ĐẶT VẤN ĐỀ Rối loạn chuyển hóa carbohydrat là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra các vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe như béo phì hay đái tháo đường (ĐTĐ). ĐTĐ là một trong những bệnh mãn tính phổ biến có tốc độ gia tăng nhanh chóng trong những năm gần đây. Theo ước tính năm 2021 của Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới (IDF), hiện có 537 triệu người trưởng thành (20–79 tuổi) đang sống chung với bệnh ĐTĐ. Con số này được dự đoán sẽ tăng lên 643 triệu vào năm 2030 và 783 triệu vào năm 2045.
ĐTĐ đã và đang trở thành gánh nặng kinh tế toàn cầu. Trong 15 năm qua, chi phí y tế điều trị ĐTĐ tăng 316%.[1] Bệnh nhân bị ĐTĐ khi nhiễm virus COVID–19, việc điều trị sẽ khó khăn và dễ chuyển biến nặng hơn. Nguyên nhân là bởi hệ thống miễn dịch đã bị tổn thương, đồng thời môi trường có lượng đường huyết cao làm virus phát triển mạnh.[2] Hơn thế nữa, ĐTĐ gây nhiều biến chứng nguy hiểm, phức tạp, diễn ra đồng thời và chồng chéo nhau khi lượng glucose huyết trong máu tăng quá mức.[3] Kiểm soát nồng độ glucose trong máu là một trong những mục tiêu quan trọng để giảm thiểu tối đa các biến chứng do ĐTĐ gây ra. Hiện nay, các thuốc ức chế enzym α-amylase và α-glucosidase là một hướng tiếp cận tiềm năng trong việc điều trị ĐTĐ, nhờ tác dụng hạ chỉ số đường huyết sau ăn.
Một số thuốc ức chế enzym α- glucosidase đang được sử dụng trong lâm sàng như acarbose, miglitol và voglibose. Tuy nhiên, việc sử dụng các thuốc này vẫn còn nhiều thách thức về hiệu quả và các tác dụng không mong muốn trên đường tiêu hóa như đầy hơi, phân mềm, bụng khó chịu và tiêu chảy do tích tụ carbohydrat và sản sinh khí trong đường ruột.[4] Do đó, việc nghiên cứu các chất có tác dụng ức chế đồng thời cả hai enzym α-glucosidase và α-amylase, để giảm thiểu tác dụng phụ đang là xu hướng phát triển thuốc mới hiện nay. Chalcon có nhiều tác dụng dược lý khác nhau, là nhóm dẫn chất rất được quan tâm trong lĩnh vực y dược học hiện nay. Chalcon là một nhóm phụ của flavonoid, phân bố rộng rãi trong nhiều loài thực vật, trong thực phẩm hàng ngày, là dẫn chất trung gian trong quá trình tổng hợp nên các flavonoid khác và một số dẫn chất dị vòng.
Gần đây, có rất nhiều dẫn chất chalcon được báo cáo là có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng sốt rét, chống tăng sinh tế bào ung thư, chống oxy hóa, kháng viêm… Đặc biệt, các nghiên cứu mới đây về hoạt tính sinh học của các dẫn chất chalcon còn phát hiện ra khả năng kháng alpha-amylase. Điều này hứa hẹn sẽ tìm ra những chất có thể ứng dụng điều trị hỗ trợ bệnh ĐTĐ. Bên cạnh đó, hướng nghiên cứu khám phá thuốc in silico ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ định hướng tìm kiếm các chất tiềm năng, rút ngắn thời gian nghiên cứu và tiết kiệm đáng kể chi phí thực hiện. Từ những vấn đề cấp thiết về tình hình ĐTĐ hiện nay, ứng dụng các tiềm năng có sẵn, đề tài “Thiết kế, sàng lọc và tổng hợp các dẫn xuất chalcon có tác động kháng enzym -amylase và -glucosidase” được thực hiện với các mục tiêu nghiên cứu: 1.
Sàng lọc dẫn chất mới thuộc nhóm chalcon có tác động ức chế -amylase và -glucosidase hướng sàng lọc thuốc điều trị ĐTĐ. Xác lập mối liên quan giữa cấu trúc chalcon và tác động ức chế α-amylase và α-glucosidase, làm cơ sở để tổng hợp các dẫn chất mới có tác động tốt hơn trong tương lai. Cụ thể, các nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: 1. Xây dựng mô hình 2D-QSAR phân loại và dự đoán hoạt tính ức chế α- amylase và α-glucosidase của một số dẫn chất cấu trúc chalcon trong các công bố trước đây.
Thiết kế các cấu trúc có khung chalcon dựa trên các kết quả phân loại. Nghiên cứu khả năng gắn kết giữa các cấu trúc thiết kế với cấu trúc α- amylase và α-glucosidase ở mức độ phân tử thông qua mô hình mô tả phân tử docking. Ứng dụng mô hình phân loại và dự đoán hoạt tính ức chế α-amylase và α- glucosidase xây dựng được trên các dẫn chất chalcon đã thiết kế. Phân tích kết quả sàng lọc in silico để định hướng lựa chọn các cấu trúc chalcon có hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase để tạo mẫu tiến hành thực nghiệm.
Tiến hành tổng hợp và xác định cấu trúc các dẫn chất xuất chalcon. Khảo sát hoạt tính ức chế α-amylase và α-glucosidase trên in vitro của các dẫn chất chalcon tổng hợp được. Nghiên cứu cơ chế tác động ức chế đồng thời α-amylase và α-glucosidase ở mức độ phân tử của các chalcon bằng mô phỏng động lực học phân tử. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.
TỔNG QUAN ĐÁI THÁO ĐƯỜNG 1. Bệnh đái tháo đường ĐTĐ là bệnh rối loạn chuyển hóa, có đặc điểm tăng glucose huyết mạn tính do khiếm khuyết về sự tiết insulin, về tác động của insulin hoặc cả hai. Tăng glucose mạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa carbohydrat, protid, lipid, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu, thận, mắt, thần kinh.[4] ĐTĐ là nguyên nhân gây ra 6,7 triệu ca tử vong vào năm 2021 – cứ 5 giây lại có một ca tử vong. ĐTĐ đã và đang trở thành gánh nặng kinh tế toàn cầu.
Ở khu vực Đông Nam Á, cứ 11 người trưởng thành thì có 1 người đang sống chung với bệnh ĐTĐ, hơn 1 trong 2 người lớn sống chung với bệnh ĐTĐ mà không được chẩn đoán.[1] Tại Việt Nam, theo dữ liệu cập nhật của IDF, tỷ lệ mắc bệnh ĐTĐ ở người trưởng thành năm 2011 là 3,2%. Đến năm 2021, tỷ lệ này tăng gần gấp đôi lên đến 6,1%.[5] Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tại Việt Nam, trong năm 2015, tỷ lệ mắc bệnh là 4,1% ở những người thuộc độ tuổi 18–69. ĐTĐ ngày càng gia tăng do lối sống ít vận động, ăn uống không hợp lý làm gia tăng béo phì, rối loạn chuyển hóa. Đặc biệt, bệnh ngày càng trẻ hóa với nhiều ca mắc đã được ghi nhận ở trẻ nhỏ 9–13 tuổi và thanh niên 20 đến dưới 30 tuổi.
Tuy nhiên, chỉ có 31,1% được chẩn đoán, trong đó 28,9% người mắc bệnh ĐTĐ được điều trị tại cơ sở y tế. Điều này có nghĩa là có tới gần 70% người mắc bệnh chưa được chẩn đoán và điều trị.[6] ĐTĐ là nguyên nhân thứ 3 trong 10 nguyên nhân gây tử vong hàng đầu tại Việt Nam.[7] Bệnh ĐTĐ được phân thành 4 loại gồm[4]: - ĐTĐ type 1 (do phá hủy tế bào β tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối); - ĐTĐ type 2 (do giảm chức năng của tế bào β tụy tiến triển trên nền tảng đề kháng insulin); - ĐTĐ thai kỳ (ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối của thai kỳ và không có bằng chứng về ĐTĐ type 1 hay ĐTĐ type 2 trước đó); - Các loại ĐTĐ đặc biệt do các nguyên nhân khác, như ĐTĐ sơ sinh hoặc ĐTĐ do sử dụng thuốc và hóa chất như glucocorticoid, điều trị HIV/AIDS hoặc sau cấy ghép mô… ĐTĐ là bệnh mãn tính gây tổn thương mạch máu và các mô liên quan khi nồng độ glucose trong máu tăng quá mức. Các biến chứng mãn tính của ĐTĐ được chia thành 2 loại: biến chứng trên mạch máu nhỏ và biến chứng trên mạch máu lớn. Trong đó, biến chứng trên mạch máu nhỏ bao gồm bệnh thần kinh, bệnh thận và 3.
bệnh võng mạc; biến chứng trên mạch máu lớn bao gồm bệnh mạch vành, tai biến mạch máu não, bệnh mạch máu ngoại biên.[8, 9] Bệnh ĐTĐ ngày càng phổ biến với nhiều biến chứng phức tạp, diễn ra đồng thời và chồng chéo nhau, gây ra những biến chứng không hồi phục, đồng thời làm tăng nguy cơ tử vong. Vì vậy, cần phải quan tâm điều trị kịp thời và hiệu quả để ngăn ngừa các biến chứng xảy ra. Nguyên nhân và phân loại bệnh đái tháo đường Theo hướng dẫn chẩn đoán và điều trị ĐTĐ type 2 của Bộ Y tế năm 2017 [2], ĐTĐ được phân loại gồm: - ĐTĐ type 1 (do phá hủy tế bào beta tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối). - Thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ do các nguyên nhân khác, như ĐTĐ sơ sinh hoặc ĐTĐ do sử dụng thuốc và hóa chất như sử dụng glucocorticoid, điều trị HIV/AIDS hoặc sau cấy ghép mô,… 1.
Các nhóm thuốc điều trị đái tháo đường type 2 hiện nay Khác với việc điều trị bệnh ĐTĐ type 1 - bệnh nhân phải phụ thuộc hoàn toàn vào insulin - việc điều trị ĐTĐ type 2 thường yêu cầu kết hợp chế độ ăn uống, lối sống lành mạnh, tập thể dục hằng ngày và/hoặc uống thuốc, bao gồm các nhóm thuốc[4]: - Kích thích tiết insulin từ tế bào β tụy: sulfonylurea, glinid. - Làm tăng tính nhạy cảm với insulin tại mô: biguanid, thiazolidinedion. - Ức chế enzym α-glucosidase (AGI). - Tác động lên incretin: nhóm đồng vận tại enzym GLP-1, ức chế enzym DPP-4.
- Tác động lên sự tái hấp thu glucose ở ống thận: ức chế kênh đồng vận chuyển natri–glucose 2 (SGLT2). Nhóm thuốc ức chế men α-glucosidase và tác động điều trị đái tháo đường Nhóm thuốc ức chế enzym α-glucosidase (AGI) đang được sử dụng trong lâm sàng để điều trị ĐTĐ type 2 là acarbose, miglitol và voglibose.[10] Nhóm thuốc này giúp hỗ trợ kiểm soát đường huyết sau ăn nhờ cơ chế tác động riêng, không làm tăng insulin để hạ đường huyết. Nhờ vào cấu trúc tương tự như oligosaccharid và monosaccharid, các tác nhân này tham gia ức chế cạnh tranh α-glucosidase − enzym đảm nhận vai trò thủy phân oligosaccharid thành monosaccharid. Do đó, sự hình thành monosaccharid chậm lại và cần ít insulin hơn để làm giảm lượng glucose.
Acarbose là một pseudo-tetrasaccharid có chứa nitơ, ức chế glucoamylase ở bờ bàn chải ruột non, maltase, sucrase và dextrinase, amylase tuyến tụy nhưng ít ảnh hưởng đến isomaltase và không ảnh hưởng đến lactase. Vì acarbose không tương tác với kênh đồng vận chuyển natri-glucose ở ruột non nên acarbose không cản trở sự hấp thu glucose ở ruột. Voglibose là một dẫn xuất valiolamin, ức chế mạnh hầu hết các enzym α-glucosidase nhưng yếu hơn acarbose trong việc ức chế sucrase và ít ảnh hưởng đến α-amylase. Cả acarbose và voglibose đều có nguồn gốc từ vi sinh vật trong khi miglitol được tổng hợp từ deoxynojirimycin.
Miglitol khác với acarbose ở chỗ nó không ức chế α-amylase nhưng ức chế isomaltase ở ruột và tương tác một phần với kênh đồng vận chuyển natri-glucose của ruột non.[12] Mặc dù các chất ức chế α-glucosidase có cơ chế tác động tương tự nhau nhưng chúng có sự khác biệt về mặt dược động học.