Khóa luận tốt nghiệp ngành dược sĩ tìm kiếm một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.47 MB, 57 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƢỢC
SINH VIÊN: PHẠM THỊ THU UN
**********
ĐỀ TÀI
TÌM KIẾM HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN CĨ TÁC
DỤNG HẠ ĐƢỜNG HUYẾT HƢỚNG ĐIỀU TRỊ
Tà
TIỂU ĐƢỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP
u
iệ
il
IN SILICO
U
VN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC SĨ
HÀ NỘI - 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƢỢC
Người thực hiện:
LờiPHẠM
cảm ơn THỊ THU UYÊN
Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ **********
lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới
người thầy của tôi – TS. Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên,
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con
đường nghiên cứu khoa học và trong suốt qng thời gian tơi thực hiện khóa luận.
ĐỀ TÀI
Tơi xin chân thành cảm ơn Ths. Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y
Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong q
trình
nhận và
thực hiệnHỢP
đề tài. CHẤT THIÊN NHIÊN CĨ TÁC
TÌM
KIẾM
Tơi cũngHẠ
xin được
cảm ơn cô Lê
Thị Thu Hường
đã dẫn dắt ĐIỀU
tôi trong những
DỤNG
ĐƢỜNG
HUYẾT
HƢỚNG
TRỊ
bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình.
TIỂU
ĐƢỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP
Tôi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu của mình, em Lại Đức Anh
đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua.
Tà
IN SILICO
u
iệ
il
Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cơ ở bộ
mơn DượcKHĨA
liệu vàLUẬN
dược học
cổ truyền,
các ĐẠI
thầy HỌC
cơ ở Phịng
đào DƢỢC
tạo & CTHSSV,
TỐT
NGHIỆP
NGÀNH
SĨ
cũng như các thầy cơ trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt
tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện khóa luận.
VN
U
Khóa:
QH tơi
- 2015Y
Cuối cùng,
xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất cả những
người thân trong gia đình đã ln ở bên u thương, ủng hộ để tơi có được ngày
Người hướng dẫn: TS. PHẠM THẾ HẢI
hơm nay!
ThS. HÀ THỊ THANH
HƢƠNG
Hà Nội,
ngày 10, tháng 5, năm 2020
Phạm Thị Thu Uyên
HÀ NỘI - 2020
Lời cảm ơn
Đầu tiên, tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới
người thầy của tôi – TS. Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên,
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con
đường nghiên cứu khoa học và trong suốt qng thời gian tơi thực hiện khóa luận.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ths. Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y
Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong q
trình nhận và thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin được cảm ơn cô Lê Thị Thu Hường đã dẫn dắt tôi trong những
bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình.
Tơi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu của mình, em Lại Đức Anh
đã hỗ trợ tơi trong suốt thời gian qua.
u
iệ
il
Tà
Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ
môn Dược liệu và dược học cổ truyền, các thầy cô ở Phịng đào tạo & CTHSSV,
cũng như các thầy cơ trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt
tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện khóa luận.
U
VN
Cuối cùng, tơi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tơi và tất cả những
người thân trong gia đình đã ln ở bên u thương, ủng hộ để tơi có được ngày
hôm nay!
Hà Nội, ngày 10, tháng 6, năm 2020
Phạm Thị Thu Uyên
i
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Alloxan
CSDL
Cơ sở dữ liệu
CVD
Bệnh tim mạch
DPP4
Dipeptidyl peptidase-4
ĐTĐ
Đái tháo đường
IC50
Nồng độ ức chế 50%
IDF
Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới
GIP
Peptide insulinotropic phụ thuộc glucose
GLP-1
Peptide giống glucagon 1
GLUT2
Vận chuyển glucose loại 2
HbA1c
Huyết sắc tố glycosyl hóa
LADA
Latent Autoimmune Diabetes of Adulthood
PPARγ
Thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator γ (Peroxisome proliferatoractivated receptors gamma)
QSAR
Mơ hình liên quan giữa cấu trúc và tác dụng
RMSD
Root mean square deviation (Độ lệch căn quân phương)
ROS
Loại oxy phản ứng
u
iệ
il
Tà
ALX
U
VN
ii
SGLT2
Protein đồng vận chuyển glucose 2 ( Sodium-glucose cotransporter-2)
SMILES
Simplified Molecular Input Line Entry Specification
STZ
Streptozotocin
TrS
Tập huấn luyện (Training set)
TS
Tập kiểm tra (Test set)
TSPT
Tham số phân tử
TZD
Thiazolidinedione
u
iệ
il
Tà
U
VN
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................ ii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ viii
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................ 1
1.1.
Tổng quan về bệnh đái tháo đường ............................................................... 1
1.1.1.
Khái niệm .................................................................................................... 1
1.1.2.
Phân loại ...................................................................................................... 1
1.1.3.
Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2 ......................................................... 4
1.2.
Mơ hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới ............................... 8
1.3.
Đại cương về QSAR................................................................................... 10
1.4.
Kỹ thuật Protein docking. ........................................................................... 12
Tà
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG
il
PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 14
iệ
2.1. Nguyên liệu .......................................................................................................... 14
u
2.1.1. Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mơ hình QSAR .................... 14
VN
2.1.2. Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mơ hình phân biệt ................ 15
2.1.3. Cơ sở dữ liệu dùng để sàng lọc hoạt tính........................................................ 15
U
2.1.4. Cấu trúc tinh thể của các protein dùng trong nghiên cứu Docking .................. 15
2.2. Thiết bị, phần mềm ............................................................................................... 16
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 17
2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 17
2.4.1. Xây dựng mơ hình QSAR dự đốn hoạt tính trên các đích ĐTĐ tp 2 đã chọn.
............................................................................................................................... 18
2.4.2. Sàng lọc in silico các hợp chất thiên nhiên hướng tác dụng trên đích ĐTĐ tuýp
2: PPARγ và SGLT2 ............................................................................................... 22
2.4.3. Mô phỏng protein docking ............................................................................. 23
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................. 25
3.1. Kết quả nghiên cứu ............................................................................................... 25
3.1.1. Kết quả xây dựng hai mơ hình QSAR trên phần mềm MobyDigs cho phép tìm
kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2
hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2. ..................................................................................... 25
3.1.2. Kết quả sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu
đường tp 2 sử dụng hai mơ hình QSAR đã xây dựng. .......................................... 25
iv
3.1.3. Kết quả kiểm tra tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mơ hình in vivo.. 27
3.2.
Bàn luận ..................................................................................................... 28
3.2.1. Đánh giá kết quả xây dựng hai mơ hình QSAR trên phần mềm MobyDigs cho
phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγ và
SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2.......................................................................... 28
3.2.2. Về các hợp chất đã sàng lọc theo hai mơ hình QSAR đã xây dựng. ................ 33
3.2.3. Đánh giá lại tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mơ hình máy tính in
vivo ......................................................................................................................... 35
KẾT LUẬN................................................................................................................ 39
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 40
u
iệ
il
Tà
U
VN
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng ................................. 5
Bảng 2.1. Các phần mềm tính tham số phân tử thơng dụng.............................................. 19
Bảng 3.1. Các hợp chất có tác dựng đồng thời trên 2 đích phân tử là PPARγ và SGLT2. . 26
Bảng 3.2. Các hợp chất được dự đốn là có hoạt tính in vivo........................................... 28
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá nội và đánh ngoại mơ hình QSAR ........................................ 30
Bảng 3.4: Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mơ hình QSAR trên đích
PPARγ ............................................................................................................................ 31
Bảng 3.5: Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mơ hình QSAR trên đích
SGLT2 ............................................................................................................................ 32
Bảng 3.6. Giá trị Score của các hợp chất trong Docking trên 2 đích phân tử .................... 33
Bảng 3.7. Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích PPARγ ................ 35
Bảng 3.8. Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích SGLT2 ................ 36
Bảng 3.9. Một số thông tin về các hợp chất thu được sau quá trình sàng lọc. ................... 37
u
iệ
il
Tà
U
VN
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Q trình nghiên cứu phát triển thuốc ...................................................... 9
Hình 2.1. Cấu trúc khung các chất chủ vận PPARγ trong cơ sở dữ liệu.................. 14
Hình 2.2. Cấu trúc 3D của thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ .................. 15
Hình 2.3. Cấu trúc 3D của Protein đồng vận chuyển natri - glucose 2 .................... 16
Hình 2.4. Quá trình nghiên cứu đề tài tìm kiếm hợp chất hợp chất thiên nhiên có tác
dụng trên các đích điều trị ĐTĐ tp 2 (PPARγ và SGLT2) theo mơ hình in silico
và in vivo............................................................................................................... 18
Hình 3.1. Khả năng kích thích thực tế so với số liệu tính tốn của tập dữ liệu các
chất kích hoạt PPARγ ............................................................................................ 29
u
iệ
il
Tà
Hình 3.2. Khả năng ức chế thực tế so với số liệu tính tốn của tập dữ liệu các chất
ức chế SGLT2 ....................................................................................................... 29
U
VN
vii
ĐẶT VẤN ĐỀ
u
iệ
il
Tà
Thống kê từ liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế (International Diabetes
Federation) năm 2015 cho thấy, ước tính có khoảng 415 triệu người (nằm trong độ
tuổi từ 20-79) mắc bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) và hơn 5 triệu ca tử vong trên tổng
số 111 nước được nghiên cứu [38]. Khoảng 75% những người mắc và chết do tiểu
đường đến từ các nước có thu nhập thấp và trung bình. Trong đó bệnh đái tháo
đường tp 2 chiếm hơn 90% các trường hợp mắc. Số ca mắc và tỷ lệ mắc bệnh tiểu
đường đều tăng đều đặn trong vài thập kỷ qua. Các liệu pháp ngăn ngừa và điều trị
hiện tại mặc dù có hiệu quả, tuy nhiên cũng còn nhiều hạn chế như: sử dụng
Biguanide sẽ gây ra các vấn đề về tiêu hóa, Sulfonylureas gây hạ đường huyết, tăng
nguy cơ mắc bệnh tim mạch... Mặt khác chi phí trực tiếp cần thiết cho việc theo dõi
lâu dài bệnh tiểu đường và các biến chứng của nó là một gánh nặng đáng kể đối với
các nền kinh tế quốc gia. Người ta ước tính rằng 12% chi phí chăm sóc sức khỏe
tồn cầu được chi cho bệnh tiểu đường và tỷ lệ mắc trên toàn thế giới dự kiến sẽ
tăng từ 8.8% trong năm 2015 lên 10,4% vào năm 2040. Gánh nặng kinh tế toàn cầu
của căn bệnh này có thể được dự kiến sẽ tăng vọt [38]. Do đó, cần phải đầu tư vào
nghiên cứu các liệu pháp mới trong điều trị và quản lý bệnh tiểu đường.
U
VN
Nhiều nhóm thuốc hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2 đã được phát triển và được đưa
vào sử dụng rộng rãi như: insulin, nhóm thuốc biguanid, thiazolidinedione (TZD),
sulfonylurea, meglitinide, chất ức chế α-glucosidase hay dipeptidyl peptidase-4
(DPP4), các chất đồng vận thụ thể GLP-1 và các chất tương tự amylin. Chúng hoạt
động chủ yếu theo 2 cơ chế là giảm hấp thu glucose đường ruột và kích thích tế bào
β đảo tuỵ. Trong các thuốc mới phát triển, nhiều hoạt chất được tìm thấy thơng qua
q trình thiết kế và sàng lọc hợp lý với sự hỗ trợ của các mơ hình máy tính (in
silico), đặc biệt là các mơ hình liên quan định lượng giữa cấu trúc và tác dụng
(QSAR). Các mơ hình in silico có lợi thế so với các mơ hình thực nghiệm truyền
thống về thời gian và chi phí vận hành. Hiện nay các mơ hình in silico đã trở thành
một phần không thể tách rời trong các dự án nghiên cứu và phát triển thuốc mới,
chúng được sử dụng trong giai đoạn sàng lọc các thư viện hố học lớn nhằm tìm
kiếm hợp chất tiềm năng cho các nghiên cứu thực nghiệm [29].
Nghiên cứu khoa học về thực vật là một chiến lược thay thế hiệu quả để tìm
ra các tác nhân trị liệu mới. Ví dụ, 1,1-dimethylbiguanide, hoạt chất trong thuốc
metformin trị đái tháo đường nổi tiếng, có nguồn gốc từ guanidine - một hợp chất
hạ huyết áp được phát hiện từ cây lilac của Pháp, Galega officinalis [5]. Một số loại
viii
thuốc thông thường được kê đơn cũng được phát hiện từ thực vật. Các ví dụ phổ
biến bao gồm morphine giảm đau từ Papaver somniferum (thuốc phiện), thuốc
chống viêm aspirin từ Salix alba (cây liễu trắng) và thuốc chống sốt rét, quinine từ
Cinchona succirubra [17]. Vì vậy nghiên cứu khoa học về cây thuốc dựa trên bằng
chứng để khám phá các sản phẩm tự nhiên hoạt tính sinh học với các ứng dụng điều
trị là một con đường đầy hứa hẹn để thiết lập các liệu pháp mới cho bệnh này.
Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên dược liệu vô cùng dồi dào và
phong phú, đây là một nguồn quan trọng và đầy hứa hẹn để xác định các hợp chất
chống đái tháo đường mới. Hàng ngàn hoạt chất đã được xác định và phân lập từ
các cây dược liệu là nguyên liệu vô cùng quý giá cho các nghiên cứu sàng lọc tìm
kiếm các hợp chất dẫn đường có tác dụng tốt trong kiểm sốt đường huyết ở bệnh
nhân ĐTĐ tuýp 2.
il
Tà
Từ những phân tích nêu trên, nhằm góp phần tìm kiếm các chất có hoạt tính tốt
phù hợp phát triển thành thuốc điều trị ĐTĐ tuýp 2, tơi tiến hành đề tài “Tìm kiếm
một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường
tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico” với mục tiêu chính như sau:
u
iệ
1. Xây dựng hai mơ hình QSAR cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh
học trên từng đích phân tử là PPARγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2.
U
VN
2. Sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu đường tuýp
2 sử dụng hai mô hình QSAR đã xây dựng.
3. Kiểm tra hoạt tính sinh học của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo.
ix
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.
Tổng quan về bệnh đái tháo đƣờng
1.1.1. Khái niệm
Theo Bộ Y tế Việt Nam năm 2017, Đái tháo đường (ĐTĐ) được định nghĩa là
“bệnh rối loạn chuyển hóa khơng đồng nhất, có đặc điểm tăng glucose huyết do
khiếm khuyết về 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 carbohydrate, protide,
lipide, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu,
thận, mắt, thần kinh”[1].
u
iệ
il
Tà
Theo số liệu của Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới (IDF-International Diabetes
Federation), năm 2015, trong 111 nước được điều tra có đến 415 triệu người (20-79
tuổi) mắc ĐTĐ, và ước tính đến năm 2040 con số này sẽ tăng lên 642 triệu, tức là
cứ 10 người có 1 người bị ĐTĐ. Mặt khác, cùng với việc sử dụng thực phẩm không
khoa học, an toàn, thiếu vận động ở trẻ nhỏ, bệnh ĐTĐ tuýp 2 đang có xu hướng
tăng ở cả trẻ em, trở thành một trong những vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêm
trọng. Bệnh ĐTĐ gây nên nhiều biến chứng nguy hiểm, điển hình như các bệnh tim
mạch (tăng huyết áp, xơ vữa động mạch,…), mắt (đục thủy tinh thể), thận (suy
thận), và cắt cụt chi [1].
VN
U
Tại Việt Nam, năm 2012, tỷ lệ hiện mắc ĐTĐ trên toàn quốc ở người trưởng
thành là 5.42%, tỷ lệ ĐTĐ chưa được chẩn đoán trong cộng đồng là 63.6%. Theo
kết quả điều tra STEPwise về các yếu tố nguy cơ của bệnh không lây nhiễm do Bộ
Y tế thực hiện năm 2015 ở nhóm từ 18-69 tuổi cho thấy tỷ lệ ĐTĐ toàn quốc là
4,1%, tiền ĐTĐ là 3,6% [1].
1.1.2. Phân loại
a)
Đái tháo đường tuýp 1 (do phá hủy tế bào beta tụy, dẫn đến thiếu insulin
tuyệt đối) [1].
Đái tháo đường tuýp 1 chiếm 5 - 10% của tất cả các trường hợp đái tháo đường
do tế bào beta bị tàn phá nên bệnh nhân khơng cịn hoặc cịn rất ít insulin. Trong đó,
95% là do cơ chế tự miễn (tuýp 1A), 5% vô căn (tuýp 1B). Bệnh nhân bị giảm
lượng insulin, tăng glucagon trong máu, nếu không điều trị sẽ bị nhiễm toan ceton.
Bệnh ĐTĐ tuýp 1 có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi nhưng chủ yếu xuất hiện từ sớm (trẻ
em, thiếu niên). Bệnh nhân cần bổ sung insulin để ổn định đường huyết. Người lớn
1
tuổi có thể bị ĐTĐ tự miễn diễn tiến chậm (LADA - Latent Autoimmune Diabetes
of Adulthood), ban đầu bệnh nhân cịn đủ insulin nên chưa bị nhiễm toan ceton và
có thể điều trị bằng thuốc viên nhưng tình trạng thiếu insulin sẽ nặng dần theo thời
gian [1].
Dấu ấn di truyền của ĐTĐ tuýp 1: Mẹ bị ĐTĐ tuýp 1 nguy cơ con bị là 3%,
nguy cơ tăng đến 6% nếu cha bị ĐTĐ. Tỉ lệ cùng mắc ĐTĐ tuýp 1 ở hai trẻ sinh đôi
cùng trứng là 25-50% [1].
Yếu tố môi trường của ĐTĐ tuýp 1: rubella bẩm sinh, virus quai bị, thuốc diệt
chuột Vacor, hydrogen cyanide ở rễ cây sắn có liên quan đến ĐTĐ tuýp 1 [1].
b)
Đái tháo đường tuýp 2 (do giảm chức năng của tế bào β tuyến tụy tiến triển
trên nền tảng đề kháng insulin) [1].
Đái tháo đường tuýp 2 trước kia được gọi là ĐTĐ của người lớn tuổi hay ĐTĐ
không phụ thuộc insulin, là dạng phổ biến nhất của bệnh ĐTĐ (chiếm 90-95% trong
tất cả các trường hợp) và do đó là trọng tâm chính của nghiên cứu bệnh tiểu đường.
Tà
u
iệ
il
Kháng insulin và sự suy giảm liên tục của tế bào β đảo tụy là trung tâm của căn
nguyên của ĐTĐ tuýp 2 [22]. Tuy nhiên thường ở giai đoạn đầu hoặc có khi suốt
cuộc sống bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 không cần bổ sung insulin để sống sót. Bệnh
nhân khơng có sự phá hủy tế bào β do tự miễn, khơng có kháng thể tự miễn trong
máu. Do tình trạng kháng insulin, trong giai đoạn đầu tế bào β sẽ bù trừ và tăng tiết
insulin trong máu, nếu tình trạng này kéo dài hoặc nặng dần, tế bào β sẽ không tiết
đủ insulin và ĐTĐ tuýp 2 lâm sàng sẽ xuất hiện. Sự kháng insulin cũng có thể cải
thiện khi giảm cân, hoặc dùng một số thuốc nhưng khơng bao giờ hồn tồn trở lại
bình thường [1].
U
VN
Tăng đường huyết (mức đường huyết lúc đói ≥ 7,0 mmol/L, hoặc mức đường
huyết ngẫu nhiên ≥ 11,1 mmol / L) là đặc điểm bất thường về sinh lý của bệnh tiểu
đường. Do đó, việc đo mức đường huyết được sử dụng để sàng lọc, chẩn đốn và
theo dõi bệnh tiểu đường [1],[7]. Có bốn loại xét nghiệm có sẵn: (1) đường huyết
lúc đói; (2) xét nghiệm dung nạp glucose đường uống; (3) xét nghiệm glucose ngẫu
nhiên; và (4) HbA1c, hoặc xét nghiệm hemoglobin glycated.
Hầu đa bệnh nhân có triệu chứng béo phì hoặc thừa cân và/hoặc béo phì vùng
bụng với vịng eo to. Nồng độ đường huyết cao kéo dài (như trong trường hợp bệnh
tiểu đường) gây tổn hại cho nhiều hệ thống cơ quan. Do đó, ĐTĐ tuýp 2 có liên
quan đến các biến chứng nặng nề lâu dài góp phần gây ra tỷ lệ mắc bệnh và tử vong
2
cao. Ví dụ, tổn thương mạch máu và thần kinh do tăng đường huyết mãn tính thúc
đẩy sự tiến triển của bệnh tim mạch (CVD), và có thể dẫn đến mất thị lực và suy
thận [52]. Bệnh võng mạc do tiểu đường là ngun nhân chính gây mù có thể phòng
ngừa được, trong khi bệnh thận do tiểu đường là ngun nhân chính gây ra bệnh
thận [60]. Do đó, việc kiểm sốt tăng đường huyết ở mức thích hợp là mục tiêu
chính của điều trị bệnh tiểu đường và nhằm mục đích giảm thiểu sự phát triển của
các biến chứng mãn tính.
Nguy cơ ĐTĐ tuýp 2 gia tăng với tuổi, béo phì và ít vận động. ĐTĐ tp 2
cũng thường xuất hiện ở phụ nữ có tiền sử ĐTĐ thai kỳ, những người có tăng huyết
áp, rối loạn lipid máu và ở một số sắc tộc nhạy cảm như Mỹ da đen, Mỹ bản địa,
người Mỹ gốc La tinh, Mỹ gốc Á, dân châu Mỹ La tinh, người gốc Nam Á, một số
đảo vùng Thái Bình Dương.
iệ
il
Tà
Yếu tố di truyền cũng ảnh hưởng mạnh trong bệnh ĐTĐ tuýp 2, tỉ lệ cùng bị
ĐTĐ của hai người sinh đôi cùng trứng là 90%, hầu hết người ĐTĐ típ 2 đều có
thân nhân bị ĐTĐ. Có thể bệnh do ảnh hưởng của nhiều gen chi phối. Nếu phát hiện
một gen cụ thể gây tăng glucose huyết, bệnh nhân sẽ được xếp vào thể bệnh chuyên
biệt của ĐTĐ [1].
u
Yếu tố môi trường: Bệnh tiểu đường tuýp 2 là kết quả của sự tương tác giữa
khuynh hướng di truyền và các yếu tố rủi ro mơi trường có thể thay đổi và khơng
thể sửa đổi như béo phì, chế độ ăn uống kém và ít vận động [1].
U
VN
c) Đái tháo đường thai kỳ (là ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3
tháng cuối của thai kỳ và khơng có bằng chứng về ĐTĐ tuýp 1, tuýp 2 trước đó)
[1].
ĐTĐ thai kỳ là tình trạng rối loạn đường huyết ở bất kỳ mức độ nào được chẩn
đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối của thời kỳ mang thai và khơng có bằng
chứng về ĐTĐ tuýp 1 hay tuýp 2 trước đó. Sau thời gian sinh phần lớn glucose máu
trở về bình thường, chỉ có một số ít tiến triển thành ĐTĐ tuýp 2.
Thai phụ sẽ được chẩn đoán là ĐTĐ chưa được chẩn đốn hoặc chưa được phát
hiện nếu có thai 3 tháng đầu được phát hiện tăng glucose huyết và dùng tiêu chí
chẩn đốn như ở người khơng có thai. ĐTĐ thai kỳ có xu hướng gặp ở phụ nữ thừa
cân, béo phì, nhiều tuổi hay phụ nữ sinh đẻ nhiều lần.
d) Thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ do các nguyên nhân khác, như [1]:
3
- Sự khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen trội tại tế bào beta
(ĐTĐ đơn gen thể MODY).
- Khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen lặn tại tế bào beta.
- Khiếm khuyết gen liên quan đến hoạt tính insulin.
- Bệnh lý của tụy.
- Bệnh lý nội tiết.
- Do thuốc, hóa chất.
- Các hội chứng bất thường nhiễm sắc thể khác (Hội chứng Down, Klinefelter,
Turner,…)
1.1.3. Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2
u
iệ
il
Tà
Một số liệu pháp dược phẩm hiện đang có sẵn để điều trị ĐTĐ tuýp 2
(Bảng 1.1) với các phương thức hoạt động khác nhau. Ví dụ, sulfonylureas và
meglitinide là các chất tiết insulin; tức là chúng kích thích tiết insulin bằng cách
kích tích tế bào β của tuyến tụy [30]. Biguanide và thiazolidinediones là thuốc gây
nhạy cảm với insulin (còn được gọi là insulinomimetic) [32]. Acarbose ức chế α glucosidase trong lòng của ruột non và làm chậm quá trình tiêu hóa và hấp thu
carbohydrate trong chế độ ăn uống, do đó làm giảm chứng tăng đường huyết sau ăn
[14].
U
VN
Một loại liệu pháp chống đái tháo đường mới hơn dựa trên hoạt tính hạ đường
huyết của hormone incretin peptide giống glucagon-1 (GLP-1) và peptide ức chế
phụ thuộc glucose (GIP). GLP-1 và GIP điều chỉnh sự thèm ăn và cảm giác no, ức
chế bài tiết glucagon và thúc đẩy sản xuất insulin. Chúng được sản xuất bởi các tế
bào enteroendocrine trong đường tiêu hóa và bị thối hóa nhanh chóng bởi
dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4). Do đó các chất tương tự và chất chủ vận thụ thể của
GLP-1 và GIP, và các chất ức chế DPP-4 có tác dụng điều trị chống lại ĐTĐ tuýp 2
[10, 15, 47].
Các chất ức chế đồng vận chuyển glucose (SGLT) là một nhóm thuốc uống mới
khác để điều trị bệnh tiểu đường [23]. Các protein SGLT-2 trong ống lượn gần thận
chịu trách nhiệm cho sự tái hấp thu glucose từ dịch lọc của cầu thận vào dòng máu
[23]. Ức chế chọn lọc SGLT-2 tạo điều kiện cho glucose loại bỏ trong nước tiểu
bằng cách ức chế tái hấp thu glucose ở thận [23, 44, 59]. Protein SGLT-1 là chất
4
vận chuyển glucose liên quan đến sự hấp thụ glucose ở ruột non và ức chế protein
SGLT-1 làm chậm sự hấp thu glucose ở ruột và làm giảm mức đường huyết sau
ăn. Các chất ức chế SGLT-1 vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, tuy nhiên, một
chất ức chế SGLT-1/2 kép, sotagliflozin, ức chế cả SGLT-1 và SGLT-2 đã cho thấy
hiệu quả trong việc kiểm soát nồng độ glucose trong máu và thể hiện một phương
pháp điều trị đầy hứa hẹn cho cả ĐTĐ tuýp 1 và ĐTĐ tuýp 2 [12, 36].
Bảng 1.1. Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng
Đích tác
dụng
Cơ chế tác
dụng
Tác dụng
Một số hoạt
khơng
chất
mong muốn
TL
TK
Insulin
Thụ thể
insulin
Điều hồ
thiếu hụt /
nhạy cảm
insulin
Hạ đường
Insulin
huyết, tăng
glargine,
cân, dị ứng... Insulin lispro
[34,
45]
Sulfonylurea
Kênh K+
nhạy cảm
ATP
Hạ đường
huyết, tăng
cân, tăng
nguy cơ mắc
bệnh CVD
Tolbutamide,
glipizide,
glyburide,
glimepiride
[30]
Meglitinide
Kênh K
nhậy cảm
ATP
Repaglinide,
nateglinide
[30]
Biguanide
Tăng độ nhạy Giảm sản
insulin
xuất glucose
Giảm sản
tại gan
lượng glucose
của gan
Tà
Nhóm thuốc
u
iệ
il
Kích thích
tăng tiết
insulin
tuyến tụy
U
VN
Kích thích
tăng tiết
insulin
tuyến tụy
5
Hạ đường
huyết, tăng
cân...
Rối loạn tiêu Metformin
hóa, nhiễm
toan lactic,
nguy cơ hạ
đường huyết
trong liệu
pháp phối
hợp,…
[30]
Thiazolidined PPARγ
ione
Tăng độ
nhạy insulin
Nhiễm độc
gan, tăng
cân, phù,
thiếu máu,...
Pioglitazone,
rosiglitazone
Saroglitazar
[30,
39,
46]
PPAR α và γ
Giảm
triglyceride,
tăng nhạy
cảm insulin
Viêm dạ
dày, suy
nhược, sốt
Ức chế αglucosidase
αglucosidase
Giảm hấp
thu
carbohydrat
e ở chế độ
ăn uống
Rối loạn tiêu Acarbose,
hóa
miglitol
[56]
Rối loạn tiêu Exenatide,
hóa, buồn
liraglutide
nơn, đau
bụng, sụt
cân
[16,
37]
U
SGLT2
VN
Ức chế kênh
đồng vận
chuyển natri
– glucose
(SGLT2)
peptidase-IV
(DPP4)
u
peptidase-IV
Dipeptidyl
iệ
Chất ức chế
Dipeptidyl
Trì hỗn
việc làm
rỗng dạ dày
il
Thuốc bắt
GLP-1
chước
Incretin / chất
chủ vận
GLP-1
Tà
Chất chủ vận
PPAR kép α
và γ
Tăng nồng
độ incretin
GLP-1 trong
máu
Tăng nguy
cơ nhiễm
trùng, đau
đầu
Vildagliptin,
sitagliptin,
saxagliptin
[16,
37]
Ức chế tái
hấp thu
glucose,
thúc đẩy bài
tiết glucose
trong nước
tiểu
Nhiễm toan
ceton
Canagliflozi,
dapagliflozin,
empagliflozin
[23,
44,
59]
6
Hiện nay, các chất tiết insulin và metformin là nhóm thuốc được kê đơn rộng
rãi nhất trong các liệu pháp chống tiểu đường. Metformin là thuốc ĐTĐ tuýp 2 phổ
biến nhất và được kê đơn là liệu pháp đầu tay cho bệnh nhân tiểu đường thừa cân
hoặc béo phì [9, 20]. Metformin làm tăng độ nhạy insulin bằng cách tăng cường sự
hấp thu và sử dụng glucose của cơ bắp và cũng ngăn chặn sự phát sinh glucone ở
gan [20, 33].
Ở những bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ tuýp 2 tiến triển, thuốc uống có thể
khơng kiểm sốt đầy đủ các triệu chứng tăng đường huyết và tiểu đường. Những
bệnh nhân như vậy được cho sử dụng liệu pháp thay thế insulin. Sử dụng insulin
thường thông qua dụng cụ tiêm bút insulin. Bơm insulin cũng là một lựa chọn; tuy
nhiên, theo truyền thống nó chỉ được sử dụng bởi các bệnh nhân ĐTĐ tuýp 1
[20]. Điều trị bằng insulin được khuyến nghị khi 2 tháng 3 tháng điều trị bằng
miệng với thuốc chống tiểu đường không đạt được mức HbA1c ≤ 7% [51].
u
iệ
il
Tà
Mặc dù các liệu pháp thông thường cho ĐTĐ tuýp 2 có thể hỗ trợ điều chỉnh
lượng đường trong máu và kiểm soát các triệu chứng của bệnh tiểu đường, nhưng
chúng khơng phải khơng có tác dụng phụ khơng mong muốn. Ví dụ, liệu pháp
insulin và các chất tiết insulin có thể làm giảm mức đường huyết dẫn đến hạ đường
huyết [30]. Sulfonylureas và thiazolidinediones có thể thúc đẩy tăng cân, trong khi
biguanide và thuốc ức chế α -glucosidase thường gây ra tác dụng bất lợi cho đường
tiêu hóa (Bảng 1.1). Do đó, việc tìm kiếm các liệu pháp thay thế hiệu quả với các
tác dụng phụ ít gây hại hơn ngày càng là yêu cầu cấp thiết.
U
VN
1.1.3.1.
Thuốc ức chế kênh đồng vận chuyển Natri-glucose 2 (SGLT2 Sodium Glucose Transporter 2)
Sự phát minh ra thuốc ức chế kênh SGLT2 vào năm 2012, đã được nhìn nhận là
một trong “10 bước tiến của y học năm 2012” do 1700 nhà khoa học đến từ các các
lĩnh vực khác nhau bầu chọn, được tổ chức bởi viện trường danh tiếng Cleveland
Clinic của Hoa Kỳ.
Glucose được lọc qua cầu thận sau đó được tái hấp thu chủ yếu ở ống thận gần
dưới tác dụng của các kênh đồng vận chuyển Natri-glucose (Sodium Glucose
coTransporters - SGLT). Bình thường tại thận có hai kênh tái hấp thu glucose:
SGLT1 và SGLT2. SGLT2 có ái lực thấp, khả năng vận chuyển cao, biểu lộ chính
tại ống lượn gần, chiếm 90% khả năng tái hấp thu glucose tại ống thận. Do đó ức
chế tác dụng kênh này ở bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 sẽ làm tăng thải glucose qua đường
tiểu và giúp giảm đường huyết [1].
7
Vì cơ chế tác động trên ống thận khơng cần có sự hiện diện của insulin, do đó
thuốc tác dụng trên SGLT2 có nguy cơ hạ đường huyết thấp và có hiệu quả giảm
đường huyết trên các bệnh nhân đái tháo đường tuýp 2 cả ở giai đoạn sớm và mắc
bệnh lâu năm.
Hiện nay tại Việt Nam chỉ lưu hành thuốc Dapagliflozin. Thuốc ức chế kênh
SGLT2, ức chế sự hấp thu glucose tại ống thận, giảm đường huyết, giảm cân, và
giảm huyết áp. Hiện tại thuốc ức chế kênh SGLT2 (Dapagliflozin, Empagliflozin,
Canagliflozin) đã được chấp thuận bởi FDA và được lưu hành tại Hoa Kì. Các
nghiên cứu ngẫu nhiên, mù đơi, giả dược, có đối chứng trên những bệnh nhân đái
tháo đường típ 2 cho thấy tính hiệu quả và an toàn của thuốc ức chế kênh SGLT2 ở
bệnh nhân Đơng Á.
Vì vậy đây là một đích phân tử đầy tiềm năng để thiết kế các thuốc điều trị ĐTĐ
tuýp 2.
1.1.3.2.
Kích hoạt thụ thể Peroxisome proliferator gamma (PPARγ)
Tà
u
iệ
il
PPARγ (thụ thể gamma hoạt hóa bởi chất tăng sinh peroxisom) thuộc nhóm các
yếu tố dịch mã, đóng vai trị quan trọng trong việc điều hịa nồng độ glucose và
lipid. Nó tồn tại ở 3 thể : PPAR-γ1, PPAR-γ2, và PPAR-γ3 [68].
U
VN
Hoạt hóa PPARγ cải thiện tình trạng kháng insulin thơng qua phân tử nhận dạng
dẫn xuất từ mô mỡ hoặc cytokine của mô mỡ [69]. Giảm nồng độ cytokine mô mỡ
bao gồm : TNF-α, IL-6, leptin, rexixtin và adiponectin liên quan tác dụng của
thiazolinedion (TZD). Về cơ chế, chất liên kết TZD của PPARγ tạo sự biệt hóa tận
cùng vả thúc đẩy biểu hiện PPARγ lạc chỗ trong các fibroblasts tân sinh tế bào mỡ
khi có sự hiện hiện các chất đồng vận PPARγ.
Một số mơ hình QSAR đã được phát triển và ứng dụng hiệu quả trong sàng lọc
tìm kiếm chất hoạt hóa PPARγ. Ví dụ như Khanna và cộng sự cơng bố nghiên cứu
về sàng lọc hợp chất hoạt hóa đồng thời PPARα và PPARγ [66]. Hay Gee và nhóm
nghiên cứu kết hợp QSAR và docking trong sàng lọc thư viện ZINC tìm kiếm chất
hoạt hóa PPARγ [65],… Tuy nhiên số lượng hợp chất sàng lọc còn khá hạn chế, các
hợp chất tự nhiên hầu như chưa được nghiên cứu bằng các mơ hình in silico đã phát
triển.
1.2.
Mơ hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới
Phát triển thuốc mới là một quá trình rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và tiền
bạc (hàng tỷ đô la cho một loại thuốc mới) mà tỷ lệ thành công trong việc có được
8
từ một hợp chất dẫn đường ban đầu để thương mại hóa là rất thấp (< 2% của hợp
chất mới đc nghiên cứu có thể có đặc tính sinh học phù hợp để làm thuốc). Theo
nghiên cứu năm 2016 của DiMasi và cộng sự - Trung tâm nghiên cứu và phát triển
thuốc, Đại học Tufts Hoa Kỳ, trung bình cần hơn 2,5 tỷ đô với thời gian từ 10-15
năm cho mỗi dự án (nếu thành công) đưa một thuốc ra ngồi thị trường.
Q trình nghiên cứu và phát triển thuốc bao gồm nhiều khâu (Hình 1.1): xác
định bệnh, xác định đích tác dụng của thuốc, thiết lập quy trình thử nghiệm, tìm
kiếm hợp chất dẫn đường, xây dựng mối qua hệ giữa hợp chất và tác dụng, xác định
pharmacophore, tối ưu hóa dược lực học và dược động học, sàng lọc in vitro (cơ
quan phân lập, tế bào), nghiên cứu in vivo (nghiên cứu dược lý của hợp chất, mơ
hình hiệu quả điều trị bệnh, nghiên cứu sớm về độ an tồn và độc tính), các nghiên
cứu tiền lâm sàng (độc tính), tiến hành bào chế, phát triển sản xuất, đăng kí giấy tờ
pháp lí và thử nghiệm lâm sàng.
u
iệ
il
Tà
U
VN
Hình 1.1. Quá trình nghiên cứu phát triển thuốc
Trong các nghiên cứu 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 [8].
Trong q trình đó máy tính được ứng dụng vào nhiều khâu, từ việc tìm kiếm các
hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, đến tối ưu hóa cấu trúc các hợp chất này
nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học của
thuốc, đến các khâu nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng. Chúng được gọi chung
là các phương pháp “in silico” nhằm phân biệt với các phương pháp còn lại như in
9
vivo, in situ và in vitro. So với các phương pháp thực nghiệm truyền thống các
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.
Ngồi ra chúng cho phép dự đốn hoạt tính sinh học sử dụng các mơ hình tốn
học, nghiên cứu dự đoán cơ chế tác dụng, cơ chế gây độc của các hợp chất. Các
phương pháp này giúp tiết kiệm đáng kể cả thời gian và tiền bạc trong việc phát
triển một thuốc mới. Các phương pháp in silico đã giúp ích nhiều cho việc phát hiện
các hợp chất mới có hoạt tính sinh học ngay cả trước khi chúng được tổng hợp hay
phân lập thơng qua q trình sàng lọc ảo (virtual screening) [8].
1.3.
Đại cƣơng về QSAR
u
iệ
il
Tà
Các mơ hình liên quan định lượng cấu trúc và tác dụng (Quantitative
Structure Activity Relationships), viết tắt là QSAR, là một kỹ thuật dự đốn hoạt
động, độ phản ứng và tính chất của một tập hợp phân tử chưa biết dựa trên phân tích
phương trình kết nối các cấu trúc của phân tử với hoạt động và tính chất đo được
tương ứng của chúng. QSAR được xây dựng trên nguyên lý cơ bản là cấu trúc của
mỗi phân tử chứa các yếu tố quyết định đặc tính sinh học, vật lý, hóa lý của nó. Các
hợp chất có cấu trúc giống nhau thường có hoạt tính tương tự nhau [3, 42]. Những
đặc điểm hóa học này có thể là các thơng số được xác định theo lý thuyết hoặc từ
thực nghiệm (ví dụ: các loại đặc tính lý hóa của hợp chất như nhiệt độ bay hơi, khối
lượng mol phân tử…). Do đó, bất kỳ yếu tố nào có chứa thơng tin hóa học quan
trọng đều có thể được sử dụng với vai trò là các biến dự báo hay các tham số mơ tả.
U
VN
Như vậy, các đặc tính lý hóa như là nhiệt độ nóng chảy, thời gian bán hủy,
sức căng bề mặt,… đặc trưng cho một hợp chất đều chứa đựng thơng tin liên quan
có thể dùng để giải thích các đáp ứng liên quan đến hợp chất đó. Nói một cách tốn
học, mơ hình QSAR có thể biểu diễn mối tương quan định lượng giữa cấu trúc phân
tử và hoạt tính sinh học của chúng thơng qua hàm số:
Y f (x)
Trong đó:
- Y là biến đáp ứng sinh học hoặc hóa học thường xác định được từ thực nghiệm
và thể hiện bằng các giá trị như nồng độ ức chế 50% đối tượng đích (IC50), nồng độ
phần trăm ức chế (I%), nồng độ 50% tác dụng tối đa (EC50) …
10
- Các biến X1, X2,…Xn là các đại lượng được sử dụng để mô tả cấu trúc phân tử
hợp chất gọi là các tham số phân tử (molecular descriptor, TSPT).[3]
Để xây dựng được hàm f(x), cần sử dụng các kỹ thuật thống kê (statistical)
hoặc/và học máy (machine learning). Một số kỹ thuật thường được dùng trong xây
dựng mơ hình QSAR như phân tích hồi quy đa biến tuyến tính (Multiple Linear
Regression), bình phương tối thiểu từng phần (Partial Least Squares), phân tích
thành phần chính (Principal Component Analysis) [7]. Kỹ thuật học máy là một lĩnh
vực của trí tuệ nhân tạo, liên quan đến việc nghiên cứu và xây dựng các kĩ thuật cho
phép các hệ thống "học" tự động từ dữ liệu để giải quyết những vấn đề cụ thể.
Trong thiết kế mơ hình QSAR, phương pháp học máy thường được dùng là: mạng
nơron nhân tạo (Artificial Neural Network), cây quyết định (Decision Tree),… [6]
Các bước để xây dựng mô hình QSAR [55] gồm:
1) Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL);
il
Tà
2) Tính tốn TSPT đặc trưng cho cấu trúc bằng sử dụng các phần mềm giúp
biểu diễn và tính tốn;
u
iệ
3) Xây dựng mơ hình QSAR: Sử dụng các phương pháp xác suất thống kê và
các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ giữa các tham số
phân tử (TSPT) và các giá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính;
U
VN
4) Đánh giá mơ hình;
5) Giải thích các kết quả và sử dụng mơ hình trong q trình sàng lọc ảo (nếu
có thể).
Xây dựng cơ sở dữ liệu: CSDL thường là cấu trúc của các hợp chất hố học đã
được chứng minh hoạt tính sinh học in vitro. Để hạn chế các yếu tố gây sai số cho
mơ hình, CSDL thường sẽ được làm sạch dựa trên sự tương đồng về cấu trúc, về
protocol,...Các giá trị sinh học được hiệu chỉnh, mang tính đại diện và có ý nghĩa
thống kê.
Tính tốn tham số mơ tả phân tử đặc trưng cho cấu trúc: Đây là quá trình
chuyển đổi tốn học và lơgic chuyển đổi thơng tin cấu trúc hóa học mã hóa thành
dạng số giúp máy tính có thể “hiểu” được.
Thiết kế tập huấn luyện và tập kiểm tra: CSDL được chia thành tập huấn luyện
(TS-Training set) chiếm khoảng 70-80 %, được sử dụng để xây dựng mô hình và
11
tập kiểm tra (PS-Prediction set) để đánh giá khả năng dự đốn của các mơ hình đã
xây dựng được.
Xây dựng mơ hình QSAR: Sử dụng các phương pháp xác suất thống kê và các
kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ giữa các tham số phân tử và
giá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính.
Đánh giá mơ hình: Đánh giá mơ hình là giai đoạn quan trọng liên quan đến
khả năng ứng dụng của mô hình. Mơ hình cần có độ khớp, độ ổn định thông qua
đánh giá nội trên tập TS và khả năng dự đốn tốt thơng qua đánh giá ngoại trên tập
PS dựa trên các thông số thống kê. Để đánh giá mơ hình QSAR, các kĩ thuật hay
được sử dụng đó là: đánh giá nội hay đánh giá chéo; đánh giá ngẫu nhiên Y; đánh
giá bằng cách chia tệp dữ liệu thành các hợp chất để huấn luyện hay kiểm tra và
đánh giá ngoại bằng cách áp dụng mơ hình trên tập dữ liệu ngoại [21].
1.4.
Kỹ thuật Protein docking.
u
iệ
il
Tà
Docking phân tử là một phương pháp mới để sàng lọc các chất ức chế enzyme
và chất chủ vận thụ thể trong nghiên cứu bệnh tiểu đường. Phần mềm chuyên dụng
sử dụng các mơ hình phân tử ba chiều, độ phân giải cao của protein mục tiêu (ví dụ
như thụ thể hoặc enzyme) làm khn mẫu để dự đốn các phối tử mới có thể liên
kết và có khả năng điều chỉnh hoạt động của nó [50]. Cấu trúc khn mẫu có được
thơng qua mơ hình tương đồng hoặc tinh thể học. Trong docking phân tử, mục tiêu
phân tử hoạt động theo các hướng khác nhau và mức độ tự do hình thành liên tiếp
nhanh chóng cho phép phần mềm sàng lọc cơ sở dữ liệu hỗn hợp theo cách thông
lượng cao. Các chức năng chấm điểm tích hợp dự đốn hoạt động sinh học dựa trên
sự tương tác giữa phối tử và protein mục tiêu có tính đến các yếu tố như hình dạng
phối tử, khả năng tương thích tĩnh điện với mục tiêu, hiệu ứng hòa tan, năng lượng
liên kết và hiệu ứng entanpy và entropy; tất cả đều là những yếu tố quyết định quan
trọng của sự tương tác phối tử - thụ thể thành công [27].
U
VN
Docking thực chất là một bài tốn tối ưu, dùng để tìm vị trí và cấu hình phù
hợp nhất của một cơ chất gắn kết lên protein. Về mặt nhiệt động lực học, mục tiêu
chính của docking là tìm ra cấu hình mà năng lượng tự do của toàn hệ là thấp nhất,
tương đương với cấu hình bền nhất sau khi tạo thành liên kết giữa phối tử và
protein. Để tìm cấu hình phù hợp nhất, cần liên hệ cấu hình khơng gian với các trị
số đánh giá được khả năng gắn kết của cơ chất lên protein và sau đó áp dụng thuật
tốn tìm kiếm.
Q trình docking bao gồm ba bước chính:
12
1) Chuẩn bị cấu tử ;
2) Chuẩn bị protein ;
3) Mô phỏng docking.
Chuẩn bị cấu tử: Cấu trúc các cấu tử có thể lấy từ các thư viện sẵn có như
Pubchem, Zinc,…cũng có thể được vẽ trên phần mềm ChemDraw, Chemsketch,...
Sau khi xây dựng được cấu trúc 3D, sử dụng phần mềm MOE để xử lí cấu tử theo
các bước: chỉnh sửa điện tích cho phù hợp, tối giản hóa năng lượng, gắn trường lực
cho phân tử, xây dựng file dbpqt.
Chuẩn bị protein: Thường sử dụng các cấu trúc 3D của protein đã có sẵn trên
ngân hàng dữ liệu protein (protein data bank). Trường hợp chưa có sẵn, chúng ta có
thể xây dựng cấu trúc 3D theo phương pháp mơ phỏng tính tương đồng (Homology
modeling). Về cơ bản của phương pháp mô phỏng tương đồng là sắp xếp chuỗi
amino acid của protein thu được bởi quá trình giải mã gen lên khung cấu trúc bậc 3
của protein có độ phân giải cao nhưng thiếu thơng tin của tồn bộ amino acid.
Tà
u
iệ
il
Sau khi có cấu trúc 3D, sử dùng các phần mềm để chuẩn bị protein cho
chương trình mơ phỏng docking. Các bước chuẩn bị thường gồm: loại nước và các
cấu tử (nếu có), thêm hydro, gắn trường lực, phân tích vùng có khả năng tương tác,
xây dựng file dbqpt.
VN
U
Mơ phỏng docking: Trước khi tiến hành mô phỏng, cần sử dụng phần mềm để
tìm kiếm túi tương tác trên protein để đánh giá khả năng liên kết của phối tử tại vị
trí đó. Vị trí của vùng tìm kiếm thơng thường sẽ được đặt ở trung tâm hoạt động của
protein. Khi quá trình docking được tiến hành, phần mềm sẽ tự động tìm kiếm cấu
dạng phù hợp nhất của phối tử, tương ứng với năng lượng của toàn hệ thấp nhất.
Cấu dạng này cùng với các tương tác sẽ được phân tích bởi các phần mềm chuyên
dụng như: MOE, Discovery studio.
13
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu
2.1.1. Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mơ hình QSAR
-
Chất ức chế SGLT2
Gồm 110 hợp chất có hoạt tính ức chế SGLT2 được thu thập trực tiếp từ nghiên cứu
của Chunlei Tang và cộng sự [54] (Phụ lục 1).
Hoạt tính in vitro được biểu thị bằng nồng độ ức chế 50% (IC50) chất chủ vận.
-
Chất hoạt hóa PPARγ
Tà
Cấu trúc hóa học cũng như hoạt tính hoạt hóa PPARγ của 88 hợp chất được thu thập
trực tiếp từ nghiên cứu của Al-Najjar và cộng sự [64] (Phụ lục 2).
u
iệ
il
Cấu trúc khung của các hợp chất này được thể hiện ở Hình 2.1. Hoạt tính in vitro
được biểu thị bằng nồng độ của chất thử có khả năng ức chế 50% lượng chất chủ
vận được đánh dấu huỳnh quang ở trạng thái kích thích PPARγ.
VN
U
Các thành phần dữ liệu đều chia thành tập huấn luyện và tập kiểm tra: Trong đó
tập kiểm tra chiếm 20% được chọn một cách ngẫu nhiên.
Hình 2.1. Cấu trúc khung các chất chủ vận PPARγ trong cơ sở dữ liệu
14
