CHƯƠNG 1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA ARTEMISININ VÀ DẪN CHẤT Artemisinin là một sesquiterpen lacton của amorphen, chứa cấu trúc 1,2,4- trioxan, được phân lập từ cây thanh hao hoa vàng Artemisia annua L. (họ Cúc, Asteraceae), vốn là một cây đã được sử dụng chữa trị sốt rét từ lâu đời. Việc khám phá ra artemisinin và khẳng định tác dụng chống rét của nó được xem là một trong những phát hiện thuốc vĩ đại nhất nửa sau thế kỉ 20 [7,22,32].
Mặc dù hoạt tính chống kí sinh trùng sốt rét rất tốt (ở nồng độ cỡ nM), nhưng artemisinin lại kém tan trong cả nước lẫn dầu, gây cản trở trong việc phát triển các dạng dược dụng. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều dẫn chất artemisinin đã được tổng hợp và được sử dụng trong lâm sàng như dihydroartemisinin, artemether, arteether, natri arsesunat (các dẫn chất I) [5,29]. Tác dụng chống sốt rét của artemisinin và dẫn chất Artemisinin và dẫn chất tác động nhanh đối với thể phân liệt và làm sạch kí sinh trùng sốt rét trong 24 giờ. Artemisinin tác dụng trên giai đoạn hồng cầu của kí sinh trùng sốt rét nhưng lại không ảnh hưởng đến giai đoạn ngoài hồng Luan van thac si 4 cầu, nên artemisinin không có tác dụng dự phòng sốt rét.
Ở nồng độ 10-7 M, artemisinin và dẫn chất ức chế in vitro một cách rõ rệt sự phát triển và nhân lên của kí sinh trùng sốt rét P. Tuy nhiên, trên thực tế việc sử dụng artemisinin và dẫn chất cần lượng nhiều hơn do tính kém tan trong nước lẫn dầu, thời gian bán thải ngắn và tác dụng đường uống kém do sự kém hấp thu của các hoạt chất này [7]. Nhóm carbonyl của artemisinin dễ dàng bị khử để tạo ra DHA, là tiền đề cho một loạt dẫn chất bán tổng hợp của artemisinin như artemether, arteether tan trong dầu, natri artesunat và natri artelinat tan trong nước [4]. Các thuốc này hấp thu nhanh, phân bố rộng, chuyển hóa ở gan thành dạng hoạt tính là DHA [30].
Những hợp chất này có hiệu quả tốt trên cả chủng sốt rét kháng cloroquin [26]. Artemether, artesunat nằm trong danh mục thuốc thiết yếu để điều trị sốt rét của WHO [35]. Acid artelinic dễ tan trong nước, có cấu trúc bền vững, hiện nay đang được thử nghiệm trên động vật [4]. Cơ chế tác dụng chống sốt rét: Do có chứa nhóm peroxid trong cấu trúc, khi được hoạt hóa bởi sắt tự do hay sắt gắn với hem, artemisinin tạo thành gốc tự do, có thể alkyl hóa nhiều protein.
Tác dụng của artemisinin có thể liên quan đến gốc tự do trong không bào tiêu hóa của kí sinh trùng, làm ức chế PfATP6, là ATPase phụ thuộc Ca2+ của kí sinh trùng [11,21,22,30]. Hồng cầu người chứa 20 mM hem, ở dạng hemoglobin. Kí sinh trùng sốt rét tiêu hóa khoảng 25% hemoglobin của hồng cầu nhưng không thoái hóa hem, dẫn đến tích lũy hem trong không bào tiêu hóa. Điều này giải thích tại sao artemisinin gây độc chọn lọc đối với kí sinh trùng [4].
Luan van thac si 5 Hình 1. Cơ chế tác dụng chống sốt rét của artemisinin Dạng uống của artemisinin và dẫn chất bị hạn chế bởi bản chất kém bền của peroxid, và đặc điểm dễ bị thủy phân của vòng lacton trong acid dịch vị. Do đó việc thay thế vòng lacton bởi lactam tạo dẫn chất 11-azaartemisinin là một giải pháp hiệu quả, không làm giảm hoạt tính chống sốt rét in vitro và in vivo [5,6,20,27]. Nhiều dẫn chất 11-azaartemisinin đã được phát triển và chứng tỏ có tác dụng chống kí sinh trùng sốt rét rất tốt.
Ziffer và cộng sự, dẫn chất N-(2’-acetaldehydro)-11- azaartemisinin IIa có tác dụng chống kí sinh trùng sốt rét mạnh hơn artemisinin 26 lần in vitro và 4 lần in vivo, và tương đương hoạt tính của arteether in vivo [39]. Nghiên cứu của M. Avery về tổng hợp và thử tác dụng sinh học của các dẫn chất N-methyl-11-azaartemisinin, cho thấy chất IIb có tác dụng mạnh hơn 5 lần artemisinin trên chủng P. Luan van thac si 6 Trong 15 hợp chất 11-azaartemisinin được nhóm nghiên cứu của B.
Mekonnen tổng hợp III(a-o), có 10 dẫn chất có tác dụng mạnh hơn artemisinin trên chủng P. falciparum D6 kháng cloroquin và 6 dẫn chất mạnh hơn trên chủng P. falciparum W-2 kháng mefloquin [23]. Nhóm nghiên cứu của Lê Nguyễn Thành đã tổng hợp 15 dẫn chất 11-azaartemisinin dựa trên phản ứng đa cấu tử Ugi.
Các hợp chất được thử nghiệm trên FcB1, một chủng P.falciparum kháng cloroquin. Tất cả 15 chất đều thể hiện sự ức chế chủng sốt rét này ở nồng độ 100 ng/mL. Ở nồng độ 10 ng/mL, 10 hợp chất (IVb, IVc, IV(f-j), IVl, IVn, và IVo) ức chế trên 50%. Với nồng độ 1 ng/mL, 3 chất (IVc, IVf, và IVl) vẫn thể hiện hoạt tính ức chế Luan van thac si 7 mạnh (78 – 100%) với sự phát triển của chủng FcB1.
Các hợp chất IVc, IVf, và IVl tác dụng mạnh hơn cả artemether (IC50 = 19 nM) [27]. Hoạt tính chống sốt rét trên chủng P.falciparum FcB1 của các chất IV(a-o) % ức chế chủng FcB1 ở nồng độ Chất R IC50 (nM) 100 ng/mL 10 ng/mL 1 ng/mL IVa -CH3 100 16 3 140 IVb -CH2CH3 100 97 4 15 IVc -CH2CH2CH3 100 99 100 0,3 IVd -CH2CH2CH2CH3 100 12 2 140 IVe -CH2CH(CH3)2 100 14 8 155 IVf -C(CH3)3 100 99 98 0,7 IVg Phenyl 100 77 2 16 IVh Cyclopentyl 100 78 6 14 IVi Benzyl 100 50 5 17 IVj Allyl 100 92 5 13 IVk -CH2CH2OCH3 100 43 3 38 IVl -CH2CH2OH 100 99 78 1,5 IVm -4-ClC6H4 100 15 13 151 IVn -CH2COOCH2CH3 100 99 3 10 IVo -CH2CH2Ph 100 68 5 15 Luan van thac si 8 1. Tác dụng kháng ung thư của artemisinin và dẫn chất Tác dụng chống ung thư của artemisinin được phát hiện lần đầu từ những năm 1990 bởi H. Woerdenbag và cộng sự [22].
Trên dòng tế bào EAT (Ehrlich ascites tumour), giá trị IC50 của artemisinin là 23 μM, của artemether và arteether là 11 μM, và của natri artesunat là 20 μM [24]. Sau đó, artemisinin và các dẫn chất thường gặp (DHA, artesunat, artemether) đã được thử trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau, kết quả cho thấy giá trị IC50 trong khoảng 10- 20 μM [22]. Thực nghiệm cho thấy artemisinin và dẫn chất có tác dụng gây độc trên nhiều dòng tế bào khác nhau như ung thư vú, tụy, buồng trứng, gan, đại tràng (in vitro) và nhiều mô hình ung thư của động vật như ung thư bạch cầu, ung thư thần kinh đệm, ung thư xương (in vivo) [22]. DHA còn được chứng minh có tác dụng hiệp đồng với nhiều hóa trị liệu truyền thống.
Nhiều thử nghiệm lâm sàng cho thấy rõ hiệu quả và khả năng dung nạp của liệu pháp dùng artemisinin trên ung thư đại trực tràng và ung thư vú đã di căn [32]. Artemisinin và dẫn chất thể hiện tác dụng kháng ung thư với tính chọn lọc cao, thể hiện là chỉ gây độc trên tế bào ung thư và ít gây độc với tế bào thường. Năm 1995, nghiên cứu của H. Lai và cộng sự thấy rằng DHA chọn lọc trên ung thư bạch cầu hơn tế bào lympho thường khoảng 100 lần.
Tính chọn lọc này cũng lặp lại trên tế bào ung thư vú [22]. Cơ chế gây độc tế bào ung thư của artemisinin và dẫn chất đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Có nhiều cơ chế đã được đề cập đến như apoptosis, “bắt giữ” tế bào trong chu trình (đặc biệt là pha Go/G1). Vì vậy, artemisinin và dẫn chất có thể ức chế sự phát triển tế bào và gây ra sự chết tế bào [22].
Luan van thac si 9 Các nghiên cứu tế bào mức độ phân tử chỉ ra rằng artemisinin và dẫn chất ức chế yếu tố nhân NF-κB và giảm hoạt động yếu tố phát triển mạch VEGF, ngoài ra còn có NOXA, MAPK, HIFα, Wnt/β – catenin, survivin, COX, c-MYC oncoprotein, EGF, TNFα. Tất cả các thay đổi này đều có thể xuất phát từ sự tăng nồng độ gốc tự do trong tế bào ung thư do phản ứng của artemisinin và dẫn chất với sắt. Tác dụng chống ung thư dựa trên nguyên lí tế bào ung thư giống như kí sinh trùng sốt rét có chứa nồng độ cao sắt do tế bào ung thư tăng tái hấp thu sắt thông qua transferrin [22]. Chưa có nhiều nghiên cứu về tác dụng kháng ung thư của các hợp chất 11-azaartemisinin, tuy nhiên, với tác dụng chống kí sinh trùng sốt rét tốt và sự tương đồng trong cơ chế kháng ung thư và chống sốt rét của artemisinin và dẫn chất, có thể các hợp chất 11-azaartemisinin cũng có tiềm năng về kháng ung thư.
TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT ACRIDIN Các dẫn chất acridin có tác dụng kháng kí sinh trùng sốt rét do ức chế kết tinh của hem trong quá trình thoái hóa hemoglobin. Các dẫn chất acridin có thể “chèn vào ADN/ARN” (intercalation) nhờ cấu trúc vòng thơm phẳng, alkyl hóa kiểu “mù tạc”, ức chế topoisomerase I, II do đó có khả năng kháng ung thư. Luan van thac si 10 Nitracrin có tác dụng kháng ung thư mạnh trên nhiều dòng tế bào ung thư như KB, HeLa, bạch cầu lympho NK L1210 và Walker 256. Thuốc thể hiện độc tính chọn lọc với dòng tế bào AA8 buồng trứng chuột Trung Quốc (CHO) trong điều kiện kị khí, với tác dụng mạnh gấp 105 lần misonidazol [10].
Amsacrin thể hiện tác dụng lâm sàng kháng ung thư bạch cầu, là thuốc tổng hợp hướng ADN được thử nghiệm lâm sàng đầu tiên [16,37]. Một thuốc khác là mepacrin (quinacrin), được phát triển dựa trên cấu trúc của cloroquin là thuốc trị thể phân liệt trong máu đầu tiên, là lựa chọn hàng đầu để điều trị sốt rét trong chiến tranh thế giới thứ II [17,36]. Ngoài ra, mepacrin còn có tác dụng kháng ung thư tốt do hoạt hóa phiên mã protein ức chế ung thư p53 [8]. Dựa trên cấu trúc cuả mepacrin, nhiều dẫn chất 9-amino-6-cloro-2- methoxyacridin (V) đã được tổng hợp và thử tác dụng sinh học.
Hợp chất V(a- b) có tác dụng tương đương cloroquin trên chủng P.falciparum 3D7 nhạy cảm cloroquin, với giá trị IC50 cỡ μM (42 nM với chất Va và 67 nM với chất Vb). V(a-c) mạnh hơn cloroquin trên 3 chủng P.falciparum kháng cloroquin W2, FCR3, Bre1, hợp chất Vf mạnh hơn cloroquin trên chủng FCR3 và Bre1. Việc thay thế 6-cloro và 2-methoxy bằng nguyên tử hydro làm giảm tác dụng 3 lần trên các chủng kháng cloroquin và 9 lần trên chủng nhạy cảm cloroquin 3D7. Do đó các nhóm thế 6-cloro và 2-methoxy trên vòng thơm của acridin có thể đóng vai trò quan trọng đối với hoạt tính sinh học của các dẫn chất này.
Luan van thac si 11 Bảng 1. Hoạt tính kháng ung thư và chống sốt rét in vitro của các chất V(a-f) Hoạt tính Hoạt tính chống sốt rét kháng ung thư IC50 P.
