CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ BÒ CẠP 1. Giới thiệu về bò cạp Bò cạp là một loài động vật thuộc ngành Arthropoda, phân ngành Chelicerata và lớp Arachnida. Chúng được xem là loài chân đốt cổ xưa nhất về nguồn gốc và hình thái cơ thể.
Chúng lần đầu xuất hiện trên Trái đất từ kỷ Silur (416 – 444 triệu năm trước) dưới dạng động vật thủy sinh. Trong suốt quá trình phát triển, hình thể của bò cạp thay đổi rất ít. Vì vậy mà chúng được gọi là những “hóa thạch sống” [27]. Bọ cạp hóa thạch (a) Allopaleopholus caledonicus (b) Protobuthus elegans (c) Gallioscorpio voltzi (d) Protoischnurus axelrodorum (e) Archaeobuthus estephani (f) Palaeolychas balticus [27] Bò cạp được tìm thấy ở khắp nơi trên Thế giới, trừ Bắc Cực, nhưng phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, sa mạc và bán sa mạc.
Chúng là động vật ăn đêm và nhút nhát, thường chỉ sống dưới các tảng đá, các khe nứt, lớp vỏ cây và gốc tối của những ngôi nhà [27]. 2 Luan van Đặc điểm hình thái của bò cạp Cơ thể bò cạp được chia thành 2 phần: phần đầu-ngực (prosoma) và phần bụng (opisthosoma). Toàn thân bò cạp được bao phủ bởi một lớp vỏ gồm chitin, protein và chúng lớn lên bằng cách lột xác [27]. Phần prosoma được bảo vệ bởi một “cái mai” có hình thang hoặc hình chữ nhật.
Bộ phận này mang 1 cặp mắt trung tâm, 2-5 cặp mắt bên và có cánh thìa. Chúng có 1 cặp chi phụ trước miệng (chân kìm), 1 cặp càng, 4 cặp chân đi và không có râu [27]. Phần opisthosoma lại được chia thành 2 phần nhỏ hơn là phần bụng trước (mesosoma) và phần đuôi (metasoma). Mesosoma có 7 đốt, chứa phổi và bộ phận sinh dục.
Metasoma có 5 đốt hẹp và có thể chuyển động linh hoạt. Opisthosoma kết thúc ở bộ phận telson (túi chức nọc độc) và ngòi đốt [27]. Chân kìm Càng Mắt Chân 1 Chân 2 Chân 3 Đốt bụng trước Chân 4 Đốt đuôi Telson Ngòi đốt Hình 1. Cấu tạo cơ thể bò cạp Androctonus crassicauda 3 Luan van 1.
Độc tính của nọc bọ cạp Bò cạp là loài động vật có độc và có thể gây chết người, có 2100 loài thuộc 190 chi và 16-19 họ. Trong đó, Buthidae và Hemiscorpiidae là 2 họ bọ cạp rất nguy hiểm cho con người [27]. Nọc độc của bò cạp có khả năng làm tê liệt các bộ phận của cơ thể con người và súc vật. Bò cạp châu Phi là loài độc nhất, giết chết người nhanh hơn cả rắn độc.
Vết đốt của nó gây ra đau đớn dữ dội, làm nạn nhân vã mồ hôi, tim đập nhanh, co giật mạnh, các cơ bị tê liệt dẫn đến tử vong. Bò cạp Việt Nam đốt chỉ gây sưng đau, nhức nhối và phù nề, nhưng không gây chết người [3]. Độc tính nọc bò cạp ảnh hưởng chủ yếu lên hệ thần kinh, tim mạch, tiêu hóa,… [36] - Hệ thần kinh thực vật: nọc độc bò cạp gây kích thích hệ thần kinh thực vật, bao gồm cả hệ giao cảm và hệ phó giao cảm. Hệ phó giao cảm (hệ cholinergic): tăng tiết nước bọt, chảy nước mắt, co đồng tử, tăng tiết phế quản, tiêu chảy, nôn mửa, nhịp tim chậm, hạ huyết áp, cương dương,… Hệ giao cảm (hệ adrenergic): nhịp tim nhanh, tăng huyết áp, giãn đồng tử, thân nhiệt cao, tăng đường huyết, lo âu, bồn chồn,… Trong hầu hết các trường hợp, phản ứng phó giao cảm thường xảy ra sớm hơn.
- Hệ thần kinh cơ: sự kích thích hệ thần kinh ngoại biên của nọc độc dẫn đến hoạt động thần kinh cơ bất thường như rối loạn thị giác, co cơ và động kinh,… - Hệ tim mạch: loạn nhịp tim, ngoại tâm thu thất, đảo ngược sóng T, block nhánh (bundle-branch block), suy tim, hôn mê, suy đa tạng…là những tình trạng có thể gặp phải khi bị bò cạp đốt. - Hệ tiêu hóa: nọc độc có thể làm nạn nhân nôn mửa, tiêu chảy, viêm tụy cấp… Nọc độc tác động trực tiếp lên các tế bào biểu mô ống thận, gián tiếp lên hệ thần kinh thực vật và gây ra phản ứng viêm, nên thận (đặc biệt là ống thận) là một trong những cơ quan chịu ảnh hưởng nặng nề của nọc bò cạp [46]. 4 Luan van Ngoài ra, nọc độc loài này còn ảnh hưởng đến sự phát triển của thai nhi và trẻ nhỏ khi được sử dụng cho phụ nữ có thai hoặc đang cho con bú. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu sâu hơn nhằm xác định các cơ quan và mức độ ảnh hưởng của nọc độc lên sự phát triển của trẻ [25].
Tác dụng dược lý của nọc bọ cạp Trong y học cổ truyền, bò cạp được sử dụng cả con (toàn yết) hoặc chỉ sử dụng đuôi (yết vĩ). Nọc bò cạp cũng được sử dụng rộng rãi. Bò cạp có vị mặn, hơi ngọt, cay, tính bình, có độc, vào kinh can, có tác dụng trấn kinh, khu phong. Vị thuốc được dùng để chữa kinh giật, co quắp, méo miệng, bán thân bất toại, uốn ván, tràng nhạc [3].
Trong nền y học hiện tại, nọc bò cạp là một đối tượng nghiên cứu tiềm năng do có các tác dụng dược lý quan trọng. Các peptide trong nọc độc bò cạp đã được chứng minh là có tác dụng kháng khuẩn (trên cả các chủng gram dương và gram âm), kháng nấm (Candida albicans, Fusarium culmorum và Fusarium oxysporum), kháng virus (virus viêm gan C (HCV), herpes simplex virus type 1 (HSV-1), virus sởi, SARS-CoV, virus cúm H5N1, H1N1,…), và kháng kí sinh trùng (Plasmodium berghei, Plasmodium falciparum) [53]. Loài Buthus martensi Karsch. BmK AS thể hiện tác động giảm đau cả ngoại biên lẫn trung ương và phản ứng đau giảm rõ rệt theo các liều thử nghiệm [38].
Hơn nữa, BmK IT2 và BmK AS còn cho thấy tác động kháng viêm [17, 29], chống co giật [55- 56]. Từ đó, chúng tạo tiềm năng phát triển các thuốc chống động kinh. Cơ chế được đưa ra cho các tác dụng này là sự tác động lên kênh Na+ trên các tế bào thần kinh của các toxin trong nọc bò cạp [18, 55-56]. Các peptide trong nọc của loài động vật này cho thấy tác động thúc đẩy hội chứng priapism – hội chứng cương dương kéo dài dai dẳng, không liên quan đến kích thích tình dục.
Các nghiên cứu đã chứng minh rằng nọc của các loài bò cạp Androctonus 5 Luan van australis, Buthotus judaicus, toxin Ts3 trong nọc của Tityus serrulatus (bò cạp vàng Brazil) có tác động kích thích giải phóng nitric oxide (NO) khỏi các dây thần kinh nonadrenergic và noncholinergic (NANC), gây giãn cơ trơn thể hang trong cấu trúc dương vật, thúc đẩy hình thành priapism. Điều này có ý nghĩa trong việc phát triển các tác nhân dược lý mới nhằm điều trị các rối loạn cương dương [12-13, 42, 48-50]. Nọc bò cạp còn mở ra tiềm năng phát triển các thuốc điều trị ung thư. Chlorotoxin (một peptide nhỏ được tinh chế từ nọc loài bò cạp Leiurus quinquestriatus) là một chất độc thần kinh, đóng vai trò như chất chẹn kênh Cl-.
Toxin có tác động ưu tiên trên một loạt các khối u ác tính ở người, điển hình là các u thần kinh đệm (glioma) nhưng lại ít hoặc không liên kết với các mô bình thường [40, 43, 47]. Trong các nghiên cứu khác, những peptide tương tự chlorotoxin đã được tinh chế, tái tổ hợp từ bò cạp Buthus martensi là rBmK Cta, Bm-12 và Bm-12b cũng cho thấy tác động lên kênh Cl-, đặt biệt là rBmK Cta gây ức chế sự tăng trưởng của các tế bào u thần kinh theo liều nhưng không có tác động lên các tế bào hình sao [26, 29]. Ngoài ra, loài bò cạp Rhopalurus junceus ở Cuba cũng đã được chứng minh là có tác động chọn lọc trên các tế bào ung thư biểu mô [24]. Năm 1974, nọc thô của loài Leiurus quinquestriatus đã được chứng minh có tác dụng chống đông máu ở động vật có vú và các yếu tố chống đông trong các PĐ tinh khiết của nọc loài Palamneus gravimanus có tác động ngăn cản hoạt động của thrombin [31].
Trong nọc loài Tityus discrepans cũng chứa các thành phần có hoạt tính ức chế yếu tố X hoạt hóa [14]. Nọc độc từ bò cạp Mexico Anuroctonus phaiodactylus đã được báo cáo là gây ra tác động làm chậm thời gian đông máu của PRP và PPP ở người [41]. Cơ chế tác động của nọc bọ cạp Nọc bò cạp là một hỗn hợp phức tạp của các peptide, nucleotide, lipid, mucoprotein, amin sinh học, vài enzyme hiếm và các chất chưa được biết đến khác [27]. Trong đó, các polypeptide neurotoxic tác động lên các kênh ion của hệ thần kinh, đóng vai trò quan trọng giúp nọc bò cạp có độc tính cũng như thể hiện các tác dụng dược lý [16, 6 Luan van 29].
Các kênh ion mà các toxin trong nọc bò cạp tác động đến bao gồm: kênh Natri cảm ứng điện thế (Nav), kênh Kali cảm ứng điện thế (Kv), kênh Kali được hoạt hóa bởi Calci (KCa), kênh Calci và kênh Chloride. Trong bài tổng hợp “Scorpion toxin peptide action at the ion channel subunit level” được đăng trên tờ Neuropharmacology năm 2017 của David M. Housley và các đồng sự [34] đã cho thấy có: - 63 peptid tác động lên Nav. - 98 peptide có tác động ức chế Kv, trừ AaTXKb2-64 (Androctonus australis) có tác động kích thích.
- 20 peptide tác động lên KCa. Tất cả đều ức chế IKCa và SKCa, chỉ có 7 peptid liên quan đến BKCa. Iberiotoxin (Buthus tamulus) ức chế chọn lọc mạnh nhất lên BKCa, Maurotoxin (Scorpio maurus palmatus) ức chế chọn lọc mạnh nhất lên IKCa và Tamapin (Mesobuthus tamulus) có tác động mạnh nhất lên SKCa. - Có 16 peptide ảnh hưởng lên kênh Ca2+ và có 2 peptide tác động lênh kênh Cl-.
Toxin tác động lên kênh Natri cảm ứng điện thế (Nav) Peptid trong nọc bò cạp tác động lên Nav gồm 2 loại toxin: α-toxin và β-toxin. Các peptide được gọi là α-toxin hay β-toxin là do vị trí gắn kết của chúng trên kênh Na+. α-toxin liên kết với receptor site 3, trong khi β-toxin liên kết với receptor site 4 của kênh Na+ [27]. α-toxin có ái lực phụ thuộc điện thế màng, có tác dụng chính là làm chậm hoặc ức chế quá trình bất hoạt của kênh Na+ trong các tế bào thần kinh, cơ và tim [20, 29].
Chúng là các polypeptide gồm các chuỗi có 61-76 amino acid nối với nhau bằng 4 cầu nối disulfide, được chia thành 3 nhóm chính [28]: (1) Các α-toxin cổ điển, hoạt động mạnh trên não động vật có vú và có ái lực cao với synaptosome trong não chuột.