gốc của SARS-CoV-2 vẫn chưa được xác định chính xác song phần lớn các nhà khoa học đều công nhận virus này có nguồn gốc từ động vật và liên quan tới việc lây nhiễm từ động vật sang người. SARS-CoV-2 có xu hướng tiến hóa di truyền và hình thành các biến thể có thể có các đặc tính khác so với virus gốc, đặc biệt là việc nâng cao khả năng lây truyền hoặc độc lực, giảm tác động của các kháng thể thu được từ quá trình nhiễm trùng tự nhiên hoặc tiêm chủng, từ đó giảm hiệu quả điều trị và/hoặc hiệu lực của vaccin. Một số biến thể SARS-CoV-2 phổ biến bao gồm Alpha (B.2 linegae) (12/2020) và Omicron (B.
Các triệu chứng lâm sàng Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), COVID-19 là bệnh truyền nhiễm gây ra bởi SARS-CoV-2 [66]. Thời gian ủ bệnh thường kéo dài từ 2-14 ngày, trung bình là 5-7 ngày. Khởi phát ban đầu với triệu chứng hay gặp là sốt, ho khan, mệt mỏi và đau cơ. Một số trường hợp đau họng, nghẹt mũi, chảy nước mũi, đau đầu, ho có đờm, nôn và tiêu chảy.
Hầu hết người bệnh (khoảng hơn 80%) là ca bệnh nhẹ không bị viêm phổi và thường tự hồi phục sau 1 tuần, một số trường hợp dương tính với virus thậm chí không có biểu hiện triệu chứng lâm sàng [1]. Những trường hợp diễn biến thành ca bệnh nặng bắt đầu xuất hiện triệu chứng sau khoảng từ 7-8 ngày. Các biểu hiện nặng bao gồm: viêm phổi, viêm phổi nặng cần nhập viện… Trong đó khoảng 5% bệnh nhân cần điều trị tại các đơn vị hồi sức tích cực với các biểu hiện hô hấp cấp (thở nhanh, khó thở, tím tái,…), hội chứng suy hô hấp cấp tiến triển (ARDS), sốc nhiễm trùng, suy chức năng các cơ quan bao gồm tổn thương thận và tổn thương cơ tim, dẫn đến tử vong [1]. Nguyên tắc điều trị Theo Hướng dẫn chẩn đoán và điều trị COVID-19 của Bộ Y tế [1], các nhóm thuốc được sử dụng trong điều trị COVID-19 bao gồm: các thuốc kháng virus (Remdesivir), các kháng thể kháng virus (Casirivimab), thuốc ức chế Interleukin-6 (Tocilizumab), thuốc corticoid (Dexamethason), thuốc chống đông (Heparin).
Bệnh nhân được phân loại dựa theo mức độ nguy cơ và được điều trị kết hợp giữa sử dụng thuốc và các phương pháp điều trị đặc biệt khác như ECMO, dinh dưỡng và phục hồi chức năng. Các mục tiêu phân tử của SARS-CoV-2 Các mục tiêu ức chế SARS-CoV-2 tiềm năng được xác định là những mục tiêu phân tử có vai trò quan trọng trong vòng đời, quá trình xâm nhập hay quá trình nhân lên của virus. Main protease (Mpro) hay 3-chymotrypsin-like protease (3CLP) là một protein được mã hóa bởi gen có trong tất cả các biến chủng SARS-CoV-2 có vai trò quan trọng trong sự nhân lên cũng như cả vòng đời của virus. 3CLP cũng đã được chứng minh là một đích tác dụng tiềm năng của thuốc trong các ca nhiễm SARS-CoV và MERS-CoV trước đó [29, 48].
Protein gai hay S-protein là một đích tác dụng được các nhà nghiên cứu khai thác để tạo vaccin COVID-19, gồm 2 tiểu đơn vị đóng vai trò quan trọng trong quá trình gắn kết với tế bào chủ và quá trình xâm nhập của virus vào tế bào [2]. Cathepsin L (CatL) là một protein giúp loại tiểu đơn vị S1 và thúc đẩy quá trình hòa màng của virus, giải phóng RNA và quá trình nhân lên của virus. Có ít nhất 7 chất ức chế chọn lọc CatL cho thấy hiệu quả trong việc ngăn chặn lây nhiễm và có ít nhất 10 thuốc được FDA phê duyệt cho thấy có hoạt động ức chế CatL [28]. ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp) hay Nsp12 là một enzym quan trọng trong vòng đời của virus có tác dụng tăng tốc độ sao chép ARN.
Remdesivir là một thuốc có khả năng ức chế cạnh tranh với ATP của RdRp và can thiệp vào quá trình tổng hợp ARN của virus [25, 29]. Papain-like protease (PLP) là một protein quan trọng trong quá trình kích hoạt sự lây nhiễm nhờ tính đối kháng interferon của nó. Ngoài ra PLP cùng với 3CLP là hai enzym chính chịu trách nhiệm phân tách các polyprotein của SARS-CoV-2 và có vai trò quan trọng trong sự nhân lên của virus [25, 29]. Furin là một enzym protease liên kết màng loại 1 thuộc họ proprotein convertase (PPC), có tác dụng kích hoạt các protein ở dạng tiền chất.
Furin có thể tác động đến nhiều loại protein bao gồm cả gycoprotein bề mặt của virus. Đây là một tác nhân quan trọng để kích hoạt protein gai của SARS-CoV-2 [49]. Ngoài ra, furin cũng tập trung với số lượng lớn ở phổi nhằm tăng khả năng lây nhiễm của SARS-CoV-2 [25]. Methyltransferase (Nsp16) là một trong số các protein không cấu trúc (Nsp) của SARS-CoV-2 đóng vai trò quan trọng trong quá trình dịch mã và nhân lên của virus.
Methytransferase có chức năng methyl hóa mũ ARN ở vị trí ribose-2’-O giúp bảo vệ virus khỏi sự phân hủy do 5’-3’-exoribonuclease [30]. 4 EndoRNAse là enzym có thể phân cắt cả RNA sợi đơn và sợi kép, đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhân lên của virus. Protein này là đích tác dụng của một số thuốc đang được lưu hành hiện nay như Sempremivir và Nelfinavir [29]. Tổng quan về dược lý mạng (Network pharmacology) 1.
Khái niệm dược lý mạng Trước đây, trong một khoảng thời gian dài, thuốc mới thường được phát triển thông qua việc sàng lọc, tìm kiếm ngẫu nhiên từ thực vật, động vật và khoáng chất trong tự nhiên. Năm 2000, việc giải mã thành công trình tự bộ gen người đã tạo nên một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển thuốc mới. Kể từ đây, các thuốc mới được phát triển dựa theo mục tiêu phân tử cụ thể. Các protein mà thuốc liên kết hoặc tác dụng được gọi là “đích”.
Phương pháp tiếp cận một thuốc - một đích tác dụng - một bệnh được tiếp tục trong thời gian dài sau đó. Kết quả tạo ra hàng loạt thuốc điều trị có tác dụng đặc hiệu và chọn lọc tại đích. Tuy nhiên, cách tiếp cận này chưa mang lại hiệu quả khi nghiên cứu các thuốc thảo dược với thành phần hóa học phức tạp và cơ chế tác dụng chưa rõ ràng. Tác dụng điều trị của thuốc thảo dược thường liên quan đến nhiều thành phần, nhiều đích tác dụng, nhiều quá trình sinh học và con đường khác nhau, do đó, cần tiếp cận nghiên cứu dựa trên mô hình mạng lưới đa đích tác dụng - nhiều thành phần [7].
Hopkins lần đầu tiên đưa ra khái niệm về dược lý mạng (Network pharmacology) [19] - một phương pháp tiếp cận mới tích hợp lý thuyết mạng (Network theory) và các nguyên lý sinh học hệ thống (system biology principles) trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển thuốc.