Luận án tiến sĩ tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng ung thư của một số dẫn chất chứa nhydroxyheptanamid nhydroxypropenamid và nhydroxybenzamid mới hướng ức chế histon deacetylase

Luận án tiến sĩ đánh giá tác dụng kháng ung thư của dẫn chất nhydroxyheptanamid, nhydroxypropenamid và nhydroxybenzamid mới, hướng ức chế histon deacetylase.

• Tác giả: Dương Tiến Anh
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Hải Nam
• Trường học: Trường Đại Học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Dược
• Đề tài: Nghiên Cứu Tác Dụng Kháng Ung Thư Của Dẫn Chất N-Hydroxyheptanamid, N-Hydroxypropenamid Và N-Hydroxybenzamid
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác dụng kháng ung thư của dẫn chất N hydroxyheptanamid

Nghiên cứu về tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất N-hydroxyheptanamid, N-hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid đang thu hút sự chú ý của cộng đồng khoa học. Các dẫn chất này được biết đến với khả năng ức chế enzym histon deacetylase (HDAC), một yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển và tiến triển của ung thư. Việc hiểu rõ cơ chế tác động của chúng có thể mở ra hướng đi mới trong điều trị ung thư.

1.1. Cơ chế tác động của N hydroxyheptanamid trong điều trị ung thư

Dẫn chất N-hydroxyheptanamid có khả năng ức chế hoạt động của HDAC, từ đó làm tăng mức độ acetyl hóa histon. Điều này dẫn đến việc điều chỉnh biểu hiện gen, giúp ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư. Nghiên cứu cho thấy rằng N-hydroxyheptanamid có thể làm giảm sự phát triển của các dòng tế bào ung thư như A2780 và HCT116.

1.2. Tác dụng phụ và an toàn của N hydroxyheptanamid

Mặc dù N-hydroxyheptanamid cho thấy hiệu quả kháng ung thư, nhưng việc đánh giá độ an toàn và tác dụng phụ là rất quan trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng liều lượng an toàn của N-hydroxyheptanamid không gây ra độc tính nghiêm trọng cho tế bào bình thường, điều này mở ra khả năng sử dụng trong điều trị lâm sàng.

II. Khám phá tác dụng kháng ung thư của N hydroxypropenamid

N-hydroxypropenamid là một trong những dẫn chất mới được nghiên cứu với tiềm năng kháng ung thư. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó có khả năng ức chế HDAC, từ đó làm giảm sự phát triển của tế bào ung thư. Việc tìm hiểu sâu về cơ chế tác động của N-hydroxypropenamid sẽ giúp xác định vai trò của nó trong điều trị ung thư.

2.1. Cơ chế ức chế HDAC của N hydroxypropenamid

N-hydroxypropenamid hoạt động bằng cách gắn kết với trung tâm hoạt động của HDAC, ngăn chặn enzym này thực hiện chức năng của nó. Kết quả là, sự acetyl hóa histon tăng lên, dẫn đến việc điều chỉnh biểu hiện gen có lợi cho việc ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư.

2.2. Nghiên cứu lâm sàng về N hydroxypropenamid

Các thử nghiệm lâm sàng đang được tiến hành để đánh giá hiệu quả và độ an toàn của N-hydroxypropenamid. Kết quả ban đầu cho thấy nó có thể làm giảm đáng kể sự phát triển của các khối u trong mô hình động vật, mở ra hy vọng cho việc phát triển các liệu pháp điều trị mới.

III. N hydroxybenzamid Tác dụng và ứng dụng trong điều trị ung thư

N-hydroxybenzamid là một dẫn chất khác có tiềm năng kháng ung thư. Nghiên cứu cho thấy rằng nó có khả năng ức chế HDAC và làm tăng mức độ acetyl hóa histon, từ đó điều chỉnh biểu hiện gen liên quan đến sự phát triển của tế bào ung thư.

3.1. Tác dụng kháng ung thư của N hydroxybenzamid

N-hydroxybenzamid đã được chứng minh là có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư, bao gồm cả dòng tế bào ung thư vú và ung thư phổi. Các nghiên cứu cho thấy rằng nó có thể làm giảm tỷ lệ sống sót của tế bào ung thư, đồng thời không gây hại cho tế bào bình thường.

3.2. Đánh giá độ an toàn của N hydroxybenzamid

Đánh giá độ an toàn của N-hydroxybenzamid là rất quan trọng trong việc phát triển liệu pháp điều trị. Các nghiên cứu cho thấy rằng dẫn chất này có thể được sử dụng ở liều cao mà không gây ra tác dụng phụ nghiêm trọng, điều này làm tăng khả năng ứng dụng trong lâm sàng.

IV. Phương pháp nghiên cứu tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất

Phương pháp nghiên cứu tác dụng kháng ung thư của N-hydroxyheptanamid, N-hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid bao gồm các thử nghiệm in vitro và in vivo. Các phương pháp này giúp đánh giá hiệu quả và cơ chế tác động của các dẫn chất này đối với tế bào ung thư.

4.1. Thử nghiệm in vitro trên dòng tế bào ung thư

Các thử nghiệm in vitro được thực hiện trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau để đánh giá tác dụng ức chế của các dẫn chất. Kết quả cho thấy rằng tất cả các dẫn chất đều có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư một cách hiệu quả.

4.2. Thử nghiệm in vivo trên mô hình động vật

Thử nghiệm in vivo được thực hiện trên mô hình động vật để đánh giá tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất trong điều kiện sinh lý thực tế. Kết quả cho thấy rằng các dẫn chất này có thể làm giảm kích thước khối u và kéo dài thời gian sống của động vật thí nghiệm.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các dẫn chất N-hydroxyheptanamid, N-hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid đều có tác dụng kháng ung thư mạnh mẽ. Những phát hiện này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các liệu pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn.

5.1. Kết quả từ các thử nghiệm lâm sàng

Các thử nghiệm lâm sàng cho thấy rằng các dẫn chất này có thể làm giảm đáng kể sự phát triển của khối u và cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của chúng trong điều trị ung thư.

5.2. Ứng dụng trong điều trị lâm sàng

Các dẫn chất này có thể được phát triển thành các liệu pháp điều trị mới cho bệnh nhân ung thư. Việc kết hợp chúng với các phương pháp điều trị hiện có có thể nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về tác dụng kháng ung thư của N-hydroxyheptanamid, N-hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid đã chỉ ra rằng các dẫn chất này có tiềm năng lớn trong điều trị ung thư. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các dẫn chất này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực điều trị ung thư.

6.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc của các dẫn chất này để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác dụng phụ. Việc phát triển các liệu pháp điều trị mới dựa trên các dẫn chất này có thể mang lại hy vọng cho nhiều bệnh nhân ung thư.

6.2. Hướng đi mới trong điều trị ung thư

Việc kết hợp các dẫn chất này với các liệu pháp điều trị hiện có có thể tạo ra những bước tiến mới trong điều trị ung thư. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của chúng sẽ giúp phát triển các liệu pháp điều trị hiệu quả hơn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là một trong những bệnh hiểm nghèo và có tỉ lệ tử vong cao, làm hao tổn chi phí cũng như sức lực của bệnh nhân và xã hội. Những năm trước đây, các thuốc điều trị ung thư thường được lựa chọn là những thuốc có độc tính cao như doxorubicin, 5-fluorouracin, busulfan, methotrexat… Hiện nay, cùng những thành tựu mang tính đột phá trong lĩnh vực sinh học thì hiểu biết về chức năng và hoạt động của cơ thể sống ở mức độ tế bào, mức độ phân tử ngày càng được làm rõ. Các thuốc chống ung thư mới ra đời hầu hết đều bắt nguồn từ mục tiêu phân tử nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm độc tính so với các phương pháp hóa trị cổ điển. Một số đích tác dụng mà các thuốc chống ung thư hiện nay đang hướng đến như các protein kinase, protein gây ung thư Bcl-2, HAT, HDAC… trong đó đích HDAC đang mở ra nhiều triển vọng.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự huy động quá mức các HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã, làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thư [71], [107]. Trong các chất ức chế HDAC được tổng hợp và công bố, nhóm các dẫn chất của acid hydroxamic có hoạt tính khá tốt, trong đó điển hình là SAHA (Zolinza®) là chất ức chế enzym HDAC đầu tiên được FDA cấp phép lưu hành năm 2006 cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL), có cấu trúc kiểu N-hydroxyheptanamid [45]. Sau đó là belinostat (Beleodaq®), gần đây nhất panobinostat (Farydax®) cũng được FDA cấp phép sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thư, có cấu trúc N-hydroxypropenamid [45]. Một số dẫn chất N-hydroxybenzamid khác như givinostat, abexinostat, tubastatin A, nexturastat A… đang tiếp tục được thử nghiệm lâm sàng ở các pha khác nhau với các loại ung thư khác nhau [100].

Ngoài ra, một số thuốc khác thuộc nhóm ức chế HDAC có cấu trúc benzamid. Điều này cho thấy các kiểu dẫn chất trên đang nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà hóa dược. Trên cơ cở những nghiên cứu về các chất ức chế HDAC ở Việt Nam cũng như trên thế giới, luận án “Tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng ung thư của một số dẫn chất N-hydroxyheptanamid, N-hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid mới hướng ức chế histon deacetylase” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp được khoảng từ 40 đến 50 dẫn chất N-hydroxyheptanamid, N- hydroxypropenamid và N-hydroxybenzamid mới hướng ức chế histon deacetylase.

Đánh giá được tác dụng ức chế HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất tổng hợp. Giới thiệu về histon deacetylase Quá trình acetyl hóa/deacetyl hóa nhờ các enzym của histon được quan sát lần đầu tiên vào những năm 1960. Trong cùng khoảng thời gian này, vai trò của nhiễm sắc thể (NST) trong điều hòa gen, mối quan hệ giữa sự thay đổi trong quá trình acetyl hóa histon và quá trình truyền thông tin di truyền trong ADN bắt đầu được phát hiện [202]. Ngày nay, người ta đã chứng minh rằng quá trình acetyl hóa thuận nghịch của histon cùng với quá trình methyl hóa và phosphoryl hóa ADN là những yếu tố điều chỉnh quan trọng nhất của quá trình sao chép gen, liên quan đến khả năng tiếp cận ADN.

Do đó, đây là một cơ chế quan trọng trong di truyền học biểu sinh của phiên mã gen [154]. Cấu trúc của nucleosom và vai trò của HAT, HDAC Histon có hai dạng tồn tại là acetyl hóa hoặc deacetyl hóa được chuyển hóa qua nhau nhờ 2 enzym là histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC). Quá trình acetyl hóa histon được thực hiện bởi enzym HAT. Enzym này tác động lên nhóm ε-NH2 của lysin tận cùng, có mặt trong bốn loại histon H2A, H2B, H3 và H4 [72].

Quá trình acetyl hóa dẫn đến mất điện tích dương ở chuỗi bên và do đó làm mất tương tác ion với nhóm phosphat tích điện âm trong các nucleotid của ADN. Điều này làm cho nhiễm sắc thể tháo xoắn và giúp cho quá trình phiên mã dễ dàng hơn. Hơn nữa, quá trình acetyl hóa có thể làm xáo trộn tương tác protein-protein (protein-protein interaction - PPI) giữa các histon khác nhau trong nucleosom và do đó làm thay đổi cấu trúc của vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin). HDAC, có thể được gọi là protein deacetylase (PDAC) vì một số mục tiêu của chúng là protein không chứa histon, là một nhóm gồm mười một enzym phụ thuộc kẽm đang trở thành một trong các mục tiêu điều trị trong nghiên cứu ung thư.

Biểu hiện bất thường của chúng trong nhiều tế bào ung thư làm thay đổi biểu hiện của gen ức chế khối u (TSG) và các gen liên quan đến chức năng tế bào bình thường. Việc tác động lên các tế bào ung thư bằng các chất ức chế HDAC là một điểm khởi đầu để tái chuẩn hóa biểu hiện TSG, dẫn đến quá trình apoptosis của tế bào ung thư [145]. Các HDAC chịu trách nhiệm loại bỏ nhóm acetyl của lysin từ các protein bao gồm histon và một nhóm protein lớn liên quan đến các chức năng khác nhau như các yếu tố phiên mã (p53, Rb và hơn 60 loại khác), chính các HAT và HDAC, các enzym xử lý ARN (RNA processing enzyme), EF1α tham gia vào quá trình dịch mã, các enzym chuyển hóa, protein của bộ xương tế bào (cytoskeleton) như α-tubulin, actin, cortactin, protein liên quan đến tín hiệu tế bào, apoptosis, sửa chữa ADN, tái tổ hợp và sao chép, protein chaperon và protein virus [141], [232]. Do đó, quá trình deacetyl của histon giúp ức chế biểu sinh và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phiên mã cũng như tiến trình phát triển của chu kỳ tế bào.

Phân loại Siêu họ enzym histon deacetylase bao gồm các histon deacetylase của sinh vật nhân thực (eukaryot), protein sử dụng acetoin (acetoin utilization proteins - ACUC) ở vi khuẩn và acetylpolyamin amidohydrolase (APHA) ở vi khuẩn và một số sinh vật nhân thực (eukaryot) [117]. Cho đến thời điểm hiện tại, các nhà khoa học đã xác định được 18 loại HDAC có mặt ở con người và chúng được chia thành 4 nhóm căn cứ vào sự tương đồng của chúng với HDAC ở nấm men [54], [56], [76], [145], [169]: - Nhóm I: Các HDAC nhóm này có sự tương đồng với enzym HDA của nấm men, bao gồm các HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. - Nhóm II: Các HDAC nhóm này có sự tương đồng với enzym HDB của nấm men, được chia làm hai phân nhóm nhỏ hơn: + Phân nhóm IIa: bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9. + Phân nhóm IIb: bao gồm HDAC6, HDAC10.

- Nhóm III: Các HDAC nhóm này có sự tương đồng với protein nấm men Sir2 còn được gọi là các sirtuin. Chúng là các HDAC hoạt động phụ thuộc vào NAD+, không 3 liên quan đến cấu trúc hoặc cơ chế xúc tác với các nhóm khác và sẽ không được thảo luận trong luận án này. Chúng bao gồm các sirtuin 1-7. - Nhóm IV: Nhóm này chỉ có duy nhất một đại diện là HDAC11.

Cấu trúc của HDAC11 không có sự tương đồng với HDA hay HDB của nấm men. Các HDAC nhóm I, II và IV được coi là những HDAC “kinh điển”, là những enzym phụ thuộc Zn2+. Vị trí xúc tác của chúng có dạng túi với một ion Zn2+ ở đáy nên những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với Zn2+ như các acid hydroxamic. Nhóm III là những sirtuin không bị ức chế bởi những hợp chất như vậy vì chúng có cơ chế hoạt động khác là phụ thuộc vào NAD+ [73].

Các HDAC khác nhau có chiều dài khác nhau, chuỗi acid amin thay đổi từ 347 ở HDAC11 (HDAC có chiều dài ngắn nhất) đến 1215 ở HDAC6 (HDAC có chiều dài lớn nhất). Tuy nhiên, cấu trúc vùng xúc tác cho quá trình deacetyl hóa được bảo tồn. Sự khác biệt giữa các HDAC được tìm thấy ở cấu trúc lối vào của trung tâm hoạt động. Các HDAC nhóm I có một khoang phụ nằm bên trong trung tâm hoạt động, có vai trò là lối vào của phân tử nước và là lối ra của phân tử acid acetic.

Khoang phụ này không được tìm thấy ở các HDAC nhóm II, phân tử nước và acid acetic có thể đi qua lối vào/lối ra khác. Đối với các HDAC nhóm III, nhóm acetyl loại bỏ được liên kết với ADP-ribose trong cuối phản ứng xúc tác. Vị trí phân bố của các HDAC cũng có sự khác biệt, HDAC nhóm I và nhóm IV chủ yếu được tìm thấy ở nhân tế bào, nhóm IIb được tìm thấy chủ yếu ở bào tương, nhóm IIa được tìm thấy ở nhân và bào tương và nhóm III được tìm thấy ở cả ở nhân, bào tương và ty thể [169]. Cơ chế xúc tác của các enzym histon deacetylase nhóm I, II và IV Đã có rất nhiều nghiên cứu về cơ chế xúc tác của các enzym histon deacetylase phụ thuộc Zn2+ như nghiên cứu của Finnin năm 1999 [67], nghiên cứu của Vanommeslaeghe năm 2005 [201], nghiên cứu của Corminboeuf năm 2006 [50] và gần đây nhất là nghiên cứu của Gantt năm 2016 [68].

Các nghiên cứu này dựa vào cấu trúc tinh thể của protein tương tự HDAC ở người (HDLP) để nghiên cứu cơ chế xúc tác cho phản ứng deacetyl hóa của chúng. Trong cấu trúc vùng xúc tác của cả HDLP và HDAC8 đều đặc trưng bởi sự bao bọc ion Zn2+ bằng 2 dipeptid His131-Asp166 và His132-Asp173. Cơ chế xúc tác ban đầu được đề xuất cho HDLP và sau đó được chứng minh là đúng cho cả HDAC8 [185]. Do cấu trúc vị trí xúc tác của HDAC có sự tương đồng với các zinc protease và serin protease nên các nhà khoa học đã đề xuất cơ chế xúc tác của HDAC dựa trên cơ chế của các enzym này.

Bước đầu tiên, tương tự như các protease 4 chứa kẽm, nhóm carbonyl của N-acetyl amid của cơ chất được acetyl hóa tương tác với ion Zn2+ ở vị trí xúc tác, làm cho liên kết C=O phân cực do đó làm tăng tính ái điện tử của C nhóm carbonyl. Ngoài ra, phân tử nước được phối trí với ion Zn2+ [67], [185]. Quá trình tấn công ái nhân từ phân tử nước phối trí với Zn2+ vào carbonyl được tạo điều kiện thuận lợi bởi sự tương tác với cặp acid amin histidin-aspartat His142- Asp176 theo cách tương tự như ở serin protease. Sau quá trình này, hợp chất trung gian carbon tứ diện được hình thành và được ổn định bằng cả Tyr306 và liên kết phối trí với ion Zn2+.

Cuối cùng, liên kết C-N bị bẻ gãy và quá trình này được hỗ trợ bởi dipeptid thứ hai His143-Asp183. Cặp acid amin này còn giúp chuyển một proton lên nguyên tử N, tạo thành chức amin của sản phẩm [44], [68], [225]. Cho đến nay, các mô hình khác nhau của cơ chế xúc tác được đề xuất cho HDAC8 do isoform này dễ thao tác in vitro và trở thành một đối tượng cho nghiên cứu về HDAC xúc tác phụ thuộc Zn2+.