Tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất acid hydroxamic mang khung indol hướng ức chế enzym histon deacetylase

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

PHẠM THU HƢƠNG

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA MỘT SỐ
DẪN CHẤT ACID HYDROXAMIC
MANG KHUNG INDOL HƢỚNG ỨC CHẾ
ENZYM HISTON DEACETYLASE

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC

HÀ NỘI 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

PHẠM THU HƢƠNG

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA MỘT SỐ
DẪN CHẤT ACID HYDROXAMIC
MANG KHUNG INDOL HƢỚNG ỨC CHẾ

ENZYM HISTON DEACETYLASE
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƢỢC PHẨM
VÀ BÀO CHẾ THUỐC
MÃ SỐ: 60720402

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Nguyễn Hải Nam
2. ThS. Trần Thị Lan Hƣơng

HÀ NỘI 2017


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình
và nhiều giúp đỡ quý báu của các thày cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè.
Từ tận đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự biết ơn sâu sắc
tới GS.TS. Nguyễn Hải Nam và ThS. Trần Thị Lan Hƣơng, những ngƣời thầy đã
chỉ dẫn tôi tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em làm việc và thực hiện đề tài tại bộ
môn Hóa dƣợc, đặc biệt là em Lê Văn Cƣờng và em Dƣơng Tiến Anh đã ủng hộ
và giúp đỡ tôi rất nhiệt tình trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi cũng nhận đƣợc sự phối hợp và giúp đỡ từ các cán bộ làm việc tại Khoa
Hóa – trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội, Viện Hóa học
các hợp chất tự nhiên, Viện hóa học Việt Nam, Viện Khoa học và Công Nghệ Việt
Nam, cùng toàn thể các thầy cô trong các phòng, ban, thƣ viện. Tôi xin chân thành
cảm ơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bè bạn – những
ngƣời luôn sát cánh, động viên và khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập.

Hà Nội, ngày 31 tháng 03 năm 2017
Học viên

Phạm Thu Hương


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC SƠ ĐỒ
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) .............................................................. 3
1.1.1. Cấu trúc nhiễm sắc thể và histon ................................................................ 3
1.1.2. Khái niệm về Histon Deacetylase .............................................................. 3
1.1.3. Phân loại HDAC......................................................................................... 4
1.1.4. Cấu trúc của HDAC ................................................................................... 5
1.1.5. Mối quan hệ giữa HDAC và ung thƣ ......................................................... 6
1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC (HDIs) .............................................................. 8
1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC ............................................................... 8
1.2.2. Cơ chế tác dụng của các HDIs ................................................................... 9
1.2.3. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC ........................................................ 10
1.3. MỘT SỐ THIẾT KẾ VÀ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ACID
HYDROXAMIC MANG KHUNG INDOL TRÊN THẾ GIỚI ............................ 12
1.3.1. Liên quan cấu trúc tác dụng của các acid hydroxamic ức chế HDAC ..... 12
1.3.2. Một số thiết kế nghiên cứu và tổng hợp acid hydroxamic mang khung
indol trên thế giới ............................................................................................... 12
1.4. CÁC PHẢN ỨNG DÙNG TRONG TỔNG HỢP CÁC DẪN CHẤT ACID
HYDROXAMIC MANG KHUNG INDOL.......................................................... 20

1.4.1. Phản ứng thế ái nhân lƣỡng phân tử ......................................................... 20
1.4.2. Tổng hợp acid hydroxamic từ ester ................................................... 21
Chƣơng 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................... 22
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ ................................................................. 22
2.1.1. Hóa chất .................................................................................................... 22
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ....................................................................................... 22
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 23


2.2.1. Tổng hợp hóa học ..................................................................................... 23
2.2.2. Thử tác dụng ức chế HDAC2 và hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ
của các dẫn chất tổng hợp đƣợc ......................................................................... 23
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 24
2.3.1. Tổng hợp hóa học ..................................................................................... 24
2.3.2. Thử tác dụng sinh học .............................................................................. 25
2.3.3. Đánh giá mối liên quan cấu trúc tác dụng và đánh giá mức độ giống
thuốc của các dẫn chất tổng hợp đƣợc ............................................................... 27
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................... 28
3.1. HÓA HỌC ...................................................................................................... 28
3.1.1. Tổng hợp hóa học ..................................................................................... 28
3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết............................................................................... 38
3.1.3. Khẳng định cấu trúc ................................................................................. 39
3.2. HOẠT TÍNH SINH HỌC ............................................................................... 46
3.2.1. Tác dụng ức chế HDAC ........................................................................... 46
3.2.2. Hoạt tính kháng tế bào ung thƣ in vitro ................................................... 47
3.3. SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ GIỐNG THUỐC .......................................... 48
Chƣơng 4. BÀN LUẬN ............................................................................................ 50
4.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC ................................................................................. 50
4.2. KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC .......................................................................... 51

4.2.1. Phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................. 51
4.2.2. Phổ khối (MS) .......................................................................................... 53
4.2.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR)................................. 53
4.3. HOẠT TÍNH SINH HỌC ............................................................................... 57
4.3.1. Tác dụng ức chế HDAC2 ......................................................................... 57
4.3.2. Tác dụng thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ ........................................ 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AsPC-1

: Tế bào ung thƣ tuyến tụy

Boc

: tert-butyloxycarbonyl

13

: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C

DCM

: Dicloromethan

DMF

: Dimethylformamid

DMSO

: Dimethyl sulfoxide

FBS

: Huyết thanh thai bò

1

: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H

HAT

: Histon acetyltranferase

H1299

: Tế bào ung thƣ phổi

HCT116

: Tế bào ung thƣ đại tràng

HDAC

: Histon deacetylase

HDI, HDIs

: Histon deacetylase Inhibitor(s)

Hep G2

: Tế bào ung thƣ gan

HT1080

: Tế bào u sợi

IR

: Phổ hồng ngoại

K562

: Tế bào ung thƣ máu

Lovo

: Tế bào ung thƣ đại tràng

MCF-7

: Tế bào ung thƣ vú

MDA435

: Tế bào ung thƣ biểu mô tuyến vú

MS

: Phổ khối lƣợng

NCI-H23

: Tế bào ung thƣ phổi

C – NMR

H – NMR


PC-3

: Tế bào ung thƣ tiền liệt tuyến

PLZF

: Promyelocytic leukemia zinc finger

PML

: Promyelocytic leukemia gene

RAR

: Retinoid acid receptor

SAHA

: Acid suberoylanilid

SW620

: Tế bào ung thƣ đại tràng

TSA

: Trichostatin A

TCA

: Tricloroacetic

U266

: Tế bào đa u tủy


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại các chất ức chế HDAC ............................................................... 8
Bảng 1.2: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC và kháng tế bào ung thƣ
in vitro của N-hydroxycinnamamid có vòng indol. .................................................. 13
Bảng 1.3: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng tế bào ung thƣ in vitro của Nhydroxybenzamid có vòng indol. .............................................................................. 14
Bảng 1.4: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC và kháng tế bào ung thƣ
in vitro của dẫn chất 3. .............................................................................................. 16
Bảng 1.5: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC

của các acid hydroxamic amid. ................................................................................. 17
Bảng 1.6: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC và khả năng ức chế tế bào ung
thƣ của các acid hydroxamic amid mang khung indol.............................................. 18
Bảng 1.7: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC và khả năng ức chế tế bào ..... 19
Bảng 3.1: Giá trị Rf của các chất IIIa-c, Va-c và VIIa-c ......................................... 39
Bảng 3.2: Số liệu phân tích phổ IR của IIIa-c, Va-c và VIIa-c ............................... 40
Bảng 3.3: Số liệu phân tích phổ khối lƣợng của các chất IIIa-c, Va-c và VIIa-c ... 41
Bảng 3.4: Số liệu phân tích phổ 1H-NMR ................................................................ 42
Bảng 3.5: Số liệu phân tích phổ 13C-NMR ............................................................... 45
Bảng 3.6: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất
IIIa-c, Va-c và VIIa-c .............................................................................................. 47
Bảng 3.7: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ in vitro của
các chất IIIa-c, Va-c và VIIa-c ................................................................................ 48
Bảng 3.8. Đánh giá mức độ giống thuốc của các dẫn chất IIIa-c, Va-c
và VIIa-c theo quy tắc Lipinsky ............................................................................... 49


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: HAT và HDAC điều hòa quá trình phiên mã .............................................. 4
Hình 1.2: Phân loại HDAC ở ngƣời ............................................................................ 5
Hình 1.3: Vai trò sinh học của các HDAC trong hoạt động tế bào ung thƣ ............... 7
Hình 1.4: Các chất ức chế HDAC điều hòa sự phát triển tế bào theo 3 cơ chế. ....... 10
Hình 1.5: Cấu trúc của các chất ức chế HDAC ......................................................... 11
Hình 1.6: Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đang đƣợc sử dụng
và thử nghiệm trên lâm sàng ..................................................................................... 11
Hình 1.7: Cấu trúc của Panobinostat. ........................................................................ 20
Hình 4.1: Phổ hồng ngoại của dẫn chất IIIa ............................................................. 52
Hình 4.2: Phổ khối lƣợng của dẫn chất IIIb ............................................................. 53
Hình 4.3: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân1H-NMR của dẫn chất IIIc .......................... 56
Hình 4.4: Biểu đồ so sánh tác dụng ức chế HDAC

của các dẫn chất VIIa-c với SAHA .......................................................................... 57
Hình 4.5 : Biểu đồ so sánh hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn chất Vb-c
và VIIa-c với SAHA trên 4 dòng tế bào thử nghiệm ............................................... 60


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1: Cơ chế phản ứng thế ái nhân SN2 ............................................................ 20
Sơ đồ 2.1: Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất
acid hydroxamic mang khung indol. ......................................................................... 24
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất IIIa ......................................................... 28
Sơ đồ 3.2: Quy trình tổng hợp chất IIa ..................................................................... 28
Sơ đồ 3.3: Quy trình tổng hợp chất IIIa ................................................................... 29
Sơ đồ 3.4: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất IIIb ......................................................... 31
Sơ đồ 3.5: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất IIIc.......................................................... 32
Sơ đồ 3.6: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất Va ........................................................... 33
Sơ đồ 3.7: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất Vb ........................................................... 34
Sơ đồ 3.8: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất Vc ........................................................... 35
Sơ đồ 3.9: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất VIIa ........................................................ 36
Sơ đồ 3.10: Sơ đồ phản ứng tổng hợp chất VIIb ...................................................... 37
Sơ đồ 3.11: Sơ đồ tổng hợp chất VIIc ...................................................................... 38
Sơ đồ 4.1: Cơ chế phản ứng thế ái nhân alkyl tạo IIa-c, IVa-c và VIa-c. ............... 50
Sơ đồ 4.2: Cơ chế phản ứng tạo thành IIIa-c, Va-c và VIIa-c ................................ 51


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ung thƣ đang trở thành một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong
trên toàn cầu cũng nhƣ tại châu Á và Việt Nam. Theo thống kê của Tổ chức nghiên
cứu ung thƣ thế giới IARC, trong năm 2012, có khoảng 14 triệu trƣờng hợp ung
thƣ đƣợc phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử vong liên quan đến ung thƣ. Dự
tính từ nay đến năm 2030, mỗi năm sẽ có thêm 22 triệu trƣờng hợp mới mắc bệnh

và 13 triệu ngƣời tử vong vì căn bệnh nan y này [42].
Để giảm thiểu tỉ lệ tử vong do ung thƣ thì việc nghiên cứu thuốc chống ung
thƣ có vai trò quan trọng hàng đầu.
Trong những năm gần đây, nhóm các chất ức chế HDAC đang đƣợc các nhà
khoa học tập trung nghiên cứu để tìm ra các chất có tiềm năng trở thành các thuốc
mới có tác dụng điều trị ung thƣ.
Một trong các nhóm ức chế HDAC đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay
là các dẫn chất acid hydroxamic. Nhóm chất này có cấu trúc đơn giản dễ tổng
hợp và hoạt tính ức chế HDAC mạnh, trong đó Acid suberoylanilid hydroxamic
(SAHA) (Vorinostat, Zolinza®) là chất ức chế HDAC đầu tiên đƣợc FDA cấp phép
trong điều trị u lympho tế bào T dƣới da [49].
Tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dƣợc trƣờng Đại học
Dƣợc Hà Nội đã thiết kế, tổng hợp, thử tác dụng sinh học của các acid
hydroxamic mới với sự thay đổi nhóm khóa hoạt động và cầu nối dựa trên
khung của SAHA. Các nghiên cứu này sử dụng các dị vòng thay thế nhƣ vòng
benzothiazol, 5-aryl-1,3,4-thiadiazol, 2-oxoindolin và đã thu đƣợc những kết
quả rất đáng lƣu ý. Các hợp chất tổng hợp đƣợc thể hiện rất mạnh hoạt tính ức
chế HDAC so với SAHA, đồng thời một số chất trong các dãy nghiên cứu
cũng cho tác dụng tốt trên một số dòng tế bào ung thƣ thử nghiệm [32,33,34].
Dựa vào các kết quả khả quan đó, chúng tôi tiếp tục mở rộng nghiên cứu về
các acid hydroxamic mới, trong đó sử dụng dị vòng indol với vai trò là một
1


nhóm khóa hoạt động. Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài:
“Tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất
acid hydroxamic mang khung indol hướng ức chế ezym histon deacetylase”
với 2 mục tiêu chính:
1. Tổng hợp đƣợc một số dẫn chất acid hydroxamic mang khung indol.
2. Thử tác dụng ức chế enzym histon deacetylase và tác dụng gây độc tế bào

của các dẫn chất tổng hợp đƣợc trên một số dòng tế bào ung thƣ ngƣời.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC)
1.1.1. Cấu trúc nhiễm sắc thể và histon
Nhiễm sắc thể là một phức hợp đại phân tử protein-ADN đƣợc tổ chức cao,
có cấu trúc động, bao gồm ADN, các protein histon và protein không phải histon.
Histon là các protein cơ bản giàu acid amin nhƣ lysin, arginin, đƣợc chia thành
5 nhóm chính (H1, H2A, H2B, H3, H4). Từng cặp của H2A, H2B và H3, H4 cùng
nhau tạo nên lõi protein octomer hình đĩa. Lõi protein này đƣợc quấn quanh bởi
146 cặp ADN tạo nên nucleosom (hình 1.1). Các nucleosom nối với nhau nhờ
phần amino tận của các histon. Bốn cặp histon lõi có 2 phần quan trọng: phần đuôi
C nằm bên trong lõi của nucleosome và phần đầu N với acid amin kết thúc là lysine
nằm bên ngoài nucleosome [30]. Đầu amin này mang nhiều điện tích dƣơng nên
tƣơng tác mạnh với phần phosphate mang điện âm trên phân tử ADN tạo nên cấu
trúc nucleosome và các cấu trúc bậc cao hơn của nhiễm sắc thể.
Việc tích điện dƣơng của chiston mạnh hay yếu thông qua quá trình acetyl
hóa đầu amin ở phần đuôi của histon. Ở dạng deacetyl hóa, histon tích điện dƣơng
lớn, tƣơng tác điện tích với ADN mạnh làm đóng xoắn nhiễm sắc thể gây ức chế
quá trình dịch mã và tổng hợp protein, ức chế biểu hiện gen. Ngƣợc lại, khi bị
acetyl hóa, điện tích dƣơng bị trung hòa, nhiễm sắc thể đƣợc tháo xoắn, quá trình
tổng hợp protein diễn ra và đặc tính của gen đƣợc biều hiện. Trong tế bào, quá trình
acetyl hóa này đƣợc điều hòa bởi 2 enzym: histon acetyltransferase (HAT) và
histon deacetylase (HDAC) [1,22,40,43].
1.1.2. Khái niệm về Histon Deacetylase
Histon Deacetylase là một nhóm các enzym xúc tác quá trình loại bỏ nhóm
acetyl từ ε-N-acetyl lysine amino acid của histon. HDAC có tác dụng đối lập với

histon acetyltransferase (HAT) - enzyme xúc tác chuyển nhóm acetyl từ acetyl
coenzyme A đến ε-amino của lysine ở đầu N của histon [47].
3


Hình 1.1: HAT và HDAC điều hòa quá trình phiên mã [22]
* Chú thích: HAT: histon acetyltransferase; HDAC: histon deacetylase; Ac:
acetyl.
1.1.3. Phân loại HDAC
Các 18 HDAC ở ngƣời đƣợc chia thành 4 nhóm dựa trên sự tƣơng đồng cấu
trúc của chúng lần lƣợt với Rpd3, Hdal và Sir2 trong nấm men [16, 37]:
- Nhóm I gồm: HDAC1, 2, 3 và 8
- Nhóm II gồm: HDAC4, 5, 7, 9, 6 và 10
- Nhóm III gồm những sirtuin
- Nhóm IV gồm HDAC11
Nhóm I, II và IV gồm 11 thành viên và đƣợc coi là những HDAC “kinh
điển”. Những HDAC “kinh điển” và sirtuin có cơ chế xúc tác khác nhau. Những
HDAC “kinh điển” là những enzym phụ thuộc Zn2+, vị trí xúc tác của chúng có
dạng túi với một ion Zn2+ ở đáy của túi. Những enzym này có thể bị ức chế bởi các
hợp chất tạo chelat với Zn2+ nhƣ các acid hydroxamic. Ngƣợc lại, những sirtuin
không bị ức chế bởi những hợp chất này vì chúng có cơ chế hoạt động khác là phụ
thuộc vào NAD+ nhƣ một cofactor cơ bản [37].

4


Hình 1.2: Phân loại HDAC ở người [11]
* Chú thích: Hình chữ nhật màu xanh dương là vùng xúc tác được bảo tồn
của HDAC; N: nhân; C: bào tương; Mit: ty thể; Ac: acetyl hóa; P: phosphoryl
hóa; S: sumoyl hóa; Ub: ubiquitin hóa. N.D: chưa xác định.

1.1.4. Cấu trúc của HDAC
Việc xác định cấu trúc của HDAC là rất cần thiết kế công thức cho các chất
ức chế HDAC. Về cơ bản, cấu trúc của các HDAC khá giống nhau đều có trung
tâm hoạt động gồm 2 phần chính: ion Zn2+, kênh enzym dạng túi hình ống.
- Ion Zn2+ là coenzym của HDAC nằm ở trung tâm xúc tác của chúng. Đây là
thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với đuôi histon bằng liên kết phối trí. Thông
thƣờng các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế
HDAC và độc tính tế bào càng mạnh [21,26,49].
- Kênh enzym là nơi chứa đựng cơ chất và tạo nhiều liên kết Van der Waals
với cơ chất. Kênh có dạng túi hình ống hẹp, đƣợc cấu tạo từ các acid amin thân dầu:
Phe, Tyr, Pro, His. Cấu trúc túi rất linh động, có thể biến đổi để phù hợp với chiều
dài của các cơ chất khác nhau. Trên miệng túi có 1 vành nhỏ đƣợc tạo nên từ 1 vài
vòng xoắn protein (phần vành sẽ tƣơng tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDAC).
Đối với các hợp chất acid hydroxamic chiều dài của kênh này là tối ƣu với khoảng
5


5-6 liên kết carbon [21,26,40].
1.1.5. Mối quan hệ giữa HDAC và ung thƣ
HAT acetyl hóa histon làm trung hòa cực dƣơng trên lysin và giúp tháo
xoắn cấu trúc của nucleosom, do đó giúp cho các nhân tố sao mã dễ dàng tiếp cận
ADN. Ngƣợc lại, các HDAC xúc tác loại bỏ nhóm acetyl từ histon và protein
không phải histon, làm tăng sự tích điện dƣơng trên đầu N của histon và đóng xoắn
nhiễm sắc thể, kết quả là ức chế quá trình phiên mã do ngăn cản các nhân tố sao mã
tiến đến đích của chúng trên ADN. Nhƣ vậy, sự acetyl hóa và deacetyl hóa nhiễm
sắc thể đóng vai trò quan trọng trong điều hòa quá trình biểu hiện gen. Việc mất
cân bằng hoạt động giữa HAT và HDAC có thể dẫn đến những bất thƣờng biểu
hiện gen và do đó dẫn đến ung thƣ [11,22,23,27,30].
Hoạt động của HAT liên quan đến sự di chuyển, xâm lấn, sự biểu thị quá
mức hoặc sự đột biến trong rất nhiều loại ung thƣ kể cả ung thƣ máu và ung thƣ

biểu mô. Hai HAT bị biến đổi rõ nhất trong một số bệnh ung thƣ do đột biến hoặc
di chuyển là p300 và CBP [14,35].
Trong khi đó, sự huy động bất thƣờng của các HDAC vào chuỗi điều hòa
của gen đích có thể xảy ra thông qua tƣơng tác biến đổi của chúng với việc tăng
cƣờng vai trò của các protein gắn kết ADN gây ung thƣ. Ví dụ nhƣ receptor αRAR
gắn kết gen PML (promyelocytic leukemia gene) hoặc PLZF (promyelocytic
leukemia zinc finger) trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp. Trong điều kiện sinh
lý, αRAR là nhân tố sao mã hoạt hóa acid retinoic giúp giải phóng phức hợp
đồng ức chế chứa HDAC và làm gia tăng các chất đồng hoạt hóa sao mã (bao
gồm cả HAT). Điều này dẫn đến sự acetyl hóa histon và ức chế gen đẩy mạnh sự
biệt hóa tế bào. Trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp, protein gắn kết
αRAR/PML hoặc αRAR/PLZF giữ HDAC và phối hợp với phức hợp đồng ức
chế. Do đó tăng methyl transferase histon và ADN, dẫn đến ngăn cản sự phiên
mã [11,13,22]. Do vậy, tế bào ung thƣ không trải qua giai đoạn biệt hóa và phát
triển quá mức. Biểu thị quá mức HDAC1 và/hoặc HDAC2 và/hoặc HDAC6 còn
6


gặp trong một số bệnh ung thƣ tạng đặc nhƣ ung thƣ tiền liệt tuyến, ung thƣ
dạ dày, trực tràng, ung thƣ vú và ung thƣ não [17,38,41] cũng nhƣ trong các
bệnh lý ác tính về máu (bệnh bạch cầu tủy bào cấp, bạch cầu tế bào B, bệnh u
lympho tế bào T ngoại vi, bệnh u lympho tế bào B và bệnh u lympho da tế bào T)
[31]. Tóm lại, các biến đổi sau phiên mã của HDAC có thể làm thay đổi tƣơng
tác của chúng với phức hợp đồng ức chế mà các phức hợp này liên quan đến quá
trình phiên mã của các gen gây ung thƣ.
Các nghiên cứu có ý nghĩa thống kê đã chỉ ra rằng các HDAC liên quan đến
nhiều giai đoạn điều hòa cơ bản của quá trình sinh học trong tế bào ung thƣ nhƣ
chu trình tế bào, sự biệt hóa, sự chết tế bào theo chƣơng trình, kể cả sự di chuyển,
sự xâm lấn và sự tạo mạch. Vai trò chức năng của các HDAC trong quá trình sinh
học của tế bào ung thƣ đƣợc tóm tắt ở hình 1.1 [7,12,15,36].

Hình 1.3: Vai trò sinh học của các HDAC trong hoạt động tế bào ung thư
Có thể thấy rằng việc ức chế phiên mã bị ảnh hƣởng bởi sự gia tăng hoạt
động của HDAC và có thể kiểm soát ung thƣ bằng cách ức chế HDAC. Nhiều công
trình nghiên cứu trên thế giới đã và đang đƣợc triển khai nhằm tìm kiếm các chất
ức chế HDAC - một mục tiêu phân tử rất hấp dẫn trong điều trị ung thƣ.

7


1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC (HDIs)
1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC
Các chất ức chế HDAC đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi, cho đến nay, chúng
đƣợc biết đến với bốn nhóm chính sau: [2]
- Các benzamid: MS-275, CI-994.
- Các tetrapeptid vòng: trapoxin, apicidin và depsipeptid.
- Các acid béo chuỗi ngắn: 4-phenylbutyrat, acid valproic.
- Các acid hydroxamic: SAHA, pyroxamid, TSA, oxamflatin và các CHAP
(acid hydroxamic mang peptid vòng).
Bảng 1.1: Phân loại các chất ức chế HDAC
Chất

Cấu trúc

Chất

Cấu t r ú c

Các acid hydroxamic
TSA (Trichostatin A)

Oxamflatin

Acid

NVP-LAQ-

suberoylanilid

824

hydroxamic

O

CBHA

O
H
N

HOHN

NHOH
O

carboxycinnamic
bishydroxamid)
Peptid vòng
O

Depsipeptid
HN
O

(FK-228)

CH3
O

H
N

NH

S
S

Acipidin
CH3
CH3

H3C

O
HN

O

CH3

O

8

O
H
N
NHOH
N

HN

(SAHA)

(Acid M-

OH

O


Benzamid
MS-275

CI-994

Các acid béo
Phenyl
Acid valproic

butyrat

Mỗi nhóm có những hạn chế riêng: các acid hydroxamic là những chất bị
chuyển hóa nhanh và ức chế không chọn lọc các HDAC; các benzamid và các acid
béo có hiệu lực hạn chế, trong khi các peptid vòng gây ra sự chảy máu khó chữa
[20].
1.2.2. Cơ chế tác dụng của các HDIs
Các chất ức chế HDAC tác động lên tế bào ung thƣ theo ba cơ chế chủ yếu:
[2]
- Các chất ức chế HDAC tác động lên những tế bào bình thƣờng và tế bào
ung thƣ với cùng mức độ gây ra G2 checkpoint (vị trí mà tại đó chu trình tế bào
tạm thời dừng lại, chờ đến khi các điều kiện trở nên phù hợp thì chu trình lại tiếp
tuc). Những tế bào bình thƣờng trải qua G2 checkpoint và tiếp tục phát triển, trong
khi đó những tế bào ung thƣ tái tạo ADN tạo thành dạng 4nADN và chuyển sang
giai đoạn gây chết tế bào theo chƣơng trình.
- Các chất ức chế HDAC tác động lên các tế bào ung thƣ gây ra sự ngừng tế
bào ở pha G1, kết quả là gây ra sự biệt hóa tế bào ung thƣ.
- Các chất ức chế HDAC tác động lên các tế bào ung thƣ làm tăng tính sinh
miễn dịch của tế bào ung thƣ và ức chế sự tạo mạch.

9


Hình 1.4: Các chất ức chế HDAC điều hòa sự phát triển tế bào theo 3 cơ chế.
Nhƣ vậy, các chất ức chế HDAC có tác dụng chống ung thƣ do tác động lên
nhiều giai đoạn quan trọng của chu trình tế bào làm mất sự điều hòa trong tế bào ác
tính. Trong đó, yếu tố then chốt quyết định hoạt tính chống ung thƣ của HDIs là
thúc đẩy sự biệt hóa, ức chế chu trình tế bào và thúc đẩy sự chết tế bào. Ngoài
tác dụng trực tiếp lên sự phát triển và sống sót của tế bào ung thƣ, các chất ức
chế HDAC còn tác dụng gián tiếp đến sự phát triển khối u. Các chất ức chế HDAC

có thể hoạt hóa phức hợp hòa hợp mô (MHC) nhóm I và II liên quan đến phiên mã,
những phân tử đồng kích thích CD40, CD80 và CD86, phân tử gắn vào khoảng
gian bào ICAM1, và các interferon loại I và II, nhằm làm tăng sự nhận dạng và
hoạt hóa của các tế bào miễn dịch (hình 1.4) [22].
1.2.3. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC
Các HDIs đƣợc chia thành nhiều nhóm khác nhau nhƣng có một số đặc
điểm chung về mặt cấu trúc, bao gồm 3 phần chính [2,5,9,28]:
- Nhóm gắn với ion Zn2+ (A - Zinc Binding Group, ZBG): nhƣ acid
hydroxamic, thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, α-cetoester, ceton thân dầu...
quyết định tính đặc hiệu và hiệu lực của HDIs.
- Vùng cầu nối sơ nƣớc (B): thƣờng là mạch hydrocarbon thân dầu có thể
tạo nhiều liên kết Van der Waals với kênh enzym.
10


- Nhóm khóa hoạt động (capping group) hay vùng nhận diện bề mặt (C):
thƣờng là các aryl hoặc 1 số vòng khác, ằm trên bề mặt enzym.

Hình 1.5: Cấu trúc của các chất ức chế HDAC
Cấu trúc tinh thể kết tinh của các HDAC liên kết với 1 số chất ức chế
HDAC cho thấy phần A, B và 1 phần của C nằm trong túi enzym, làm đầy khoảng
trống trong lòng kênh enzym. Phần còn lại của C tƣơng tác với phần vành trên bề
mặt miệng túi enzym. Nhóm nhận diện bề mặt C có thể liên kết với phần cầu nối
thông qua 1 số liên kết peptid, làm tăng khả năng phân cực và góp phần cải thiện
dƣợc động học cho HDIs. Việc nghiên cứu thiết kế công thức cho các HDIs mới
đều dựa trên cấu trúc cổ điển này.

Hình 1.6: Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đang được sử dụng và thử
nghiệm trên lâm sàng [18].

11


1.3. MỘT SỐ THIẾT KẾ VÀ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ACID
HYDROXAMIC MANG KHUNG INDOL TRÊN THẾ GIỚI
1.3.1. Liên quan cấu trúc tác dụng của các acid hydroxamic ức chế HDAC
Acid hydroxamic là nhóm chất ức chế HDAC đƣợc nghiên cứu rộng rãi
nhất, với nồng độ ức chế nằm trong khoảng micromol đến nanomol.Các chất ức chế
HDAC dựa trên cấu trúc amid-alkyl- acid hydroxamic đã đƣợc biết đến nhiều (ví dụ
SAHA). Cấu trúc của nhóm chất này gồm 3 phần chính nhƣ sau [29]:
- Nhóm khóa hoạt động liên quan đến tính đặc hiệu và hiệu lực ức chế
enzyme HDAC, thƣờng là các aryl, các nghiên cứu về các chất tổng hợp đƣợc cho
thấy kích thƣớc vòng nhân thơm lớn sẽ cho tác dụng tốt hơn vòng nhỏ.
- Cầu nối sơ nƣớc: liên quan đến khả năng ức chế enzym, quyết định sự phù
hợp về cấu trúc của các chất với chiều dài của kênh enzyme. Phần này thƣờng có
cấu trúc amid-alkyl, là các hydrocarbon mạch hở hoặc các vòng thơm có kích thƣớc
nhỏ. Trong cầu nối liên kết amid là quan trọng nhƣng không phải là then chốt, độ
dài mạch carbon tối ƣu là 5 - 6C.
- Nhóm gắn kết với Zn2+: acid hydroxamic, là phần không thể thiếu để có tác
dụng ức chế HDAC.
1.3.2. Một số thiết kế nghiên cứu và tổng hợp acid hydroxamic mang khung
indol trên thế giới
Nhƣ trên đã đề cập đến, các acid hydroxamic có hiệu lực ức chế HDAC
tốt song chúng có nhƣợc điểm là ức chế không chọn lọc và nửa đời in vivo ngắn.
Chính vì vậy, rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đang nỗ lực tìm kiếm các
dẫn chất mới dựa trên phiên mẫu của TSA, SAHA và các chất đã tìm đƣợc. Dựa
trên đặc điểm cấu trúc của các chất ức chế HDAC dẫn chất hydroxamic, các
nghiên cứu có thể tiến hành thay đổi một trong 2 phần cấu trúc: nhóm khóa
hoạt động hoặc cầu nối.
Trong khi đó dị vòng indol giữ vai trò quan trọng không chỉ trong hóa học

hữu cơ mà còn cả trong hóa dƣợc. Indol là một trong những đơn vị cấu trúc quan
12


trọng đƣợc tìm thấy trong một loạt các phân tử có hoạt tính sinh học có tác dụng
kháng khuẩn, kháng virus, chống trầm cảm, chống hen, chống HIV và chống ung
thƣ [6]. Trong những năm gần đây, indol dần trở thành một thành phần cấu trúc
quan trọng trong thiết kế các chất mới và các chất này cũng thể hiện hoạt tính chống
ung thƣ khi tƣơng tác với các đích tác dụng khác nhau [44]. Một số thuốc có chứa
khung indol trong phân tử bao gồm vincristin, vinblastin, perindopril, pindolol...
Sau đây là một số nghiên cứu trên thế giới về thay đổi cấu trúc của các acid
hydroxamic trong đó sử dụng vòng indol với vai trò nhƣ một nhóm khóa hoạt động.
Yingjie Zhang và các cộng sự thuộc trƣờng đại học Shangdong đã thiết kế
và tổng hợp các N-hydroxycinnamamid chứa nhóm khóa hoạt động indol. Kết quả
cho thấy chất 1c, 1g, 1h, 1j và 1k thể hiện khả năng ức chế HDAC và hoạt tính
gây độc tế bào mạnh hơn hoặc tƣơng đƣơng với SAHA đặc biệt trên dòng tế bào
U937. Riêng hợp chất 1a tuy khả năng ức chế HDAC khiêm tốn hơn nhiều so với
SAHA (kém hơn 5 lần) nhƣng lại thể hiện hoạt tính gây độc tế bào vƣợt trội hơn
các hợp chất còn lại trong dãy và SAHA. Điều này đã đƣợc giải thích là do hợp
chất 1a có khả năng thấm tốt vào tế bào nên mặc dù khả năng ức chế HDAC kém
hơn SAHA nhƣng hoạt tính độc tế bào lại mạnh hơn [44].
Bảng 1.2: Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế HDAC và kháng tế bào ung thư
in vitro của N-hydroxycinnamamid có vòng indol.

13


Chất

HDAC U937

R

IC50

IC50

(μM)

(μM)

HDAC U937
Chất

R

IC50

IC50

(μM)

(μM)

1a

1,08

1,8

1h

0,18

2,2

1c

0,17

3,1

1j

0,18

2,7

1g

0,16

2,2

1k

0,14

3,9

SAHA

0,19

2,3

Năm 2015, các nhà khoa học này cũng đã tiếp tục thiết kế và tổng hợp các
acid hydroxamic chứa nhóm khóa hoạt động indol. Tuy nhiên, trong cấu trúc
thay N-hydroxycinnamamid bằng N-hydroxybenzamid và thu đƣợc kết quả rất
khả quan. Trong dãy chất tổng hợp đƣợc, chất 2r và 2l có hoạt tính kháng ung
thƣ in vitro tƣơng đƣơng hoặc tốt hơn SAHA, đặc biệt là dẫn chất 2r [24].
Bảng 1.3: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro
của N-hydroxybenzamid có vòng indol.

14


Chất

IC50 (μM)

R

U937

U266

HCT116

PC3

2r

1,09

1,01

1,45

0,47

2l

3,43

3,76

2,27

3,34

SAHA

3,35

1,35

6,15

5,36

Cùng mục tiêu tìm ra cầu nối và nhóm khóa hoạt động thích hợp, các nhà
khoa học thuộc viện dƣợc phẩm và hiệp hội hóa học Trung Quốc đã nhận thấy trong
những năm gần đây, rất nhiều các hợp chất đƣợc tổng hợp mang vòng indol có hoạt
tính chống tăng sinh đối với các tế bào ung thƣ. Ngoài ra, một số chất ức chế
HDAC chứa vòng indol có vai trò nhƣ một nhóm khóa hoạt động cũng cho thấy
tiềm năng trong điều trị ung thƣ. Đồng thời, sự có mặt của vòng triazol làm tăng sự
tƣơng tác của hợp chất với HDAC. Từ những ý tƣởng đó, các dẫn chất acid
hydroxamic có vòng indol đƣợc nối với N-hydroxyarylamid bằng vòng triazol đƣợc
thiết kế và tổng hợp. Đánh giá in vitro hoạt tính sinh học, hầu hết các hợp chất tổng
hợp đều cho thấy tác dụng chống ung thƣ đầy hứa hẹn. Trong đó dẫn chất 3 có hoạt
tính ức chế HDAC và chống tăng sinh tế bào ung thƣ mạnh hơn so với SAHA. Dẫn
chất này thể hiện chống tăng sinh tế bào ung thƣ mạnh với giá trị IC50 từ 3,57-6,21
mmol/L đối với mỗi thử nghiệm tế bào ung thƣ, trong khi giá trị này ở SAHA là
4,95-7,11 mmol/L. Ngoài ra, kết quả còn cho thấy khi có mặt nhóm thế 5-OCH3
trên vòng indol sẽ làm tăng hoạt tính ức chế tế bào ung thƣ. Tiếp tục, hầu hết các
dẫn chất tổng hợp đƣợc đánh giá invitro hoạt tính ức chế HDAC1, HDAC6 và
HDAC8 đều đem lại kết quả rất khả quan, đặc biệt là tác dụng đối với HDAC1.
Trong đó dẫn chất 3 có IC50 /HDAC1 là 0,078 mmol/L, nhỏ hơn 4 và 5 lần so với
15