Hóa học của các chất ức chế dippeptidyl peptidase 4 dùng trong điều trị tiểu đường

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
BẠCH ĐỨC HIỆP
HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT ỨC CHẾ
DIPEPTIDYL PEPTIDASE-4 DÙNG
TRONG ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
HÀ NỘI - 2013
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
BẠCH ĐỨC HIỆP
HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT ỨC CHẾ DIPEPTIDYL
PEPTIDASE-4 DÙNG TRONG
ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
PGS.TS. Nguyễn Hải Nam
Nơi thực hiện:
Bộ môn Hóa Dược
HÀ NỘI - 2013
LỜI CẢM ƠN
Người thầy đã dành thời gian và tâm huyết hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cho tôi nhiều kiến
thức quý báu trong suốt quá tình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến, DS. Hoàng Văn Hải cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa
dược đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo và các thầy
cô giáo trường Đại học Dược Hà Nội đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè cũng như những người
thân yêu đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và trong cuộc sống.

Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm 2013
Bạch Đức Hiệp
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
T2DM = Type 2 Diabetes
T2DM = Type 2 Diabetes Mellitus
DPP = Dipeptidyl peptidase
GLP-1 = Glucagon-like peptide-1
GIP = Gastric inhibitory peptide
HbA[1c] = Glycosylated hemoglobin A1c
FDA = US Food and Drug Administration
OGTT = Oral glucose tolerance test
TZDs = Thiazolidinediones
SUs = Sulphonylurea’s
SAR = Structure-activity relationships
ĐTĐ = Đái tháo đường
POP = Prolyl oligopeptidase
HDL = Lipoprotein tỷ trọng cao
LDL = Lipoprotein tỷ trọng thấp
HTS = High-throughput screening
FAP = Fibroblast activation protein
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 …………………………………………………………………………39
Bảng 3.2 …………………………………………………………………………51
Bảng 3.3 …………………………………………………………………………52
Bảng 3.4 …………………………………………………………………………52
Bảng 3.5 …………………………………………………………………………52
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các sulfonylurea thế hệ 1 5
Hình 1.2: Các sulfonylurea thế hệ 2 5
Hình 1.3: Một số thuốc đại diện của nhóm biguanid 5

Hình 1.4: Một số thuốc đại diện của nhóm thiazolidindion 6
Hình 1.5: Một số đại diện của nhóm meglitinid [30, 31] 6
Hình 1.6: Một số đại diện của nhóm 7
Hình 2.7: Đặc điểm vị trí của 6 thành viên trong họ DPP-IV,với sDPP-IV là dạng hòa tan của
DPP-IV [10] 10
Hình 2.8: Chuỗi theo hàng ngang các acid amin trên DPP-IV và POP 11
Hình 2.9: Toàn thể cấu trúc của DPP-IV dạng homodimer 12
Hình 2.10: Cấu trúc các monomer [51] 14
Hình 2.11: Cách tấn công vào DPP-IV 15
Hình 2.12: Các vị trí hoạt động trên DPP-IV 17
Hình 2.13: Diprotin A (IIe-Pro-Ile) và các vị trí hoạt động của DPP-IV 18
Hình 2.14: Đường vào vị trí hoạt động của DPP-IV 19
Hình 2.15: Vị trí các aa trên GLP-1 và GIP [69] 20
Hình 2.16: Vị trí tác dụng của DPP-IV 20
Hình 2.17: Cơ chế hoạt động của GLP-1 trong việc điều tiết glucose. 21
Hình 2.18: Hai cách để bảo vệ dạng hoạt động của hormon incretin trước tác dụng của enzym
DPP-IV [65] 21
Hình 2.19: Giản đồ cơ chất của DPP-IV 23
Hình 2.20: Tính chọn lọc trên DPP-IV của một số chất ức chế. 24
Hình 3.21: Các chất dẫn đường trong tổng hợp của DPP-IV 26
Hình 3.22: Giản đồ cơ chất của DPP-IV 26
Hình 3.23: Các chất ức chế nhóm peptid và không cộng hóa trị 27
Hình 3.24: Các chất ức chế cộng hóa trị. 28
Hình 3.25: Các chất dẫn đường của cyanopyrrolidin. 29
Hình 3.26: nhóm α 36
Hình 3.27: nhóm α thuận nghịch và không thuận nghịch 37
Hình 3.28: Sitagliptin 37
Hình 3.29: Một số đại diện nhóm không giả peptid 37
Hình 3.30: Cơ sở thiết kế cấu trúc C dựa vào Alogliptin (A) và các chất ức chế DPP-IV (B)
42

Hình 3.31: Những vị trí tấn công của C với DPP-IV 44
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bệnh đái tháo đường typ 2 (T2DM) là bệnh phổ biến trên toàn thế giới và chiếm gần 6%
tổng dân số. Gần 200 triệu người bị bệnh tiểu đường thì có đến 90-95% số người bị T2DM.
Theo ước tính sẽ có khoảng 366 triệu người bị ảnh hưởng bởi T2DM trong vòng 30 năm tới nếu
các biện pháp phòng ngừa không còn hiệu quả [97]. Theo hãng thông tin quảng cáo Med sự lão
hóa và béo phì của dân số ngày càng tăng sẽ thúc đẩy thị trường thuốc T2DM lên tới khoảng
20.5 tỷ USD vào năm 2012. Các thuốc điều trị đường uống hiện nay đối với T2DM bao gồm
metformin, sulfonylurea (SU), thiazolidinedion (TZD) và các chất ức chế glycosidase. Chúng
đều gây ra các tác dụng phụ như: gây độc đường tiêu hóa, tăng cân, phù nề và do đó xuất hiện
nhu cầu phát triển các thuốc chống đái tháo đường (ĐTĐ). Trong nhiều năm gần đây, các liệu
pháp điều trị làm tăng mức insulin đã được chứng minh là có lợi cho điều trị T2DM. Các chất có
trọng lượng phân tử thấp ức chế thuận nghịch dipeptidyl peptidase – 4 (DPP-IV) đã được nghiên
cứu trong nhiều năm [142] cho thấy tác dụng hạ đường huyết tốt, tăng dung nạp glucose và cải
thiện đáp ứng insulin để chống lại những bệnh nhân có T2DM [119]. Vì vậy DPP-IV được xem
là tiềm năng cho mục tiêu điều trị của T2DM. Bằng chứng chứng minh hiệu quả của các chất ức
chế DPP-IV đã được chấp nhận trên thử nghiệm lâm sàng ở người và cho thấy việc cải thiện tốt
lượng glucose [92, 102].
DPP-IV và các chất ức chế DPP-IV hiện đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan
tâm, nghiên cứu. Tuy nhiên, ở Việt Nam, vấn đề này còn khá mới lạ. Vì vậy chúng tôi đã thực
hiện đề tài “HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT ỨC CHẾ DPP-4 DÙNG TRONG ĐIỀU TRỊ
TIỂU ĐƯỜNG” với mong muốn hệ thống hóa các chất ức chế DPP-IV. Mục tiêu của đề tài này
là:
 Trình bày được đặc điểm của dipeptidyl peptidase - 4 và ứng dụng trong nghiên cứu
phát triển thuốc điều trị tiểu đường.
 Trình bày được cơ sở hóa học của một số chất ức chế peptidyl peptidase - 4 hướng
dùng làm thuốc điều trị tiểu đường được nghiên cứu phát triển gần đây.
PHẦN 1 : BỆNH TIỂU ĐƯỜNG VÀ THUỐC ĐIỀU TRỊ
1.1. Giới thiệu về bệnh T2DM :
1.1.1. Định nghĩa :

Theo tổ chức y tế thế giới (WHO), ĐTĐ “là một hội chứng có đặc tính biểu hiện bằng tăng
glucose huyết do hậu quả của việc thiếu/hoặc mất hoàn toàn insulin hoặc có liên quan đến việc
suy yếu trong hoạt động của insulin”.
1.1.2. Phân loại :
Hiệp hội ĐTĐ Mỹ 2009, ĐTĐ được chia làm 4 loại ĐTĐ typ 1; ĐTĐ typ 2; ĐTĐ thai kỳ
và các typ đặc biệt khác. Trong đó chủ yếu nghiên cứu 2 dạng là typ1 và typ 2.
 ĐTĐ typ 1
ĐTĐ typ 1 đặc trưng bởi tình trạng thiếu insulin tuyệt đối, hậu quả của sự phá hủy tế bào β
do nguyên nhân tự miễn, do virus, do hóa chất hoặc tự phát (vô căn) trong đó nguyên nhân
thường gặp nhất là do tự miễn. Triệu chứng của ĐTĐ type 1 bao gồm : khát nhiều, ăn nhiều, đái
nhiều và giảm cân. Tuổi khởi bệnh thường gặp nhất là dưới 30, tuy vậy cũng có thể gặp ở lứa
tuổi cao hơn. Bệnh thường có yếu tố di truyền hoặc liên quan đến 1 số yếu tố môi trường (nhiễm
virus trong thời kỳ có thai, độc tố ) và có thể mắc cùng với một số bệnh tự miễn khác như :
basedow, viêm tuyến giáp Hashimoto, bệnh Addision
 ĐTĐ typ 2 :
ĐTĐ typ 2 liên quan đến sự thiếu insulin tương đối và hiện tượng kháng insulin. Nồng độ
insulin máu bình thường hoặc cao trong trường hợp đề kháng insulin chiếm ưu thế. Nồng độ
insulin giảm trong trường hợp có khiếm khuyết chức năng tiết insulin. Như vậy, mặc dù tế bào β
đảo tụy vẫn tiết insulin nhưng không đủ để vượt qua mức độ kháng insulin do đó glucose huyết
vẫn tăng.
 So sánh sự khác nhau giữa typ 1 và typ 2 :
 Typ 1 :
Hay còn gọi là bệnh tự miễn, tuyến tụy bị tấn công và phá hủy bởi chính các tế bào tự
miễn, do đó làm bất hoạt khả năng tiết insulin. Những người bị đái tháo đường typ 1 phải được
tiêm insulin hàng ngày.
 Typ2 :
Tuyến tụy sản xuất đủ insulin, tối thiểu trong các bữa ăn hàng ngày của người bị bệnh tiểu
đường. Nhưng do một vài nguyên nhân mà vẫn chưa được xác định rõ, các tế bào của cơ thể đã
kháng lại hoặc vô tình kháng lại insulin. Để bù đắp lại, các bơm của tuyến tụy tăng cường lượng
insulin để đưa mức glucose về bình thường. Và theo thời gian, khoảng 10 năm, việc tăng insulin

không được duy trì, và khả năng sản xuất insulin của tuyến tụy bị suy giảm [14] .
 Hướng điều trị :
Ngày nay, để điều trị đái tháo đường có hiệu quả cần có sự đóng góp của nhiều chuyên
ngành, nhiều chuyên khoa. Điều trị đái tháo đường cần phải có [1, 2, 136] :
 Chế độ dinh dưỡng hợp lý, tức là phương pháp điều trị bằng chế độ dinh dưỡng
 Rèn luyện cơ thể
 Chương trình huấn luyện bệnh nhân
 Thuốc làm giảm đường khi cần thiết
 Các nhóm thuốc điều trị tiểu đường :
Để điều trị tiểu đường có 2 loại chính : insulin (hormon tuyến tụy) và các thuốc tổng hợp
điều trị ĐTĐ.
1.2.1. Insulin :
Lần đầu tiên, insulin được chiết tách thành công từ tuyến tụy của chó vào năm 1922 bởi
Banting và Best. Năm 1951, Sanger và cộng sự đã xác định được cấu trúc hóa học của insulin và
năm 1963, insulin đã được tổng hợp toàn phần. Năm 1972, cấu trúc không gian 3 chiều của
insulin đã được xác định bởi Hodg-kin cùng cộng sự bằng phân tích tia X của các đơn tinh thể.
Insulin được tổng hợp ở các tế bào β của tuyến tụy từ preproinsulin, một polypeptid mạch
đơn gồm 110 aa. Sau đó, nó bị tách mất 24 aa cuối cùng để tạo thành proinsulin.
Insulin được điều chế bằng cách phân lập từ tuyến tụy của lợn, bò. Muốn điều chế insulin
người, bán tổng hợp từ insulin lợn hoặc bằng công nghệ tái tổ hợp ADN.
 Các thuốc tổng hợp điều trị bệnh ĐTĐ
Thuốc tổng hợp chống tăng đường huyết hoặc thuốc làm hạ đường huyết có tác dụng tốt
trong điều trị bệnh đái tháo đường typ 2. Theo cơ chế tác dụng, có thể chia các thuốc này thành
các nhóm cơ bản sau :
 Nhóm 1 : sulfonylurea:
Năm 1942 Janbon và đồng nghiệp phát hiện ra rằng, một số sulfonylurea có tác dụng hạ
đường huyết. Khám phá này dẫn đến việc đưa 1-butyl-3sulfonylurea (carbutamid) vào điều trị
bệnh đái tháo đường. Về sau, do độc tính trên tủy xương nên hợp chất này không dùng nữa.
Năm 1950, chất đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong bệnh điều trị đái tháo đường là tolbutamid,
và từ đó, 20 hợp chất thuộc nhóm này được đưa vào sử dụng trong điều trị [73].

Tất cả các hợp chất này đều là dẫn chất của sulfonylurea, khác nhau ở vị trí R
1
và R
2
. Do
có tính acid yếu nên các hợp chất nhóm này liên kết mạnh với protein trong máu. Vì vậy, khi
dùng đồng thời với các thuốc khác, chúng có thể đẩy các thuốc đó ra khỏi chỗ liên kết protein,
có khi gây tác dụng không mong muốn. Ví dụ, khi dùng tolbutamid đồng thời cùng dicumarol,
có thể gây chảy máu.
Các sulfonylurea được chia làm 2 thế hệ, thế hệ 2 tác dụng mạnh và thường lâu hơn thế hệ
1. Sau đây là công thức cấu tạo của một số hợp chất
Thế hệ 1 (Hình 1.1) :
Hình 1.1: Các sulfonylurea thế hệ 1
Thế hệ 2 (Hình 1.2) :
Hình 1.2: Các sulfonylurea thế hệ 2
 Nhóm 2 : biguanid và các dẫn chất
Thời trung cổ, ở châu Âu, người ta đã dùng cây Galera officinalis để điều trị bệnh đái tháo
đường. Đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã xác định được hoạt chất trong cây có tác dụng là
guanadin. Tuy có tính chất làm hạ đường huyết, nhưng độc tính cao nên guanadin không được
dùng trong điều trị. Một thời gian ngắn sau khi đưa các sulfonylurea vào điều trị, một biguanide
đầu tiên là phenformin được dùng trong lâm sàng. Phenformin gây nhiễm acid lactic nên ngày
nay không được tiếp tục sử dụng. Metformin, một biguanid khác có tác dụng tốt, ít tác dụng phụ
được sử dụng rộng rãi như hiện nay.
Một số thuốc đại diện (Hình 1.3) :
Hình 1.3: Một số thuốc đại diện của nhóm biguanid
 Nhóm 3 : nhóm thiazolidindion và các dẫn chất :
Năm 1997, triglitazon, một TZD đầu tiên cũng được sử dụng tại Mỹ [45]. Đây là một
nhóm thuốc mới có tác dụng chống tăng đường huyết. Trong nhóm này, hiện có 2 chất được
dùng trong điều trị đái tháo đường typ 2 là pioglitazon và rosiglitazon.
Hình 1.4: Một số thuốc đại diện của nhóm thiazolidindion

 Nhóm 4 : các chất tương tự meglitinid
Các glinid cũng được xem là một đại diện mới trong nhóm điều trị T2DM, chúng có cấu
trúc tương tự với meglitinid. Các glinid kích thích bài tiết insulin, tác dụng nhanh và thời gian
bán thải ngắn. Hoạt động bằng cách khóa kênh K
ATP
.
Hình 1.5: Một số đại diện của nhóm meglitinid [30, 31]
 Nhóm 5 : các chất ức chế α-glucosidase
Trong nhóm này có 2 chất hay được dùng trong điều trị bệnh đái tháo đường là acarbose và
miglitol [45]. Cơ chế tác dụng chung là ức chế thuận nghịch các enzym α-glucosidase ở ruột non
nên làm giảm việc tạo thành glucose, giảm hấp thu glucose vào máu.
Acarbose :
Hình 1.6: Một số đại diện của nhóm
 Nhóm 6 : Các chất ức chế DPP-IV
Các thông tin về DPP-IV và các chất ức chế DPP-IV sẽ được trình bày chi tiết trong phần 2
và phần 3.
1.3. Tác dụng trong điều trị và so sánh các nhóm thuốc :
1.3.1. Tác dụng trong điều trị của các thuốc :
Mỗi nhóm thuốc điều trị T2DM đều có những cách tấn công và tác dụng khác nhau. Nhưng
đều có điểm chung là :
 Làm giảm mức đường huyết .
 Giúp cải thiện khả năng sử dụng glucose của cơ thể .
 Làm giảm các triệu chứng tăng đường huyết .
Trong đó :
 Insulin : điều trị bệnh ĐTĐ và các biến chứng của nó như ĐTĐ typ 1, ĐTĐ typ 2 (khi các
biện pháp điều trị khác không có hiệu quả) và điều trị ĐTĐ thai kỳ.
 Sulfonylure và meglitinid làm tăng khả năng bài tiết insulin từ tuyến tụy.
 Metformin làm giảm lượng sản phẩm glucose từ gan và làm giảm các yếu tố kháng
insulin.
 Các chất ức chế α-glucosidase làm cản trở khả năng hấp thu glucose ở ruột.

 Nhóm thiazolidindion làm giảm các yếu tố kháng insulin.
 Các chất ức chế DPP-IV làm tăng khả năng giải phóng insulin từ tuyến tụy ngay sau bữa
ăn.
 So sánh ưu nhược điểm của các nhóm thuốc :
Ưu điểm Nhược điểm
Nhóm sulfonylure (glyburid, glimepirid, glipizid) [23-25, 93]
- Tấn công nhanh
- Không ảnh hưởng tới huyết áp
- Không ảnh hưởng đến LDL
cholesterol
- Liều tiện dụng
- Giá thấp
- Nguy cơ trên tiêu hóa ít hơn
metformin
- Tăng cân (trung bình từ 2.25kgs
đến 4.5kgs )
- Tăng nguy cơ hạ đường huyết
- Glyburide có nguy cơ hạ đường
huyết cao hơn glimepirid và glipizid
Metformin (nhóm biguanid)
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp
- Không liên quan tới việc tăng cân
- Tác dụng tốt trên LDL cholesterol
- Tác dụng tốt trên triglycerides
- Không tác dụng lên huyết áp
-Giá thấp
- Có nguy cơ cao trên hệ tiêu hóa
(buồn nôn và tiêu chảy)
- Không dùng cho người có bệnh
thận vừa hoặc nặng và có nguy cơ tim

mạch
- Kém thuận tiện trong liều sử
dụng hơn
Các chất ức chế alpha-glucoside (acarbose,miglitol)
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp hơn
sulfonylure
- Không ảnh hưởng tới việc tăng cân
- Giảm lượng triglycerid
- Không tác động lên cholesterol
- Kém nhất trong tất cả các thuốc
điều trị ĐTĐ ở dạng viên trong việc
làm giảm HbA1c
- Nguy cơ tác dụng trên hệ tiêu
hóa cao so với các thuốc dạng viên
khác trừ metformin
- Liều dùng thuận tiện
- Giá cao
Nhóm thiazolidindion (pioglitazon, rosiglitazon)
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp
- Cũng có một phần tác dụng tốt trên
cholesterol (HDL)
- Pioglitazin có liên quan đến việc làm
giảm triglycerid
- Liều dùng thuận tiện
- Tăng nguy cơ tim mạch
- Tăng cân (trung bình cũng từ
2.25 đến 4.5 kgs
- Có nguy cơ trong việc liên quan
tới triệu chứng phù
- Có nguy cơ cao trong việc liên

quan tới bệnh thiếu máu
- Tăng những tác dụng không tốt
trên cholesterol LDL
- Rosiglitazon liên quan tới việc
tăng triglycerid và nguy cơ nhồi máu
cơ tim
- Pioglitazon làm tăng nguy cơ
ung thư bàng quang
- Khả năng tác dụng chậm
-Giá cao
Nhóm meglitinid (nateglinid, repaglinid)
- Không có tác dụng xấu nào trên
cholesterol
- Tốc độ tác dụng nhanh
- Repaglinid có liên quan tới việc
tăng nguy cơ giảm glucose huyết và
cũng làm tăng cân giống sulfonylure
- Nateglinid kém hiệu quả hơn
trên HbA1c
- Liều dùng chưa được thuận tiện
- Giá cao
Các chất ức chế DPP-IV
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp hơn
sulfonylure
- Nguy cơ trên hệ tiêu hóa thấp hơn
metformin
- Liều dùng thuận tiện (có thể uống)
- Có khả năng duy trì và hổi phục tế
bào β [94]
- Giảm HbA1c kém hơn các

thuốc trị đái tháo đường khác
- Chỉ có giá trị thật sự khi dùng
kèm với các thuốc trị đái tháo đường
khác
- Giá cao
PHẦN 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA PEPTIDYL PEPTIDASE – IV. MỘT MỤC TIÊU PHÂN TỬ
TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG.
2.1. Nguồn gốc và đặc điểm cấu tạo :
2.1.1. Nguồn gốc:
Họ DPP-IV là một phân họ của prolyl oligopeptidase (POP), gồm 4 enzym : DPP-IV, FAP,
DPP-8, DPP-9 và 2 thành viên khác không phải là enzym : DPP-IV-like protein-6 (DPP-6, DPL-
1 hoặc DPP-X) và DPP-10 (DPL-2). Các thành viên của họ DPP-IV ưu tiên cắt Xaa-Pro- và
Xaa-Ala- của các dipeptide (ở đây : Xaa là bất kỳ amino acid trừ prolin) từ N-tận của các protein
[63]. Sự khác nhau của chính các thành viên trong họ DPP-IV là sự có mặt của 2 aa glutamat
nằm trong các hốc xúc tác, mà những chất này rất cần thiết cho sự hoạt động của enzym [4].
Nguyên nhân DPL-1 và DPL-2 không có khả năng xúc tác được cho là do 1 số aa đã bị thế trong
hốc xúc tác [37].
Hình 2.7: Đặc điểm vị trí của 6 thành viên trong họ DPP-IV,với sDPP-IV là dạng hòa tan của
DPP-IV [10]
Dipeptidayl peptidase IV (DPP-IV- E.C. 3.4.14.5) lần đầu tiên được tìm thấy từ gan chuột
năm 1966 [70, 127]. Còn gọi là CD26 hay protease loại serine xuyên màng typ II hay enzym
adenosine deaminase liên kết với protein (ADAbp); là một dipeptidase gồm 766 acidamin, có tốc
độ rất xúc tác nhanh ở bên trong tế bào [40, 67, 75]. Một dạng hòa tan của enzym cũng đã được
tìm thấy trong huyết tương [47, 74].
2.1.2. Cấu trúc của DPP-IV :
Hình 2.8: Chuỗi theo hàng ngang các acid amin trên DPP-IV và POP
Ghi chú: [133]
 hDPP-IV và rDPP-IV : DPP-IV từ người và chuột
 Hàng trên là thông tin về cấu trúc bậc 2 của DPP-IV

 Những mũi tên màu vàng và những thanh màu đỏ : chỉ biểu diễn sự khác nhau giữa các aa
 Y : các vị trí glycosyl hóa giàu điện tử
 Màu đỏ : các vị trí có khả năng glycosyl hóa
 Những đường màu xanh với các cystein : các liên kết disulphid
 Màu hồng : các gốc xúc tác
 Màu xanh da trời : biểu diễn cho tyrosin có chức năng ổn định nguyên tử oxy âm phần
 Màu xanh lá cây : các aa nằm trong liên kết của adenosine deaminase
 Màu xám : phần xuyên màng
Cấu trúc tinh thể (Hình 2.9) của vùng ngoài (từ aa 39 tới 766) của DPPIV khoảng 2.1A
o
và
gồm 2 phần chính: 1 N-tận gồm 8 β-chân vịt tạo thành hình dẹt (từ aa 61 tới 495) và 1 C-tận có
α/β hydrolase (từ aa 39 tới 55 và 497 tới 766) [6, 104, 133].
Hình 2.9: Toàn thể cấu trúc của DPP-IV dạng homodimer
Ghi chú : Dimer màu đỏ và xanh; vị trí hoạt động của các aa hình cầu và sợi, trục xoắn α
màu vàng [6].
Các hốc vùng chân vịt tỳ vào vùng xúc tác thủy phân, và bộ ba của trung tâm xúc tác
(S630; H740 và D708) nằm tại vị trí giao thoa giữa 2 vùng. Tốc độ xúc tác cho việc phân cắt cơ
chất H-Ala-Pro-7-amido-4-trifluromethylcoumarin (Ala-Pro-AFC) của DPPIV là 5.2 * 10
6
M
-1
s
-1

[6, 122].
Mỗi đơn vị bất đối bao gồm 2 homodimer [51]. Cấu trúc các monomer (Hình 2.10) phù
hợp với độ lệch tiêu chuẩn (RMSDs) là từ 0.64A
o
tới 0.98A

o
cho các nguyên tử nặng và từ
0.28A
o
tới 0.56A
o
cho các nguyên tử Cα. Bề mặt của mỗi dimer bao gồm:
 Sợi β cuối cùng (β8) của vùng β trung tâm có cấu trúc gấp nếp.
 2 xoắn α cuối cùng (αG và αH).
 Quai nằm giữa β6 và αE.
 β đối song (β1* và β2*).
β8 chủ yếu chứa các aa sơ nước hình thành nên tương tác với bề mặt trung tâm của dimer.
Xoắn α-H hình thành liên kết hydro với khớp nối giữa αG và β8 trong 1 monomer khác. Cánh
tay của sợi β đối song được hình thành bởi β1* và β2* cũng tương tác với các cánh tay khác liên
quan, αG, và khớp nối giữa β6 và αE trong monomer khác [11, 21, 41, 64]. Cấu trúc chính của
DPP-IV gồm 9 vị trí glycosyl hóa được liên kết với N tại các vị trí: N85, N92, N150, N219,
N229, N281, N321, N520, và N685 [5]. Vị trí mở hình chân vịt được hình thành bởi các β-chân
vịt, nó gồm có 8β khác nhau được lặp lại tạo thành cấu trúc dẹt. Mỗi cấu trúc dẹt lại gồm có 4
sợi đối song β có cấu trúc gấp nếp [51, 59].
Hình 2.10: Cấu trúc các monomer [51]
2.1.3. Cách tấn công :
Dựa vào cấu trúc và hoạt tính sinh học của DPPIV, sẽ có 2 cách để tấn công vào các vị trí
hoạt động của nó (Hình 2.11) : thông qua vị trí mở của vùng chân vịt hoặc vị trí mở bên nằm
giữa bề mặt của vùng chân vịt-β và vùng xúc tác thủy phân [51, 106] :
Hình 2.11: Cách tấn công vào DPP-IV
Vị trí mở hình chân vịt liên kết với vùng lớn của chuỗi bên được hình thành từ bề mặt
chung giữa vùng β-chân vịt và vùng hydrase. Lỗ hình cầu này đã tạo ra cơ hội thứ 2 để tấn công
vào vị trí hoạt động [51, 119].
2.1.4. Các vị trí đặc biệt trên DPP-IV :
Chuỗi peptid ở đầu N-tận được nhận biết bởi các aa tích điện âm ở trung tâm hoạt động tại

E205 và E206 [26] và được cố định bởi liên kết hydro với chuỗi bên của 2 aa glutamic. 2 aa
glutamic này được giữ nguyên dạng cấu trúc bởi liên kết cầu muối và liên kết hydro với aa
R125, Y662, D663 và N710. Khả năng xúc tác của DPP-IV cho việc phân cắt các peptid tốt nhất
là khi có 1 pro hoặc ala tại vị trí P
1
[81, 83]. (các tên gọi đặc biệt như : P
1
, S
1
, S
2
sẽ được chỉ rõ
trong giản đồ cơ chất và cơ sở thiết kế ở phần sau).
Hốc sơ nước S
1
gồm các acid amin V656, Y631, Y662, W659, Y666, và V711. Hốc S
2
cũng là sơ nước và được xác định bởi chuỗi acid amin R125, F357, Y547, P550, Y631, và
Y666.
Gốc Ser630 được hình thành bởi các aa Gly-Trp-Ser630-Tyr-Gly. Chuỗi này là cần thiết
cho khả năng hoạt động của DPPIV [108] và được lưu lại trong họ α/β hydrolase (Gly-X-Ser-X-
Gly). Hướng của S630 được giữ bởi những liên kết hydro nằm giữa nhóm carbonyl của S630 với
amide của Y634, và amid của S630 với carbonyl của V653 [6, 122].
 Trung tâm hoạt động của DPP-IV :
Trung tâm hoạt động của DPP-IV gồm bộ 3 xúc tác: Ser630, Asp708 và His740. Ngoài ra,
còn có các vị trí xúc tác cần thiết cho hoạt động của DPP-IV như: Tyr547 nằm ở vùng xúc tác
thủy phân, Glu205 và Glu206 nằm ở vùng β-chân vịt [4, 99, 108, 122] .
Trung tâm hoạt động này nằm ở một khoang rộng là bề mặt giao của 2 vùng : vùng β-chân
vịt và vùng xúc tác thủy phân. Ser630 nằm giữa sợi β5 và trục xoắn C, hình khuỷu và có tính ái
nhân, mang đặc trưng loại α/β hydrolase [109]. Nhóm hydroxyl của serin cộng hóa trị tốt và tạo

liên kết hydro với nhóm imidazol của His740 (2.6A
o
). His740 nằm giữa sợi β8 và trục xoắn F.
Với một khoảng cách 2.75A
o
tới vòng imidazol, một trong những ion oxyanion của Asp708 tạo
liên kết hydro với His740 và tạo thành bộ ba xúc tác. Ion oxyanion khác của nhóm carboxyl của
Asp708 có tọa độ được xác định bởi 2 chuỗi chính là các nhóm NH (Val711 và Asn710) [109].
Hai acid glutamic (Hình 2.12) thẳng hàng với các cơ chất peptid vì vậy chỉ những aa với
mặt bên nhỏ hơn, như là prolin và alanin có thể tìm đến vị trí hoạt động. Cấu trúc này đã làm
sáng tỏ tại sao DPP-IV ưu tiên cắt tại Xaa-Pro và Xaa-Ala và các vị trí đặc biệt khác của cơ chất
[100].
Hình 2.12: Các vị trí hoạt động trên DPP-IV
Ghi chú : saxagliptin (màu đỏ tươi)
Acid gltutamic 205 và 206 hình thành cầu muối với nhóm amin nằm tại P
2
của các chất ức
chế [4]. Các nhóm amino chứa trong các chất ức chế DPP-IV như alogliptin, saxagliptin,
sitagliptin và vildagliptin đều được cho là tương tác với 2 glutamat này với độ mạnh của các
tương tác khác nhau. Các tương tác này đều đã được chứng minh khi kiểm tra cấu trúc tinh thể
bằng X-quang của phức hợp DPP-IV với sitagliptin [28], saxagliptin [100] và alogliptin [53].
Trong đó saxagliptin có tương tác mạnh hơn so với alogliptin, sitagliptin và vildagliptin vì nó có
cả tương tác với Ser630 [100].
Asparagin 710 và arginin 125 tạo liên kết hydro với nhóm carbonyl của aa trên P
2
. Hốc sơ
nước nhỏ được làm đầy tốt hơn với những vòng thơm nhỏ, đặc biệt là vòng pyrrolidin hoặc
phenyl của chất ức chế. Hai tyrosin hình thành nên lỗ oxyanion và vì thế Tyr547 được xem là
quan trọng cho bộ ba xúc tác [29].
Ngoài ra, Gly628 và Gly632 cũng quan trọng cho sự thành lập cấu hình khi hướng cho

Ser630 vào đúng vị trí. Điều này cũng phù hợp với những nghiên cứu trên chuột có DPPIV khi
đã chỉ ra chuỗi Gly628-X-Ser630-Tyr631-Gly632 cũng cần thiết cho khả năng hoạt động của
DPP-IV [108].
Để tìm hiểu rõ hơn về trung tâm hoạt động của DPP-IV, chúng ta sẽ nghiên cứu dạng phức
của DPP-IV với cơ chất chọn lọc. Xét cơ chất chọn lọc là :diprotin A khi gắn vào các vị trí hoạt
động của DPP-IV (Hình 2.13 và Hình 2.14) :
 Với diprotin A :
Diprotin A (Ile-Pro-Ile), một chất ức chế cạnh tranh [120, 121] , nó có liên kết cộng hóa trị
với vị trí hoạt động Ser630 của DPP-IV. Đầu N-tận Ile (P2) và Pro gốc (P
1
) có khả năng tương
tác với các vị trí liên kết của cơ chất.
DPP-IV làm thủy phân các oligopeptid và protein từ N-tận, cắt các đơn vị dipeptid khi
đoạn thứ 2 là prolin, hydroxyprolin, dehydroprolin, pipecolic acid hoặc alanin. Các tiểu đơn vị
prolin tại vị trí P1 của diprotin A ở dạng trans và khớp với các vị trí hoạt động trên enzym. Hốc
S
1
gồm: Val711, Val656, Tyr662, Tyr666, Trp659, và Tyr631, kỵ nước, có thể được làm đầy bởi
prolin tốt hơn là alanin.
Điều cần thiết cho việc liên kết của cơ chất là N-tận của cơ chất, nó có thể được bảo vệ
hoặc không được bảo vệ. Phức hợp diprotin A đã cho thấy nhóm NH3
+
- tận được giữ vị trí rất
chính xác bởi tương tác mạnh với carboxylat của cặp phân tử Glu (Glu205 và Glu206 ) cũng
như OH- của Tyr662. Glutamic thứ 3, Glu204, có một liên kết hydro với NH của Arg125,
His126 và Ser127 cũng như nhóm OH- của Ser127.
Hình 2.13: Diprotin A (IIe-Pro-Ile) và các vị trí hoạt động của DPP-IV
Ghi chú :
 Cơ chất diprotin A được giữ trong một hình tứ diện theo liên kết cộng hóa trị với
Ser630.

 Các liên kết màu xanh da trời tối : protein.
 Xanh da trời sáng: phối tử
 Xanh lá cây : vị trí hoạt động của Ser630.
 Những đường nét đứt : các liên kết hydro.
Hình 2.14: Đường vào vị trí hoạt động của DPP-IV
 DPP-IV là mục tiêu phân tử trong điều trị T2DM
DPP-IV cũng là enzym màng phổ biến, cũng có vai trò điều chỉnh các quá trình sinh lý như
dinh dưỡng, trao đổi chất, miễn dịch và nội tiết trong đó quan trọng là ảnh hưởng tới sự cân
bằng glucose nội môi [19, 42, 46, 111]. DPP-IV xúc tác thủy phân các dipeptid tại N-tận từ
polypeptid với prolin hoặc alanin ở vị trí áp chót [100, 119].
Có liên kết chọn lọc với các cơ chất chứa prolin ở vị trí P
1
, do đó nhiều chất ức chế DPP-
IV có dị vòng 5 cạnh mô phỏng cấu trúc prolin…ví dụ như pyrrolidin, cyanopyrrolidin,
thiazolidin và cyanothiazolidin [8]. Các chất này thường hình thành liên kết cộng hóa trị với
Ser630 [90].
DPP-IV có khả năng làm bất hoạt các incretin [65], đặc biệt là GLP-1 và GIP, đều là các
hormon từ ruột được bài tiết để đáp ứng với lượng thức ăn [66, 69, 116, 119].
Hình 2.15: Vị trí các aa trên GLP-1 và GIP [69]

Hình 2.16: Vị trí tác dụng của DPP-IV
Hình 2.17: Cơ chế hoạt động của GLP-1 trong việc điều tiết glucose.
Ngay sau khi được giải phóng từ niêm mạc tiêu hóa trong các bữa ăn, các hormon incretin
(GLP-1 và GIP) tham gia như chất hỗ trợ giúp insulin được tiết ra từ các tế bào β đảo tụy làm
giảm lượng glucose [119, 137].
Hình 2.18: Hai cách để bảo vệ dạng hoạt động của hormon incretin trước tác dụng của enzym
DPP-IV [65]
Khi GLP-1 nhanh chóng bị thải trừ (thời gian bán thải khoảng 1 phút) vì chúng bị phân cắt
bởi DPP-IV thành dạng mất hoạt tính, đã có các nghiên cứu được đưa ra như sử dụng các GLP-1
ngoại sinh, các GLP-1 protein nhiệt hạch và các chất tương tự GLP-1 kháng DPP-IV để điều trị

T2DM. Dùng GLP-1 cho bệnh nhân di truyền mạn tính đã dẫn tới việc giảm đáng kể cả lượng
glucose trong máu và huyết tương HbA
1
c [39, 148].
Các nghiên cứu lâm sàng trên người cũng đưa ra các bằng chứng chứng minh hiệu quả của
việc giảm glucose huyết khi dùng sitagliptin và vildagliptin đơn độc hoặc kết hợp với các tác
nhân chống ĐTĐ khác hiện có. Cơ chế tác dụng mà các chất ức chế DPP-IV làm giảm đường
huyết là khác biệt so với các tác nhân làm hạ đường huyết khác. Chúng kiểm soát lượng đường
trong máu cao bởi việc gây cho tuyến tụy tăng tiết insulin, tăng tuần hoàn GLP-1, giảm tiết
glucagon và truyền tín hiệu cho gan để giảm sản xuất glucose [103]. Đánh giá này đã nhấn mạnh
sự phát triển của các chất khác nhau ức chế DPP-IV dựa trên các nghiên cứu lâm sàng và tiền
lâm sàng. Nó bao gồm cả tiềm năng phát triển các chất ức chế DPP-IV theo tác dụng của GLP-1
[66].
Ngoài ra, các thử nghiệm trong lâm sàng của vildagliptin đối với những người bị T2DM đã
được tiến hành khi dùng đơn liều hay dùng kết hợp với metformin, pioglitazon hoặc insulin và
cũng đã chứng minh được khả năng cải thiện lượng đường huyết [101, 118, 123]. Những bệnh
nhân được điều trị với liều 100mg vildagliptin/ngày trong khoảng 24 tuần cho thấy mức giảm
A
1
C ( trong đó, A1c là tỉ lệ phần trăm của HbA1c (đã gắn glucose) trên tổng Hb toàn phần, giúp
đánh giá lượng đường trung bình có trong máu trong vòng 2-3 tháng gần nhất bằng cách đo nồng
độ của glycosylated hemoglobin) trung bình là 1.1% từ mức ban đầu là 8.7 % trên 1.301 bệnh