CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG HỢP DẪN CHẤT TƯƠNG ĐỒNG CURCUMIN KIỂU MONOCARBONYL CHỨA DỊ VÒNG 1H-PYRAZOL 1.1 Curcumin và dẫn chất tương đồng curcumin kiểu monocarbonyl Curcumin (diferuloylmethan ) là chất tự nhiên có nguồn gốc từ thân rễ của cây nghệ (Curcuma longa) [108]. Curcumin thương mại chứa ba thành phần chính: curcumin (77%), demethoxycurcumin (17%) và bisdemethoxycurcumin (3%), cũng được gọi là curcuminoid (Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của curcuminoid. Tính chất: - Curcumin kỵ nước và không tan trong nước ở điều kiện acid, không tan trong ether, tan trong ethanol, dimethylsulfoxid và các dung môi hữu cơ khác [8]. - Điểm nóng chảy là 183 oC và khối lượng phân tử là 368,37 g/mol [8].
- Curcumin bị phân hủy trong điều kiện trung tính - kiềm, dẫn đến sinh khả dụng thấp ở cả đường uống và tiêm [123]. - Nhóm methylen hoạt động và gốc β-diketon trong cấu trúc làm cho curcumin không ổn định, chuyển hóa nhanh và sinh khả dụng kém [12], [111]. Tác dụng: Curcumin có thể khuếch tán qua màng tế bào vào mạng lưới nội chất, ty thể và nhân; tại các vị trí này, curcumin thể hiện hoạt tính sinh học rộng [113] bao gồm kháng viêm [125], chống oxy hóa [114], trị đái tháo đường [31], [149], bảo vệ thần kinh [47] đặc biệt là tác dụng chống ung thư [41] (Bảng 1.1 Các cơ chế kháng ung thư của curcumin [4]. Mô hình thí Thử Cơ chế nghiệm nghiệm Gây ra apoptosis bằng cách phosphoryl hóa JNK và p38 Tế bào ung thư In vitro MAPK.
đại trực tràng [33] Ức chế hoạt động phiên mã của NF-κB. HCT116 Gây ra sự phosphoryl hóa c-jun và kích hoạt hoạt động phiên mã của AP-1. Gây ra apoptosis thông qua kích hoạt caspase-8, phân tách BID, phóng thích cytochrom C [4]. Ức chế sự tăng sinh và gây ra quá trình bắt giữ trong chu Tế bào ung thư In vitro kỳ tế bào ở pha G2/M và quá trình apoptosis thông qua vú T47D, MCF7, [60] giảm biểu hiện của protein CDC25 và CDC2, tăng biểu MDA-MB-231 hiện của protein P21, ức chế quá trình phosphoryl hóa và MDA-MB- Akt/ mTOR và cảm ứng của con đường apoptosis của ti 468 thể [60].
Phá vỡ mạng lưới thoi phân bào, gây ra sự hình thành các Tế bào ung thư In vitro thoi đơn cực (monopolar spindle) và các vi ống [18]. Tế bào ung thư In vitro vú MCF-10F, [26] MCF-7 và MDA- MB-231 Ức chế STAT3 [143]. Tế bào sarcoma In vitro cơ vân ở người [143] (RH28, RH30 và RD2) Chữ viết tắt Bảng 1.1: JNK: Jun Nuclear Kinase, MAPK: Mitogen activated protein kinase, NF-κB: Nuclear Factor – kappa B, AP-1: Activator protein 1, BID: BH3 interacting domain death protein, Akt/ mTOR: Protein kinase B/ Mammalian target of rapamycin, IKK: IκB kinase, STAT: signal transducer and activator of transcription. Với cấu trúc phân tử giàu nhóm OH phenol làm cho curcumin có khả năng tương tác với hơn 30 protein khác nhau [152] ở các giai đoạn khác nhau tạo ra tác dụng chống ung thư đa dạng của curcumin.
Sự điều hòa các enzym, kích hoạt và vô hiệu hóa con đường tăng trưởng, apoptosis tế bào làm cho curcumin trở thành tác nhân trị liệu tiềm năng cho bệnh ung thư [15]. Curcumin và các dẫn chất tương đồng curcumin được xác định là có khả năng gắn với nhiều đích tác động [69] (Bảng 1.2) và tương tác tối đa với protein gắn vào là do tính linh động của curcumin được thể hiện ở số liên kết quay được là 8 [119].2 Đích tác động của curcumin và dẫn chất tương đồng curcumin [152]. Yếu tố phiên mã Yếu tố tăng trưởng AhR↑, AP-1↓, ATF3↑, β-Catenin↓, AR↓, CXCR 4↓, CTGF↓, EGF↓,EGF- C/EBP↓, CHOP↑, CTCF↓, Egr-1↓, receptor↓, ER-α↓, GM-CSF↓, FGF↓, HGF↓, EpRE↑, HIF-1↓, Notch-1↓, Nrf2↑,NF- HER-2↓, NGF↓, PDGF↓, TF↓, TGF-α↓, TGF- κB↓, PPAR-γ↑, STAT-1↓, STAT-3↓, β↓,VEGF↓ STAT-4↑, STAT-5↓, WT-1 ↓ Protein liên quan đến apoptosis Protein kinase Bak↑, Bax↑, Bim↑,Bcl-2↓, Bcl-xL↓, AK↓, CDPK↓, EGF receptor-kinase↓, ERK↓, Caspase-3↑, Caspase-7↑, Caspase-8↑, FAK↓, IRAK↓, JAK↓, JNK↓↑, p38 MAPK↓↑, Caspase-9↑, c-FLIP↓, DR4↑, DR5↑ mTOR↓, PhK↓, cPK↓, PKA↓, PKB↓, PKC↓, pp60c-src↓, Syk↓ Các dẫn chất tương đồng curcumin Có ba phần trong cấu trúc curcumin được sửa đổi trong quá trình tổng hợp: vòng thơm, nhóm diketon và hai liên kết đôi. Tổng hợp thành công các dẫn chất tương đồng curcumin (Hình 1.2) tạo ra sự phát triển các chất tiềm năng chống ung thư nhắm vào các giai đoạn và quá trình phát triển khác nhau của tế bào [15].
Ngày nay, một số dẫn chất tương đồng curcumin kiểu monocarbonyl (MACs) đã được phát triển và được báo cáo là cho thấy các đặc tính chống oxy hóa [17], [150], chống viêm [17] và kháng khối u [78]. Qiu và cộng sự đã thiết kế và tổng hợp MACs bằng 5. cách thay thế gốc β-diketon bằng một nhóm carbonyl và đưa vào một nhóm allyl ở vòng B (Hình 1. Sửa đổi cấu trúc MACs mới với nhóm allyl MACs với nhóm allyl Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của MACs mới với nhóm thế allyl.
Sardjiman và cộng sự đã tổng hợp MACs bằng cách ghép aldehyd thơm với cyclohexanon, cyclopentanon hoặc aceton với sự xúc tác của acid hydrochloric đậm đặc (Hình 1.4) thu được các dẫn chất ức chế mạnh quá trình peroxy hóa lipid [122].4 Tổng hợp 1,5-diphenylpenta-1,4-dien-3-on và các dẫn chất vòng. Một số dẫn chất pyrazol đã được chứng minh có hoạt tính chống ung thư [5], [44], chống co giật [9], kháng khuẩn [21], [36], [134], kháng virus [57], chống độc tố [66], chống viêm [21] và chống tăng sinh mạch [5], các hoạt tính này hướng đến xây dựng cấu trúc của chất khởi nguồn đầy tiềm năng. Các chất tương đồng curcumin kiểu monocarbonyl chứa dị vòng pyrazol có tiềm năng là chất chống ung thư ruột kết được tổng hợp bởi Min và cộng sự (Hình 1.5 Quy trình tổng hợp dẫn chất curcumin kiểu monocarbonyl chứa dị vòng pyrazol [91]. Các dẫn chất curcumin chứa dị vòng 1H- pyrazol được tổng hợp bởi Mishra và cộng sự dựa trên phản ứng của curcumin với các hydrazin khác nhau (Hình 1.6 Quy trình tổng hợp curcumin và dẫn chất chứa dị vòng 1H-pyrazol.2 Phương pháp tổng hợp MACs Nhiều cách tổng hợp dẫn chất tương đồng curcumin đã được báo cáo và phương pháp phổ biến nhất là ngưng tụ: ngưng tụ aldol và ngưng tụ Claisen-Schmidt.
Phản ứng aldol hóa (Phản ứng ngưng tụ aldol) Ngưng tụ aldol với xúc tác của acetyl aceton và benzaldehyd với sự tham gia của B2O3 và n-butylamin trong điều kiện acid hydrocloric đậm đặc (Hình 1.7 Quy trình tổng hợp dẫn chất tương đồng curcumin. Phản ứng ngưng tụ aldol bao gồm các phản ứng tạo ra β-hydroxy aldehyd (β-aldol) hoặc β-hydroxy ceton (β-ceton) bằng cách tự ngưng tụ hoặc ngưng tụ hỗn hợp aldehyd và ceton, cũng như các phản ứng tạo thành aldehyd không bão hòa dạng α, β hoặc ceton không bão hòa dạng α, β, được hình thành do khử nước của trung gian β- aldol hoặc β-ceton [105]. Sự ngưng tụ aldol thường đạt được khi có mặt các chất xúc tác acid hoặc base, thường bằng cách thêm các chất xúc tác base như NaOH, KOH, MgCO3 và ZrO2 [86]. Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt là sự ngưng tụ của một aldehyd thơm với một aldehyd béo hoặc ceton để tạo ra aldehyd không no dạng α, β hoặc ceton, thường là khi có mặt chất xúc tác base [105].
Nhiều dẫn chất tương đồng curcumin kiểu monocarbonyl (MACs) [72], [80], [122], [144] được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ aldol. Từ các quy trình tổng hợp MACs được báo cáo chia thành hai điều kiện phản ứng: điều kiện acid hoặc kiềm. Cả hai điều kiện đều có thể đạt được hiệu quả cao và điều đó có thể tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính dược lý của MACs (Hình 1. Điều kiện phản ứng: HCl/EtOH, NaOH/CH3OH, NaOH, n = 0, 2, 3 Hình 1.8 Tổng hợp dẫn chất tương đồng curcumin kiểu monocarbonyl.
Phương pháp tổng hợp dị vòng 1H-pyrazol Tổng hợp dị vòng 1H-pyrazol sử dụng phản ứng Vilsmeier-Haack, các phản ứng với acid acetic băng và phản ứng oxy hóa. Phản ứng Vilsmeier-Haack Thuốc thử Vilsmeier – Haack là một muối cloroiminium, là một electrophin yếu. Do đó, phản ứng Vilsmeier-Haack hoạt động tốt hơn với vòng carbon và dị vòng giàu điện tử (Hình 1.9 Phản ứng Vilsmeier-Haack. 3-Aryl(alkyl)-1-phenyl-1H-pyrazol-4-carbaldehyd thu được thông qua phản ứng Vilsmeier-Haack của các phenylhydrazin thích hợp, bắt nguồn từ phản ứng của aryl methyl ceton với phenylhydrazin (Hình 1.10 Quy trình tổng hợp 3-aryl(alkyl)-1-phenyl-1H-pyrazol-4-carbaldehyd.
3-pyrazol-4-carbaldehyd có nhóm thế được tổng hợp từ các semicarbazon có nguồn gốc từ alkyl, phenyl và cycloalkyl methyl ceton với phosphoryl triclorid/dimethylformamid (DMF/POCl3) (Hình 1.11 Quy trình tổng hợp 3-akly/arylpyrazol-4-carbaldehyd từ các semicarbazon. Phản ứng trong môi trường acid acetic băng Dẫn chất curcumin chứa dị vòng 1H-pyrazol được tổng hợp từ curcumin lần lượt với phenyl semicarbazon (ArNHCONHNH2), benzohydrazid (ArCONHNH2) và ure/ guanidin/ thiourea với acid acetic băng theo quy trình (Hình 1.12 Tổng hợp dẫn chất curcumin chứa dị vòng 1H-pyrazol.2 CÁC ĐÍCH TÁC ĐỘNG HƯỚNG KHÁNG UNG THƯ VÚ VÀ SARCOMA CƠ VÂN Các tác nhân trị liệu nhắm mục tiêu phân tử sử dụng trong điều trị ung thư biểu hiện chức năng và đặc điểm khác nhau. Chẳng hạn cơ chế gây sự chết tế bào (apoptosis) trong tế bào khối u thông qua điều chỉnh con đường điều hòa apoptosis, nhắm mục tiêu vào thành phần tổ chức như protein họ Bcl-2, caspase, protein ức chế apoptosis (IAPs) [38], protein ức chế giống FLICE của tế bào (c-FLIP) [37]; hay ức chế sự phát triển và hình thành mạch bằng cách nhắm mục tiêu vào các chất trung gian tạo mạch như yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF), yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF), angiogenin [32]; ức chế con đường truyền tín hiệu thông qua các tyrosin kinase (EGFR, VEGFR và PDGFR); serin/ threonin kinase (B-RAF, AKT và p38) [83], [106] hay ngăn sự biểu hiện của khối u trên receptor như estrogen trên receptor estrogen α (ERα), receptor progesteron (PR) và receptor yếu tố tăng trưởng biểu mô người (HER2) [93].1 Hướng kháng ung thư vú Vai trò của estrogen receptor alpha (ERα) trong ung thư vú Estrogen chủ yếu là estrogen nội sinh (17β-estradiol-E2) tương tác với ER alpha (ERα) và ER beta (ERβ). Estrogen phát huy tác dụng sinh lý bằng cách liên kết với thụ thể estrogen.
Thụ thể estrogen α (ERα) điều chỉnh và duy trì chức năng các mô 10. thần kinh, xương, tim mạch và sinh sản. Các hợp chất điều chỉnh hoạt động phiên mã ERα được sử dụng để điều trị chứng loãng xương, bệnh tim mạch và ung thư vú [127]. Khoảng 85% ung thư vú được đánh giá bằng sự biểu hiện của khối u trên receptor estrogen α (ERα), receptor progesteron (PR) và receptor yếu tố tăng trưởng biểu mô người (HER2) [93].
Trong đó, ERα được biểu hiện không quá 10% ở biểu mô vú bình thường nhưng biểu hiện khoảng 50-80% trong khối u vú. Chính vì vậy ERα đóng vai trò thiết yếu trong sự tiến triển của ung thư vú [63]. Cơ chế của ERα trong ung thư vú Estrogen nội sinh (17β-estradiol-E2) ở nữ chủ yếu được sản xuất trong các tế bào hạt của buồng trứng.