Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết và cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây nopal (opuntia sp ) được nhập vào việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Thu Hằng

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT
VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT
CHÍNH TỪ CÂY NOPAL (OPUNTIA SP.) ĐƯỢC NHẬP VÀO
VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Thu Hằng

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT
VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT
CHÍNH TỪ CÂY NOPAL (OPUNTIA SP.) ĐƯỢC NHẬP VÀO
VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hóa sinh học
Mã số
: 62420116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS LÊ TẤT KHƯƠNG
2. PGS.TS. NGUYỄN VĂN MÙI

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh

Tạ Thu Hằng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân thành và
quý báu của các tập thể, các thầy cô giáo, các nhà khoa học, các đồng nghiệp,
bạn bè và người thân.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng tới PGS.TS
Lê Tất Khương, PGS.TS Nguyễn Văn Mùi những người thầy đã tận tình hướng
dẫn, quan tâm giúp đỡ cũng như động viên tôi trong suốt quá trình học tập và
thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện nghiên cứu và Phát triển
Vùng đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành những nghiên cứu của mình.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, Bộ môn sinh lý thực vật và hóa sinh, Bộ
môn Tế bào-mô phôi -Lý sinh, khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi trong thời gian qua.

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ phòng Hóa thực vật 2, Phòng Dược lý-Viện
Dược liệu đã giúp đỡ tôi về chuyên môn nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, cán bộ phòng Công nghệ
sinh học Nông nghiệp, Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng đã luôn ủng hộ và
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình đã
luôn ủng hộ, hết lòng chia sẻ các khó khăn và động viên tôi để tôi có đủ thời gian
và nghị lực thực hiện luận án này.
Nghiên cứu sinh

NCS. Tạ Thu Hằng


MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ 5
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... 9
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................ 14
1.1. Cây xương rồng Nopal và một số nghiên cứu về chi Opuntia ........................
14
1.1.1. Đặc điểm thực vật................................................................................ 14
1.1.2. Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia . 17
1.1.3. Hoạt tính sinh học của chi Opuntia. .................................................... 20
1.1.3.1. Tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của chi Opuntia ............ 20
1.1.3.2. Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia ................................... 24
1.2. Những nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ glucose huyết, hạ cholesterol từ
các loài thực vật khác .......................................................................................................
27

1.3. Bệnh đái tháo đường .......................................................................................... 29
1.3.1. Định nghĩa, phân loại .......................................................................... 29
1.3.2. Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ).............................................. 30
1.4. Tình hình bệnh ĐTĐ và biến chứng của ĐTĐ. ................................................
30
1.4.1. Tình hình ĐTĐ trên thế giới và ở Việt Nam ....................................... 30
1.4.2. Biến chứng đái tháo đường ................................................................. 32
1.4.3. Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường ........................................................ 34
1.4.3.1.Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 1 ........................................... 34
1.4.3.2. Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2 .......................................... 35
1.5. Một số đích tác dụng của một số thuốc điều trị ĐTĐ ......................................
41
1.5.1.Đích tác dụng làm giảm kháng insulin ................................................. 41
1.5.2. Thuốc điều trị hiện nay........................................................................ 44
1


1.6. Một số phương pháp nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết...........................
44
1.6.1. Mô hình nghiên cứu in vivo ................................................................ 44

2


1.6.1.1. Các phương pháp gây ĐTĐ trên động vật thực nghiệm .................. 45
1.6.1.2. Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết in vivo .................................... 45
1.6.2. Các mô hình nghiên cứu in vitro ......................................................... 46
1.7. Bệnh rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ.......................................................
47
1.7.1. Định nghĩa, phân loại, đặc trưng của rối loạn lipid máu ở bệnh nhân

ĐTĐ type 2 .................................................................................................... 47
1.7.2. Hậu quả của rối loạn chuyển hóa lipid ................................................ 50
1.7.3. Điều trị................................................................................................. 50
1.7.3.1.Mục tiêu điều trị ................................................................................ 50
1.7.3.2.Điều trị rối loạn lipid máu không dùng thuốc ................................... 52
1.7.3.3. Điều trị rối loạn lipid máu dùng thuốc ............................................. 52
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 53
2.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 53
2.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu ...................................................................... 53
2.1.2. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm ........................................................... 53
2.1.2.1. Hóa chất............................................................................................ 53
2.1.2.2. Thiết bị thí nghiệm ........................................................................... 54
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 55
2.2.1. Nghiên cứu về thực vật học................................................................. 55
2.2.1.1. Mô tả đặc điểm hình thái .................................................................. 55
2.2.1.2. Nghiên cứu giải phẫu ....................................................................... 55
2.2.2. Nghiên cứu về hóa học ........................................................................ 55
2.2.2.1.Phương pháp xác định thành phần dinh dưỡng ................................. 55
2.2.2.2. Phương pháp chiết phân đoạn .......................................................... 62
2.2.2.3. Phương pháp định tính ..................................................................... 62
2.2.2.4. Phương pháp định lượng polyphenol toàn phần .............................. 65
2.2.2.5. Phương pháp phân lập các hợp chất ................................................. 66
2.2.2.6. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học........................................... 67
2.2.3. Nghiên cứu tác dụng sinh học ............................................................. 68
3


2.2.3.1. Xác định độc tính cấp ....................................................................... 68
2.2.3.2. Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết ................................................. 69
2.2.3.3. Phương pháp đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC, ức chế

FAS kích thích sự hấp thu glucose. ............................................................... 73
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .................................................... 76
2.2.5. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................. 76
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ............................... 78
3.1. Nghiên cứu về thực vật ...................................................................................... 78
3.1.1.Đặc điểm hình thái thực vật ................................................................. 78
3.1.2. Đặc điểm giải phẫu .............................................................................. 81
3.1.2.1. Cấu tạo giải phẫu thân ...................................................................... 82
3.1.2.2. Cấu tạo giải phẫu thân rễ .................................................................. 82
3.1.2.3. Đặc điểm bột .................................................................................... 83
3.2. Nghiên cứu về hóa sinh học............................................................................... 84
3.2.1. Đánh giá sơ bộ thành phần dinh dưỡng của 03 giống cây xương rồng
Nopal nghiên cứu trồng tại Việt Nam ........................................................... 84
3.2.2. Nghiên cứu độc tính cấp của 03 giống xương rồng Nopal trồng tại
Việt
Nam................................................................................................................ 89
3.2.2.1.Dịch chiết toàn phần từ 03 giống xương rồng Nopal ........................ 90
3.2.2.2. Kết quả thử độc tính cấp của các cao chiết tổng của 03 giống xương
rồng Nopal ..................................................................................................... 90
3.2.3. Nghiên cứu tác dụng hạ đường huyết của 03 giống cây xương rồng
Nopal trồng tại Việt Nam .............................................................................. 92
3.2.4. Xác định các nhóm chất chính trong giống xương rồng Jalpa. ........... 94
3.2.4.1. Định tính các nhóm chất trong các cao phân đoạn giống xương rồng
Jalpa ............................................................................................................... 94
3.2.4.2. Định lượng polyphenol toàn phần trong các cao phân đoạn ............ 96
3.2.5. Nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của giống xương
rồng Jalpa trên chuột ĐTĐ type 2 ................................................................. 97
4

3.2.5.1. Gây chuột nhắt ĐTĐ type 2 ............................................................. 97
3.2.5.2. Tác dụng hạ đường huyết của các cao chiết phân đoạn trên chuột
ĐTĐ type 2 .................................................................................................. 101
3.2.5.3. Tác dụng hạ mỡ máu trên chuột ĐTĐ type 2 của các cao chiết phân
đoạn ............................................................................................................. 104
3.2.6. Kết quả đánh giá cơ chế tác dụng hạ glucose huyết của các cao chiết
phân đoạn thông qua hoạt hóa p-AMPK, p-ACC. ...................................... 111
3.2.7. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất từ cao phân đoạn PĐE có
tác dụng hạ glucse huyết và cholesterol máu tốt nhất. ................................ 114
3.2.8. Đánh giá tác dụng của 04 hợp chất tinh khiết flavonoid từ phân đoạn
dịch chiết ethyl acetat (PĐE) trên p-AMPK và p- ACC ............................. 124
3.2.8.1.Xác định độ độc tế bào .................................................................... 124
3.2.8.2. Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ
3T3-L1 của 4 hợp chất flavonoid ................................................................ 125
3.2.8.3. Tác dụng ức chế FAS theo nồng độ của typhaneosid và astragalin
trên tế bào mô mỡ 3T3-L1........................................................................... 127
3.2.9. Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ 3T3L1 theo nồng độ của typhaneosid................................................................ 128
3.2.10. Đánh giá tác dụng hoạt hóa AMPK kích thích sự hấp thu glucose của
hợp chất typhaneosid theo nồng độ ............................................................. 129
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 132
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 133
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN................................................................................................. 134
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 135

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ACC

acetyl-CoA cacboxylase

AOAC

Association of official Analytical Chemitsts

GLP-1

Aminoimidazol 4-carbonxamid ribosid

AMPK

Adenosine Monophotphate Activated Protein Kinasae

ATP

Adenosine triphosphate

BMI

Body Mas Index (chỉ số khối cơ thể)

CCT

Cao chiết tổng

DMEM

Môi trường nuôi cấy tế bào Dulbecco’s Modified Eagle Medium

DAG

Diacylglycerol

DMSO

Dimethylsulfoxid

ĐTĐ

Đái tháo đường

ELISA

Enzyme Linked Immunosorbent Assay (Kỹ thuật miễn dịch liên kết với
enzyme)

FAO

Food and Agriculture Organization of the United
(Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

FAS

Fatty acid synthase

GAD

glutamin acid decarboxylase

GLP-1

Glucagonlike peptid-1

GLUT

Hệ vận chuyển glucose (glucose transporter)

HbA1C

Glycated hemoglobin (Hemoglobin gắn đường)

HDL

High Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng cao)

HFD

High fat diet (chế độ ăn giàu chất béo)

HLA

human leucocyte antigen

HMBC

Heteronuclear Multiple Bond Connectivity

HSL

Hormon –sensitive lipase

HSQC

Heteronuclear Multiple Quantum Coherence

IC50

Haft maxial inhibitory concentration (Nồng độ gây ức chế 50% hoạt
tính sinh học hoặc hóa sinh

IDF

International Diabetes Federation (Liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế)

LC-CoA

Long chair-CoA

LD50

Lethal dose (Liều gây chết 50% động vật thí nghiệm)
5

Nations


LDL

Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

MAP

Opuntia Milpa Alta

MAPK

mitogen-activated protein kinase

MS

Mas Spectroscopy (Phổ khối lượng)

MTT

3- (4,5- dimethylthiazol-2-YL) 2,5- diphenyl-tetrazolium bromid

ND

Normal diet

NMR

Nuclear Magnetic Resonace Spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt
nhân)

PĐE

Cao phân đoạn ethyl acetat

PĐH

Cao phân đoạn n-hexan

PĐN

Cao phân đoạn nước

CCT

Cao tổng (cồn 70 %)

OFI

Oputia Ficus-indica

OFS

Opuntia ficus-indica var.saboten

p-ACC

Acetyl- CoA cacboxylase đã được phosphoryl hóa ở phân tử serin 79

p-AMPK

Adenosine monophosphate activated protein kinase trong đó phân tử
threonine 172 đã phosphoryl hóa.

PĐ

Phân đoạn

PKC

Protein kinase C

PPAR

Peroxisome proliferator – activated receptor

PDH

Enzyme pyruvat dehydrogenase

Rf

Hệ số di chuyển

SREPB-1 Sterol regulatory element- binding protein
STZ

Streptozotocin

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TZD

Thiazolidinedione

TV

Thực vật

UNESCO United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (Tổ
chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc)
VLDL

Very Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

VOS

Hỗn hợp lá vối, lá ổi, lá sen

WHO

World Health Organization
6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của các loài thuộc chi Opuntia ........................... 17
Bảng 1.2. Các hợp chất phenol và flavonoid được tìm thấy tron thân cây xương
rồng thuộc chi Opuntia ........................................................................................ 18
Bảng 1.3. Hàm lượng phenol và flavonoid trong thân của cây xương rồng thuộc
loài Oputia ficus- indica . ..................................................................................... 19
Bảng 1.4. Tỉ lệ ước tính và số người mắc bệnh ĐTĐ (ở người trưởng thành trên

18 tuổi) ở một số khu vực trên thế giới ................................................................ 31
Bảng 1.5. 10 nước ở Châu Á có số lượng bệnh nhân (từ 20-79 tuổi) mắc bệnh
tiểu đường cao nhất ............................................................................................. 32
Bảng 1.6. Chuẩn đoán rối loạn lipid máu theo khuyến cáo của Hội tim mạch Việt
Nam (2013) .......................................................................................................... 48
Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn ........................................................... 60
Bảng 2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn theo chất đối chiếu acid gallic .......... 65
Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm gây chuột ĐTĐ type 2 ............................................. 70
Bảng 3.1. Mô tả hình thái nhánh của các giống nghiên cứu ................................ 80
Bảng 3.2. Hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong 100 gram mẫu tươi của 03
giống Nopal 1 năm tuổi trồng tại Ninh Thuận ..................................................... 85
Bảng 3.3. Hàm lượng một số chất khoáng chất và vitamin trong 100 gram mẫu
tươi của 03 giống Nopal 1 năm tuổi trồng tại Ninh Thuận .................................. 86
Bảng 3.4. Phần trăm tách chiết của các cao chiết tổng của 03 giống cây xương
rồng Nopal ............................................................................................................ 90
Bảng 3.5. Kết quả thử độc tính cấp theo đường uống của cao chiết tổng 03 giống
xương rồng Nopal ................................................................................................ 91
Bảng 3.6. Khảo sát tác dụng hạ glucose huyết của cao chiết tổng 03 giống cây
xương rồng Nopal ............................................................................................... 92
Bảng 3.7. Phần trăm tách chiết của các cao phân đoạn của giống xương rồng
Jalpa...................................................................................................................... 94

7


Bảng 3.8. Kết quả định tính các nhóm chất bằng phản ứng hóa học ................... 95
Bảng 3.9. Kết quả định lượng polyphenol toàn phần trong các cao chiết ........... 96
Bảng 3.10. Kết quả trọng lượng chuột trước và sau 8 tuần vỗ béo...................... 98
Bảng 3.11. Nồng độ đường huyết của các lô thí nghiệm tại các thời điểm
(mmol/l).............................................................................................................. 100

Bảng 3.12. Nồng độ glucose huyết của chuột ĐTĐ type 2 sau khi uống cao chiết
phân đoạn ........................................................................................................... 102
Bảng 3.13. Sự khác biệt về các chỉ số mỡ máu chuột ở nhóm ND và HFD ...... 104
Bảng 3.14. Nồng độ cholesterol toàn phần huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau
20 ngày uống cao chiết phân đoạn ..................................................................... 105
Bảng 3.15. Nồng độ cho triglycerid huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20
ngày uống cao chiết phân đoạn .......................................................................... 107
Bảng 3.16. Nồng độ cho HDLc huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20 ngày
uống cao chiết phân đoạn ................................................................................... 108
Bảng 3.17 Nồng độ cho LDLC huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20 ngày
uống cao chiết phân đoạn ................................................................................... 109
Bảng 3.18. Bảng tên các hợp chất phân lập từ phân đoạn ethyl acetat ............. 121

8


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal trồng tại Mêxicô ............................................. 14
Hình 1.2. Đặc điểm giải phẫu của thân và chất nhầy xương rồng thuộc chi
Opuntia ................................................................................................................. 16
Hình 1.3. Sơ lược về cơ chế phân tử OFS điều chỉnh hấp thu glucose trong tế bào
cơ 20
Hình 1.4. Cấu trúc của acid betalamic (a), betacyanins (b) và betaxanthins (c).. 21
Hình 1.5. 5 isorhamnetin glycoside được chiết xuất từ Opuntia ficus- indica ... 22
Hình 1.6. Cơ chế làm giảm sự tăng cân cơ thể do việc sử dụng chất chiết xuất từ
Opuntia ficus-indica trong mô hình chuột béo phì . ............................................ 22
Hình 1.7. Hình minh họa con đường truyền tín hiệu insulin .............................. 37
Hình 1.8. Sự ức chế lẫn nhau giữa chuyển hóa glucose và acid béo trong tế bào ....
39
Hình 1.9. Chức năng của mô mỡ ....................................................................... 40

Hình 1.10. Tác dụng hoạt hóa AMPK của leptin hoặc adiponectin ................... 40
Hình 2.1. Đồ thị đường chuẩn .............................................................................. 60
Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn đường chuẩn xác định nồng độ acid gallic................ 65
Hình 2.3. Sơ đồ nghiên cứu.................................................................................. 77
Hình 3.1. Cây xương rồng Nopal ........................................................................ 78
Hình 3.2. Rễ xương rồng Nopal ........................................................................... 79
Hình 3.3. Lá hay các gai non của xương rồng Nopal .......................................... 79
Hình 3.4.Hoa của xương rồng Nopal ................................................................... 79
Hình 3.5. Quả của xương rồng Nopal .................................................................. 79
Hình 3.6. Vi phẫu thân xương rồng .................................................................... 82
Hình 3.7. Vi phẫu thân rễ ..................................................................................... 82
Hình 3.8. Một số đặc điểm bột thân cây xương rồng Nopal ................................ 83
Hình 3.9. Một số đặc điểm bột thân rễ Nopal ...................................................... 83
Hình 3.10 . Tác dụng của cao phân đoạn trên mức độ biểu hiện của protein pAMPK và p-ACC ............................................................................................... 112
Hình 3.11. Công thức cấu tạo của hợp chất OF1 ............................................... 115
9


Hình 3.12. Công thức cấu tạo của hợp chất OF2 ............................................... 116
Hình 3.13. Công thức cấu tạo của hợp chất OF3 ............................................... 117
Hình 3.14. Công thức cấu tạo của hợp chất OF3.1 ............................................ 118
Hình 3.15. Công thức cấu tạo của hợp chất OF4 ............................................... 119
Hình 3.16 Công thức cấu tạo của OF5 ............................................................... 119
Hình 3.17. Công thức cấu tạo của OF6 .............................................................. 120
Hình 3.18 . Mức độ độc tế bào mô mỡ 3T3-L1 của 4 hợp chất flavonoid phân lập
từ phân đoạn PĐE .............................................................................................. 124
Hình 3.19. Tác dụng của 4 hợp chất flavonoid phân lập từ phân đoạn PĐE của
OFI trên protein phospho-AMPK và p-ACC ..................................................... 125
Hình 3.20. Tác dụng ức chế FAS theo nồng độ của typhaneosid và astragalin trên
tế bào mô mỡ 3T3-L1......................................................................................... 127

Hình 3.21. Tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC của typhaneosid ở tế bào mô
mỡ 3T3-L1 theo nồng độ ................................................................................... 128

10


MỞ ĐẦU
Xương rồng thuộc chi Opuntia, loài Opuntia ficus- indica có nguồn gốc từ
Mêxicô, còn được gọi là xương rồng Nopal, một loài cây quan trọng đối với nền
kinh tế nông nghiệp trên khắp vùng khô cằn và bán khô cằn của thế giới: châu
Âu, Tây Nam Hoa Kỳ, Bắc Mêxicô, các nước Mỹ Latinh, châu Phi và vùng Địa
Trung Hải …[107].
Theo thống kê của FAO và UNESCO, Việt Nam có 462.000 ha cát ven
biển và hàng năm có khoảng 10-20 ha đất canh tác bị cát lấn, dẫn đến độ phì
nhiêu của đất bị suy giảm mạnh. Một trong những giải pháp khắc phục là xác
định nhóm cây trồng có nhiều giá trị sử dụng phù hợp với đặc tính chịu hạn, sử
dụng ít nước, chịu nóng như cây xương rồng Nopal [4].
Xương rồng Nopal ngoài việc sử dụng như rau ăn hàng ngày còn được
chế biến các loại thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, chất đốt sinh học, xử lý nước
thải…[129]. Theo truyền thống ở Mêxicô cây xương rồng Nopal được sử dụng
để điều trị bệnh đái tháo đường, béo phì. Các nghiên cứu cho thấy loài Opuntia
ficus- indica có tác dụng hạ glucose huyết, giảm rối loạn lipid máu, làm tăng dịch
chuyển protein vận chuyển (GLUT4) glucose ra màng tế bào, tăng khả năng hấp
thu glucose, giảm kích thước tế bào mô mỡ...[63, 88, 91].
Sự bùng nổ của căn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) trong vài năm gần kéo
theo những hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và kinh tế đối với toàn xã hội.
Năm 2006 số người mắc bệnh ĐTĐ trên toàn thế giới là 246 triệu và dự báo tăng
lên 380-399 triệu vào năm 2025. ĐTĐ là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng
thứ 4 trên thế giới, gây giảm tuổi thọ trung bình từ 5-7 năm. Chi phí cho điều trị
ĐTĐ của toàn thế giới năm 2007 ước tính là 232 ngàn tỷ đô la Mỹ, dự đoán tăng

302 ngàn tỷ năm 2025 [118, 139].
Ở Việt Nam, trong vòng 10 năm trở lại đây, tỉ lệ gia tăng bệnh đái tháo
đường là 211 %. Gấp 3 lần của thế giới (70 %). Ước tính có khoảng 53.458 ca tử
vong do bệnh ĐTĐ vào năm 2015. Theo Liên đoàn ĐTĐ quốc tế, chi phí liên

11


quan đến bệnh ĐTĐ ở Việt Nam vào năm 2015 trung bình là 162,7 USD/người
năm. Mức lương trung bình hàng tháng ở Việt Nam là 150 USD [58].
Hiện nay trên thị trường các thuốc điều trị ĐTĐ có nguồn gốc tổng hợp
hóa dược và dược liệu khá nhiều. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thuốc mới có
nguồn gốc từ thiên nhiên, chủ yếu là từ thực vật, sau đó phát triển dược liệu, các
chất tách từ các dược liệu có triển vọng nhất để dùng làm thuốc vẫn là hướng
nghiên cứu chính trên thế giới hiện nay. Các thuốc từ thảo dược có tác dụng hỗ
trợ cho bệnh nhân trong quá trình điều trị kéo dài, giảm tác dụng phụ không
mong muốn, đồng thời hạn chế chi phí điều trị.
Cây xương rồng Nopal đã được Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng nhập
nội từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, đã tiến hành trồng thử nghiệm thành
công chống cát bay, cát nhảy ở vùng đất khô hạn của tỉnh Ninh Thuận. Để tận
dụng được nguồn nguyên liệu cây xương rồng Nopal dùng làm nguồn dược liệu,
các chất tách từ cây có thể dùng làm thuốc hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường là
vấn đề có ý nghĩa vì vậy chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh
học hạ đường huyết v

hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ

cây Nopal (Opuntia sp.) được nhập v o Việt Nam”.
Mục tiêu:
Lựa chọn được giống xương rồng Nopal trồng ở Việt Nam có tác dụng hạ

glucose huyết tốt nhất. Chiết xuất, phân lập và xác định cấu trúc một số chất tinh
khiết từ thân cây xương rồng Nopal. Tìm ra hợp chất chính trong cây xương rồng
Nopal trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết và hạ cholesterol.


Đóng góp mới của đề tài:

+Lần đầu tiên ở Việt Nam xác định được 01 giống xương rồng Jalpa thuộc
loài Opuntia ficus- indica trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose
huyết.
+ Xác định được thành phần dinh dưỡng, định tính các nhóm chất, phân
lập xác định cấu trúc hóa học của 8 chất trong phân đoạn cao chiết ethyl
acetat lần lượt là: OF1 (β-sitosterol 3-O-β-D-glucopyranosid), OF2

12


(astragalin), OF3 (acid ferulic), OF3.1 (acid gallic), OF4 (rutin), OF5
(narcissosid), OF6 (typhaneosid), OF7 đường oligosaccharid , và định tên
được các hợp chất trong cao phân đoạn ethylacetat của cây. Cao chiết
phân đoạn ethyl acetat có tác dụng hạ glucose huyết, cholesterol và khả
năng hoạt hóa enzym p-AMPK và p-ACC tốt nhất.
+Lần đầu tiên phát hiện hoạt chất typhaneosid, được phân lập từ cây
xương rồng Jalpa có tác dụng hoạt hóa p-AMPK và p-ACC, ức chế FAS
(tổng hợp acid béo), làm tăng sự hấp thu glucose trong tế bào.

13


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Cây xương rồng Nopal v một số nghiên cứu về chi Opuntia
1.1.1. Đặc điểm thực vật
 Phân loại:
Giới:
Thực vật
Ngành:

Magnoliophyta

Lớp:

Magnoliopsida

Bộ:

Caryophillales

Họ:

Cactaceae

Chi:

Opuntia Mill.

Loài: Opuntia ficus-indica (L.)
Mill.
Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal
trồng tại Mêxicô
Chi Opuntia, với khoảng 1.500 loài xương rồng, có nguồn gốc từ Mêxicô

và lan rộng khắp Trung và Nam Mỹ, Úc, Nam Phi, bao gồm cả các khu vực Địa
Trung Hải [107].
Loài Opuntia ficus- indica dùng làm thức ăn cho gia súc thuộc về họ
Cactaceae bao gồm khoảng 130 chi và 2.000 loài. Opuntia ficus- indica hay còn
gọi là xương rồng Nopal có nguồn gốc từ Mêxicô và có những đặc điểm thích
hợp để phát triển trong khu vực bán khô hạn. Opuntia ficus- indica là loài mà
nhánh và quả đều ăn được. Ngoài ra, là một cây trồng có thể thay thế cho các cây
trồng ở vùng khô hạn và thiếu nước, có thể được sử dụng như một loại rau và
nguồn thức ăn có giá trị trong các vùng đất khô cằn và bán khô hạn trong thời kỳ
hạn hán và thiếu rau ăn [107].
Ở Mêxicô tổng số có 104 loài xương rồng thuộc chi Opuntia, trong đó có
24 loài được sử dụng cho các mục đích khác nhau: 15 loài trong đó được sử dụng

14


làm thức ăn cho gia súc, 6 loài cho quả, 3 loài cho rau Nopal, Opuntia ficusindica, Opuntia robusta và Nopalea cochellinifera là những loài chính được sử
dụng trong sản xuất xương rồng Nopal tại Mêxicô [147].
Một số giống thuộc loài Opuntia ficus- indica được sử dụng trong sản xuất
xương rồng Nopal rau tại Mêxicô là: Copera F1, copera V1, Alta, Jalpa,
Chicomostoc, Villanueva, Polotitlan, Tlaconopal, Creole kiểu ý [148], Moradillo,
Nopal quả trắng, Nopal quả đen, Polotitlan, Nopal gai trắng, đặc biệt là loài
Nopalea cochinelliera, O.robusta cũng được sử dụng rộng rãi [146].
Mêxicô và Italy là những quốc gia trồng và tiêu thụ cây xương rồng thuộc
chi Opuntia là chính khoảng 590.000 ha trồng trên toàn thế giới, Mêxicô chiếm
70 % và Ý là 3,3 %. Ở điều kiện sản xuất tối ưu, sản lượng xương rồng Nopal
hàng năm ở Mêxicô có thể đạt 350.000 tấn [49]. Ngày nay, cây xương rồng thuộc
chi Opuntia được trồng trong hơn 30 quốc gia: Chile và Nam Phi là trồng với
diện tích 1500 ha và 1000 ha. Israel và Colombia chiếm khoảng 300 ha. Tại Hoa
Kỳ, California có diện tích trồng cây xương rồng thuộc chi Opuntia là 200 ha,

sản xuất được 4000 tấn chất khô [49].
Ở Việt Nam cây xương rồng Nopal thuộc loài: Opuntia ficus-indica mới
được Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng- Bộ Khoa học và Công nghệ di thực từ
Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, gồm 13 giống, đã trồng thử nghiệm thành
công tại vùng đất cát khô hạn của Ninh Thuận. Hiện nay diện tích cây xương
rồng Nopal tại Ninh Thuận có khoảng hơn 10 ha.


Đặc điểm hình thái:

Các cây xương rồng thuộc chi Opuntia có nhiều hữu ích cho con người;
cây phát triển nhánh rất nhanh nên thuận tiện cho việc nhân giống. Chi Opuntia
có thể chia thành hai loại: cây xương rồng thân cao và cây phát triển tán rộng
[107].
Cây xương rồng thân cao là cây với hình thái phát triển thân theo chiều
cao và ít nhánh, thân phát triển thẳng và sinh trưởng không rậm rạp. Trọng lượng
nhánh là khoảng 1 kg, chiều dài có thể đạt tới 50 cm, hình bầu dục, hình elip

15


hoặc hình xoan, có màu xanh lá cây nhạt. Các hoa lưỡng tính có kích thước trung
bình và màu vàng tươi. Quả to, mọng hình trứng, màu vàng và sẽ có màu tím khi
chín. Cây được coi là một trong những cây chịu hạn nhất ở các khu vực khô hạn
[107].
Những cây xương rồng tán rộng là những cây xương rồng khổng lồ
thường làm thức ăn gia súc, có chiều cao cây trung bình và thân cây có nhiều
nhánh, ít phát triển theo chiều cao thân. Các nhánh cân nặng trung bình 1,8 kg,
chiều dài khoảng 40 cm, với hình dạng tròn và hình trứng [107].
Thân của hai loại cây xương rồng này có khả năng tích nước và kiểm soát

quá trình bốc hơi nước. Cả hai giống đều không có gai, chúng được phát triển từ
các loài có gai [107].
Quả cây xương rồng loài Opuntia ficus- indica đa dạng về hình dạng, kích
thước, màu sắc và có hạt cứng. Quả có vị ngọt, bùi, ngon ngọt, có hình dạng hình
trứng, hình cầu, hình trụ; vỏ quả cứng, một vài chỗ có gai nhỏ. Quả có kích thước
từ 4,8-10 cm, chiều rộng 4-8 cm và trọng lượng từ 100 đến 200 g. Quả có vỏ
dày, khi còn non quả màu xanh lá cây, nhưng màu sắc này sẽ được thay đổi thành
màu xanh, vàng, cam, đỏ, tím hoặc nâu, tùy thuộc vào điều kiện trồng. Thịt quả
nhiều và ngọt [107].


Đặc điểm giải phẫu [135]
Lớp biểu bì

Lớp mô dày

Lớp nhu
mô chứa
nước
Kênh
mucilage

Lớp nhu mô có
chứa diệp lục

Hình 1.2. Đặc điểm giải phẫu của thân v chất nhầy xương rồng thuộc chi
Opuntia
A. Lát cắt ngang thân B. Phần chất nhầy
16

1.1.2. Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia
Chi Opuntia có giá trị dinh dưỡng cao, chủ yếu là khoáng chất, protein,
chất đạm thực phẩm và hợp chất có nguồn gốc thực vật [49].
Bảng 1.1. Th nh phần hóa học của các lo i thuộc chi Opuntia[49]
b

Protein

Chất

Dầu thô

Tro

Acid

(%)

béo (%)

(%)

(%)

phenolic

O. streptacantha

11,2

0,73

7,3

12,6

56,8

18,0

O. hyptiacantha

11,0

0,80

6,5

15,1

33,4

17,1

O. megacantha

10,7

0,69

6,5

13,6

44,7

16,8

O. albicarpa

11,6

0,75

6,5

13,2

40,8

17,2

O. ficus-indica

11,2

0,69

5,9

14,4

40,1

19,4

O. humifusa

4,7

1,25

50,3

2,0

-

Loài

Flavonoid
a

-

Chú thích: a: mmol acid galic/g mẫu, b: mmol quercetin/ g mẫu
Cây xương rồng có chứa một lượng đáng kể các acid ascorbic, vitamin E,
carotenoid, chất xơ, acid amin và các hợp chất chống oxy hóa (phenol, flavonoid,
betaxanthin và betacyanin), có lợi ích cho sức khỏe như: hạ đường huyết và hạ

mỡ máu, và chống oxy hóa [80, 94].
Trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia nguồn polyphenol trong đó
flavonoid là thành phần chủ yếu và quan trọng nhất [99].
Thân cây xương rồng có chứa vitamin, chất chống oxy hóa và các
flavonoid khác nhau, đặc biệt là ether quercetin 3-methyl. Chất chiết xuất từ thân
của cây xương rồng thuộc loài Oputia ficus-indica có thể làm giảm mức
cholesterol và tác dụng chống loét và chống viêm, làm lành vết thương [80].


Bảng 1.2. Các hợp chất phenol v flavonoid được tìm thấy trong thân cây
xương rồng thuộc chi Opuntia [135]
Giống/ nguồn gốc

Chiều dài
nhánh

Opuntia sp. TaponII, Mexicô
Opuntia ficus-indica
Milpa Alta, Mexicô
Opuntia
ficusindica, Brazil
Opuntia
ficusindica
Copena V1, Tojo
Vigor và Atlixco.
Mexicô.

17-20 cm

Opuntia

ficusindica.
Gafsa, Tunisia.
Opuntia ficus-indica
Gabes, Tunisia

2-3 tuần
tuổi

Hợp chất phenol
Gallic, coumaric (140,8 μg/g), 3,4dihydroxybenzoic, 4-hydroxybenzoic, ferulic
(347,7 mg/g) và salicylic acid.
Quercetin, kaempferol, isorhamnetin.
Flavonoid

15-20 cm

Eucomic acid; chlorogenic acid; quercetin 3O-rhamnosyl(1-2)-[rhamnosyl-(1-6)]glucosid; isorhamnetin O-glycosid;
isorhamnetin 3-O-(pentosylglucosid)-7-Oglucosid; 3-O-rutinosid; isorhamnetin 3-Opentose.
Phenolic acid như gallic acid, catechin,
caffeic acid, epicatechin, vanillic acid, và
coumarin.
Quercetin,
quercetin
3-O-glucosid,
kaempferol,
kaempferol
3-O-glucosid,
kaempferol 3-O-rutinosid, isorhamnetin,
isorhamnetin 3-O-glucosid, isorhamnetin 3O-neohesperidosid,3,3′,4′,5,7 pentahydroxyflavanon, phenolics p-coumaric acid,
zatarosid-A.

Một số polyphenol được chiết từ thân của một số giống của cây xương
rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica: các hợp chất flavonoid với hàm lượng cao
như nicotiflorin (146,5 mg/100 g) và narcissin (137,1 mg/100 g), cùng với hàm
lượng cao isoquercetin và acid ferulic: 39,67 và 34,77 mg/100 g. Hàm lượng


polyphenol có thể thay đổi phụ thuộc tuổi cây, môi trường, loại đất và khí hậu,
hàm lượng phenol và flavonoid trong thân của cây xương rồng thuộc loài Oputia
ficus-indica thể hiện tại bảng 1.3.
Bảng 1.3. H m lượng phenol v flavonoid trong thân của cây xương rồng
thuộc lo i Oputia ficus- indica [80].
STT

Thành phần chính

H m lượng mg/100 g tươi

1

Gallic acid

0,64–2,37

2

Coumaric

14,08–16,18

3

3,4-dihydroxybenzoic

0,06–5,02

4

4-hydroxybenzoic

0,5–4,72

5

Ferulicacid

0,56–34,77

6

Salicylicacid

0,58–3,54

7

Isoquercetin

2,29–39,67

8

Isorhamnetin-3-O-glucoside

4,59–32,21

9

Nicotiflorin

2,89–146,5

10

Rutin

2,36–26,17

11

Narcissin

14,69–137,1

Thành phần dinh dưỡng chính trong loài Oputia ficus-indica:
Trong thân, các khoáng chất với hàm lượng khác nhau tính trên 100 gram
nhánh xương rồng tươi: canxi 5,64–17,95 mg, magie 8,80 mg, natri 0,3–0,4 mg,
kali 2,35-55,20 mg, Fe 0,09 mg, phospho 0,15–2,59mg, kẽm 0,08mg, Mn 0,19–
0,29 mg [80].
Hàm lượng các vitamin trong nhánh Oputia ficus-indica (mg/100g tươi):

vitamin C 7–22 mg, niacine 0,46 mg, riboflavine 0,60 mg, β-carotene 11,3–53,5
µg [80].
Trong thân cây xương rồng, còn có các acid amin quan trọng như
glutamine, leucine, lysine, valine, arginine, phenylalanine và isoleucine [80].


Các chất và các hợp chất chiết xuất từ cây xương rồng có các công dụng y
học cổ truyền: tiềm năng điều trị một số hội chứng chuyển hóa (bệnh ĐTĐ type 2
và bệnh béo phì), bệnh gan nhiễm mỡ, thấp khớp, thiếu máu não, ung thư, và
virus và vi khuẩn…[80].
1.1.3. Hoạt tính sinh học của chi Opuntia.
1.1.3.1. Tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của chi Opuntia
Tại Mêxicô, tác giả Lopez và cộng sự (2013) đã chứng minh chất xơ, chất
nhầy trong cây xương rồng Nopal (Opuntia ficus-indica) có tác dụng hạ glucose
huyết trên chuột bị tăng glucose huyết do Streptozotocin. Sử dụng bột nhánh cây
xương rồng Nopal trưởng thành và bột nhánh non với liều 50 mg/kg thể trọng có
tác dụng giảm glucose máu sau ăn trên chuột bị tăng glucose huyết tương ứng là
46,0 và 23,6 % (p <0,05) so với nhóm đối chứng [91].
Theo Leem và cộng sự Opuntia ficus-indica var. Saboten (OFS) sử dụng
với liều 1 g/kg và 2 g/kg trọng lượng cơ thể chuột có tác dụng hạ đường huyết.
OFS kích thích sự dịch chuyển của glucose transporter 4 (GLUT4) ra màng tế
bào, tăng hấp thụ glucose ở tế bào cơ vân L6. Là chất điều tiết quan trọng trong
vận chuyển glucose trong cơ xương và p38 mitogen-activated protein kinase (p38
MAPK) (một thành phần của tín hiệu trung gian theo AMPK). OFS kích hoạt
phosphoryl hóa AMP, p38 MAPK và loại bỏ các ảnh hưởng của các chất ức chế
AMPK, MAPK p38 là hợp chất C và SB203580 [88].

Hợp chất C

Dịch chuyển ra

màng tế bào

Hình 1.3. Sơ lược về cơ chế phân tử OFS điều chỉnh hấp thu glucose trong tế
b o cơ [88]