Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất mới của alkaloid dừa cạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CÁC DẪN XUẤT MỚI CỦA ALKALOID DỪA CẠN
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số: 9 44 01 14

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Ngô Quốc Anh
2. TS. Đoàn Duy Tiên

Hà Nội – 2018


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và các cộng
sự. Các số liệu và kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa được ai
công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu trước đây. Toàn bộ các thông tin
trích dẫn trong Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ.
Hà Nội, Ngày

tháng

Tác giả
Võ Ngọc Bình

I

năm 2018


Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy cô hướng
dẫn khoa học là PGS.TS. Ngô Quốc Anh và TS. Đoàn Duy Tiên - Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giao đề tài và trực tiếp định hướng, chỉ bảo
và giúp đỡ tôi trong toàn bộ quá trình thực hiện Luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô, các cán bộ Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành các
học phần và các chuyên đề trong Chương trình đào tạo.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Nguyên Lê Anh, ThS. Nguyễn
Thị Hằng, ThS. Trần Thị Yến, CN. Phạm Tùng Lâm và các cán bộ, nhân viên Trung tâm
nghiên cứu xuất sắc liên ngành về lĩnh vực các hợp chất thiên nhiên Việt Nam – Vương
Quốc Anh, Viện Hóa học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận
án.
Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động
viên, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
Trân trọng cảm ơn !
Tác giả
Võ Ngọc Bình

II

“All sciences are vain and full of
errors that are not born of
Experience, the mother of all
Knowledge”

 Leonardo da Vinci

3


MỤC LỤC
Danh

mục

các

ký

hiệu,

..............................................................................vii

các
Danh

chữ
mục

viết

tắt

các

bảng

..............................................................................................................x Danh mục các hình
vẽ,

sơ

đồ...............................................................................................xi

MỞ

ĐẦU..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..............................................................................................3
1.1. Microtubule - Một đích tác dụng quan trọng của các thuốc điều trị ung thư 3
1.1.1.

Định nghĩa ...................................................................................................3

1.1.2.

Động học của microtubule .........................................................................4

1.1.3.

Các nhóm thuốc chống ung thư theo cơ chế tác dụng lên microtubule.6

1.2. Vinca alkaloid ........................................................................................................9
1.2.1.

Giới thiệu về vinca alkaloid .......................................................................9

1.2.2.

Tổng hợp các vinca alkaloid ....................................................................10

1.2.2.1. Bán tổng hợp ..........................................................................................11
1.2.2.2. Tổng hợp toàn phần................................................................................16
1.2.2.3. Sinh tổng hợp và công nghệ sinh học ....................................................18
1.2.3.

Mối quan hệ cấu trúc – hoạt tính của vinca alkaloid ............................18

1.2.3.1. Những thay đổi trên phần khung vindoline ...........................................19
1.2.3.2. Những thay đổi trên phần khung velbanamine ......................................21
1.2.4.

Ứng dụng lâm sàng của vinca alkaloid ...................................................27

1.3. Định hướng và mục tiêu của luận án ................................................................27
CHƯƠNG
2.
THỰC
.......................................................................................30

NGHIỆM

2.1. Hóa chất và thiết bị .............................................................................................30
2.1.1.

Hóa chất và dung môi ...............................................................................30

2.1.2.

Thiết bị nghiên cứu ...................................................................................30

2.1.2.1. Phổ hồng ngoại IR..................................................................................30
2.1.2.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR ........................................................30
4


2.1.2.3. Phổ khối lượng MS và HRMS ...............................................................30
2.1.2.3. Năng suất quay cực riêng [α]D ...............................................................31

5


2.2. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................31
2.2.1.

Các phương pháp tổng hợp hữu cơ.........................................................31

2.2.2.

Phương pháp thử hoạt tính sinh học.......................................................31

2.2.3.

Các phương pháp tinh chế và xác định cấu trúc ...................................31

2.3. Tổng hợp một số dẫn xuất vinca alkaloid mới chứa mạch nhánh ketone α,βkhông no ........................................................................................................................32
2.3.1. Tổng hợp anhydrovinblastine 12 ................................................................32
2.3.2. Tổng hợp 18(S)-3’,5'-dimethoxyanilinecleavamine 77 ..............................33
2.3.3. Tổng hợp một số dẫn xuất vinca alkaloid mới chứa mạch nhánh ketone
α,β-không no ..............................................................................................................34
2.4. Tổng hợp một số dẫn xuất vinca alkaloid mới từ 3’-cyanoanhydrovinblastine
88…….............................................................................................................................46
2.4.1.

Tổng hợp 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ..............................................46

2.4.2.
Tổng hợp các dẫn xuất alkaloid mới thông qua việc khử có chọn lọc
dẫn xuất 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ...............................................................48
2.4.2.2. Tổng hợp chất 3'R-cyano-(4’S,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92a .....48
2.4.2.2. Tổng hợp chất 3'R-cyano-(4’R,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92b ....49
2.4.2.3. Tổng hợp chất (3'R-aminomethyl)-(4’S,5’-dihydro)anhydrovinblastine
92c.......... ................................................................................................................51
2.4.2.4. Tổng hợp chất 3'S-cyano-4-deacetyl-anhydrovinblastine 92d và 3'Scyano-4-deacetyl-3-hydroxymethyl-anhydrovinblastine 92e................................52
2.4.3.
Tổng hợp một số dẫn xuất alkaloid mới thông qua việc khử alkyl hóa
của aminomethyl 92c
................................................................................................54
2.5. Thử nghiệm hoạt tính sinh học của các chất nghiên cứu ................................61
2.5.1.

Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào in vitro.........................................61

2.5.1.2. Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào in vitro trên dòng tế bào ung thư
biểu mô KB và ung thư gan HepG2 ......................................................................61
2.5.1.2. Thử nghiệm hoạt tính sinh học trên dòng tế bào ung thư bạch huyết cấp
tính ở người HL-60
................................................................................................62
2.5.2. Phương pháp mô hình mô phỏng Docking phân tử ..................................65
5


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................68
3.1. Tổng hợp dẫn xuất vinca alkaloid mới chứa mạch nhánh ketone α,β-không
no...68

6


3.2. Tổng hợp các dẫn xuất vinca alkaloid mới từ 3’-cyanoanhydrovinblastine
88….. ..............................................................................................................................84
3.2.1.
Tổng hợp các dẫn xuất vinca alkaloid mới thông qua việc khử chọn lọc
3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ...............................................................................84
3.2.2.
Tổng hợp các dẫn xuất vinca alkaloid mới thông qua việc khử alkyl
hóa aminomethyl 92c................................................................................................99
3.3. Đánh giá hoạt tính sinh học của các chất nghiên cứu....................................102
3.3.1.

Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào in vitro ............................................102

3.3.1.1. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư biểu mô KB và ung thư gan
HepG2…..............................................................................................................102
3.3.1.2. Đánh giá hoạt tính sinh học trên dòng tế bào ung thư bạch huyết cấp
tính ở người HL-60 ..............................................................................................106
3.3.2.

Kết quả Docking......................................................................................115

3.3.2.1. Kết quả docking phân tử sử dụng phần mềm Autodock 4.0 ................116
3.3.2.2. Kết quả docking phân tử sử dụng phần mềm Patchdock .....................117
KẾT LUẬN .....................................................................................................................120
NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN.........................................................................121
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .............................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................123
PHỤ LỤC ........................................................................................................................139

7


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A
ADME

Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion

AVLB

Anhydrovinblastine

AZT

Azidothymidine

C
4CBL

4-chlorochablastine

4CCR

4-Chlorochacristine

CC

Column Chromatography

COSY

Correlation Spectroscopy

CBPI

Cytochalasin B proliferation index

m-CPBA

meta-Chloroperoxybenzoic acid

13

Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy

C-NMR

D
DCM

Dichloromethane

DEPT

Distortioless Enhancement by Polarisation Tranfer

DMSO

Dimethyl sulfoxide

DABCO

1,4-Diazabicyclo(2.2.2)octane

DMSO

Dimethyl sulfoxide

DDQ

2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone

DMA

3,5-dimethoxyaniline

DPAS

Dihydroprecondylocarpine synthase

E
ESI-MS

Electrospray Ionization Mass Spectroscopy

EI-MS

Electron Ionization Mass Spectroscopy

EtOAc

Ethyl acetate

EtOH

Ethanol

VII


F

F
D
1A

H
H
S
H
M

He
p-

F
l
u
o
r
P
r
H
e
H
e
s q
: u
m
:
H
u

HL-60

Human leukemia 60

h

Hour

I
IR

Infrared Spectroscopy

IC50

Inhibitory concentration of 50% of cell proliferation

K
KB

Human epidemoid carcinoma

M
MeOH

Methanol

N
NMR

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

NOESY

Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy

NIS

N-Iodosuccinimide

P
PAS

Precondylocarpine acetate synthase

PDB

Protein data bank

PBS

Phosphate buffered saline

R
RT

Room temperature
8

T
TMS

Tetramethyl silan

THF

Tetrahydrofuran

TFA

Trifluoroacetic acid

TLC

Thin Layer Chromatography

V
VBL

Vinblastine

VCR

Vincristine

VFL

Vinflunine

VRB

Vinorelbine

9


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số thuốc ức chế phân bào theo vị trí liên kết trên microtubule và ứng dụng
trong trị liệu
..........................................................................................................................8
Bảng 3.1. Dữ liệu phổ NMR trên phần vindoline của hợp chất 81b và anhydrovinblastine
12 trong CDCl3 ...................................................................................................................74
Bảng 3.2. Dữ liệu phổ NMR trên phần velbanamine của hợp chất 81b và
anhydrovinblastine 12 trong CDCl3 ...................................................................................76
Bảng 3.3. So sánh phổ 1H NMR (CDCl3) của hợp chất 82b và 18(S)-3’,5'dimethoxyanilinecleavamine 77
.........................................................................................83
Bảng 3.4. Phản ứng khử 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ..................................................89
Bảng 3.5. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất vinca alkaloid mới chứa mạch nhánh
ketone α,β-không no
.........................................................................................................103
Bảng 3.6. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất 3’-cyanoanhydrovinblastine ........105
Bảng 3.7. Khả năng sống của tế bào sau khi xử lý với vinca alkaloid (A) và vinca alkaloid
mới (B) với nồng độ khác nhau (chứng 0,1% DMSO, 1, 10, 100, 1000 nM) trong 24 giờ.
..........................................................................................................................................107
Bảng 3.8. Các thành phần năng lượng (kcal/mol) tương tác giữa các phân tử trong dãy
đầu tiên với tubulin ...........................................................................................................116
Bảng 3.9. Các thành phần năng lượng (kcal/mol) tương tác giữa các phân tử trong dãy thứ
2 với tubulin......................................................................................................................116

Bảng 3.10. Hằng số ức chế (Ki, nM) và độ lệch chuẩn trung bình (RMSD, Å) dung sai
tương tác giữa các phân tử trong dãy đầu tiên với tubulin ...............................................117
Bảng 3.11. Hằng số ức chế (Ki, nM) và độ lệch chuẩn trung bình (RMSD, Å) dung sai
tương tác giữa các phân tử trong dãy đầu thứ 2 với tubulin.............................................117
Bảng 3.12. Kết quả docking của các phối tử dãy đầu tiên với tubulin tại vùng vinca bằng
cách sử dụng phần mềm Patchdock..................................................................................118
10


Bảng 3.13. Kết quả docking của các phối tử dãy thứ 2 với tubulin tại vùng vinca bằng
cách sử dụng phần mềm Patchdock..................................................................................119

11


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1.1. Cấu trúc và các quá trình polymer hóa, khử polimer hóa microtubule ...............3
Hình 1.2. Microtubule trong hai tế bào xương osteosarcoma trong kỳ trung gian của chu
kỳ tế bào. Microtubule có màu đỏ, chromatin có màu xanh lam và các centromeres có
màu xanh lá cây ....................................................................................................................4
Hình 1.3. Động học của microtubule ...................................................................................6
Hình 1.4. Các nhóm thuốc chống ung thư theo cơ chế tác dụng lên microtubule và vị trí
liên kết của chúng trên microtubule .....................................................................................7
Hình 1.5. Vị trí gắn kết của vinblastine (màu xanh) và colchicine (màu vàng) trên tubulin
.........7
Hình 1.6. Cây dừa cạn Catharanthus roseus ........................................................................9
Hình 1.7. Một số alkaloid dừa cạn được sử dụng trong lâm sàng .....................................10
Hình 1.8. Sự oxi hóa vinblastine 1 thành vincristine 2......................................................11
Hình 1.9. Tổng hợp vindesine 3.........................................................................................11
Hình 1.10. Sinh tổng hợp vinblastine 1 từ Catharanthine 6 và vindoline 7.......................12

Hình 1.11. Tổng hợp anhydrovinblastine theo Potier và các cộng sự ...............................12
Hình 1.12. Tổng hợp anhydrovinblastine theo Vukovic ...................................................13
Hình 1.13. Tổng hợp vinblastine từ anhydrovinblastine theo Potier.................................13
Hình 1.14. Tổng hợp vinblastine theo Kutney...................................................................14
Hình 1.15. Tổng hợp in situ vinblastine từ catharanthine và vindoline theo Dale Boger
....14
Hình 1.16. Sự chuyển hóa chloroindolenine 21 thành vinblastine 1 .................................15
Hình 1.17. Sự chuyển hóa amin bậc 3 24 thành vinblastine 1...........................................15
Hình 1.18. Chuyển hóa của anhydrovinblastine N-oxide 26 hoặc chloro-indolenine 30
thành vinorelbine 4 .............................................................................................................16
Hình 1.19. Tổng hợp vinflunine 5 .....................................................................................16
Hình 1.20. Sự chuyển hóa của chloroindolenine 31 và 34 thành vinblastine 1.................17
Hình 1.21. Tổng hợp toàn phần vinblastine theo Boger và các cộng sự, 2009 .................18
Hình 1.22. Các dẫn xuất được biến đổi trên phần vindoline: vinglycinate 42, vinzolidine
43, vintriptol 44, vinepidine 45, vinfosiltine 46 và 47 .......................................................21
12


Hình 1.23. Sự thay đổi cấu trúc vinblastine tại vị trí 12’...................................................22

13


Hình 1.24. Các dẫn xuất thế của vinblastine ở trị trí C-14’ ...............................................22
Hình 1.25. Sự thay đổi trên phần velbanamine..................................................................23
Hình 1.26. Sự thay đổi cấu trúc vòng C’ trên phần khung velbanamine...........................23
Hình 1.27. Các dẫn xuất 7’(8’)-homo-anhydrovinblastine mới từ vinorelbine................24
Hình 1.28. Các dẫn xuất muối ammoni bậc IV của anhydrovinblastine và vinorelbine ...24
Hình 1.29. Sự thay đổi cấu trúc trên vòng D’....................................................................25
Hình 1.30. Các dẫn xuất 4’-ureavinblastine ......................................................................26

Hình 1.31. Tổng hợp dẫn xuất kiểu vinblastine 66 theo Boger, 2016 ...............................26
Hình 1.32. Cấu trúc tia X của phức vinblastine kết hợp tubulin .......................................28
Hình 3.1. Tổng hợp các hợp chất lai anhydrovinblastine và vinorelbine – phomopsin
A...68
Hình 3.2. Một số hợp chất ketone α,β-không no trong tự nhiên........................................69
Hình 3.3. Hợp chất lai giữa ketone α,β-không no và vinca alkaloid .................................70
Hình 3.5. Cấu trúc và đánh số theo IUPAC trên phần vindoline ......................................74
Hình 3.6. Cấu trúc và đánh số theo IUPAC trên phần velbanamine .................................76
Hình 3.7. Một phần phổ COSY (CDCl3) của hợp chất 81b ..............................................78
Hình 3.8. Phổ 1H NMR (CDCl3) của hợp chất 81b ...........................................................79
Hình 3.9. Phổ khối phân giải cao HR-EI-MS của hợp chất 81b .......................................80
Hình 3.10. Cấu trúc hợp chất 82b và cách đánh số theo IUPAC ......................................81
Hình 3.11. Phổ khối phân giải cao HR-EI-MS của hợp chất 82b .....................................81
Hình 3.13. Phổ DEPT (CDCl3) của hợp chất 82b .............................................................83
Hình 3.14. Hợp chất 85, 86 và 87 ......................................................................................84
Hình 3.15. Phổ khối phân giải cao HR-ESI-MS của hợp chất 88 .....................................86
Hình 3.16. Phổ IR của hợp chất 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ......................................86
Hình 3.18. Phổ NOESY (CDCl3) của 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 .............................88
Hình 3.19. Sự khử hợp chất 88 sử dụng xúc tác hydrogenation Pd/C...............................90
Hình 3.20. Phổ IR của hợp chất 3'R-cyano-(4’S,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92a .....91
Hình 3.21. So sánh tương quan phổ 1H NMR của 92a và 88 ............................................92
Hình 3.22. Phổ NOESY của 3'R-cyano-(4’S,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92a...........92
Hình 3.23. Sự khử hợp chất 88 sử dụng LiAlH4................................................................93
Hình 3.24. So sánh một phần phổ 1H NMR (CDCl3) của hợp chất 88, 92d và 92e ..........93
XII


Hình 3.25. Sự khử hợp chất 88 bằng NaBH3CN với xúc tác Ni2B ...................................94
Hình 3.26. Phổ IR của 3'R-cyano-(4’R,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92b. ...................94
Hình 3.27. So sánh tương quan phổ 1H NMR (CDCl3) của 3'R-cyano-(4’R,5’-dihydro)anhydrovinblastine 92b và 88 ............................................................................................95

Hình 3.28. Phổ NOESY của 3'R-cyano-(4’R,5’-dihydro)-anhydrovinblastine 92b ...........95
Hình 3.29. Sự khử hợp chất 88 sử dụng NaBH4, xúc tác CoCl2 .......................................96
Hình 3.30. Phổ IR của hợp chất 92c ..................................................................................96
Hình 3.31. Phổ khối phân giải cao HR-ESI-MS của hợp chất 92c....................................97
Hình 3.32. So sánh một phần phổ 1H NMR của hợp chất (3'S-aminomethyl)-(4’S,5’dihydro)-anhydrovinblastine 92c và 88..............................................................................97
Hình 3.33. Cấu trúc và đánh số theo IUPAC của các hợp chất 93a-f .............................100
Hình 3.34. Phổ 1H NMR của hợp chất 93a......................................................................101
Hình 3.35. Phổ khối phân giải cao của hợp chất 93a ......................................................101
Hình 3.37. Sự tăng sinh sau khi xử lý với vinca alkaloid (A) và vinca alkaloid mới (B)
với nồng độ khác nhau (NC = 0,1% DMSO, 1, 10, 100, 1000 nM) trong 24 giờ............108
Hình 3.38. Tế bào apoptosis sau khi xử lý với vinca alkaloid (A) và alkaloids mới (B) với
nồng độ khác nhau (NC = 0,1% DMSO, 1, 10, 100, 1000 nM) trong 24 giờ ..................110
Hình 3.39. Sự chết tế bào sớm sau khi xử lý với vinca alkaloid (A) và alkaloid mới (B)
với nồng độ khác nhau (NC = 0,1% DMSO, 1, 10, 100, 1000 nM) trong 24 giờ............111
Hình 3.40. Kiểm soát chu kỳ tế bào sau khi xử lý với vinca alkaloid được tạo thành (A) và
alkaloid mới (B) với nồng độ khác nhau (NC = 0,1% DMSO, 1, 10, 100, 1000 nM) trong
24 giờ.......................................................................................................................113
Hình 3.41. Tubulin – 83a .................................................................................................118
Hình 3.42. Tubulin-92b ...................................................................................................119
Sơ đồ 3.1. Quy trình chung tổng hợp các hợp chất 76a-c..................................................71
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp các vinca alkaloid chìa khóa 12 và 77..............................................71
Sơ đồ 3.3. Cơ chế của phản ứng Vukovic..........................................................................72
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp các vinca alkaloid mới chứa mạch nhánh ketone α,β-không no ......73
Sơ đồ 3.5. Tổng hợp 3’-cyanoanhydrovinblastine 88. .......................................................85
Sơ đồ 3.7. Một con đường thử nghiệm tổng hợp 3’-cyanoanhydrovinblastine 88 ............89
13


Sơ đồ 3.10. Cơ chế phản ứng khử nitril thành amin 92c ...................................................98
Sơ đồ 3.11. Cơ chế phản ứng khử liên kết đôi tại C4’-C5’................................................98

Sơ đồ 3.12. Tổng hợp các dẫn xuất vinca alkaloid mới thông qua việc khử alkyl hóa
aminomethyl 92c ................................................................................................................99
Sơ đồ 3.13. Cơ chế của phản ứng alkyl hóa aminomethyl 92c ..........................................99

14


MỞ ĐẦU
Ung thư là một nhóm các bệnh được đặc trưng bởi sự phát triển không kiểm soát
và sự lan truyền của các tế bào bất thường. Tỷ lệ ung thư trên toàn thế giới ước tính
khoảng 14 triệu trường hợp mới mỗi năm [1]. Trong năm 2017, khoảng 600.920 người
Mỹ chết vì ung thư, gần 1.650 người chết mỗi ngày. Ung thư là nguyên nhân phổ biến
thứ hai gây tử vong ở Mỹ chỉ sau bệnh tim, chiếm gần 1/4 số ca tử vong [2]. Tại Việt
Nam, số trường hợp mắc mới ung thư tăng nhanh từ 68.000 ca năm 2000 lên 126.000
năm 2010 và dự kiến sẽ vượt qua
190.000 ca vào 2020. Mỗi năm có khoảng 115.000 người chết vì ung thư, tương ứng
315 người/ngày. Các nguồn lực to lớn đang được đầu tư trên khắp thế giới để phát
triển các chiến lược phòng ngừa, chẩn đoán và điều trị ung thư [3]. Các công ty dược
phẩm và các tổ chức chính phủ, phi chính phủ đều tham gia tích cực vào việc phát hiện
và phát triển các chất chống ung thư [4].
Trong số các phương pháp điều trị hiện nay, hóa trị liệu là một phương pháp
điều trị ung thư sử dụng một hoặc nhiều thuốc kháng ung thư - gây độc tế bào. Một
trong các loại thuốc chống ung thư, được sử dụng ngày nay trong hóa trị liệu, tác động
đến chu kỳ tế bào để ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và sau đó gây ra sự chết tế
bào theo chương trình (apoptosis). Do đó, hai cách tiếp cận thường được sử dụng:
nhắm mục tiêu DNA (ngăn ngừa sự tổng hợp hoặc làm hỏng DNA) hoặc hạn chế các
chức năng của thoi phân bào [5]. Trong đó, thuốc tác dụng lên microtubule là một
trong những loại thuốc trị liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong điều trị ung thư. Hiệu
quả của chúng đã được chứng minh để điều trị nhiều loại ung thư ở người, bao gồm
ung thư vú, phổi, buồng trứng và tuyến tiền liệt, cũng như các khối u ác tính về huyết

học và ung thư ở trẻ em [6-7].
Phần lớn các thuốc ức chế phân bào là các hợp chất tự nhiên ngăn chặn sự phân
bào bằng cách tương tác với microtubule, một protein thiết yếu của tế bào. Trong
những năm 1950, sự phát hiện ra vinblastine (Velban®) và vincristine (Oncovin®), hai
alkaloid tự nhiên từ cây dừa cạn Madagascar (Catharanthus roseus) là một trong
những ví dụ nổi bật nhất của loại hợp chất này, các vinca alkaloid gây chết tế bào bởi
apoptosis bằng cách ức chế động học của microtubule. Kể từ đó, những nỗ lực để thay
1


đổi cấu trúc ban đầu của các phân tử này đã dẫn tới sự phát triển và sau đó là sử dụng
lâm sàng của ba

2


vinca alkaloid tổng hợp vindesine (Eldesine®), vinorelbine (Navelbin®) và vinflunine
(Javlor®).
Xuất phát từ cơ sở các kết quả nghiên cứu và tính cấp thiết trong thực tiễn,
chúng tôi đã thực hiện luận án: “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn
xuất mới của alkaloid dừa cạn” với mục tiêu tổng hợp được các dẫn xuất mới của
alkaloid dừa cạn và đánh giá hoạt tính kháng ung thư của chúng.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1.

Microtubule - Một đích tác dụng quan trọng của các thuốc điều trị ung thư
Microtubule một thành phần của bộ khung tế bào bao gồm các tiểu đơn vị α và

β-tubulin. Heterodimer này liên quan đến nhiều quá trình sinh học tế bào như tín hiệu
tế bào, vận chuyển nội bào, duy trì hình dạng tế bào và sự phân cực tế bào [8]. Do vai
trò của chúng trong sự phân bào, chúng trở thành một mục tiêu quan trọng để phát triển
thuốc chống ung thư. Trong mục này, chúng tôi giới thiệu ngắn gọn về hệ tubulinmicrotubule, động học của microtubule và sơ lược về các nhóm thuốc chống ung thư
theo cơ chế tác dụng lên microtubule.
1.1.1. Định nghĩa
Microtubule – là thành phần chính của bộ khung tế bào - là polymer protein
hình ống dài, dạng sợi, được tìm thấy trong tất cả các tế bào nhân chuẩn. Chúng có vai
trò rất quan trọng trong việc phát triển và duy trì hình dạng tế bào, trong tín hiệu tế
bào, vận chuyển các túi, ty thể và các thành phần khác trong tế bào, sự di động của tế
bào, trong sự phân chia tế bào, sự nguyên phân và sự phân cực của tế bào.

Hình 1.1. Cấu trúc và các quá trình polymer hóa, khử polimer hóa microtubule [9]
4


Hình 1.2. Microtubule trong hai tế bào xương osteosarcoma trong kỳ trung gian của
chu kỳ tế bào. Microtubule có màu đỏ, chromatin có màu xanh lam và các centromeres
có màu xanh lá cây [10]
Có thể xem microtubule là các cấu trúc phân cực bao gồm các tiểu đơn vị dị
dimer (heterodimer) α-tubulin và β-tubulin được sắp xếp lại với nhau thành các chuỗi
tiền tơ (protofilament). Một microtubule đơn bao gồm 10-15 protofilament (thường là
13 trong tế bào động vật có vú) liên kết với nhau để hình thành một ống xoắn rỗng rộng
24 nm (kích thước 4 nm × 5 nm × 8 nm và khối lượng 100.000 daltton) với hai đầu kí
hiệu là (+) và (-) [10-14].
1.1.2. Động học của microtubule
Một điều quan trọng trong tính chất của các đại phân tử này là đặc tính động

học của nó. Có thể tạm hiểu là sự thay đổi cấu trúc theo thời gian. Có 2 kiểu động học
trong cấu trúc là: (a) “dynamic instability” cấu trúc của microtubule có thể dài ngắn tuỳ
theo chu kỳ; (b) “treadmilling” đầu (+) dài ra, sau đó đầu (-) ngắn lại, nhưng chiều dài
tổng thể không đổi. Đáng chú ý là các microtubule cấu tạo nên các sợi siêu vi, nơi bám
5


của các chromosome trong quá trình phân bào. Các sợi siêu vi microtubule này có tính
động học rất lớn, 4-100 lần so với sự thay đổi cấu trúc của các microtubule thông
thường.
Các chức năng sinh học của các microtubule trong tất cả các tế bào được xác
định và được điều chỉnh phần lớn bởi các động học polimer hóa của chúng
[15-18]. Microtubule cho thấy hai loại động học không cân bằng, cả với các hệ thống
microtubule tinh khiết trong in vitro và trong các tế bào (Hình 1.3). Một loại tính chất
động học rất nổi bật trong tế bào được gọi là "dynamic instability", là một quá trình
trong đó các đầu microtubule riêng lẻ chuyển đổi giữa các giai đoạn tăng trưởng và rút
ngắn [19]. Hai đầu của một mictubule không tương đương, một đầu được gọi là đầu
dương tăng trưởng và rút ngắn nhanh hơn và rộng hơn đầu kia (đầu âm). Sự thay đổi
độ dài theo thời gian ở các đầu của một nhóm các microtubule do quá trình “dynamic
instability” được minh họa trong hình 1.3a, 1.3b. Các microtubule trải qua thời gian
tương đối dài của sự kéo dài, thời gian ngắn của sự rút ngắn nhanh và thời kỳ các động
học suy giảm hoặc tạm dừng, khi các microtubule không phát triển cũng không thể rút
ngắn được.
Kiểu động học thứ nhất, “Dynamic instability” được đặc trưng bởi bốn yếu tố
chính: tốc độ tăng trưởng microtubule, tốc độ rút ngắn, tần suất chuyển đổi từ trạng thái
tăng trưởng hoặc tạm dừng sang rút ngắn (quá trình chuyển đổi này được gọi là
“catastrophe”) và tần suất chuyển đổi từ rút ngắn sang tăng trưởng hoặc tạm dừng (gọi
là “rescue”). Các khoảng thời gian tạm dừng được xác định hoạt động khi bất kỳ sự
thay đổi độ dài microtubule nào có thể xảy ra thấp hơn độ phân giải của kính hiển vi
quang học. Yếu tố được gọi là “dynamicity” rất hữu ích để mô tả tổng thể nhìn thấy

bằng mắt thường tốc độ trao đổi của các tubulin dimer với các đầu microtubule.
Kiểu động học thứ hai, được gọi là “treadmilling” (Hình 1.3c), là sự tăng trưởng
ở đầu của một đầu microtubule và sự rút ngắn ở đầu đối diện [20-24]. Nó liên quan đến
dòng nội tại của các tiểu đơn vị tubulin từ đầu dương của microtubule đến đầu âm và
được tạo ra bởi sự khác biệt trong các nồng độ tiểu đơn vị quan trọng ở các đầu
microtubule đối diện. (Nồng độ tiểu đơn vị tới hạn là nồng độ các tiểu đơn vị tubulin tự
do trong trạng thái cân bằng với đầu của microtubule). Tính chất này xảy ra trong các
tế bào cũng như trong in vitro và có thể đặc biệt quan trọng trong sự phân bào.
“Treadmilling” và “dynamic instability” là những tính chất tương thích và một tập hợp
5