(Luận văn tốt nghiệp) sàng lọc in silico các hợp chất antiviral thiên nhiên có tác dụng ức chế virus sarscov 2 hướng điều trị covid 19

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC

TẠ THỊ THU HẰNG

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT
ANTIVIRAL THIÊN NHIÊN CÓ TÁC DỤNG
ỨC CHẾ VIRUS SARS-COV-2 HƯỚNG
ĐIỀU TRỊ COVID-19

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC

Hà Nội - 2022

Luan van


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC

Người thực hiện: TẠ THỊ THU HẰNG

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT
ANTIVIRAL THIÊN NHIÊN CÓ TÁC DỤNG
ỨC CHẾ VIRUS SARS-COV-2 HƯỚNG
ĐIỀU TRỊ COVID-19

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(NGÀNH DƯỢC HỌC)

Khóa

:

QH.2017.Y

Người hướng dẫn

:

PGS.TS. Bùi Thanh Tùng

Hà Nội - 2022

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành tới
PGS.TS. Bùi Thanh Tùng, Trưởng bộ môn Dược lý, Trường Đại học Y Dược, Đại
học Quốc gia Hà Nội, người đã đồng hành cùng tôi, động viên, chỉ bảo cho tôi ngay
từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và trong
suốt quãng thời gian tơi thực hiện khóa luận.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo, thầy cô Trường Đại học Y Dược,
Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi được học tập, nghiên cứu,
rèn luyện tại đây trong suốt 5 năm qua và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình và bạn bè đã
ln ở bên u thương, ủng hộ, động viên tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu
để tơi có được ngày hơm nay!
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song với kiến thức, kỹ năng và thời gian cịn hạn
chế, khóa luận của tơi khó tránh khỏi những thiếu sót. Tơi rất mong nhận được những

nhận xét, góp ý của các thầy cơ để khóa luận của tơi được hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 04 tháng 06 năm 2022
Sinh viên

Tạ Thị Thu Hằng

Luan van


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ACE2

Angiotensin-converting enzyme 2

Enzym chuyển angiotensin 2

ADMET

Absorption, Distribution,

Hấp thu, Phân bố, Chuyển hóa,

Metabolism, Excretion, Toxicity

Thải trừ, Độc tính

ALI

Acute lung injury

Tổn thương phổi cấp tính

ARDS

Acute respiratory distress
syndrome

Hội chứng suy hơ hấp cấp tính

CD

Connector domain

Miền gắn kết

CDC

Centers for Disease Control and
Prevention

Trung tâm Kiểm sốt và Phịng
ngừa Dịch bệnh

CH

Central helix

Chuỗi xoắn trung tâm

COVID-19

Coronavirus infectious disease
2019

Bệnh coronavirus 2019

CT

Cytoplasmic tail

Đuôi tế bào chất

ERGIC

ER-Golgi intermediate cavity

Khoang trung gian ER-Golgi

FDA

Food and Drug Administration

Cục quản lý Thực phẩm và Dược
phẩm Hoa Kỳ

FP

Fusion peptide

Peptid dung hợp

HCoV

Human coronavirus

Coronavirus ở người

HR1

Hepeptide repeat 1

Hepeptide lặp lại 1

HR2

Hepeptide repeat 2

Hepeptide lặp lại 2

LQTS

Long QT syndrome

Hội chứng kéo dài QT bẩm sinh

MD

Molecular dynamics

Động lực học phân tử

MODS

Multiple organ dysfunction
syndrome

Hội chứng rối loạn chức năng đa
cơ quan

Mpro

Main protease

NSP

Nonstructural protein

Luan van

Protein phi cấu trúc


NTD

N-terminal domain

Miền đầu cuối N

ORF

Open reading frame

Khung đọc mở

RBD

Receptor binding domain

Miền liên kết thụ thể

RdRp

RNA-dependent RNA polymerase ARN polymerase phụ thuộc
ARN

RMSD

Root-mean-square deviation

Độ lệch bình phương trung bình
gốc

SARS-CoV-2 Severe acute respiratory syndrome Hội chứng hơ hấp cấp
coronavirus 2
tính nghiêm trọng 2
TM

Transmembrane domain

Miền xuyên màng

TMPRSS2

Transmembrane protease serine 2

Enzym xuyên màng protease
serine 2

URTI

Upper respiratory tract infections

Nhiễm trùng đường hô hấp trên

VEGF

Vascular endothelial growth
factor

Yếu tố tăng trưởng nội mô mạch
máu

VLP

Virus-like particle

Các hạt giống virus

WHO

World Health Organization

Tổ chức Y tế Thế giới

Luan van


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Q trình xâm nhập và lây nhiễm của virus SARS-CoV-2........................5
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của spike protein SARS-CoV-2 (A), Cấu trúc CryoEM của spike protein SARS-CoV-2 (B): Trạng thái đóng (PDB: 6VXX) (trái); trạng
thái mở (PDB: 6VYB) (phải) ......................................................................................8
Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của spike protein SARS-CoV-2 (A), Cấu trúc CryoEM của spike protein SARS-CoV-2 (B): Trạng thái đóng (PDB: 6VXX) (trái); trạng
thái mở (PDB: 6VYB) (phải) ....................................................................................10
Hình 1.4. Các thuốc, liệu pháp điều trị một số mục tiêu tiềm năng của virus SARSCoV-2 ........................................................................................................................11
Hình 2.1. Cấu trúc 3D của các phức hợp (A) enzym chuyển angiotensin 2 (ID: 1R4L),
(B) spike protein (ID: 6VSB), (C) main protease (ID: 6W63) và (D) ARN polymerase
phụ thuộc ARN (ID: 6M71) được tải về từ ngân hàng dữ liệu protein RCSB .........23
Hình 2.2. Nội dung quá trình nghiên cứu in silico đã thực hiện ..............................25
Hình 3.1. Tóm tắt kết quả q trình sàng lọc in silico tìm kiếm hợp chất ức chế virus
SARS-CoV-2.............................................................................................................29
Hình 3.2. Kết quả re-dock phối tử đồng kết tinh của phức hợp 6W63 (trái) và 1R4L
(phải) .........................................................................................................................30
Hình 3.3. Tương tác giữa các chứng dương với acid amin của các đích tương ứng:
X77 và main protease (A), XX5 và ACE2 (B), remdesivir và RdRp (C), artemisinin
và spike protein (D) ...................................................................................................32
Hình 3.4. Mơ phỏng hình ảnh của 13 hợp chất tiềm năng và các chứng dương tương
ứng trong vùng hoạt động của spike protein (A), ACE2 (B), RdRp (C) và main
protease (D) ...............................................................................................................34

Hình 3.5. Tương tác giữa các hợp chất cho năng lượng liên kết tự do âm nhất với các
đích tương ứng biểu diễn 2D và 3D ..........................................................................36
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn giá trị RMSD của phức hợp ACE2-Sotetsuflavon (A) và
Main protease-Sotetsuflavon (B) trong 600ps mô phỏng động học phân tử ............40
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn năng lượng liên kết tự do của phức hợp ACE2Sotetsuflavon (A) và Main protease-Sotetsuflavon (B) trong 600ps mô phỏng động
học phân tử ................................................................................................................41

Luan van


Hình 4.1. Cấu trúc hóa học của hợp chất Sotetsuflavon ..........................................43
Hình 4.2. Cấu trúc hóa học của hợp chất Acid morellic ..........................................45
Hình 4.3. Cấu trúc hóa học của hợp chất Digitoxin .................................................46
Hình 4.4. Cấu trúc hóa học của hợp chất Hinokiflavon ...........................................47
Hình 4.5. Cấu trúc hóa học của ba hợp chất Mulberroside C, Daphnoretin và
Hypericin ...................................................................................................................48

Luan van


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số cơng cụ dự đốn các thuộc tính ADMET của các hợp chất.........20
Bảng 2.1. Danh sách các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu ...............................23
Bảng 3.1. Kết quả năng lượng liên kết tự do của 13 hợp chất antiviral tự nhiên tiềm
năng nhất trên bốn đích phân tử và các chất chứng dương tương ứng .....................32
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá dược động học và độc tính ...........................................37
Bảng 4.1. Khả năng tạo liên kết giữa sotetsuflavon, các chứng dương với acid amin
của ACE2, spike protein, RdRp và main protease ....................................................44

Luan van

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƯƠN G 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 2
1.1. Tổng quan về COVID-19................................................................................2
1.1.1. Một vài nét về COVID-19 ...........................................................................2
1.1.2. Cấu trúc của virus SARS-CoV-2 .................................................................3
1.1.3. Cơ chế xâm nhập và lây nhiễm của virus SARS-CoV-2 .............................4
1.1.4. Tổng quan về các đích phân tử của virus SARS-CoV-2 .............................5
1.1.5. Các thuốc điều trị COVID-19 hiện nay .....................................................10
1.2. Tổng quan về nhóm hợp chất antiviral thiên nhiên ..................................14
1.3. Tổng quan về nghiên cứu in silico ...............................................................14
1.3.1. Docking phân tử (Molecular docking).......................................................15
1.3.2. Động lực học phân tử (Molecular dynamics) ............................................17
1.3.3. Quy tắc Lipinski 5 về các hợp chất giống thuốc........................................18
1.3.4. Dự đoán ADMET ......................................................................................19
CHƯƠN G 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 22
2.1. Đối tượng, nguyên liệu, thiết bị, phần mềm nghiên cứu ...........................22
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................22
2.1.2. Nguyên liệu, thiết bị, phần mềm ................................................................22
2.2. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................24
2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................25
2.3.1. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc ............................................................25
2.3.2. Mô phỏng docking phân tử ........................................................................25
2.3.3. Nghiên cứu dự đoán dược động học và độc tính (ADMET) .....................27

2.3.4. Mơ phỏng động lực học phân tử ................................................................28

Luan van


CHƯƠN G 3. KẾT QUẢ ...................................................................................... 29
3.1. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc ...............................................................29
3.2. Mô phỏng docking phân tử ..........................................................................30
3.2.1. Đánh giá mơ hình docking .........................................................................30
3.2.2. Mơ phỏng docking các hợp chất antiviral thiên nhiên...............................30
3.3. Dự đoán dược động học và độc tính (ADMET) .........................................37
3.4. Mơ phỏng động lực học phân tử ..................................................................40
CHƯƠN G 4. BÀN LUẬN .................................................................................... 42
4.1. Về phương pháp ............................................................................................42
4.2. Về kết quả ......................................................................................................42
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Luan van


MỞ ĐẦU
Đại dịch COVID-19 là một mối đe dọa lớn đối với sức khỏe cộng đồng trên
toàn thế giới. Mặc dù tỷ lệ tử vong do COVID-19 (ước tính khoảng 2% –3%) thấp
hơn so với SARS (khoảng 10%) và MERS (khoảng 40%), nhưng đại dịch liên quan
đến COVID-19 lại nghiêm trọng hơn nhiều [83]. Tính đến ngày 8/5/2022, đã ghi nhận
khoảng 517,5 triệu trường hợp nhiễm COVID-19 tại khoảng 215 quốc gia và vùng
lãnh thổ với 6,2 triệu trường hợp tử vong, chiếm 1,208% (WHO). Tại Việt Nam, diễn
biến của COVID-19 cũng vô cùng nghiêm trọng với nhiều ổ dịch xuất hiện xuyên

suốt. Tính đến ngày 8/5/2022, Bộ Y Tế đã ghi nhận 10,7 triệu trường hợp nhiễm bệnh,
hơn 43 nghìn ca tử vong. Hiện tại, những con số này vẫn khơng ngừng tăng lên, cùng
với đó là sự xuất hiện của nhiều biến chủng mới khó lường của virus SARS-CoV-2.
Ngồi ra, một điều đáng lo ngại nữa đó là các triệu chứng của bệnh thường rất đa
dạng, thậm chí có thể biểu hiện khác nhau ở mỗi bệnh nhân [6].
Phác đồ điều trị COVID-19 hiện tại là kiểm soát triệu chứng hoặc sử dụng các
thuốc kháng virus như remdesivir hoặc thuốc đang được thử nghiệm có kiểm sốt
molnupiravir, favipiravir. Ngồi ra, có thể phối hợp với liệu pháp glucocorticoid và
thuốc chống đông trong các trường hợp đặc biệt [1]. Đây đều là các thuốc quan trọng,
tuy nhiên nguy cơ xảy ra ADR cao, cần theo dõi chặt chẽ. Bên cạnh các thuốc hóa
dược, các hợp chất thiên nhiên ngày càng được các nhà khoa học quan tâm do ít tác
dụng phụ và những lợi ích sức khỏe của chúng. Hơn nữa, nguồn dược liệu ở Việt
Nam vô cùng phong phú, thích hợp để khám phá ra các hợp chất antiviral thiên nhiên
tiềm năng ức chế SARS-CoV-2. Trước tình hình đó, phương pháp nghiên cứu in silico
có ý nghĩa rất lớn trong việc khám phá ra các hợp chất/thuốc tiềm năng điều trị
COVID-19, giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí, thời gian, công sức.
Với những lý do nêu trên, đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất antiviral
thiên nhiên có tác dụng ức chế virus SARS-CoV-2 hướng điều trị COVID-19”
được tiến hành với 2 mục tiêu chính đó là:
1. Sàng lọc được các hợp chất antiviral “giống thuốc” có nguồn gốc từ thiên
nhiên tiềm năng ức chế bốn đích quan trọng: enzym chuyển angiotensin II,
spike protein, main protease, ARN polymerase phụ thuộc ARN của virus
SARS-CoV-2 bằng phương pháp docking phân tử.
2. Đánh giá được đặc tính dược động học, độc tính của các hợp chất antiviral
tiềm năng từ mục tiêu 1.

1

Luan van

CHƯƠN G 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về COVID-19

1.1.1. Một vài nét về COVID-19
Coronavirus là một họ virus lớn phổ biến ở người và nhiều loài động vật khác
nhau như: mèo, dơi… Có bốn loại coronavirus chính: alpha (α), beta (β), gamma (γ)
và delta (δ). Các coronavirus đầu tiên của con người được xác định vào giữa những
năm 1960. Các dấu hiệu và triệu chứng thông thường do các coronavirus này tạo ra
tương tự như các dấu hiệu của cảm lạnh thông thường, kèm theo nhiễm trùng đường
hô hấp trên (URTI) từ nhẹ đến trung bình. Một số coronavirus lây nhiễm sang động
vật có thể trải qua q trình đột biến và thích nghi, từ đó thúc đẩy q trình đồng tiến
hóa của coronavirus, có thể trở thành coronavirus mới ở người (HCoV) [110]. Do đó,
những trường hợp nhiễm HCoV này có tính chất lây truyền từ động vật sang người
và các triệu chứng của chúng đi kèm với hội chứng đường hơ hấp nghiêm trọng. Bằng
chứng đó là sự xuất hiện của: SARS-CoV (β-coronavirus, gây ra hội chứng hô hấp
cấp tính nghiêm trọng), MERS-CoV (β-coronavirus, gây ra hội chứng hơ hấp Trung
Đông) và gần đây là SARS-CoV-2 (β-coronavirus, coronavirus mới, gây ra bệnh
coronavirus vào năm 2019) [59,110].
Bệnh coronavirus 2019 (COVID-19) là bệnh truyền nhiễm gây viêm đường
hô hấp cấp ở người, gây ra bởi virus SARS-CoV-2. Căn bệnh này lần đầu tiên xuất
hiện vào tháng 12 năm 2019, tại thành phố Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc [119].
Tính đến ngày 8/5/2022, đã ghi nhận 517 422 425 trường hợp nhiễm COVID-19 tại
khoảng 215 quốc gia và vùng lãnh thổ với 6 251 567 trường hợp tử vong, chiếm
1,208% (theo WHO). Hiện tại những con số này vẫn không ngừng tăng lên. Tại Việt
Nam, Bộ Y Tế đã ghi nhận 10 676 184 trường hợp nhiễm bệnh, 43 056 ca tử vong,
tính đến ngày 8/5/2022. COVID-19 có thể lây từ người sang người hoặc từ động vật
sang người qua tiếp xúc trực tiếp, qua những giọt bắn hoặc qua không khí. Một người

có thể bị nhiễm COVID-19 khi tiếp xúc trực tiếp với người bệnh như ôm, hôn, bắt
tay hoặc chạm tay vào các bề mặt có virus rồi đưa lên mắt, mũi, miệng của mình.
Ngồi ra, khi tiếp xúc gần (dưới 2m) các giọt bắn có chứa virus của người nhiễm
bệnh hoặc khi ở trong mơi trường kín, thơng khí kém, virus theo các giọt nhỏ dễ dàng
xâm nhập vào đường hơ hấp của người bình thường và gây bệnh [103].
Bệnh nhân mắc COVID-19 có mức độ nghiêm trọng khác nhau và 80% bị
nhiễm trùng nhẹ [75]. Khoảng 15% trường hợp phát triển bệnh nặng với đặc điểm là

2

Luan van


khó thở, thiếu oxy và tổn thương thâm nhiễm phổi trên phim chụp X quang phổi; 5%
nặng gặp tình trạng suy hô hấp do hội chứng suy hô hấp cấp tính (ARDS), sốc, rối
loạn chức năng đa cơ quan [39,108,118]. SARS-CoV-2 có khả năng xâm nhập, liên
kết với thụ thể ACE2 để tăng sinh và phá hủy các cơ quan như phổi, tim, nội mô, biểu
mô ống thận, biểu mô ruột và tuyến tụy, gây ra hội chứng rối loạn chức năng đa cơ
quan (MODS) [14,117]. Đối với người có sức đề kháng yếu và suy giảm chức năng
sinh lý như người già, người mắc bệnh mạn tính dễ dàng tiến triển nặng nếu nhiễm
bệnh. Ngồi ra, phụ nữ có thai và trẻ sơ sinh cũng dễ mắc bệnh, chủ yếu là do khả
năng miễn dịch kém [91].
1.1.2. Cấu trúc của virus SARS-CoV-2
Coronavirus thuộc phân họ Coronavirinae trong họ Coronaviridae và phân họ
này chứa bốn chi: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus và
Deltacoronavirus. Bộ gen của CoVs (27–32 kb) là một ARN sợi đơn dương
(+ssARN) lớn hơn bất kỳ loại virus ARN nào khác. Virus SARS-CoV-2 có hình dạng
gần giống hình cầu hoặc hình elip với đường kính trung bình là 108 ± 8 nm [68,109].
Bề mặt bên ngoài của virus được bao phủ bởi các spike protein. Màng ngoài của virus
chứa protein màng (M) và protein vỏ (E). Trong lõi của virus là phức hợp

ribonucleoprotein (RNP) bao gồm protein nucleocapsid (N) và bộ gen của virus, chịu
trách nhiệm đóng gói bộ gen ARN của virus, với ước tính khoảng 30-35 RNP trên
mỗi virus [109]. Protein nucleocapsid (N) hình thành capsid bên ngồi bộ gen và bộ
gen được đóng gói thêm bởi một lớp bao được liên kết với ba protein cấu trúc: protein
màng (M), spike protein (S) và protein vỏ (E) [10]. Là một thành viên của họ
coronavirus, kích thước bộ gen của SARS-CoV-2 được giải trình tự gần đây là khoảng
29,9 kb [72].
SARS-CoV-2 chứa 4 protein cấu trúc (S, E, M, N) và 16 protein phi cấu trúc
(NSP1−16). NSP1 làm trung gian xử lý và sao chép ARN. NSP2 điều chỉnh con
đường tín hiệu sống sót của tế bào chủ. NSP 3 được cho là có thể tách protein được
dịch mã. NSP4 chứa miền xuyên màng 2 (TM2) và sửa đổi màng ER. NSP5 tham gia
vào quá trình tạo polyprotein trong quá trình sao chép. NSP6 là một miền xuyên màng
giả định. Sự hiện diện của NSP7 và NSP8 đã làm tăng đáng kể sự kết hợp của NSP12
và ARN mẫu mồi. NSP9 có chức năng như một protein liên kết ssARN. NSP10 rất
quan trọng đối với q trình methyl hóa nắp của mARN của virus. NSP12 chứa ARN
polymerase phụ thuộc ARN (RdRp), là thành phần quan trọng của quá trình sao chép,
phiên mã coronavirus. NSP13 liên kết với ATP và miền liên kết kẽm trong NSP13

3

Luan van


tham gia vào quá trình sao chép và phiên mã. NSP14 là miền exoribonuclease hiệu
đính. NSP15 có hoạt tính endoribonuclease phụ thuộc Mn (2+). NSP16 là một
methyltransferase 2'-O-ribose [79]. Một nghiên cứu cho thấy có một số tác động qua
trung gian NSP đối với quá trình nối, dịch mã và vận chuyển protein để ức chế khả
năng phòng thủ của vật chủ. Khi nhiễm SARS-CoV-2, NSP16 liên kết các miền nhận
dạng mARN của snARN U1 và U2 để ngăn chặn sự nối mARN. NSP1 liên kết với
ARN ribosome 18S trong kênh nhập mARN của ribosome để can thiệp vào quá trình

dịch mã của mARN. NSP8 và NSP9 liên kết với ARN 7SL để phá vỡ quá trình vận
chuyển protein đến màng tế bào [7].
Bao phủ bề mặt của virus là spike protein (protein S) với số lượng lớn được
glycosyl hóa và liên kết với enzym chuyển angiotensin 2 (ACE2) của tế bào chủ [56].
Protein S là một glycoprotein trimeric TM lớp I liên quan đến sự xâm nhập và lây
nhiễm của virus. Protein S có 2 chức năng chính là kết hợp với thụ thể và hợp nhất
virus [40]. ACE2 là protein xuyên màng thuộc nhóm các thụ thể chức năng tuýp 2
biểu hiện ở các tế bào biểu mô thuộc phế nang. Thụ thể ACE2 là đích đến đầu tiên
cho q trình tiếp cận và bám dính của virus vào các tế bào vật chủ. Main protease
(Mpro) là một enzym quan trọng đối với sự sao chép của virus, đặc biệt enzym này
phân cắt các polyprotein được dịch mã từ ARN của virus để tạo ra các protein chức
năng [116]. ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp), là một loại enzym quan trọng,
có vai trị trong q trình sao chép và phiên mã ARN trong tế bào chủ [24].
1.1.3. Cơ chế xâm nhập và lây nhiễm của virus SARS-CoV-2
Khi xâm nhập vào vật chủ, tiểu đơn vị S1 của spike protein nhận biết và liên
kết với thụ thể tế bào ACE2, và hepeptide lặp lại 1 (HR1), hepeptide lặp lại 2 (HR2)
tạo thành một bó sáu chuỗi xoắn, cho phép virus và hợp nhất màng tế bào [70,106].
SARS-CoV-2 xâm nhập vào các tế bào đích thơng qua hợp nhất màng hoặc quá trình
nội bào.
Sau khi virus xâm nhập vào tế bào chủ, ARN của virus được giải phóng trong
tế bào chất, các polyprotein pp1a và pp1ab được dịch mã và phân cắt để tạo thành
một phức hợp sao chép phiên mã [31]. Phức hợp này thúc đẩy quá trình sản xuất [(-)
ARN] thơng qua q trình sao chép và phiên mã. Trong q trình sao chép, bản sao
(-) ARN có chiều dài đầy đủ của bộ gen được tạo ra và được sử dụng làm khuôn mẫu
để tổng hợp sợi (+) ARN có chiều dài đầy đủ. Trong q trình phiên mã, một tập hợp
con của ARN phụ mã hóa tất cả các protein cấu trúc sẽ được tạo ra. Nucleocapsid của
virus được lắp ráp từ ARN bộ gen và protein N trong tế bào chất, sau đó nảy chồi vào
4

Luan van

lòng của khoang trung gian ER-Golgi (ERGIC) [60]. Ở đây, bộ gen của virus được
bao bọc bởi protein N thành các Nucleocapsid. Protein M phối hợp với protein E tích
hợp vào màng của ERGIC thành lớp vỏ virus, gắn bọc lấy Nucleocapsid tạo ra các
hạt giống virus (VLP). Sau đó protein S gắn vào lớp màng của VLP thành các hạt
virion trưởng thành.
Sau khi lắp ráp, virion được vận chuyển đến bề mặt tế bào trong các túi và
được giải phóng bởi exocytosis. Trong một số trường hợp protein S không được gắn
vào màng virion đưa đến bề mặt tế bào nên khơng trình diện kháng ngun để tạo
miễn dịch. Điều này dẫn đến sự hình thành của các tế bào đa nhân khổng lồ, cho phép
virus lây lan và tồn tại trong cơ thể bị nhiễm bệnh mà không bị hệ miễn dịch phát
hiện hoặc bị vơ hiệu hóa bởi các kháng thể đặc hiệu [51].

Hình 1.1. Quá trình xâm nhập và lây nhiễm của virus SARS-CoV-2 [63]
1.1.4. Tổng quan về các đích phân tử của virus SARS-CoV-2
Một số mục tiêu phân tử đóng vai trị quan trọng trong q trình xâm nhập và
lây nhiễm của virus SARS-CoV-2 đó là spike protein, enzym chuyển đổi angiotensin
2, main protease và ARN polymerase phụ thuộc ARN. Spike protein có liên quan đến
sự xâm nhập và lây nhiễm của virus. Enzym chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) là đích
đến đầu tiên cho quá trình tiếp cận và bám dính của virus vào các tế bào vật chủ. Main
protease và ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp) là enzym quan trọng trong quá
trình sao chép và phiên mã ARN trong tế bào chủ [24,116]. Chính vì vậy, ức chế

5

Luan van


những mục tiêu này giúp ngăn chặn quá trình xâm nhập và lây nhiễm của virus vào

tế bào chủ.
1.1.4.1.

Enzym chuyển angiotensine 2 của người (ACE2)

Enzym chuyển angiotensine 2 (ACE2) là một chất tương đồng của enzym
chuyển đổi angiotensine (ACE), được biểu hiện trong nhiều cơ quan và mô của con
người. Các hoạt động sinh học của ACE2 tương đối rộng và có thể chống lại các tác
động tiêu cực của hệ thống renin-angiotensin (RAS) trong nhiều bệnh. ACE2 là một
protein xuyên màng loại I, bao gồm vùng tận cùng N được glycosyl hóa ngoại bào
chứa vị trí carboxypeptidase và một đi ngắn của tế bào chất có đầu C nội bào [53].
Miền peptidase đầu cuối N cũng là vị trí liên kết SARS-CoV [62].
ACE2 được biểu hiện ở gần như tất cả các cơ quan của con người ở các mức
độ khác nhau. Trong hệ hơ hấp, phương pháp hóa mơ miễn dịch truyền thống và phân
tích ARN-seq đơn bào cho thấy ACE2 chủ yếu biểu hiện trên tế bào biểu mô phế
nang loại II, biểu hiện yếu hơn trên bề mặt tế bào biểu mô ở niêm mạc miệng, mũi và
vịm họng, cho thấy phổi là mục tiêu chính của SARS-CoV-2 [30,124]. Hơn nữa,
ACE2 được biểu hiện nhiều trên tế bào cơ tim, tế bào ống lượn gần của thận và tế
bào biểu mô bàng quang, và được biểu hiện nhiều trên các tế bào ruột của ruột non,
đặc biệt là ở hồi tràng [30,115,124]. Có hai cách để SARS-CoV xâm nhập vào tế bào
đích, đó là nội bào và dung hợp màng virus với màng tế bào đích. Cách dung hợp
màng virus hiệu quả hơn 100 lần so với cách nội bào để sao chép virus [74]. Với sự
trợ giúp của TMPRSS2, sự tiết ectodomain do ADAM17 điều chỉnh của ACE2 có
thể gây ra sự xâm nhập tế bào SARS-CoV thơng qua q trình nội bào [34,53]. Tuy
nhiên, hoạt động ADAM17 không bắt buộc đối với sự xâm nhập tế bào SARS-CoV
thông qua phản ứng tổng hợp [34]. Vì miền đầu cuối N là vị trí liên kết với
coronavirus, nên ACE2 lưu hành cũng liên kết với virus. Gần đây, hai nhóm nghiên
cứu đã chứng minh rằng sự xâm nhập nội bào của SARS-CoV-2 phụ thuộc vào
TMPRSS2-ex ACE2 [36,73]. Trong tế bào ruột và hô hấp của người, có ít hơn 10%
tế bào (bao gồm tế bào phổi loại II, tế bào ruột hấp thu hồi tràng và tế bào bài tiết

nước bọt ở mũi) đồng biểu hiện ACE2 và TMPRSS2 [122]. Bằng chứng này chỉ ra
rằng để lây nhiễm SARS-CoV-2 thành công, ACE2 và TMPRSS2 tế bào là cần thiết.
1.1.4.2.

Spike protein

SARS-CoV-2 xâm nhập vào tế bào chủ thông qua trung gian spike protein
[57,58,61]. Protein S là một glycoprotein trimeric TM lớp I liên quan đến sự xâm

6

Luan van


nhập và lây nhiễm của virus. Protein S có 2 chức năng chính là kết hợp với thụ thể và
hợp nhất virus [40]. Protein S được cấu tạo bởi hai tiểu đơn vị chức năng, bao gồm
tiểu đơn vị S1 và S2. Tiểu đơn vị S1 bao gồm miền đầu cuối N (NTD) và miền liên
kết thụ thể (RBD). Chức năng của tiểu đơn vị S1 là gắn với thụ thể trên tế bào chủ.
Tiểu đơn vị S2 chứa peptid dung hợp (FP), hepeptide lặp lại 1 (HR1), chuỗi xoắn
trung tâm (CH), miền gắn kết (CD), hepeptide lặp lại 2 (HR2), miền xuyên màng
(TM) và đuôi tế bào chất (CT) (Hình 1.2). Chức năng của tiểu đơn vị S2 là hợp nhất
màng của virus và tế bào vật chủ. Vị trí phân cắt ở giữa các tiểu đơn vị S1 và S2 được
gọi là vị trí phân cắt S1/S2 protease. Đối với tất cả các coronavirus, protease vật chủ
phân cắt spike protein tại vị trí phân cắt S2' để kích hoạt các protein quan trọng để
hợp nhất màng của virus và tế bào chủ thông qua những thay đổi cấu trúc không thể
đảo ngược. Các glycan liên kết N rất quan trọng đối với việc gấp nếp thích hợp, trung
hịa các kháng thể [102,105].
Nhìn chung, cấu trúc của spike protein SARS-CoV-2 giống với spike protein
SARS-CoV và có liên quan chặt chẽ. Các loại coronavirus khác nhau sử dụng các
miền đặc biệt trong tiểu đơn vị S1 để nhận ra các thụ thể xâm nhập khác nhau. Khi

SARS-CoV và SARS-CoV-2 xâm nhập vào tế bào vật chủ, chúng sẽ nhận ra thụ thể
enzym chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) trên tế bào chủ thông qua miền liên kết thụ
thể (RBD). Protein S có hai dạng cấu trúc, bao gồm trạng thái đóng và trạng thái mở
(Hình 1.2). Trạng thái mở là cần thiết cho sự hợp nhất của SARS-CoV-2 và màng tế
bào chủ, do đó tạo điều kiện cho SARS-CoV-2 xâm nhập vào tế bào chủ [102].

7

Luan van


Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của spike protein SARS-CoV-2 (A), Cấu trúc
Cryo-EM của spike protein SARS-CoV-2 (B): Trạng thái đóng (PDB: 6VXX)
(trái); trạng thái mở (PDB: 6VYB) (phải) [103]
1.1.4.3.

Main protease

Main protease (Mpro) là một enzym quan trọng đối với sự sao chép của virus,
đặc biệt enzym này phân cắt các polyprotein được dịch mã từ ARN của virus để tạo
ra các protein chức năng [116]. Mpro thủy phân polyprotein ít nhất 11 vị trí được bảo
tồn và bắt đầu bằng việc phân cắt pp1a và pp1b của Mpro. Mpro tạo thành một
homodimer (protomer A và protomer B). Mỗi protomer chứa ba miền phụ, đó là miền
I, miền II và miền III. Một vòng lặp dài nối miền II và miền III. Khe hở giữa miền I
và miền II là túi liên kết cơ chất, chứa các cặn xúc tác His41 và Cys145 [45]. Đối với
tất cả các coronavirus, các vị trí hoạt động của Mpro được bảo tồn cao và bao gồm
bốn vị trí: S1', S1, S2 và S4. Tại vị trí S1', thiol của cystein cố định chất ức chế bằng
liên kết cộng hóa trị. Đối với các chất ức chế, liên kết cộng hóa trị rất quan trọng để
duy trì hoạt động kháng virus của nó [107].
1.1.4.4.

ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp)

ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp) là một loại enzym quan trọng, có
vai trị trong quá trình sao chép và phiên mã ARN trong tế bào chủ [24]. RdRp là một

8

Luan van


enzym khơng có chất tương đồng tế bào chủ, các chất ức chế chọn lọc trên đích RdRp
ít tác động đến các tế bào khác ngồi tế bào đích do đó có thể được phát triển để cải
thiện hiệu quả và ít gây ra các tác dụng khơng mong muốn. Đây chính liệu pháp điều
trị COVID-19 an tồn và hiệu quả hơn so với ức chế các đích phân tử khác [120].
Sự sao chép của SARS-CoV-2 bị chi phối bởi một phức hợp sao chép phiên
mã có chứa một số đơn vị con. Phức hợp này bao gồm các protein phi cấu trúc của
virus (NSP) và lõi của phức hợp là RdRp trong nsp12. Các chức năng của nsp12 yêu
cầu các yếu tố phụ, bao gồm nsp7 và nsp8. Sự hiện diện của nsp7 và nsp8 đã làm tăng
đáng kể sự kết hợp của nsp12 và ARN mẫu mồi.
ARN polymerase phụ thuộc ARN xúc tác tổng hợp ARN của virus, là một
thành phần quan trọng của quá trình sao chép/phiên mã coronavirus. Các cấu trúc trên
SARS-CoV-2 nsp12 chứa miền mở rộng đầu N duy nhất của nidovirus sử dụng cấu
trúc nucleotidyltransferase (NiRAN) liên kết với nidovirus và miền ARN polymerase
phụ thuộc ARN “bên phải” ở đầu cuối C. Hai miền này được liên kết bởi một miền
giao diện (interface domain). Cấu trúc kẹp tóc β độc đáo (unique β-hairpin) duy nhất
được quan sát thấy trong miền mở rộng đầu cuối N. Kẹp tóc β tạo thành các điểm tiếp
xúc chặt chẽ để ổn định cấu trúc tổng thể. Miền ARN polymerase phụ thuộc ARN
chứa ba miền phụ: miền phụ ngón tay (fingers subdomain), miền phụ lòng bàn tay
(palm subdomain) và miền phụ ngón tay cái (thumb subdomain). Cấu trúc kẹp tóc β

chèn vào rãnh kẹp được hình thành bởi miền phụ của lòng bàn tay và miền NiRAN.
Trong miền lòng bàn tay, các motip polymerase A-G được bảo tồn cao tạo thành
khoang vị trí hoạt động của miền SARS-CoV-2 RdRp. Motip RdRp làm trung gian
tổng hợp ARN theo hướng khuôn mẫu trong khoang trung tâm thông qua bốn con
đường tiếp cận dung mơi tích điện dương, bao gồm đường vào khuôn, đường vào
mồi, kênh vào NTP và đường ra sợi non [24]. Một nghiên cứu gần đây cho thấy cấu
trúc hiển vi điện tử lạnh của phức hợp nsp12-nsp7-nsp8 ở dạng hoạt động (Hình 1.3)
[111].

9

Luan van


Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của spike protein SARS-CoV-2 (A), Cấu trúc
Cryo-EM của spike protein SARS-CoV-2 (B): Trạng thái đóng (PDB: 6VXX)
(trái); trạng thái mở (PDB: 6VYB) (phải) [103]
1.1.5. Các thuốc điều trị COVID-19 hiện nay
Hiện nay, các thuốc/liệu pháp điều trị COVID-19 ở các quốc gia khác nhau có
sự khác biệt nhưng mục tiêu điều trị chính đều hướng tới giải quyết nguyên nhân,
triệu chứng, điều trị suy hô hấp, chống cơn bão cytokin… Cụ thể, các thuốc/liệu pháp
đã được xem xét, áp dụng rộng rãi gần đây như: thuốc kháng virus, thuốc chống sốt
rét, kháng thể, thuốc điều hòa miễn dịch, thuốc chẹn thụ thể angiotensin II, thuốc đối
kháng thụ thể bradykinin B2, corticosteroid... Một số thuốc, liệu pháp điều trị tương
ứng với một số mục tiêu tiềm năng của virus SARS-CoV-2 được trình bày trong Hình
1.4.

10

Luan van

Hình 1.4. Các thuốc, liệu pháp điều trị một số mục tiêu tiềm năng của virus
SARS-CoV-2 [38]
Remdesivir, một chất kháng virus phổ rộng có thể ức chế sự nhân lên của
SARS-CoV-2, là loại thuốc điều trị đầu tiên có sẵn cho COVID-19. Nó là một tiền
chất monophosphoramidate phân tử nhỏ, vì nó được chuyển hóa thành nucleoside
triphosphat (dạng thuốc hoạt tính) bên trong tế bào thơng qua các phản ứng tuần tự
bằng cách thủy phân qua trung gian ester, và một chất tương tự adenosine, ngăn chặn
ARN-polymerase phụ thuộc ARN (RdRp) thơng qua thành phần nucleoside của nó
sau khi virus xâm nhập vào tế bào chủ. Vào ngày 1 tháng 5 năm 2020, trên cơ sở kết
quả sơ bộ từ các thử nghiệm giai đoạn 3, remdesivir đã được FDA chấp thuận để điều
trị cho bệnh nhân nhiễm SARS-CoV-2 [19,89].
Molnupiravir là loại thuốc kháng virus đường uống đầu tiên được phép điều
trị bằng COVID-19 ở Anh từ ngày 4/11/2021 dành cho người lớn có xét nghiệm

11

Luan van


COVID-19 dương tính, có ít nhất một yếu tố nguy cơ phát triển bệnh nặng [13].
Molnupiravir ngăn chặn sự sao chép của SARS-CoV-2 bằng cách gây ra nhiều đột
biến trong bộ gen của nó. Ngồi ra, molnupiravir cho thấy lợi ích đáng kể trong việc
giảm tỷ lệ nhập viện hoặc tử vong ở bệnh nhân COVID-19 nhẹ. Tuy nhiên, tác dụng
của nó đối với COVID-19 mức độ trung bình đến nghiêm trọng cần được nghiên cứu
thêm [94].
Thuốc đối kháng thụ thể Angiotensin II (ACE2), thuộc nhóm sartans, được
biết đến là thuốc hạ huyết áp và hiện đang được nghiên cứu để điều trị COVID-19.
Losartan ức chế sự gắn kết ACE2 với thụ thể AT1, do đó chống lại các tác dụng sinh

lý của angiotensin II [113]. ACE2 cũng liên quan đến bradykinin. Việc giảm lượng
ACE2 trong cơ thể khiến COVID-19 kích hoạt hệ thống bradykinin; dẫn đến thốt
dịch, bạch cầu đến phổi, gây ra tình trạng phù phổi kéo dài. Chính vì vậy, icatibant,
một chất ức chế thụ thể bradykinin B2, đã được giới thiệu như một ứng cử viên tiềm
năng để điều trị COVID-19 [97].
Paxlovid là sự kết hợp của ritonavir với nirmatrelvir, một chất ức chế main
protease SARS-CoV-2 hiện đang được đánh giá trong các thử nghiệm pha 3 về tính
an tồn và hiệu quả trong điều trị cho bệnh nhân COVID-19 với đối tượng là người
trưởng thành, khơng nhập viện và khơng có nguy cơ tiến triển nặng. Hiệu quả lâm
sàng của paxlovid đó là có thể giảm 80% tỷ lệ nhập viện. Ngoài ra, paxlovid cũng
đang được nghiên cứu như một chất dự phòng sau phơi nhiễm ở những bệnh nhân
trước đó đã tiếp xúc với SARS-CoV-2 [33].
Artemisinin là một loại thuốc trị sốt rét có nguồn gốc từ thiên nhiên, đã được
báo cáo là có nhiều hoạt tính dược lý, bao gồm kháng virus, chống ung thư và điều
hòa miễn dịch [23]. Ruiyuan Cao và cộng sự đã nghiên cứu các hoạt động kháng virus
của artemisinin và các chất có cấu trúc tương tự chống lại SARS-CoV-2 in vitro [11].
Trong số đó, artesunate và arteannuin B được phát hiện là những hợp chất có khả
năng kháng SARS-CoV-2 tốt. Bên cạnh đó, họ cũng phát hiện ra rằng thuốc trị sốt
rét lumefantrine có thể ức chế SARS-CoV-2 in vitro mặc dù có cấu trúc khác xa với
artemisinin.
Nafamostat mesylate và Camostat mesylate thuộc về chất ức chế serine
protease tổng hợp. Nafamostat có thể ức chế sự dung hợp màng qua trung gian S ở
giai đoạn đầu sau khi nhiễm virus SARS-CoV-2. Nafamostat ngăn chặn sự xâm nhập
tế bào của virus bằng cách ức chế enzym xuyên màng protease serine 2 (TMPRSS2),
ngăn chặn sự dung hợp màng qua trung gian protein S [32,37]. Hoffmann và cộng sự
12

Luan van

đã giới thiệu nafamostat như một chất ức chế lây nhiễm SARS-CoV-2 và tuyên bố
rằng nafamostat hiệu quả hơn camostat để ngăn chặn sự hợp nhất màng và sự xâm
nhập của tế bào chủ [37]. Trong một phân tích so sánh, nafamostat cho thấy khả năng
ngăn chặn sự xâm nhập của virus SARS-CoV-2 mạnh hơn so với một số loại thuốc
khác [50]. Hơn nữa, một báo cáo trường hợp trên ba bệnh nhân bị viêm phổi do
COVID-19 cho thấy việc sử dụng nafamostat có thể cải thiện các triệu chứng lâm
sàng [42].
Bevacizumab là một kháng thể đơn dòng, hoạt động chống lại yếu tố tăng
trưởng nội mô mạch máu (VEGF) và thường được chỉ định trong điều trị ung thư.
Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy vai trò cơ bản của VEGF trong chấn thương
phổi cấp tính (ALI) và hội chứng suy hơ hấp cấp tính (ARDS), cho thấy vai trò tiềm
năng trong việc quản lý bệnh nhân COVID-19. Hiện tại, một số thử nghiệm lâm sàng
về hiệu quả của bevacizumab ở những bệnh nhân mắc COVID-19 nặng đang trong
quá trình nghiên cứu [88].
Azithromycin là một chất kháng khuẩn macrolide có tác dụng chống lại nhiều
loại vi khuẩn Gram dương và Gram âm, đồng thời đóng vai trị điều hòa miễn dịch
và đã được sử dụng rộng rãi để điều trị bệnh nhân COVID-19 có các triệu chứng từ
trung bình đến nặng. Azithromycin cũng được sử dụng kết hợp với
hydroxychloroquine, mặc dù đã có báo cáo về việc tăng nguy cơ rối loạn nhịp tim ác
tính và đột tử do tim [21]. Mexiletine, một loại thuốc chống loạn nhịp tim nổi tiếng
được sử dụng cho bệnh nhân mắc hội chứng kéo dài QT bẩm sinh (LQTS) đã được
đề xuất kết hợp với hydroxychloroquine và azithromycin để điều trị bệnh nhân
COVID-19 nhằm hạn chế kéo dài QT quá mức [17,77].
Cuối cùng, việc sử dụng corticosteroid ở bệnh nhân COVID-19 vẫn còn gây
rất nhiều tranh cãi. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Trung tâm Kiểm sốt và Phịng
ngừa Dịch bệnh (CDC) thường khuyến cáo sử dụng glucocorticoid cho bệnh nhân
COVID-19 chỉ khi có các bệnh cảnh lâm sàng đi kèm như đợt cấp của bệnh phổi tắc
nghẽn mãn tính. Đối với những bệnh nhân COVID-19 nguy kịch, liệu pháp
corticosteroid có liên quan đến việc giảm tỷ lệ tử vong trong 28 ngày, nhưng việc sử
dụng corticosteroid cho thấy lợi ích đáng kể ở những bệnh nhân có biểu hiện tăng

viêm [16]. Ngoài ra, liệu pháp phối hợp thalidomide với glucocorticoid liều thấp đã
có hiệu quả trong việc cải thiện tình trạng của những bệnh nhân COVID-19 nguy
kịch.

13

Luan van


1.2.

Tổng quan về nhóm hợp chất antiviral thiên nhiên
Trong thời điểm hiện tại, cuộc chạy đua phát triển các loại thuốc điều trị
COVID-19 vẫn đang diễn ra với mục tiêu phát triển một loại thuốc kháng virus hiệu
quả để dự phòng và điều trị nhiễm SARS-CoV-2. Nhiều loại thuốc hiện tại đã được
xác định và áp dụng rộng rãi gần đây như: thuốc kháng virus, thuốc chống sốt rét,
kháng thể, thuốc điều hòa miễn dịch, thuốc chẹn thụ thể angiotensin II, thuốc đối
kháng thụ thể bradykinin B2, corticosteroid... Trong thực tế, mục tiêu là phát triển
một loại thuốc hiệu quả và làm tăng khả năng điều trị. Tuy nhiên, việc phát triển các
loại thuốc như vậy thường có liên quan đến các tác dụng phụ bất lợi như: loét, kích
ứng dạ dày, phù mạch, suy gan, nhức đầu, thiếu máu huyết tán, tăng đường huyết và
các vấn đề liên quan đến suy giảm miễn dịch…[5]. Chính vì vậy, việc sử dụng các
sản phẩm thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên thường được coi là an tồn như một hình
thức điều trị thay thế để tăng đáp ứng dược lý với ít tác dụng phụ không mong muốn.
Nhiều hợp chất tự nhiên được phân lập từ các cây thuốc đã được báo cáo là có
hiệu quả điều trị tốt chống lại các bệnh do nhiễm virus. Lin và cộng sự đã tóm tắt khả
năng kháng virus của các loại thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên chống lại một số tác
nhân gây bệnh do virus như: coronavirus, coxsackie, virus viêm gan B, C, virus
herpes simplex (HSV), virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV), virus
cúm…[64]. Hiện tại, đã có rất nhiều báo cáo nghiên cứu liên quan đến khả năng

kháng virus SARS-CoV-2 của các hợp chất antiviral thiên nhiên qua các nghiên cứu
in silico, in vitro, in vivo. Các kết quả này càng củng cố thêm tiềm năng điều trị
COVID-19 từ các loại thuốc antiviral có nguồn gốc từ thiên nhiên. Do đó, việc tìm
kiếm các hợp chất antiviral từ dược liệu có tác dụng ức chế virus SARS-CoV-2 là
một chủ đề đáng được quan tâm, đặc biệt đối với một nước có nguồn tài nguyên thực
vật phong phú như Việt Nam.
1.3.

Tổng quan về nghiên cứu in silico
Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới là một quá trình rất phức tạp,

gồm nhiều giai đoạn, từ lựa chọn mục tiêu phân tử của thuốc mới cho đến khi thuốc
được phê duyệt và đưa ra thị trường. Quá trình này tốn nhiều thời gian và tiền bạc mà
tỷ lệ thành công lại rất thấp (< 2% hợp chất mới được nghiên cứu có thể có đặc tính
sinh học phù hợp để làm thuốc).
Hiện nay, vấn đề thiết kế thuốc hiệu quả nhất đã được giải quyết bằng cách sử
dụng kỹ thuật thiết kế thuốc dựa trên sự hỗ trợ của máy tính [9]. Trong q trình
nghiên cứu và phát triển thuốc mới, máy tính là cơng cụ hỗ trợ đắc lực, từ việc tìm

14

Luan van


kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, đến tối ưu hóa cấu trúc các hợp chất
nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, nghiên cứu các tính chất dược động học
của thuốc, đến các khâu nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng. Tất cả được gọi chung
là phương pháp “in silico” nhằm phân biệt với các phương pháp còn lại như in vitro,
in vivo và in situ.
Thuật ngữ in silico có nguồn gốc từ tiếng Latin, dùng để diễn đạt các công

việc được thực hiện trên máy tính thơng qua các chương trình giả lập dùng để mơ
phỏng các q trình tự nhiên. So với các phương pháp thực nghiệm truyền thống,
phương pháp in silico có ưu thế giúp thiết kế những phân tử thuốc mới với những ưu
thế vượt trội như: giải thích bản chất phân tử của các tương tác thuốc, rút ngắn thời
gian thực hiện. Ngoài ra, phương pháp in silico cho phép dự đốn hoạt tính sinh học
sử dụng các mơ hình tốn học, nghiên cứu dự đốn cơ chế tác dụng, cơ chế gây độc
của các hợp chất. Do đó, phương pháp này giúp tiết kiệm đáng kể cả thời gian và tiền
bạc trong việc phát triển một thuốc mới.
1.3.1. Docking phân tử (Molecular docking)
1.3.1.1.

Đại cương về phương pháp docking phân tử

Docking là phương pháp thiết kế thuốc dựa vào cấu trúc mục tiêu tác động,
nghiên cứu khả năng gắn kết một hay nhiều phối tử vào mơ hình điểm gắn kết
(binding site - active site) của protein, enzym, ADN.... trong không gian ba chiều [4].
Docking phân tử hay protein docking là kỹ thuật mơ hình hóa nhằm dự đốn vị trí và
cấu hình thuận lợi mà phối tử (ligand) có thể gắn kết trên phân tử protein. Phối tử
được dịch chuyển trong không gian bao quanh phân tử protein để tìm vị trí có năng
lượng liên kết tự do âm nhất, sử dụng các hàm đánh giá và phương pháp tìm kiếm
cực trị tồn cục khác nhau. Từ đó có thể tìm ra những hợp chất có tác dụng dược lý
tốt mà chưa cần làm thí nghiệm.
Khi phối tử gắn kết lên một phân tử protein mục tiêu, cần chú ý đến sự phù
hợp về hình dạng, kích thước và năng lượng liên kết tự do giữa phối tử với đích. Năng
lượng liên kết của phức hợp phối tử - receptor được tính bởi hàm tính điểm (scoring
function) và được cho bởi hằng số liên kết (Kd) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG). Dự
đoán về năng lượng liên kết được thực hiện bằng cách đánh giá những tương tác hóa
lý quan trọng bao gồm: các tương tác liên phân tử, các ảnh hưởng của hiệu ứng hòa
tan (solvat), hiệu ứng entanpy và entropy [41]. Do đó, số lượng các tham số hoá lý
được đánh giá càng lớn thì độ chính xác càng cao. Tuy nhiên, nếu số lượng biến càng

lớn thì thời gian tính tốn sẽ lâu. Các hàm tính điểm hiệu quả nên đưa ra sự cân bằng
15

Luan van