Khóa luận: Tác dụng ức chế tế bào ung thư qua enzym Histon Deacetylase

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ phân tích tác dụng ức chế tế bào ung thư in vitro của các dẫn chất tổng hợp theo định hướng ức chế enzym histon deacetylase.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hải Quỳnh
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Đức Vịnh
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên cứu tác dụng ức chế tế bào ung thư in vitro theo định hướng ức chế enzym histon deacetylase của một số dẫn chất tổng hợp
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Enzym HDAC và vai trò trong ung thư

Histon deacetylase (HDAC) là một nhóm enzym quan trọng điều chỉnh hoạt động của các protein trong hạt nhân tế bào. Enzym này đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát biểu hiện gen và sự phát triển của khối u. Nghiên cứu về ức chế enzym HDAC đã trở thành một hướng tiếp cận hữu ích trong phát triển thuốc ung thư. Khi HDAC hoạt động bất thường, nó làm thay đổi cấu trúc chromatin, dẫn đến sự phát triển không kiểm soát của tế bào ung thư. Việc ức chế hoạt tính của HDAC có thể khôi phục lại quá trình apoptosis tự nhiên của tế bào ung thư, từ đó ngăn chặn sự phát triển của khối u. Đây là cơ sở khoa học cho nghiên cứu các chất ức chế HDAC mới.

1.1. Cơ chế xúc tác của HDAC phụ thuộc Zn²

HDAC phụ thuộc Zn²⁺ hoạt động thông qua sự tác động trực tiếp lên các histone. Ion Zn²⁺ trong trung tâm hoạt động giúp kích hoạt phân tử nước, từ đó loại bỏ nhóm acetyl khỏi histone. Quá trình này làm chặt chỏ cấu trúc DNA, dẫn đến sự im lặng của các gen. Các chất ức chế HDAC in vitro thường hoạt động bằng cách chelate ion Zn²⁺ này, làm mất khả năng xúc tác của enzym.

1.2. Mối quan hệ giữa HDAC và sự hình thành ung thư

Hoạt động bất thường của HDAC liên quan chặt chẽ đến quá trình ung thư hóa tế bào. Sự gia tăng biểu hiện HDAC làm giảm acetyl hóa histone, dẫn đến sự im lặng của các gen ức chế khối u. Nghiên cứu in vitro trên dòng tế bào HELA và SKBR3 đã chứng minh rằng ức chế HDAC có thể kích hoạt lại các cơ chế điều khiển chu kỳ tế bào, gây chết tế bào ung thư.

II. Các chất ức chế HDAC và phân loại

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát triển nhiều chất ức chế HDAC với cơ chế hoạt động và độc lập tuyến chọn khác nhau. Các chất này được phân loại thành nhiều nhóm, bao gồm những chất ức chế HDAC không chọn lọc (Pan-HDACi) ảnh hưởng đến toàn bộ họ enzym HDAC. Những dẫn chất tổng hợp mới cho thấy tiềm năng lớn trong ức chế tế bào ung thư in vitro. Nghiên cứu từ Trường Đại học Dược Hà Nội đã tổng hợp và đánh giá các hợp chất mới, đặc biệt là chất TAIC1, cho thấy khả năng ức chế mạnh mẽ đối với các dòng tế bào ung thư khác nhau. Các chất này hoạt động bằng cách can thiệp vào cơ chế deacetyl hóa histone, từ đó gây rối loạn chu kỳ tế bào.

2.1. Lịch sử và nguồn gốc của chất ức chế HDAC

Chất ức chế HDAC đầu tiên được phát hiện là Trichostatin A (TSA), một chất phát triển từ nấm. Sau đó, romidepsin (FK228) được phê duyệt làm thuốc điều trị ung thư. Các dẫn chất tổng hợp mới được tạo ra nhằm cải thiện tính chuyên biệt, giảm độc tính và tăng hiệu quả ức chế. Nghiên cứu in vitro đã thúc đẩy sự phát triển của các hợp chất thế hệ mới.

2.2. Phân loại và cơ chế tác dụng

Các chất ức chế HDAC được chia thành các loại dựa trên cấu trúc hóa học: hydroxamic acid, benzamide, cyclic peptide, và các loại khác. Cơ chế tác dụng chính là chelation ion Zn²⁺ trong vị trí hoạt động của enzym. Các dẫn chất này có khả năng ức chế tế bào ung thư thông qua cảm ứng apoptosis và ngăn chặn sự tăng sinh tế bào không kiểm soát.

III. Phương pháp đánh giá hoạt tính ức chế HDAC in vitro

Để đánh giá hiệu quả của các chất ức chế HDAC, các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp in vitro khác nhau. Phương pháp định lượng tế bào và phi tế bào cho phép đo lường trực tiếp hoạt tính của HDAC trong dịch chiết nhân tế bào HELA. Thử nghiệm trên tế bào sống sử dụng các dòng tế bào ung thư như HELA (ung thư cổ tử cung) và SKBR3 (ung thư vú) để đánh giá tác dụng ức chế thực tế. Các phương pháp này cho phép so sánh IC₅₀ (nồng độ ức chế 50%) của các dẫn chất tổng hợp khác nhau. Ngoài ra, phương pháp đánh giá trên tế bào lành tính HEK-293 giúp xác định tính chọn lọc và độ an toàn của các hợp chất mới.

3.1. Phương pháp định lượng HDAC in vitro

Phương pháp in vitro sử dụng dịch chiết nhân từ tế bào HELA để đo hoạt tính HDAC. Các chất ức chế được thêm vào hệ thống phản ứng, và hoạt tính deacetyl hóa được định lượng qua sự thay đổi mức histone acetyl hóa. Điều này cho phép đánh giá nhanh khả năng ức chế enzym HDAC của các dẫn chất mới mà không cần nuôi cấy tế bào phức tạp.

3.2. Phương pháp đánh giá trên tế bào sống

Thử nghiệm trên tế bào sống bao gồm nuôi cấy các dòng tế bào ung thư HELA và SKBR3 trong môi trường có các dẫn chất tổng hợp. Sự ức chế tế bào được đánh giá bằng các phương pháp như MTT assay hoặc flow cytometry để xác định apoptosis và rối loạn chu kỳ tế bào. Phương pháp này phản ánh chính xác hơn hiệu quả ức chế ung thư in vitro.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tiềm năng

Nghiên cứu từ Trường Đại học Dược Hà Nội đã chứng minh rằng các dẫn chất tổng hợp mới, đặc biệt là TAIC1, có khả năng ức chế mạnh mẽ đối với tế bào ung thư HELA và SKBR3. Kết quả in vitro cho thấy những hợp chất này không chỉ ức chế hoạt tính HDAC hiệu quả mà còn cảm ứng apoptosis trong tế bào ung thư. Các chất ức chế HDAC này có IC₅₀ thấp, cho thấy độ hiệu lực cao. Đặc biệt, các chất mới thể hiện tính chọn lọc tốt hơn so với tế bào lành tính HEK-293, mở ra triển vọng phát triển liệu pháp hóa trị mới. Nghiên cứu tiếp theo cần tiến hành thử nghiệm lâm sàng (TNLS) để xác nhận hiệu quả trong điều trị ung thư.

4.1. Kết quả ức chế hoạt tính HDAC in vitro

Các dẫn chất tổng hợp đã được thử nghiệm cho thấy khả năng ức chế HDAC đáng kể trong hệ thống định lượng in vitro. Chất TAIC1 đạt IC₅₀ trong khoảng nM, thấp hơn đáng kể so với các chất đối chứng. Kết quả này chứng minh rằng các dẫn chất mới có tiềm năng cao trong ức chế enzyme HDAC và có thể phát triển thành thuốc ung thư hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong điều trị ung thư tương lai

Các chất ức chế HDAC mới có thể được áp dụng trong liệu pháp hóa trị một mình hoặc kết hợp với các phương pháp điều trị khác. Nghiên cứu in vitro cung cấp dữ liệu quan trọng để lựa chọn các dẫn chất hứa hẹn nhất cho thử nghiệm lâm sàng. Tương lai sẽ thấy sự phát triển của các chất ức chế HDAC thế hệ mới với độ an toàn cao hơn và tác dụng phụ ít hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là một bệnh lý mạn tính ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng. Đây là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên thế giới với khoảng 10 triệu ca tử vong mỗi năm [1]. Xét trên một số loại ung thư cụ thể, Việt Nam thuộc nhóm nước có tỷ lệ mắc bệnh cao nhất. Hiện nay, hóa trị liệu là liệu pháp bổ trợ cơ bản trong điều trị ung thư.

Nhiều loại hóa trị liệu đã được phát triển và được sử dụng đơn độc hoặc phối hợp với nhau trong các phác đồ điều trị, phụ thuộc vào loại khối u và phân tầng nguy cơ [2], [3]. Tuy nhiên, hạn chế của liệu pháp này là thiếu tính đặc hiệu, gây nhiều độc tính nghiêm trọng và có thể xuất hiện tình trạng kháng trị [1], [2]. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều trị mới, đặc biệt là thuốc hướng đích, có tác dụng chọn lọc tại các đích phân tử đặc hiệu trong cơ chế tăng sinh và sống sót của tế bào khối u luôn nhận được sự quan tâm lớn của cộng đồng khoa học. Enzym histon deacetylase (HDAC) đóng vai trò quan trọng trong tăng sinh và sống sót của nhiều loại tế bào ung thư thông qua điều hòa quá trình phiên mã và hậu dịch mã của một số protein then chốt [4].

Nhiều nghiên cứu cho thấy, sự rối loạn hoạt động của HDAC có mối liên quan mật thiết đến bệnh lý ung thư [5], [6]. Cho đến hiện tại, đã có ba chất ức chế HDAC được FDA phê duyệt trong điều trị một số loại ung thư, bao gồm: vorinostat (SAHA), romidepsin và belinostat [7]. Tuy nhiên, những thuốc này có xu hướng tác dụng ức chế trên nhiều loại HDAC khác nhau. Ngoài ra, chúng cũng được chứng minh kém hiệu quả khi sử dụng để đơn trị liệu những khối u rắn [8].

Các chất ức chế HDAC kinh điển mang khung hydroxamat như SAHA thường gây tác dụng không mong muốn trên hệ cơ xương khớp. Khi tăng liều để đạt hiệu quả điều trị, các tác dụng không mong muốn này cũng tăng lên và làm giảm đáng kể khả năng dung nạp thuốc. Thực tế này đặt ra nhu cầu tiếp tục phát triển các thuốc ức chế HDAC mới với sự cải thiện về hoạt tính và khả năng dung nạp. Trên cơ sở loạt nghiên cứu của nhóm hóa dược bao gồm thiết kế thuốc dựa trên mô hình học máy và tổng hợp hữu cơ, nhóm đã thu được 6 hợp chất mới.

Các công cụ mô phỏng hoạt tính ức chế HDAC in silico dự báo, đây là những chất có tiềm lực ức chế HDAC mạnh hơn so với SAHA. Tuy nhiên, hiện chưa có bằng chứng thực nghiệm để xác nhận những mô phỏng lý thuyết này. Do đó, để có thể đánh giá khả năng ức chế HDAC cũng như tác dụng ức chế tế bào ung thư của các hợp chất đã tổng hợp, đề tài “Nghiên cứu tác dụng ức chế tế bào ung thư in vitro theo định hướng ức chế enzym histon deacetylase của một số dẫn chất tổng hợp” được tiến hành với hai mục tiêu: 1. Đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC của 6 dẫn chất tổng hợp.

Nghiên cứu tác dụng ức chế tế bào ung thư in vitro của các dẫn chất tổng hợp. Dịch tễ ung thư Ung thư được biết đến là một bệnh lý ác tính gồm hơn 200 loại khác nhau, liên quan đến sự phân chia tế bào không thể kiểm soát. Các tế bào ung thư xâm lấn, phá hủy các tổ chức xung quanh và di căn xa. Ung thư là nguyên nhân gây tử vong phổ biến thứ hai trên thế giới, ước tính đã gây ra 9,6 triệu ca tử vong vào năm 2018 [9].

Dự đoán số trường hợp bị ung thư sẽ tăng lên đến hơn 29,5 triệu ca và 16,3 triệu ca tử vong vào năm 2040 [1]. Theo báo cáo từ Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) thuộc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), năm 2020, Việt Nam ghi nhận 180.480 ca mắc mới và có tới 120.184 trường hợp tử vong do ung thư.000 người thì có 159 người được chẩn đoán mắc mới ung thư, Việt Nam hiện đứng thứ 90 trên 185 quốc gia về tỷ lệ mắc mới và thứ 50 về tỷ lệ tử vong do ung thư trên toàn cầu. Các loại ung thư phổ biến nhất tại Việt Nam bao gồm: ung thư vú (13,6%), ung thư gan (13,6%), ung thư phổi (13,5%), ung thư đại trực tràng (9,3%) và ung thư dạ dày (9,0%) [10]. Liệu pháp hóa trị trong điều trị ung thư Điều trị ung thư vẫn luôn là một thách thức lớn cho nền y học hiện đại do tính chất phức tạp và đa dạng của nó.

Chiến lược điều trị hiện nay thường phải kết hợp giữa nhiều phương pháp: phẫu thuật, xạ trị, hóa trị, liệu pháp nhắm trúng đích, liệu pháp miễn dịch và liệu pháp nội tiết [11]. Việc lựa chọn phương pháp điều trị phụ thuộc vào loại ung thư, giai đoạn bệnh, thể trạng bệnh nhân và các yếu tố phân tử học. Trên thực tế, phần lớn bệnh nhân đến viện khi bệnh đã ở giai đoạn muộn, có thể ung thư đã đến giai đoạn di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị kém mang lại hiệu quả. Hóa trị là phương pháp sử dụng các thuốc hóa chất dạng uống, tiêm, truyền để điều trị ung thư.

Các thuốc hóa chất là các tác nhân ức chế sự phát triển của khối u bằng cách can thiệp vào quá trình nhân lên của tế bào ung thư [12]. Tùy thuộc vào giai đoạn bệnh và mục tiêu điều trị, có thể lựa chọn các phương pháp hóa trị khác nhau [13]. - Hóa trị tân bổ trợ: là phương pháp điều trị hóa trị trước một phương pháp điều trị chính khác với mục đích làm giảm kích thước u, giảm tiến triển bệnh. - Hóa trị bổ trợ: là sử dụng hóa chất sau khi đã điều trị triệt căn bằng các phương pháp khác như phẫu thuật, xạ trị.

Hóa trị bổ trợ nhằm mục đích tiêu diệt các ổ di căn, làm giảm nguy cơ tái phát. 2 - Hóa trị triệt căn: hoá trị được áp dụng đơn thuần, có hiệu quả trong một số bệnh ung thư hệ tạo huyết như bệnh bạch cầu, u lympho ác tính không Hodgkin, bệnh Hodgkin. - Hóa trị điều trị bệnh ở giai đoạn di căn, lan tràn: nhằm mục đích giảm nhẹ triệu chứng và cải thiện chất lượng sống cho bệnh nhân. Trong những năm gần đây, y học ung thư đã có bước chuyển biến lớn nhờ hiểu biết sâu sắc hơn về sinh học phân tử của tế bào ung thư.

Để kiểm soát sự tiến triển của ung thư, việc sử dụng các thuốc điều trị toàn thân, đặc biệt là các hóa chất chống ung thư, đã trở thành một trong những chiến lược trung tâm trong điều trị lâm sàng hiện nay. Các hóa chất chống ung thư phần lớn là những tác nhân gây độc tế bào, can thiệp vào các quá trình phân bào thông qua nhiều cơ chế khác nhau vì tế bào ung thư có khả năng tăng sinh rất mạnh mẽ [14]. Tuy nhiên, tính không đặc hiệu của các thuốc hóa trị truyền thống cũng là nguyên nhân chính gây nên nhiều tác dụng phụ nặng nề như suy tủy, viêm niêm mạc, rối loạn tiêu hóa, và rụng tóc [3]. Với sự phát triển của sinh học phân tử, các liệu pháp điều trị ung thư đã chuyển dịch dần sang các phương pháp ít độc hơn và mang tính đặc hiệu cao hơn.

Những chiến lược mới này hướng đến các đặc điểm phân tử đặc trưng của khối u, từ đó làm giảm tác dụng phụ và tăng hiệu quả điều trị. Hiện nay, có nhiều thuốc chống ung thư đã được sử dụng trên lâm sàng. Thuốc trong phương pháp hóa trị liệu được phân loại theo nhiều cách, trong đó, các nhóm hóa trị liệu trong ung thư theo cơ chế tác dụng được phân loại ở Bảng 1. Các nhóm thuốc trong hóa trị liệu ung thư Nhóm hóa chất Cơ chế tác dụng Nhóm thuốc alkyl hóa Gắn nhóm alkyl vào các phân tử ADN, ức Mù tạt nitơ chế quá trình sao chép hoặc sai sót trong Aziridines quá trình sao mã, gây đột biến hoặc làm Nitrosoureas chết tế bào.

Các phức hợp platin Nhóm thuốc ức chế topoisomerase Ức chế enzym topoisomerase có vai trò Topoisomerase I ổn định cấu trúc ADN trong quá trình sao Topoisomerase II chép và phiên mã, dẫn đến đứt gãy ADN. Nhóm thuốc kháng chuyển hóa Kháng acid folic Ức chế tổng hợp acid nucleic Kháng purin Kháng pyrimidin 3 Nhóm tác động vào thoi vô sắc Làm rối loạn hoạt động và phá vỡ cấu trúc Nhóm Taxane ống vi thể dẫn đến ức chế phân bào. Alcaloid dừa cạn Nhóm kháng sinh kháng ung thư Làm đứt gãy AND. Enzym histon deacetylase 1.

Giới thiệu chung về enzym histon deacetylase Các histon đóng vai trò quan trọng trong việc tổ chức cấu trúc chromatin thông qua quá trình hình thành nucleosom (tiểu đơn vị cơ bản của sợi nhiễm sắc thể), góp phần vào việc lắp ráp và nén chặt vật liệu di truyền trong nhân tế bào [15]. Histon có hai dạng tồn tại là acetyl hóa và deacetyl hóa, nhờ hai loại enzym là histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) [16]. Hai enzym này giữ vai trò thiết yếu và có tính điều hòa trong kiểm soát phiên mã thông qua quá trình acetyl hóa của các histon. HAT xúc tác phản ứng acetyl hóa lysin trên đuôi histon, làm giảm ái lực liên kết của histon với các nhiễm sắc thể ADN, dẫn đến nhiễm sắc thể bị tháo xoắn và thúc đẩy quá trình phiên mã.

Ngược lại, HDAC loại bỏ nhóm acetyl khỏi các histon lysin, thúc đẩy sự đóng xoắn nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phiên mã. Tế bào phải có sự cân bằng hoạt động giữa HAT và HDAC thì mới kiểm soát được phiên mã và sự biệt hóa tế bào [17]. Sự điều hòa kiểm soát trong quá trình phiên mã của hai enzym HAT và HDAC Giữa năm 1990, enzym HAT và HDAC đầu tiên mới được nhận diện, phát hiện này đã duy trì mối quan tâm của các nhà khoa học đến lĩnh vực này cho tới bây giờ. Từ đó, các nghiên cứu liên quan đến HDAC ở người cũng được tiến hành [17].

HDAC đóng 4 vai trò là yếu tố điều hòa quan trọng trong nhiều quá trình sinh học thiết yếu của tế bào, bao gồm điều hòa chu kỳ tế bào, biệt hóa tế bào và chết tế bào theo chương trình [18]. Sự rối loạn hoạt động của HDAC có mối liên quan mật thiết đến một số trạng thái bệnh lý, trong đó có ung thư, rối loạn thần kinh, rối loạn chuyển hóa tế bào và viêm [5] [6].