BÙI THỊ PHƢƠNG MAI TỔNG hợp và THỬ tác DỤNG một số HOẠT TÍNH SINH học dẫn CHẤT GLUTARAT của CURCUMIN KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP dƣợc sĩ

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
----------

BÙI THỊ PHƢƠNG MAI

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC
DẪN CHẤT GLUTARAT CỦA
CURCUMIN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

HÀ NỘI - 2019


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
----------

BÙI THỊ PHƢƠNG MAI
MÃ SINH VIÊN: 1401392

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC
DẪN CHẤT GLUTARAT CỦA
CURCUMIN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. TS. Nguyễn Văn Hải
2. NCS. Phạm Thị Hiền
Nơi thực hiện:

Bộ môn Công nghiệp Dƣợc
Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội

HÀ NỘI-2019


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Hải và
NCS-ThS.Phạm Thị Hiền, những người thầyđã trực tiếp hướng dẫn, tận tình truyền đạt,
chỉ bảo cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm u

u v tạ

i điều iện gi

đ tôi

trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận.
Tôi cũng xin chân thành cả
Văn Giang đã nhiệt t nh gi

ơn PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện vàTS. Nguyễn

đ , động viên khích lệ v tạ điều kiện tốt nhất để tôi hoàn

thành khóa luận tốt nghiệ n
Tôi xin chân thành cả
gi

ơn Ban Giám hiệu Nh trường cùng toàn thể các thầy cô

Trường Đại h c Dược Hà Nội đã luôn tạ điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá

trình h c tập tại trường.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự gi
thuộc Viện Công nghệ sinh h c, Viện H n lâ

đ của các cán bộ

Kh a h c v Công nghệ Việt Na , các

c n ộ h a Hóa – trường Đại h c Kh a h c tự nhiên, tôi xin chân thành cả ơn
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cả

ơn đến gia đ nh và những người bạn Nguyễn Tấn

Thành, Lường Thị Trang, Nguyễn Văn Na … đã luôn gi

đ , chia sẻ, động viên, khích

lệ tôi trong cuộc sống và h c tập!
Do thời gian làm thực nghiệ

cũng như iến thức của bản thân còn hạn chế, nên

khóa luận không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cô, bạn è để khóa luận được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 5 tháng 05 nă 2019
Sinh viên

Bùi Thị Phƣơng Mai


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................. 9
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... 10
ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về curcumin....................................................................................... 3
1.1.1. Cấu trúc hóa h c ............................................................................................ 3
1.1.2. Tính chất l hóa v độ ổn định ....................................................................... 3
1.2. Hoạt tính sinh học của curcumin và dẫn chất................................................... 8
1.2.1. Hoạt tính chống viêm...................................................................................... 9
1.2.2. Hoạt tính chống oxy hóa............................................................................... 10
1.2.3. Tác dụng hòng v điều trị ung thư ............................................................. 12
1.2.4. Các hoạt tính sinh h c khác ......................................................................... 14
1.3. Lựa chọn hƣớng nghiên cứu dẫn chất curcumin ............................................ 15
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 19
2.1. Nguyên liệu – Hóa chất...................................................................................... 19
2.2. Dụng cụ – Thiết bị.............................................................................................. 20
2.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 20
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 21
2.4.1. Tổng hợp hóa h c ......................................................................................... 21
2.4.2. Kiể tra độ tinh khiết ................................................................................... 21
2 4 3 X c định cấu trúc hóa h c ............................................................................ 22
2.4.4. Thử hoạt tính sinh h c .................................................................................. 22
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ, BÀN LUẬN....................................... 29
3.1. Tổng hợp hóa học............................................................................................... 29

3.1.1. Tổng hợp mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (M-1) .................................. 29
3.1.2. Tổng hợp ester glutarat của mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (M-2) .... 32
3.2. Xác định cấu trúc ............................................................................................... 36


3.2.1. Kết quả phân tích phổ của mono-O-(2-Hydroxyethyl)-curcumin (M-1) ...... 36
3.2.2. Kết quả phân tích phổ của (Curcumin-O-yl)ethyl hemiglutarat (M-2) ........ 39
3.3. Thử hoạt tính sinh học ...................................................................................... 42
3.3.1. Thử hoạt tính chống ung thư ........................................................................ 42
3.3.2. Thử hoạt tính chống oxy hóa hệ DPPH........................................................ 43
3.3.3. Thử hoạt tính ức chế NO .............................................................................. 43
3.4. Bàn luận .............................................................................................................. 44
3.4.1. Về tổng hợp hóa h c ..................................................................................... 44
3.4.2. Về x c định cấu trúc sản phẩm..................................................................... 48
3.4.3. Về thử hoạt tính sinh h c .............................................................................. 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 54
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 58


DANH MỤC CHỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT
13

C-NMR

Cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear magnetic
resonance)

1

H-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-Nuclear Magnetic Resonance
spectroscopy)

AIDS

Hội

chứng

suy

giảm

miễn

dịch

mắc

phải

(Acquired

immunodeficiency syndrome)
AMP

Adenosine monophosphat

AMPK

AMP-activated protein kinase

AR

Tinh khiết phân tích (Analytical reagent)

AR

Androgen receptor

Bcl-2

B-cell lymphoma 2

COX

Cyclooxygenase

CTCT

Công thức cấu tạo

CTPT

Công thức phân tử

DAC

Diacetyl curcumin

DGC

Diglutaryl curcumin

DMC

Dimethoxycurcumin

DMEM

Môi trường nuôi cấy Dulbecco (Dulbecco’s Modified Eagle’s
Medium)

DMF

Dimethylformamid

DMSO

Dimethyl sulfoxid

DPPH

1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl

DR

Điểm thụ thể tự hủy (Death receptors)

ĐvC

Đơn vị carbon

FBS

Huyết thanh bào thai bò(Fetal bovine serum)

ER

Estrogen receptor

G

Gam

H

Giờ


Hela

Ung thư tử cung ở người (Human cervix carcinoma)

HepG2

Ung thư gan ở người(Human hepatocellular carcinoma)

HIV

Virus gây suy giảm miễn dịch ở người ( Human immunodeficiency
virus)

HPLC

Sắc ký lớp mỏng hiệu năng cao

IC50

Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử( Inhibition concentration at 50% )

IR

Phổ hồng ngoại ( Infrared spectroscopy)

M-1

mono-O-(2-Hydroxyethyl)-curcumin

M-2

(Curcumin –O-yl)ethyl hemiglutarat

JAK/STAT

Janus kinase/signal transducer and activator of transcription

K562

Ung thư bạch cầu cấp ở người (human myelogenous leukemia)

MAPK

mitogen-activated protein kinases

MCF7

Ung thư vú ở người(Human breast carcinoma)

MS

Phổ khối lượng (Mass spectrometry)

PANC-1

Tế bào ung thư tuyến tụy ở người

PC-3

Tế bào ung thư tuyến tiền liệt ở người

RAW 264.7

Dòng đại thực bào chuột 264.7

Rf

Hệ số lưu giữ (Retention factor)

ROS

Gốc tự do oxy hóa (Reactive Oxygen Species)

SC50

Nồng độ trung hòa được 50% gốc tự do(Scavenging concentration at
50%)

SKBR-3

Tế bào ung thư vú ở người

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

SOD

Chất chống oxy hóa phân giải dây chuyền( Superoxide dismutase)

STAT3

Signal transducer and activator of transcription 3

T°nc

Nhiệt độ nóng chảy

THF

Tetrahydrofuran

TNF

Yếu tố hoại tử khối u (Tumor necrosis factor)

XO

Xanthine oxydase


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Danh mục nguyên liệu - hóa chất ...................................................................... 19
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ - thiết bị ........................................................................ 20
Bảng 3.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến phản ứng tạo M-1 .................... 30
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ aceton:DMF đến phản ứng tạo M-1 ...... 31
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến phản ứng tạo M-1 .... 31
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ 2-bromoethanol:curcumin ..................... 32
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng dung môi đến phản ứng tạo M-2 ......................... 34
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng dung môi đến phản ứng tạo M-2 ......................... 35
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng tạo M-2 .......................... 35
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ M-1:anhydryd glutaric ................................. 36
Bảng 3.9.Kết quả phân tích phổ khối lượng (ESI-MS, CH3OH) của M-1 ........................ 36
Bảng 3.10. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (KBr) của M-1 .......................................... 37
Bảng 3.11. Kết quả phân tích phổ 1H- NMR (500 MHz, DMSO-d6) của M-1 ................. 37
Bảng 3.12. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (125 MHz, DMSO-d6) của M-1 ................. 38
Bảng 3.13. Kết quả phân tích phổ khối lượng (ESI-MS, CH3OH) của M-2 ..................... 39
Bảng 3.14. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (KBr) của M-2 .......................................... 40

Bảng 3.15. Kết quả phân tích phổ 1H- NMR (500 MHz, DMSO-d6) của M-2 ................. 40
Bảng 3.16. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (125 MHz, DMSO-d6) của M-2 ................. 41
Bảng 3.17.Kết quả thử nghiệm gây độc tế bào Hela và K562 ........................................... 43
Bảng 3.18. Kết quả thử nghiệm gây độc tế bào HepG2 à MCF7 ...................................... 43
Bảng 3.19. Kết quả thử hoạt tính chống oxy hóa ............................................................... 43
Bảng 3.20. Khả năng ức chế sản sinh NO lên dòng tế bào RAW 264.7 ........................... 44
Bảng 3.21. Tác động của mẫu nghiên cứu đến sự sống sót của tế bào RAW 264.7 ......... 44


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của curcumin......................................................................... 3
Hình 1.2.Dạng hỗ biến ceton - enol của curcumin trong dung dịch .................................... 4
Hình 1.3.Phản ứng imin hóa β-diceton của curcumin ......................................................... 4
Hình 1.4.Phản ứng khử curcumin thành tetrahydrocurcumin ............................................. 5
Hình 1.5. Phản ứng của curcumin với gốc tự do ................................................................. 5
Hình 1.6. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch .............................................. 6
Hình 1.7. Các sản phẩm phân hủy của curcumin dưới tác dụng của pH ............................. 7
Hình 1.8. Các sản phẩm phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng .................... 8
Hình 1.9.Một số dẫn chất của curcumin thể hiện hoạt tính chống viêm tốt ................. 10
Hình 1.10. Dẫn chất phosphat của curcumin ................................................................... 10
Hình 1.11. Dẫn chất imin hóa của curcumin ..................................................................... 11
Hình 1.12. Tetrahydrocurcumin......................................................................................... 12
Hình 1.13. Dẫn chất lai hóa amino acid của curcumin ...................................................... 13
Hình 1.14. Dẫn chất curcumin có hoạt tính chống ung thư tuyến tiền liệt tốt ................... 14
Hình 1.15. Dấn chất curcumin có khả năng kháng khuẩn tốt ............................................ 15
Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp diester glutarat của curcumin ................................................. 15
Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp ester glutarat của curcumin theo S. Aggarwal và cộng sự ..... 16
Hình 1.18. [DLys6]-LHRH–curcumin ............................................................................... 16
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp ester glutarat của mono-O-(2-Hydroxyethyl)-curcumin .......... 21
Hình 3.1. Sơ đồ phản ứng tổng hợp M-1 ........................................................................... 29

Hình 3.2. Sơ đồ phản ứng tạo M-2 .................................................................................... 32
Hình 3.3. Cơ chế phản ứng alkyl hóa curcumin ................................................................ 45
Hình 3.4. Các tạp alkyl hóa sinh ra trong quá trình phản ứng ........................................... 45
Hình 3.5. Cơ chế phản ứng ester hóa anhdryd glutaric ..................................................... 47
Hình 3.6.Các tạp sinh ra trong quá trình ester hóa ............................................................ 47
Hình 3.7.Dạng hỗ biến enol-ceton ..................................................................................... 49


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong nhiều năm qua, rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng curcumin- một phenolic
được chiết xuất từ củ nghệ và dẫn chất của nó thể hiện rất nhiều hoạt tính sinh học khác
nhau.Các hoạt tính sinh học của curcumin đã được tìm thấy như chống oxy hóa, chống
viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, AIDS, bệnh tim mạch và xơ phổi,…[13].
Đặc biệt curcumin có thể ức chế các cytokine gây viêm cũng như ức chế các protein đích
khác nhau trong các dòng tế bào ung thư - đây là tác dụng sinh học chính mà chúng tôi
hướng tới thử nghiệm cho đề tài này[13]. Curcumin cũng được chứng minhan toàn ngay
cả khi sử dụng liều cao (12g/ngày) ở người[11].
Mặc dù curcumin có hoạt tính sinh học đa dạng và tính an toàn cao nhưng độ tan
trong nước ở pH acid và sinh lý rất thấp, cùng với độ ổn định kém, nhanh chóng bị
chuyển hóa khi sử dụng theo đường uống dẫn đến sinh khả dụng không cao nên khả năng
ứng dụng trên lâm sàng của curcumin vẫn còn hạn chế[12]. Để cải thiện sinh khả dụng
của curcumin người ta có thể sử dụng phương pháp vật lý hoặc phương pháp hóa họcdựa
trên khung curcuminoid có sẵn, tạo ra các dẫn chất mới giúp cải thiện độ tan, độ ổn định
và nâng cao hoạt tính sinh học của curcumin. Gần đây, nhóm nghiên cứu bộ môn Công
nghiệp Dược đã tổng hợp và thử tác dụng chống oxy hóa, chống ung thư trên tế bào
HepG2 của dẫn chất mono alkyl hóa curcumin (mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin), cả
hai hoạt tính đều cho kết quảcao hơn curcumin [3]. Nghiên cứu này đã mở ra nhiều hướng
biến đổi cấu trúc tiềm năng cho curcumin. Theo đó, năm 2017, tác giả Nông Thị Bích
Vân đã tổng hợp thành công dẫn chất phosphat của (mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin)
cho hoạt tính chống viêm và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn curcumin.

Mặt khác, một nghiên cứu của S. Aggarwal và cộng sự đã chỉ ra rằng ester glutarat
của curcumin tạo ra các dẫn xuất ổn định trong dung dịch nước nhưng sẽ dễ dàng bị thủy
phân khi có mặt enzym esterase để giải phóng thuốc tại vị trí tác dụng.[18]
Từ những định hướng trên, chúng tôi tiến hành tổng hợp dẫn chất curcumin
(mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin) dạng ester glutarat với hi vọng cải thiện được độ
tan, độ hấp thu của curcumin, từ đó làm tăng hoạt tính sinh học so với chất ban đầu.
1


Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài “ Tổng hợp và thử tác dụng chống ung
thư dẫn chất glutarat của curcumin” với hai mục tiêu:
1. Xây dựng được quy trình tổng hợp dẫn chất ester glutarat của mono-O-(2hydroxyethyl)-curcumin (M-2).
2. Thử hoạt tính chống ung thư, chống viêm và chống oxy hóa dẫn chất ester
glutarat củamono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (M-2).

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về curcumin
1.1.1. Cấu trúc hóa học
 Công thức cấu tạo của curcumin (Hình 1.1):

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của curcumin
 Công thức phân tử: C21H20O6.
 Khối lượng phân tử: 368,38 đvC [2].
 Tên khoa học: (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxyl-3-methoxylphenyl)hepta-1,6-dien-3,5dion.
 Tên khác: Diferuloylmethan, curcumin I.
1.1.2. Tính chất lý hóa và độ ổn định
1.1.1.1. Tính chất vật lý

 Dạng thù hình: curcumin tồn tại dưới dạng bột vô định hình hoặc tinh thể hình kim
màu vàng cam [17].
 Nhiệt độ nóng chảy: 183°C [17].
 Tính tan:
+ Curcumin không tan trong nước ở pH acid và trung tính (< 0,1 µg/mL) [4], tan
trong kiềm tạo dung dịch màu đỏ máu [1].
+ Curcumin có thể hòa tan trong nước khi có mặt các chất hoạt động bề mặt: natri
dodecylsulfat,

cetylpyridin

bromid,

gelatin,

polysaccharid,

polyethylenglycol,

cyclodextrin [16].
+ Curcumin tan tốt trong các dung môi hữu cơ như methanol, aceton,
dimethylsulfoxid, dicloromethan, cloroform, ethyl acetat [16].
+ Curcumin ít tan trong n-hexan, không tan trong ether [16].

3


1.1.1.2. Tính chất hóa học
- Tính chất nhóm β-diceton:
 Trong dung dịch, dạng β-diceton tạo cân bằng hỗ biến với dạng enol được ổn

định bằng liên kết hydro nội phân tử [20](Hình 1.2).

Hình 1.2. Dạng hỗ biến ceton - enol của curcumin trong dung dịch
 Curcumin tồn tại chủ yếu ở dạng β-diceton trong dung dịch nước ở pH acid hoặc
trung tính, ngược lại ở pH> 8, dạng enol chiếm ưu thế [24].
 Curcumin cũng có khả năng cho đi một hay nhiều cặp electron tự do trên các
nguyên tử oxy của cấu trúc ceton – enol đểtạo phức với nhiều ion kim loại có orbital trống
ở lớp vỏ electron như Mn2+, Fe2+, Cu2+,... [24].
 Do có nhóm diceton trong phân tử, curcumin dễ phản ứng với các amin (R-NH2)
như hydroxylamin (R = -OH), hoặc phenylhydrazin (R = C6H5-NH-) tạo thành các dẫn
chất imin tương ứng là 3,5-bis(3-methoxy-4-hydroxylstiryl)isoxazol và 3,5-bis(3methoxy-4-hydroxylstiryl)-1-phenylpirazol. Các sản phẩm này đều có hoạt tính kháng
nấm và chống oxy hóa tốt [2].

Hình 1.3. Phản ứng imin hóa β-diceton của curcumin
 Trong phân tử curcumin còn chứa các liên kết chưa no nên có thể cộng 1, 2, hoặc
3 phân tử H2 vào các vị trí đó để tạo thành dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin và
hexahydrocurcumin (Hình 1.4) [6]. Các sản phẩm này cũng là chất chống oxy hóa [12].
4


Hình 1.4. Phản ứng khử curcumin thành tetrahydrocurcumin
- Tính chất của nhóm hydroxy trên vòng benzen:
Các cặp electron chưa liên kết của oxy nhóm hydroxy liên hợp mạnh với vòng
thơm làm cho nguyên tử hydro của nhóm hydroxy trở nên linh động hơn do vậy curcumin
có tính acid, dễ phản ứng với các tác nhân oxy hóa [25]. Điều này giải thích cho việc
curcumin dễ tan trong kiềm và khả năng chống oxy hóa mạnh của các sản phẩm chứa
curcumin.

Hình 1.5. Phản ứng của curcumin với gốc tự do
- Sự điện ly của curcumin theo pH

Trong dung dịch nước, sự điện ly của curcumin ở khoảng pH = 1 - 11 đã được
nghiên cứu bằng phương pháp HPLC, cho kết quả như sau [27]:
+ pH< 1, curcumin tồn tại ở dạng ion H4A+. Dung dịch có màu đỏ.
5


+ pH = 1 - 7, curcumin tồn tại chủ yếu ở dạng trung hòa H3A, rất ít tan trong nước.
Dung dịch có màu vàng.
+ pH > 7,5, curcumin tồn tại ở các dạng ion H2A-, HA2- và A3- lần lượt tương ứng với
các giá trị pKa là 7,8; 8,5 và 9,0. Dung dịch có màu đỏ.

Hình 1.6. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch
1.1.1.3. Độ ổn định
 Ảnh hưởng của pH
Curcumin tương đối ổn định ở pH acid và trung tính, nhưng nhanh chóng bị phân
hủy ở pH > 7.Ở các điệu kiện khác nhau sự phân hủy của cucurmin dưới tác dụng của pH
là khác nhau.Trong dung dịch đệm phosphate ở 31,5oC(pH=8,5) hoặc 37oC(pH=7,2)
curcumin phân hủy thành vanilin, acid ferulic và feruloyl metan.

Ủ curcumin ở

31,5oCtrong 5 phút hoặc 28 giờ ở pH = 8,5 sản phẩm chủ yếu là metuloyl metan, metuloyl
metan, sản phẩm này tiếp tục phân hủy thành vanilin và aceton. Ủ curcumin trong dung
dịch đệm phosphat,hoặc huyết tương người ở 37°C trong 1 giờ ở pH = 7,2 được sản phẩm
chính là vanilin và (2Z,5E)-2-hydroxy-6-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4-oxohexa-2,5dienal. Ở thời gian ủ dài hơn(2Z,5E)-2-hydroxy-6-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4oxohexa-2,5-dienal bị biến chất thành vanilin. Trong dung dịch đệm Tris-HCl(pH=8) ở
nhiệt độ phòng trong 8 giờ, hoặc dung dịch đệm phosphate (pH=7,5) trong 2 giờ, sản
6


phẩm phân hủy của curcumin thu được là vanilin, acid ferulic, feruloylmetan và 6hydroxy-1-(4-hydroxy-3-methoxyphenoxy)-3-(4-hydroxy-3- methoxyphenyl) -1,3,3a, 6atetrahydro-4H-cyclopenta[c]furan-4-on [13] (Hình 1.7).

Hình 1.7. Các sản phẩm phân hủy của curcumin dưới tác dụng của pH
 Ảnh hưởng của ánh sáng
Curcumin là một phromophore, hấp thụ mạnh các bước sóng khả kiến, điều này
cũng dẫn đến cấu trúc của curcumin dễ bị thoái hóa và biến đổi ở cả ánh sáng tự nhiên và
ánh sáng nhân tạo, ngay cả khi không có mặt của tia UV hay Oxy. Thành phần, nồng độ
các chất suy thoái phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể.Các sản phẩm chuyển hóa được
trình bày dưới hình sau đây[13] (Hình 1.8).

7


Hình 1.8. Các sản phẩm phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng
1.2. Hoạt tính sinh học của curcumin và dẫn chất
Đã có hơn 4000 báo cáo về tác dụng sinh học đa dạng của curcumin, bao gồm:
hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, kháng viêm và chống xơ
vữa động mạch. Đặc biệt, curcumin còn có khả năng chống lại các bệnh viêm khớp, dị
ứng, viêm ruột, nhiễm độc thận, HIV-AIDS, bệnh vẩy nến, tiểu đường, bệnh đa xơ cứng,
bệnh tim mạch và xơ phổi [1], [28].
Tác dụng sinh học của curcumin được thể hiện thông qua sự liên kết trực tiếp với
phân tử đích cũng như điều hòa gián tiếp thông qua điều hòa feedback âm và điều hòa
feedback dương.Cấu trúc phân tử curcumin gồm 2 nhóm phenyl chứa hydro linh động,
cho phép nó tồn tại ở những cấu dạng khác nhau.Với những cấu dạng khác nhau đó,
curcumin có khả năng tác động vào nhiều đích tác dụng và mang đến những tác dụng sinh
học đa dạng. Các phân tử đích của curcumin bao gồm những yếu tố gây viêm, yếu tố tăng
trưởng, yếu tố phiên mã, các enzym kinase, các receptor và các ion kim loại.
Một số hoạt tính của curcumin được làm rõ sau đây:

8

1.2.1. Hoạt tính chống viêm
 Cơ chế chống viêm của curcumin
Khả năng chống viêm của curcumin liên quan đến sự ức chế yếu tố phiên mã
NF-κB.Khi có sự xuất hiện của các gốc tự do, các cytokin như yếu tố hoại tử khối u, các
kháng nguyên, các chất phóng xạ, yếu tố phiên mã NF-κB được kích hoạt. NF-κB nằm
trong tế bào chất ở dạng không hoạt động và liên kết với IκBα. Sau khi kích hoạt,
IκBα bị phosphoryl hóa bởi IκB kinase và NF-κB tự do được giải phóng và sau đó
được chuyển vào nhân để kích hoạt phiên mã các gen đáp ứng [13].
Curcumin ức chế NF-κB theo nhiều cơ chế. Đầu tiên, curcumin ức chế quá
trình phosphoryl hóa IκBα do đó ngăn cản sự chuyển vị của NF-κB vào nhân. Điều
này dẫn đến sự ức chế phiên mã cho một số gen đáp ứng bao gồm các gen mã hóa cho
các chất trung gian gây viêm như cyclooxygenase (COX). Thứ hai, curcumin có khả
năng liên kết trực tiếp với TNF-α và COX-2. Curcumin liên kết với phân tử Cys129
của TNF-α bằng lực hút Van der Waals và liên kết hydro làm TNF-α mất khả năng
liên kết với thụ thể của nó, từ đó làm bất hoạt NF-κB. Curcumin cũng có thể ức chế
trực tiếp COX-2 thông qua tương tác trực tiếp với Val523, Val116, Ala516 và Tyr355
và qua liên kết hydro với Ala562 do đó dẫn đến ức chế sản xuất PGE-2 [13].
Lipoxygenase (LOX) là một nhóm các chất trung gian gây viêm họ eicosanoid
được sản xuất trong bạch cầu nhờ quá trình oxy hóa acid arachidonic (AA) và acid béo
thiết yếu là acid eicosapentaenoic (EPA) bởi enzyme arachidonat-5-lipoxygenase.Một
nghiên cứu của Skrzypczak-Jankun và cộng sự đã chỉ ra rằng curcumin có thể ức chế
LOX bằng cách bất hoạt trung tâm hoạt động hoạt động của enzyme[13].
Với những cơ chế trên, curcumin có tác dụng làm giảm đau, hạ sốt, chống ung
thư, cũng như có tác dụng chống lại bệnh tiểu đường và tim mạch, các bệnh tự miễn,
dị ứng.
 Một số dẫn chất của curcumin cho hoạt tính chống viêm tốt
-

Năm 1997, A. N Nurfinal và cộng sự đã tổng hợp một loạt các dẫn chất của

curcumin và trong số đó đã có một số dẫn chất thể hiện hoạt tính chống viêm vượt trội
hơn curcumin [21] (Hình 1.9).
9


Hình 1.9. Một số dẫn chất của curcumin thể hiện hoạt tính chống viêm tốt
-

Năm 2017, tác giả Nông Thị Bích Vân cũng đã tổng hợp được dẫn chất

phosphat của curcuminvà đánh giá hoạt tính chống viêm thông qua phép thử ức chế sinh
NO (Hình 1.10). Kết quả thu được là dẫn chất nàycó khả năng ức chếsinh NO mạnh gấp
1,8 lần curcumin và độc tính lên tế bào thấp hơn curcumin [5].

Hình 1.10. Dẫn chất phosphat của curcumin
1.2.2. Hoạt tính chống oxy hóa
 Cơ chế chống oxy hóa của curcumin
Curcumin cũng đã được báo cáo là một chất chống oxy hóa mạnh với mức độ
hoạt động tương đương với vitamin C và vitamin E. Các mục tiêu phân tử liên quan
đến chất chống oxy hóa bao gồm NF-κB, xanthine oxyase (XO) và các ion kim loại.
Tính chất chống oxy hóa mạnh mẽ của curcumin được ứng dụng trong điều trị các
bệnh thoái hóa thần kinh, bệnh tim mạch cũng như phòng ngừa các biến chứng tiểu
đường [13].
XO là một enzym xúc tác cho việc chuyển đổi hypoxanthin thành xanthin và
acid uric. Enzym này có khả năng tạo ROS, do đó đóng vai trò trung tâm cơ chế bệnh
của nhiều bệnh. Một số nghiên cứuin vivo đã chứng minh rằng curcumin có khả năng
ức chế hoạt động XO cũng như loại bỏ các superoxid.XO là mục tiêu trực tiếp của
10

curcumin trong đó các acid amin sau đây đóng vai trò là rãnh liên kết: Phe914,
Phe1009 và Thr1010 [13].
Nhờ hoạt động chống oxy hóa mạnh mẽ, curcumin cũng được sử dụng để điều
trị các bệnh liên quan đến bệnh liên quan đến oxy hóa khác. Curcumin đã được báo
cáo có khả năng dọn các gốc tự do gây ra sự peroxyd hóa lipid LDL ở thỏ bị xơ vữa
động mạch, cho thấy tác dụng chống lại các bệnh về tim mạch. Tình trạng tăng các
gốc oxy hóa cũng là một yếu tố quan trọng tạo điều kiện cho các biến chứng tiểu
đường. Tác dụng của curcumin đối với bệnh tiểu đường đã được nghiên cứu trên
chuột bị tiểu đường và cho kết quả khả quan[13].
 Một số ví dụ về dẫn chất của curcumin thể hiện hoạt tính oxy hóa tốt
Năm 2015, D. R. Sherin và K.N. Rajasekharan đã thực hiện biến đổi cấu trúc
curcumin bằng cách imin hóa [26] (Hình 1.11).

Hình 1.11. Dẫn chất imin hóa của curcumin
Hoạt tính chống oxy hóa của các dẫn chất này được thử nghiệm trên hệ DPPH,
FRAP và andb-caroten. Các dẫn chất G, A, C, B, E thể hiện hoạt tính oxy hóa tốt hơn
curcumin trong đó hoạt chống oxy hóa của G được ghi nhận là lớn nhất.
Năm 2014, tác giả Nguyễn Thị Vân đã tổng hợp thành công dẫn chất
Tetrahydrocurcumin cho hoạt tính chống oxy hóa trên hệ DPPH tốt hơn curcumin [4]
(Hình 1.12).

11


Hình 1.12. Tetrahydrocurcumin
1.2.3. Tác dụng phòng và điều trị ung thư
 Cơ chế phòng và điều trị ung thư của curcumin
Curcumin có khả năng điều trị các loại ung thư khác nhau như ung thư vú, ung thư
tuyến tiền liệt, ung thư máu, ung thư gan,… trên cả tế bào nuôi cấy và động vật.

Curcumin và các dẫn xuất của nó là các tác nhân chống ung thư linh hoạt nhờ khả năng
tác động vào một số con đường sinh hóa liên quan đến khả năng sống sót và tăng sinh của
các tế bào ung thư như NF-κB, protein hoạt hóa 1 (AP-1), tế bào Bcl-2, JAK / STAT,
PI3K / Akt / mTOR, MAPK, TRAIL và thụ thể steroid. Vì curcumin có thể tấn công vào
nhiều loại tế bào mà không gây ra bất kỳ tác dụng phụ nào, vậy nên có thể nói nó là một
ứng cử viên đầy hứa hẹn trong việc loại bỏ các tế bào ung thư [13].
Curcumin có khả năng bất hoạt NF- κB thông qua TNF-α và COX-2 tạo ra tác
dụng chống ung thư đã được báo cáo trong ung thư tuyến tụy của người. Curcumin
cũng có khả năng ức chế gián tiếp sự chuyển vị NF-κB thông qua sự ức chế quá trình
phosphoryl hóa IκBα tạo ra sự đáp ứng trong ung thư tuyến vú đã được báo cáo bởi
Vinod và cộng sự [13].
AP-1 là yếu tố phiên mã có chức năng trong sự biệt hóa, tăng sinh tế bào ung
thư nên AP-1 là một mục tiêu trong phòng chống ung thư. AP-1 được kích hoạt bởi
các yếu tố như vi khuẩn, virus, các yếu tố tăng trưởng, cytokin, stress và các yếu tố
gâyung thư. Curucumin có khả năng chống ung thư nhờ vào sự ức chế AP-1 trong tế
bào keratinocyte, tế bào bạch cầu và ung thư tuyến tiền liệt[13].
Tác nhân điều hòa chết rụng tế bào Bcl-2 cũng có liên quan một phần đến khả
năng chống ung thư. Curcumin gắn trực tiếp và làm bất hoạt Bcl-2, từ đó làm gia tăng
sự biểu hiện của các protein tiền apoptosis (quá trình chết theo chương trình của tế
bào), vì vậy dẫn đến quá trình apoptosis nhờ tác dụng của các caspase-enzym chủ chốt

12


trong quá trình chết rụng tế bào. Hoạt động chống ung thư của curcumin và dẫn chất qua
con đường Bcl-2 được báo cáo bởi Luthra [13].
Con đường truyền tín hiệu JAK / STAT cũng có liên quan đến quá trình tiến
triển ung thư và đáp ứng miễn dịch. Curcumin ức chế con đường JAK / STAT bằng
cách ức chế quá trình phosphoryl hóa STAT3 đã được quan sát thấy trong các tế bào
ung thư phổi, tế bào ung thư tuyến tiền liệt và u nguyên bào thần kinh đệm [13].

Con đường PI3K / Akt / mTOR có liên quan đến sự tăng sinh của các tế bào
ung thư. Khi liên kết phối tử với thụ thể của nó, PI3K được kích hoạt và được vận
chuyển vào trong màng tế bào, làm kích hoạt AKT từ đó làm tăng quá trình
phosphoryl hóa mTOR dẫn đến việc thúc đẩy sự sống của tế bào. Curcumin làm bất
hoạt con đường này bằng cách ức chế quá trình phosphoryl hóa mTOR do đó gây ra
quá trình apoptosis [13].
Con đường MAPK được kích hoạt bởi một chuỗi phản ứng phosphoryl hóa . Việc kích
hoạt con đường MAPK gây ra quá trình apoptosis. Một nghiên cứu về các tế bào ung
thưđại trực tràng của Rodon chỉ ra rằng curcumin có khả năng tăng cường con đường
MAPK thông qua kích hoạt nhóm MAPK, ERK1/2 [13].
Ngoài ra curcumin còn tác động vào rất nhiều con đường sinh hóa khác như
TRAIL, LOX, HrbB2, AND methyltransferase,…
 Một số dẫn chất curcumin thể hiện hoạt tính chống ung thư tốt
-

Năm 2008, Shiv K. Dubey và cộng sự đã lai hóa curcumin với amino acid

cho các dẫn chất kháng dòng tế bào ung thư KB và HeLa tốt hơn curcumin[14] (Hình
1.13):

Hình 1.13. Dẫn chất lai hóa amino acid của curcumin
13


-

Một nghiên cứu của Hironori Ohtsu và cộng sự năm 2002 đã thử nghiệm khả

năng đối kháng androgen receptor trên 2 loại tế bào ung thư tuyến tiền liệt ở người là PC3 và DU145 trên 44 dẫn chất curcumin, kết quả cho thấy 5 dẫn chất sau đây cho hoạt tính
chống ung thư tuyến tiền liện tốt nhất và có tiềm năng để phát triển thuốc mới [22]:

Hình 1.14. Dẫn chất curcumin có hoạt tính chống ung thư tuyến tiền liệt tốt
1.2.4. Các hoạt tính sinh học khác
Ngoài những hoạt tính sinh học kể trên curcumin và dẫn chất còn thể hiện rất nhiều
hoạt tính khác như: hoạt động chống thoái hóa, hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, làm
lành vết thương,…
Curucmin thúc đẩy quá trình làm lành vết thương được nghiên cứu trên chuột
tiểu đường thông qua việc điều chỉnh TGF-β do đó dẫn đến sự tăng sinh của sợi protein
và collagen, điều chỉnh nitric oxid synthase (NOS) thông qua ức chế NF-κB cũng như
tăng biểu hiện của TGF-β. Curcumin cũng tác động lên MMP-một enzyme quan trọng
trong quá trình thoái hóa của các protein ma trận ngoại bào khác nhau[13].
Cơ chế kháng khuẩn của curcumin khác nhau phụ thuộc vào chủng vi khuẩn. Các
nghiên cứu đã cho thấy curcumin tác động lên chủng Bacillus subtilis thông qua việc ức
chế sự tăng sinh tế bào vi khuẩn bằng cách chặn động lực lắp ráp của FtsZ trong vòng Z.
Trong trường hợp nhiễm Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), curcumin được
chứng minh là có hoạt tính chống nhiễm trùng thông qua việc tác động đến độc lực,
quorum sensingvà quá trình hình thành màng sinh học của vi khuẩn [31].
14


Nghiên cứu của Shiv K. Dubey và cộng sự đã tổng hợp một số dẫn chất
curcumin[14] như sau (Hình 1.15):

Hình 1.15. Dẫn chất curcumin có khả năng kháng khuẩn tốt
Curcumin được alkyl hóa tại – OH phenol. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả 3
chất (1)(2)(3) đều cho hoạt tính kháng khuẩn cao hơn curcumin, hoạt tính kháng nấm trên
4 loại nấm A. fumigatus, C. albicans (nấm men), C. parapsilosis và P. notatum cũng đạt
kết quả khả quan.
1.3. Lựa chọn hướng nghiên cứu dẫn chất curcumin
 Một số nghiên cứu về dẫn chất glutarat của curcumin

-

Nghiên cứu tổng hợp về diester glutarat của curcumin
Năm 2013, James N. Jacob và cộng sự đã tiến hành tổng hợp dẫn chất diglutaryl

curcumin[18] (hình 1.16):

Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp diester glutarat của curcumin
15


DGC được thử nghiệm tác dụng sinh học trên 3 loại tế bào ung thư PANC-1, PC-3
vàSKBR-3. Cả 3 thử nghiệm đều cho kết quả DGC có ức chế những dòng tế bào kể trên.
-

Nghiên cứu của S. Aggarwal và cộng sự về [DLys6]‐LHRH–curcumin:

Một nghiên cứu của S. Aggarwal và cộng sự về [DLys6]‐LHRH–curcumin [9] đã
tổng hợp ester glutarat của curcumin theo sơ đồ dưới đây (Hình 1.17):

Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp ester glutarat của curcumintheo S.Aggarwal và cộng sự
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các liên kết ester glutarat tạo ra các dẫn xuất ổn định
trong dung dịch nước nhưng sẽ dễ dàng bị thủy phân khi có mặt esterase để giải phóng
thuốc tại vị trí tác dụng.
Sau khi acyl hóa curcumin tạo dẫn chất ester glutarat, S.Aggarwal và cộng sự tiếp
tục gắn nhóm [Dlys6]-LHRH tạo dẫn chất [DLys6]-LHRH–curcumin (Hình1.18).

Hình 1.18. [DLys6]-LHRH–curcumin
Kết quả sau nghiên cứu cho thấy [DLys6]-LHRH–curcumin ức chế đáng kể sự tăng
sinh của tế bào ung thư tuyến tụy.

-

Nghiên cứu của Guoqin Chen và cộng sự về tác dụng của dẫn chất glycyrrhetinat

của curcumin trên tế bào ung thư gan [15].

16