MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu Bệnh ung thƣ Ung thƣ là tên gọi chung của một tập hợp các bệnh có liên quan đến sự xuất hiện của các tế bào bất thƣờng, vốn là những tế bào bình thƣờng của cơ thể, nhƣng nay phân chia, nhân lên mất kiểm soát, xâm lấn các mô xung quanh và có thể di căn. Cơ quan Nghiên cứu Ung thƣ Quốc tế (International Agency for Research on Cancer - IARC) ƣớc tính trong năm 2018, trên toàn thế giới có khoảng 18,1 triệu ca mắc mới và 9,6 triệu ca tử vong liên quan đến ung thƣ [1], tính trung bình cứ 6 trƣờng hợp tử vong thì có 1 trƣờng hợp là do ung thƣ [2]. Global cancer incidence THE AMERICAS 21.0% Number of cases: 3 792 000 EUROPE 23.4% Number of cases: 4 230 000 18.8% Number of cases: 1 055 000 new cancer cases EUROPE 23.8% Number of cases:4 230 000 Number of cases: 1 055 000 Global cancer mortality THE AMERICAS 14.4% Number of deaths:1 371 000 EUROPE 20.3% Number of deaths: 1 9430 000 AFRICA 7.6 milion Number of deaths: 693000 cancer cases ASIA 57.3% deaths Number of deaths: 5 477 000 OCEANIA 0.7% Number of deaths: 70 000 Hình 1.
Số liệu thống kê năm 2018 về tỷ lệ mắc, tỷ lệ tử vong gây ra bởi tất cả các loại ung thƣ trên thế giới theo Cơ quan nghiên cứu ung thƣ quốc tế IARC Tại Việt Nam, năm 2018, số ca mắc ung thƣ mới ƣớc tính là 164.671 e 2 (0,17% dân số) và số ca tử vong là 114. Trong tất cả các loại bệnh ung thƣ, tính chung cả hai giới và ở mọi lứa tuổi, năm loại bệnh ung thƣ có tỷ lệ mắc mới cao nhất bao gồm: ung thƣ phổi, ung thƣ vú, ung thƣ đại trực tràng, ung thƣ gan và ung thƣ dạ dày. Ung thƣ gan là loại phổ biến nhất và là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu với bệnh nhân ung thƣ (25.335 ca mắc mới; 25.404 ca tử vong), tiếp theo là ung thƣ phổi (23.667 ca mắc mới, 20.710 ca tử vong), đứng thứ 3 là ung thƣ dạ dày (17.527 ca mắc mới, 15.065 ca tử vong), ung thƣ vú xếp thứ 4 (15.229 ca mắc mới, 6.103 ca tử vong), cuối cùng là ung thƣ đại trực tràng (14.733 ca mắc mới, 4.673 ca tử vong). Trong số tất cả các bệnh nhân bị ung thƣ ở Việt Nam, chỉ có khoảng 20-30% trƣờng hợp phát hiện ung thƣ ở giai đoạn đầu, tỷ lệ sống sót sau 5 năm của bệnh nhân ung thƣ cũng thấp hơn so với các nƣớc khác ở cùng giai đoạn chẩn đoán.
Đặc biệt tỷ lệ tử vong và chỉ sống đƣợc trong khoảng 1 năm lên tới 25% [3]. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến ung thƣ, đa số là do các tác nhân vật lí nhƣ bức xạ ion, bức xạ cực tím…, hay tác nhân hóa học nhƣ thuốc lá, dinh dƣỡng, môi trƣờng ô nhiễm…, hoặc do tác nhân sinh học nhƣ các virus gây bệnh, di truyền… Bên cạnh đó, do chế độ sinh hoạt không khoa học, lạm dụng chất kích thích cũng là yếu tố làm tăng nguy cơ mắc ung thƣ. Nguyên nhân bệnh ung thƣ xét ở mức độ phân tử Theo y khoa, ung thƣ là thuật ngữ chung dùng để mô tả một nhóm các bệnh phản ánh những sự thay đổi bất thƣờng về sinh sản, tăng trƣởng và chức năng của tế bào một cách không kiểm soát, chúng xâm lấn các mô hay di căn qua hệ thống bạch huyết và mạch máu. Di căn là nguyên nhân chính gây tử vong do ung thƣ [4].
Qua hơn hai thập kỷ, cùng với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ sinh học và sinh học phân tử, các nhà khoa học đã phát hiện, phân lập và kiểm e 3 chứng hàng trăm phân tử sinh học trong cơ thể ngƣời đƣợc xác định liên quan đến ung thƣ. Đáng chú ý là các thụ thể thuộc họ ErbB, gồm các thụ thể trên bề mặt tế bào. Các thụ thể này đƣợc các EGF kích hoạt, vùng tyrosine kinase hoạt động xuyên màng, dẫn đến kích thích nhiều con đƣờng dẫn truyền tín hiệu nhƣ thụ thể yếu tố tăng trƣởng biểu bì (Epidermal Growth Factor Receptor - EGFR) và tham gia vào các con đƣờng truyền tín hiệu tế bào, kiểm soát sự phân chia và sống sót của tế bào. Có hai cơ chế liên quan tới EGFR, HER2 gây ra ung thƣ, một là do đột biến kích hoạt vùng kinase thụ thể và hai là biểu hiện quá mức của thụ thể trong tế bào [5].
Cả hai đều làm cho các tế bào trên bề mặt thụ thể phân chia nhanh hơn bình thƣờng, các cơ chất của kinase không kịp kiểm soát đƣợc và gây nên ung thƣ. Nhiều nghiên cứu chứng minh EGFR có liên quan đến một số bệnh ung thƣ nhƣ ung thƣ phổi không phải tế bào nhỏ (Non- Small Cell Lung Cancer - NSCLC) [6], ung thƣ gan [7], ung thƣ nội mạc tử cung [8], u nguyên bào thần kinh đệm và khối u biểu mô đầu và cổ [9]. Còn HER2 biểu hiện quá mức trong tế bào gây ra ung thƣ vú [10], ung thƣ buồng trứng [11], … 2. Lý do chọn đề tài Hiện nay, các phƣơng pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng bằng máy tính đang đƣợc quan tâm trong quá trình khám phá thuốc mới để đáp ứng nhu cầu tìm ra các thuốc điều trị một cách nhanh chóng và giảm chi phí nghiên cứu.
Những tiến bộ liên tục trong việc ứng dụng sức mạnh tính toán vào giải quyết các vấn đề hóa học và sinh học đã tác động đáng kể đến quy trình phát triển thuốc hiện đại. EGFR và HER2 đƣợc biết đến là hai thụ thể gây nhiều bệnh ung thƣ có nguy cơ tử vong cao ở ngƣời [12]. Do đó, việc tìm ra các phối tử có khả năng ức chế hai thụ thể này đang đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều. Hiện nay, có hàng trăm phân tử nhỏ đƣợc xác định là có hoạt tính ức chế lên vùng tyrosine e 4 kinase của EGFR và HER2.
Có thể kể đến các loại thuốc ức chế đang đƣợc sử dụng nhƣ Gefitinib, Erlotinib, Lapatinib, Vandetanib, Neratinib, BIBW 2992, Pelitinib, Canertinib, AEE788… [13], [14], [15]. Tuy nhiên, việc sử dụng các loại thuốc tổng hợp này thƣờng dẫn đến các tác dụng phụ nhƣ đau đầu, buồn nôn, phù nề, tăng huyết áp [16]. Nên hiện nay, các phân tử thuốc có hoạt tính sinh học nhƣng ít hoặc không có tác dụng phụ có nguồn gốc tự nhiên đang đƣợc tìm kiếm để thay thế thuốc tổng hợp. Các sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ cây dƣợc liệu đang đƣợc ƣu tiên hàng đầu vì những sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên có ƣu điểm là hạn chế các tác dụng phụ ảnh hƣởng xấu đến ngƣời bệnh.
Trên thực tế, việc sử dụng các loại thảo dƣợc để chữa bệnh đã xuất hiện từ lâu đời và phát triển ở khắp nơi trên thế giới, đặc biệt là ở châu Á. Trong nhiều thế kỉ qua, trong nền văn hóa Trung và Tây Phi, việc sử dụng cây Lá đắng hay còn gọi là cây mật gấu, có tên khoa học là Vernonia amygdalina (VA) nhƣ một thực phẩm và dƣợc phẩm. Cây Lá đắng có nhiều tác dụng nhƣ kháng khuẩn, chống sốt rét, chống oxi hóa, hạ đƣờng huyết, chống tiểu đƣờng và chống ung thƣ, khối u. Chiết xuất lá cây VA có các thành phần nhƣ terpene, steroid, coumarin, flavonoid, acid phenolic, lignin, xanthene, edotide, sesquiterpen [17].
Có nhiều nghiên cứu về hoạt tính của cây Lá đắng trong tác dụng chống ung thƣ, đặc biệt là vú. Cụ thể là chiết xuất của cây Lá đắng đƣợc chứng minh là có tác dụng gây độc tế bào MCF-7 - một tế bào gây ung thƣ vú, bằng cách chặn tín hiệu ở pha G1/S của tế bào ung thƣ [18]. Cây Lá đắng đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam vì cách trồng đơn giản, chủ yếu bằng cách giâm cành. Do đó, việc nghiên cứu thành phần của cây Lá đắng trong phòng và chữa trị bệnh ung thƣ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu thăm dò khả năng ức chế protein gây ung thƣ của các chất trong cây Lá e 5 đắng (Vernonia amygdalina) bằng phƣơng pháp docking phân tử”. Mục tiêu nghiên cứu Hai mục tiêu chính của đề tài gồm: - Đánh giá khả năng tƣơng tác của các hợp chất tự nhiên có trong cây Lá đắng với miền tyrosine kinase của hai thụ thể EGFR và HER2 (kí hiệu là EGFR-TK và HER2-TK); So sánh các hợp chất đó với các thuốc tổng hợp đƣợc FDA công nhận dùng trong ức chế hai thụ thể trên. - Phân tích bản chất của tƣơng tác giữa các phân tử với thụ thể EGFR-TK và HER2-TK, từ đó đề nghị các hợp chất có tiềm năng đối với nghiên cứu thực nghiệm tiếp theo trong điều trị các bệnh ung thƣ có nguyên nhân liên quan đến sự họat động quá mức của thụ thể EGFR-TK và HER2-TK. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Thuốc mục tiêu nhắm vào miền tyrosine kinase của thụ thể EGFR và HER2.
- Phạm vi nghiên cứu: Hoạt tính sinh học của các hợp chất thiên nhiên chiết xuất từ cây Lá đắng đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp docking phân tử. Phƣơng pháp nghiên cứu - Áp dụng hóa học tính toán và các phần mềm tính toán, mô phỏng, phân tích kết quả nhƣ AutoDock Tools 1.6, AutoDock 4, AutoGrid 4, Gaussian 09, Discovery Studio Visualizer, PyMol. - Áp dụng phƣơng pháp docking phân tử (lắp ghép phân tử) để khảo sát tƣơng tác giữa các phân tử có trong thành phần cây Lá đắng và các thụ thể protein. Phƣơng pháp tính hóa học lƣợng tử bán kinh nghiệm Bằng việc sử dụng các tham số rút ra từ thực nghiệm để thay thế cho các tích phân trong quá trình giải phƣơng trình Schrödinger, giúp cho các phép tính đơn giản hơn mà vẫn thu đƣợc thông tin ý nghĩa [19].
Vì vậy, các phƣơng pháp bán kinh nghiệm đã và đang đƣợc dùng rộng rãi trong nghiên cứu hoá học lƣợng tử, đặc biệt đối với những hệ lớn nhƣ phân tử hợp chất hữu cơ có phân tƣ khối lớn, phân tử sinh học,… Trong nhóm phƣơng pháp này có các phƣơng pháp nhƣ Huckel mở rộng, NDDO, CNDO, INDO, MINDO, AM1, PM3, PM6,. Những đặc điểm của phƣơng pháp bán thực nghiệm: - Dùng cho các hệ phân tử lớn mà không thể dùng các phƣơng pháp phức tạp có yêu cầu cao về cấu hình máy tính và cần nhiều thời gian để tính toán. - Dùng cho các phân tử ở trạng thái cơ bản, là các trạng thái mà phƣơng pháp bán kinh nghiệm đã đƣợc tham số hóa.