Sàng lọc in silico các chất chủ vận thụ thể dopamin d2

.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH
-----------------

Bùi Quốc Dũng

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC CHẤT CHỦ VẬN
THỤ THỂ DOPAMIN D2

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

TP Hồ Chí Minh – Năm 2020

.

BỘ Y TẾ


.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH
-----------------

BỘ Y TẾ

Bùi Quốc Dũng

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC CHẤT CHỦ VẬN

THỤ THỂ DOPAMIN D2

Ngành: Công nghệ dược phẩm và bào chế thuốc
Mã số: 8720202

Luận văn thạc sĩ dược học
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. THÁI KHẮC MINH

TP Hồ Chí Minh – Năm 2020

.


.

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Bùi Quốc Dũng

.


.

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC CHẤT CHỦ VẬN
THỤ THỂ DOPAMIN D2
Bùi Quốc Dũng
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Thái Khắc Minh
MỞ ĐẦU
Các kết quả nghiên cứu trên động vật và lâm sàng ủng hộ giả thuyết sự gián đoạn của
hệ thống dopaminergic, đặc biệt thụ thể dopamin 2 có liên quan đến sinh lý bệnh
Alzheimer. Việc tác động chuyên biệt lên thụ thể dopamin 2 sẽ hạn chế tác dụng phụ
của thuốc. Vì vậy, đề tài này được thực hiện với mong muốn tìm kiếm thêm những
chất chủ vận thụ thể dopamin 2 tiềm năng.
ĐỐI TƯỢNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tổng cộng 255 chất cùng với giá trị EC50 đã biết trên thụ thể dopamin 2 thu thập từ
các bài báo được sử dụng để xây dựng mơ hình QSAR. Sáu thuốc chủ vận đã lưu
hành trên thị trường được dùng để tạo nên mô hình 3D Pharmacophore và đánh giá
mơ hình ADME. Mơ hình docking được xây dựng từ cấu trúc tinh thể 6CM4. Các
mơ hình trên được ứng dụng vào sàng lọc ảo trên tập ZINC, Drugbank và TCM. Năm
chất trong số những chất sàng lọc được thực hiện mô phỏng động học.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đã xây dựng được mơ hình BQSAR, 3D Pharmacophore, ADME,
docking. Từ khoảng 13.300.000 chất của tập ZINC, Drugbank, TCM, sàng lọc qua
3D Pharmacophore được 818 chất, tiếp tục qua miền ứng dụng được 350 chất, mơ
hình BQSAR 124 chất, ADME còn 76 chất, tiến hành docking thì kết quả thu được
là 50 chất. Năm chất được thực hiện mô phỏng động học là ZINC09442049,
ZINC05857468, TCM30487, DB07889, DB06152 có kết quả tương đối ổn định.
KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã xác định được 50 chất có tiềm năng chủ vận thụ thể dopamin 2. Các
chất còn lại cần tiếp tục thực hiện mơ phỏng động học, tính tốn năng lượng gắn kết
tự do và thử nghiệm in vitro, vi vivo để chứng minh hoạt tính sinh học.

.

.

THESIS FOR THE DEGREE MASTER OF PHARMACY
SCREENING IN SILICO DOPAMINE D2 RECEPTOR AGONISTS
Bùi Quốc Dũng
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Khac-Minh Thai
INTRODUCTION
Clinical and animal studies support the hypothesis that disruption of the
dopaminergic system, especially dopamine 2 receptors, is associated with the
pathophysiology of Alzheimer’s disease. The specific action on dopamine 2 receptors
will limit the side effects of the drug. Therefore, the aim of this study is to finding
more potential dopamine 2 receptor agonists.
MATERIALS AND METHODS
A total of 255 substances with known EC50 values on dopamine 2 receptors collected
from literatures were used to build QSAR models. Six agonist commercial drugs were
used to create a 3D Pharmacophore model and evaluate the ADME model. The
docking modelings were performed on a crystal structure 6CM4. The above models
were applied to screen on the datasets of ZINC, Drugbank, and TCM. Five
compounds screened were performed in a molecular dynamics simulation.
RESULTS
The study built models of QSAR, 3D Pharmacophore, ADME, and docking. From
about 13,300,000 compounds of ZINC, Drugbank, TCM datasets, 818 compounds
were screened by 3D Pharmacophore, 350 compounds with the application domain,
124 compounds with the BQSAR model, 76 compounds with ADME, 50 compounds
after

docking.

Five

compounds

namely

ZINC09442049,

ZINC05857468,

TCM30487, DB07889, DB06152 were done molecular dynamics with relatively
stable results.
CONCLUSION
This study has identified 50 compounds, potential dopamine 2 receptor agonists. The
remaining compounds need to perform molecular dynamics, calculate binding free
energy, and test in vitro, in vivo to demonstrate activity biology.

.


.

i

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................i
DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ iii
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ...........................................................................................vi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 3
1.1 Bệnh liên quan đến chất chủ vận dopamin ...........................................................3
1.2 Thụ thể dopamin ...................................................................................................8
1.3 Thụ thể dopamin 2 ..............................................................................................10
1.4 Dopamin ..............................................................................................................16
1.5 Định lượng hoạt tính sinh học .............................................................................16
1.6 Thiết kế thuốc với sự trợ giúp của máy tính .......................................................18
1.7 Các nghiên cứu đã thực hiện ...............................................................................29
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 31
2.1 Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................31
2.2 Cơng cụ nghiên cứu ............................................................................................32
2.3 Mơ hình 3D-pharmacophore ...............................................................................33
2.4 Mơ hình QSAR ...................................................................................................35
2.5 Mơ hình docking phân tử ....................................................................................40
2.6 Mơ hình ADME ..................................................................................................43
2.7 Sàng lọc ảo ..........................................................................................................44
2.8 Mơ phỏng động học phân tử ...............................................................................46
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 50
3.1 Thu thập và xử lý dữ liệu ....................................................................................50
3.2 Mơ hình QSAR PLS............................................................................................54
3.3 Mơ hình QSAR nhị phân ....................................................................................56
3.4 Mơ hình docking .................................................................................................58
3.5 Mơ hình 3D pharmacophore ...............................................................................61

.


.

ii

3.6 Mơ hình ADME ..................................................................................................66
3.7 Sàng lọc ảo ..........................................................................................................67
3.8 Mơ phỏng động học phân tử ...............................................................................74
3.9 Bàn luận ..............................................................................................................88
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97

.


.

iii

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ đầy đủ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

ADME

absorption, distribution,
metabolism, excretion

hấp thu, phân bố, chuyển hóa,
thải trừ

cAMP

cyclic adenosine monophosphate

AMP vịng

CHO

Chinese hamster ovary

tế bào buồng trứng chuột hamster
Trung Quốc

D2R

dopamine 2 receptor

thụ thể dopamin 2

D2RN

-

mô hình thụ thể dopamin đã loại
bỏ IL3

EC50

effective concentration 50

nồng độ hiệu quả 50%

EL

extracellular loop

loop ngoại bào

FN

false negative

âm tính giả

FP

false positive

dương tính giả

GPCR

G protein-coupled receptor

thụ thể bắt cặp với G protein

GTP

guanosin triphosphat

-

HEK

human embryonic kidney

tế bào phơi thận người

HTLA

-

một dịng tế bào từ HEK293

IL

intracellular loop

loop nội bào

LOO

leave-one-out

bỏ một ra

MOE

molecular operating environment

-

PT

-

phân tử

RMSD

root mean square deviation

căn bậc hai trung bình bình
phương độ lệch

RMSF

root mean square fluctuation

căn bậc hai trung bình bình
phương dao động

.


.

iv

TM

transmembrane

đoạn xuyên màng

TN

true negative

âm tính thật

TP

true positive

dương tính thật

.


.

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Những thuốc chủ vận dopamin đang được nghiên cứu lâm sàng. ..............6
Bảng 1.2 Đột biến một số acid amin với phối tử chủ vận. .......................................15
Bảng 1.3 Đột biến một số acid amin với phối tử đối vận. ........................................15
Bảng 1.4 Cơ sở dữ liệu dùng để sàng lọc (2012) [18]. .............................................27
Bảng 1.5 Các nghiên cứu liên quan đến thụ thể dopamin 2. ....................................30
Bảng 2.1 Các cấu trúc tinh thể liên quan thụ thể dopamin 2. ...................................31
Bảng 2.2 Các phần mềm được sử dụng trong luận văn. ...........................................33

Bảng 2.3 Khoảng các giá trị thông số ADME phù hợp [83]. ...................................44
Bảng 2.4 Phân loại liên kết hydro.............................................................................49
Bảng 3.1 Dữ liệu xây dựng mơ hình QSAR .............................................................50
Bảng 3.2 Ma trận tương quan giữa các thông số. .....................................................53
Bảng 3.3 Kết quả loại nhiễu bằng Z/Zx score và PCA. ...........................................55
Bảng 3.4 Kết quả đánh giá mơ hình BQSAR. ..........................................................56
Bảng 3.5 Miền giá trị của mơ hình QSAR. ..............................................................57
Bảng 3.6 Kết quả redocking risperidon và docking dopamin. .................................59
Bảng 3.7 Thông số đánh giá của 15 mơ hình pharmacophore đi từ chất chủ vận. ...61
Bảng 3.8 Thơng số đánh giá của 15 mơ hình pharmacophore đi từ chất đối vận. ...64
Bảng 3.9 Tóm lượt thơng số đánh giá các mơ hình pharmacophore. .......................66
Bảng 3.10 Giá trị các thơng số ADME tính tốn......................................................66
Bảng 3.11 Đặc điểm của 5 chất sử dụng cho mô phỏng động học...........................71
Bảng 3.12 Tần suất liên kết hydro của những chất mô phỏng động học. ................79
Bảng 3.13 So sánh các mô hình 3D pharmacophore với các nghiên cứu khác. .......90
Bảng 3.14 So sánh mơ hình docking và sàng lọc ảo với nghiên cứu khác...............92
Bảng 3.15 So sánh mô phỏng động học phân tử với nghiên cứu khác.....................94

.


.

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Đồ thị mối tương quan giữa các thụ thể dopamin và bệnh Alzheimer [72].
.....................................................................................................................................7
Hình 1.2 Con đường truyền tính hiệu của thụ thể dopamin 2 [105]. .........................8
Hình 1.3 Cấu tạo thụ thể dopamin 2 D2L [75]. ........................................................11

Hình 1.4 Vị trí gắn kết dự đốn của dopamin [43]...................................................12
Hình 1.5 Sơ đồ 3D đại diện cho các domain gắn kết của D2HighR (trái) và
D2LowR (phải), thu được từ các khung quỹ đạo mô phỏng động học [80]. ............13
Hình 1.6 Các acid amin trong túi gắn kết của thụ thể dopamin 2. ...........................14
Hình 1.7 Sinh tổng hợp của dopamin [1]. ................................................................16
Hình 1.8 Sơ đồ quy trình docking. ...........................................................................26
Hình 1.9 Một ví dụ về phương trình được sử dụng để tính gần đúng các lực nguyên
tử chi phối chuyển động phân tử [26]. ......................................................................29
Hình 2.1 Cơng thức các thuốc chủ vận thụ thể dopamin 2. .....................................32
Hình 2.2 Quy trình xây dựng mơ hình 2D-QSAR. ..................................................37
Hình 2.3 Những bước khác nhau của đánh giá mơ hình QSAR [77]. ......................38
Hình 2.4 Sơ đồ các bước tiến hành sàng lọc ảo. ......................................................45
Hình 3.1 Một số khung cấu trúc từ dữ liệu thu thập được. ......................................52
Hình 3.2 Minh họa dữ liệu thơng số mơ tả bằng PCA. ............................................54
Hình 3.3 Mối tương quan giữa pEC thực nghiệm và dự đoán trên 19 chất nhiễu
(bên trái) và 236 chất sau loại nhiễu (bên phải). .......................................................56
Hình 3.4 Khoang gắn kết của risperidon với thụ thể dopamin 2..............................58
Hình 3.5 Các acid amin tương tác với phối tử risperidon. .......................................58
Hình 3.6 Mơ thức gắn kết của bốn PT. ....................................................................60
Hình 3.7 Biểu đồ cột điểm đánh giá 15 mơ hình pharmacophore từ chất chủ vận. .62
Hình 3.8 Mơ hình pharmacophore đi từ các chất chủ vận (bên trái) thể hiện lên
phân tử dopamin (bên phải). .....................................................................................63
Hình 3.9 Mơ hình pharmacophore đi từ phức hợp 6cm4. ........................................63
Hình 3.10 Biểu đồ cột điểm đánh giá 15 mơ hình pharmacophore từ chất đối vận. 65

.


.

vii

Hình 3.11 Mơ hình pharmacophore của các chất đối vận (bên trái) thể hiện lên phân
tử risperidon (bên phải). ............................................................................................65
Hình 3.12 Phễu sàng lọc các chất tiềm năng. ...........................................................68
Hình 3.13 Biểu đồ Histogram thơng số QPlogPo/w, QPlogS, QPlogBB, PHOA. ..69
Hình 3.14 Phân bố điểm số docking của 50 chất tiềm năng. ...................................69
Hình 3.15 Nguồn gốc của 50 chất tiềm năng. ..........................................................70
Hình 3.16 Tần số tương tác với các acid amin của 51 chất. .....................................70
Hình 3.17 Mơ thức gắn kết và khoang gắn kết của ZINC09442049. ......................72
Hình 3.18 Mơ thức gắn kết và khoang gắn kết của ZINC05857468. ......................72
Hình 3.19 Mơ thức gắn kết và khoang gắn kết của TCM30487. .............................73
Hình 3.20 Mô thức gắn kết và khoang gắn kết của DB07889. ................................73
Hình 3.21 Mơ thức gắn kết và khoang gắn kết của DB06152. ................................74
Hình 3.22 Kết quả mơ phỏng động học thụ thể dopamin 2 trong cấu trúc tinh thể
6CM4, 6LUQ, 6VMS. ...............................................................................................75
Hình 3.23 Thụ thể dopamin 2 được thay đổi vùng IL3 từ dài thành ngắn hơn. .......76
Hình 3.24 Giá trị RMSD của D2RN. .......................................................................76
Hình 3.25 Giá trị RMSF của D2RN. ........................................................................77
Hình 3.26 Giá trị RMSD của protein (ở trên) và dopamin (ở dưới). .......................78
Hình 3.27 Giá trị RMSD của ZINC09442049 (dưới) và D2RN (trên). ...................80
Hình 3.28 Cơng thức cấu tạo của ZINC09442049. ..................................................80
Hình 3.29 Giá trị RMSF các nguyên tử của phối tử ZINC09442049. .....................81
Hình 3.30 Giá trị RMSD của ZINC05857468 (dưới) và D2RN (trên). ...................81
Hình 3.31 Cơng thức cấu tạo của ZINC05857468. ..................................................82
Hình 3.32 Giá trị RMSF các nguyên tử của phối tử ZINC05857468. .....................82
Hình 3.33 Giá trị RMSD của TCM30487 (dưới) và D2RN (trên). ..........................83
Hình 3.34 Cơng thức cấu tạo của TCM30487..........................................................84
Hình 3.35 Giá trị RMSF các nguyên tử của phối tử TCM30487. ............................84
Hình 3.36 Giá trị RMSD của DB07889 (dưới) và D2RN (trên). .............................85

Hình 3.37 Công thức cấu tạo của DB07889. ............................................................85

.


.

viii

Hình 3.38 Giá trị RMSF các nguyên tử của DB07889. ...........................................86
Hình 3.39 Giá trị RMSD của DB06152 (dưới) và D2RN (trên). .............................87
Hình 3.40 Cơng thức cấu tạo của DB06152. ............................................................87
Hình 3.41 Giá trị RMSF các nguyên tử của phối tử DB06152. ...............................88
Hình 3.42 Mơ hình pharmacophore nghiên cứu này (trái) và Thomas Sommer
(phải). ........................................................................................................................89

.


.

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Dopamin là chất dẫn truyền thần kinh catecholamin nổi bật trong não động vật có vú,
kiểm sốt một loạt các chức năng bao gồm hoạt động vận động, nhận thức, cảm xúc,
củng cố tích cực và điều hịa nội tiết. Hệ thống dopaminergic đã là trọng tâm của
nhiều nghiên cứu trong những năm qua, chủ yếu là do một số tình trạng bệnh lý như
bệnh Parkinson, tâm thần phân liệt, hội chứng Tourette và tăng prolactin máu có liên
quan đến rối loạn điều hòa đường truyền dopaminergic. Các chất đối kháng thụ thể

dopamin đã được phát triển để ngăn chặn ảo giác và ảo tưởng xảy ra ở bệnh nhân tâm
thần phân liệt, trong khi các chất chủ vận thụ thể dopamin có hiệu quả trong việc làm
giảm chứng giảm vận động của bệnh Parkinson [62].
Tuy nhiên, sự phong tỏa các thụ thể dopamin có thể gây ra các tác dụng ngoại tháp
tương tự như các tác dụng do suy giảm dopamin và liều cao của các chất chủ vận
dopamin có thể gây ra rối loạn tâm thần. Do đó, các liệu pháp điều trị rối loạn do mất
cân bằng dopamin có liên quan đến các tác dụng phụ nghiêm trọng. Vì thế, một trong
những thách thức của những năm qua là phát hiện ra các loại thuốc dopaminergic
chọn lọc mà khơng có tác dụng phụ. Nỗ lực này đã dẫn đến việc phát triển một số tác
nhân điều trị mới, mặc dù chúng chưa giải quyết được căn nguyên của các vấn đề lâm
sàng, nhưng đã góp phần nâng cao hiểu biết của chúng ta về hệ thống dopaminergic.
Ngoài ra, do thiếu chất chủ vận thực sự và chất đối kháng phân biệt giữa các thụ thể
giống D1 và giống D2, vai trị của các phân nhóm thụ thể dopamin trong học tập và
trí nhớ vẫn chưa được nghiên cứu [62].
Trên tồn thế giới, có khoảng 50 triệu người bị sa sút trí tuệ và có gần 10 triệu trường
hợp mắc mới hàng năm. Tổng số người mắc chứng sa sút trí tuệ dự kiến sẽ lên tới 82
triệu người vào năm 2030 và 152 triệu người vào năm 2050. Trong đó, bệnh
Alzheimer là dạng sa sút trí tuệ phổ biến nhất và có thể chiếm 60-70% các trường
hợp [108]. Các nghiên cứu thực hiện trên mô hình chuột bị Alzheimer cho thấy
levodopa, một chất được chuyển thành dopamin trong cơ thể, có tác dụng bảo vệ
trong quá trình học tập và ghi nhớ cũng như làm giảm số lượng và kích thước mảng
Aβ, dẫn tới hướng nghiên cứu liên quan đến thụ thể dopamin 2 trong điều trị bệnh

.


.

2

Alzheimer [15]. Có sự giảm đáng kể các thụ thể giống dopamin 2 trong vùng hồi hải
mã và vỏ não trước của bệnh nhân bị bệnh Alzheimer, mật độ thụ thể giảm dần theo
tuổi tác. Hơn nữa, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động thông qua các thụ thể
giống dopamin 2 làm tăng kích thích vỏ não, trong khi thông qua các thụ thể giống
dopamin 1 tăng giải phóng acetylcholin. [72]
Với mong muốn tìm hiểu thêm về các chất chủ vận thụ thể dopamin, đặc biệt trên
một phân nhóm nhỏ của thụ thể dopamin là thụ thể dopamin D2, đề tài này được tiến
hành thực hiện với:
Mục tiêu chính
Sàng lọc in silico các chất chủ vận thụ thể dopamin D2.
Mục tiêu cụ thể
- Xây dựng mơ hình 3D pharmacophore dựa trên phối tử và cấu trúc mục tiêu.
- Xây dựng mơ hình 2D QSAR từ các chất đã biết hoạt tính chủ vận trên thụ thể
dopamin D2.
- Xây dựng mơ hình mơ tả phân tử docking dựa trên cấu trúc tinh thể tia X.
- Sàng lọc ảo trên tập Zinc12, TCM, Drugbank.
- Thực hiện mô phỏng động học phân tử một số chất tiêu biểu.

.


.

3

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 BỆNH LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT CHỦ VẬN DOPAMIN
1.1.1 Bệnh Parkinson
Mặc dù bệnh Parkinson được mô tả lần đầu tiên cách đây gần 200 năm, phải mất gần
150 năm để xác định rằng sự thiếu hụt của hệ thống dopamin đóng vai trị hàng đầu

trong căn nguyên của bệnh lý. Vào giữa thế kỷ 20, Arvid Carlsson, người sau đó được
trao giải Nobel Sinh lý học và Y học cho những khám phá này vào năm 2000, nhận
thấy rằng sự giảm mức dopamin trong não dẫn đến các triệu chứng giống như bệnh
Parkinson. Sau đó, Alexander đã mô tả các đường hướng tâm song song bắt nguồn từ
thể vân lưng. Từ đó người ta cho rằng cái chết của tế bào thần kinh sản xuất dopamin
dẫn đến sự mất cân bằng giao tiếp từ hệ thống não giữa dopaminergic. Người ta tin
rằng rối loạn chức năng vận động là kết quả của việc thay đổi tín hiệu của cả con
đường trực tiếp và gián tiếp đến vùng bèo nhạt nội (Globus pallidus internal,
GPi)/vùng SNpr (Substantia nigra pars reticulata), làm gián đoạn đáng kể kết nối đồi
thị với vỏ não vận động. Liên quan đến sự thiếu hụt về nhận thức và cảm xúc, người
ta đã được chứng minh là có sự gián đoạn đầu ra từ các tế bào thần kinh dopaminergic
trong vùng bụng chỏm não (ventral tegmental area, VTA) [37].
Bất chấp những khám phá này, các cơ chế cơ bản gây ra cái chết của tế bào
dopaminergic vẫn chưa được biết rõ. Trong số các nhóm tế bào thần kinh khác nhau
tạo ra dopamin trong hệ thần kinh trung ương, chỉ riêng tổn thương tế bào thần kinh
dopaminergic ở não giữa có thể dẫn đến các triệu chứng giống như bệnh Parkinson ở
mơ hình động vật. Tuy nhiên, dường như có một số khả năng phục hồi liên quan đến
sự chết của tế bào dopamin, vì con người phải mất 48–68% tế bào thần kinh
dopaminergic của vùng đặc chất đen (substantia nigra pars compacta, SNc) và khoảng
70–80% hàm lượng dopamin ở thể vân để có các triệu chứng bệnh Parkinson [37].
Chiến lược điều trị tối ưu cho bệnh Parkinson đã được tranh luận trong nhiều thập kỷ.
Levodopa là phương pháp điều trị cổ điển cho bệnh Parkinson. Kể từ khi được giới
thiệu vào cuối những năm 1960, levodopa đã trở thành loại thuốc hiệu quả và được

.


.

4

sử dụng rộng rãi nhất cho bệnh Parkinson. Tuy nhiên, việc sử dụng nó có liên quan
đến sự xuất hiện của các biến chứng vận động ở khoảng 80% bệnh nhân trẻ tuổi (khởi
phát từ 21 đến 40 tuổi) và 44% ở bệnh nhân lớn tuổi sau 5 năm sử dụng. Hiện tại, có
mười chất chủ vận dopamin đã được bán trên thị trường cho bệnh Parkinson. Năm
chất là dẫn xuất ergot (bromocriptin, cabergolin, dihydroergocryptin, lisurid,
pergolid) và năm chất là dẫn xuất không ergot (apomorphin, piribedil, pramipexol,
ropinirol, rotigotin) [101].
Việc áp dụng levodopa thường bị trì hỗn vì lo ngại về độc tính của thuốc hoặc nguy
cơ biến chứng vận động do thuốc gây ra. Những lo ngại này đã dẫn đến "ám ảnh
levodopa" với các bác sĩ lâm sàng chọn chất chủ vận dopamin thay vì levodopa làm
liệu pháp ban đầu. Tuy nhiên, nên tránh thay đổi con lắc trong chiến lược điều trị giữa
liệu pháp chọn levodopa đầu tiên và chất chủ vận dopamin đầu tiên. Các bác sĩ lâm
sàng cần có một quan điểm cân bằng vì có một vị trí cho cả hai loại thuốc trong việc
điều trị bệnh Parkinson [101].
1.1.2 Tăng prolactin máu
Tăng prolactin máu là rối loạn thường gặp nhất của trục dưới đồi - tuyến yên. Bệnh
nhân thường có biểu hiện thiểu năng sinh dục, vô sinh hoặc, trong trường hợp u tuyến
yên lớn, các triệu chứng liên quan đến hiệu ứng khối lượng (nhức đầu và khiếm
khuyết trường thị giác) [93].
Nói chung, điều trị tăng prolactin máu, thứ phát đến bệnh u tuyến yên lớn, được chấp
nhận khi cần thiết. Thuốc dưới dạng chất chủ vận dopamin là phương pháp điều trị
đầu tiên, trong khi đó phẫu thuật và xạ trị dành riêng cho những bệnh nhân khó chịu
và khơng dung nạp thuốc. Mục đích chính của việc điều trị ở bệnh nhân mắc bệnh u
tuyến yên lớn là kiểm soát các tác động nén của khối u, bao gồm cả sự chèn ép của
giao thoa thị giác (optic chiasm), với mục tiêu thứ yếu là phục hồi chức năng tuyến
sinh dục. Tuy nhiên, các chỉ định và phương thức điều trị tăng prolactin máu do u
tuyến n nhỏ cịn ít được xác định rõ ràng. Các chỉ định thường được trích dẫn để
điều trị lượng prolactin hơi cao bao gồm vô sinh, thiểu năng sinh dục, ngăn ngừa mất
xương và hội chứng da tiết sữa (galactorrhea) khó chịu. Điều trị bằng thuốc chủ vận

.


.

5

dopamin có thể khơi phục mức prolactin và chức năng tuyến sinh dục trở lại bình
thường. Chất chủ vận dopamin có liên quan đến các tác dụng phụ khác nhau bao gồm
buồn nôn, nôn, rối loạn tâm thần và rối loạn vận động. Cabergolin được chứng minh
là có hiệu quả hơn bromocriptin trong việc đạt được prolactin bình thường trong máu
và giải quyết tình trạng vơ kinh, thiểu kinh và rong kinh [93].
1.1.3 Bệnh Alzheimer
Bệnh Alzheimer là một bệnh thoái hóa thần kinh mạn tính thường bắt đầu chậm và
tiến triển xấu dần đi theo thời gian. Đây là nguyên nhân của 60-70% của các trường
hợp mất trí nhớ. Triệu chứng ban đầu phổ biến nhất là khó nhớ các sự kiện gần đây.
Khi bệnh tiến triển, các triệu chứng có thể bao gồm các vấn đề về ngơn ngữ, mất
phương hướng (bao gồm dễ bị lạc), thay đổi tâm trạng, mất động lực, khơng tự chăm
sóc bản thân được và các vấn đề về hành vi [13].
Khả năng di truyền của bệnh Alzheimer dao động từ 49% đến 79% [30]. Một số giả
thuyết cạnh tranh cố gắng giải thích nguyên nhân gây bệnh. Giả thuyết amyloid cho
rằng sự dư thừa amyloid beta ngoại bào (Aβ) là nguyên nhân cơ bản của bệnh [36].
Giả thuyết tau đề xuất rằng các bất thường protein tau khởi đầu dịng thác bệnh [95].
Ngồi ra, người ta cho rằng bệnh Alzheimer có liên quan đến các chất dẫn truyền thần
kinh như acetylcholin, dopamin [28] [60].
Kết quả nghiên cứu trên động vật và lâm sàng ủng hộ giả thuyết sự gián đoạn của hệ
thống dopaminergic có liên quan đến sinh lý bệnh Alzheimer. Gần đây, một số nghiên
cứu về dịch tễ di truyền đã chứng minh rằng tính đa hình của dopamin
betahydroxylase có thể liên quan đến quá trình tiến triển sinh lý bệnh Alzheimer. Tuy

nhiên, điều nay vẫn chưa rõ ràng vì dopamin và thụ thể của nó có thể giảm theo tuổi
tác. Những nghiên cứu khác, dopamin và các chất tương tự cấu trúc của nó có thể làm
giảm stress do oxy hóa và viêm, được kích hoạt bởi Aβ thơng qua làm giảm sự khởi
phát của các chất trung gian gây viêm tại điểm hình thành đám rối thần kinh và giai
đoạn đầu tiên mảng bám trong quá trình tiến triển của bệnh Alzheimer. Dopamin và
các dẫn xuất của nó, như acid homovanillic và acid 3,4-dihydroxyphenylacetic, thấp
hơn trong hội chứng Down với bệnh Alzheimer khởi phát sớm. Có sự giảm đáng kể

.


.

6

các thụ thể giống dopamin 2 trong vùng hồi hải mã và vỏ não trước của bệnh nhân bị
bệnh Alzheimer, mật độ thụ thể giảm dần theo tuổi tác. Hơn nữa, một số nghiên cứu
đã chỉ ra rằng hoạt động thông qua các thụ thể giống dopamin 2 làm tăng kích thích
vỏ não, trong khi thơng qua các thụ thể giống dopamin 1 tăng giải phóng acetylcholin.
Những quan sát này hỗ trợ ý tưởng rằng sự gián đoạn của hệ thống dopaminergic có
liên quan đến sinh lý bệnh Alzheimer và sự điều hịa hệ dopaminergic có thể dẫn đến
một phương pháp trị liệu mới cho bệnh Alzheimer [72]. Hiện tại, nhiều thuốc đang
được thử nghiệm với chỉ định liên quan đến bệnh Alzheimer để đưa ra thị trường theo
Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Những thuốc chủ vận dopamin đang được nghiên cứu lâm sàng.
Thuốc

Nội dung
Nghiên cứu về aripiprazol trong điều trị
bệnh nhân mắc chứng rối loạn tâm thần

liên quan đến chứng mất trí nhớ loại
Alzheimer. Pha 3 - đã hồn thành,

aripiprazol

p<0,05 [74].
Haloperidol điều trị các triệu chứng hành
vi trong bệnh Alzheimer. Pha 4 - đã hồn
thành. Điều trị bằng haloperidol có hiệu

haloperidol
\

quả ở bệnh nhân Alzheimer[72].
Thử nghiệm kéo dài 12 tuần để đánh giá
tính an tồn và khả năng dung nạp của
brexpiprazol trong điều trị các đối tượng
bị kích động liên quan đến chứng mất trí
nhớ trong bệnh Alzheimer. Pha 3 - đang

brexpiprazol

.

thực hiện [103].


.

7

Thuốc

Nội dung
Tác dụng của liệu pháp dopaminergic
(thuốc rotigotin) ở bệnh nhân mắc bệnh
Alzheimer. Phase 2 - đã hoàn thành.
Chất chủ vận dopamin có thể khơi phục

rotigotin

sự thay đổi độ dẻo vỏ não ở Alzheimer
[72].
Amantadin dùng cho bệnh nhân bị
Alzheimer. Bệnh nhân được đánh giá là
cải thiện tốt hơn rất nhiều [72].

amantadin
Trong một nghiên cứu lâm sàng thực hiện trên 512 bệnh nhân và 500 người đối chứng
khỏe mạnh, người ta thấy có mức độ thấp hơn đáng kể của dopamin ở những bệnh
nhân mắc bệnh Alzheimer, so với nhóm chứng [72]. Theo nghiên cứu này, có một sự
tương quan giữa các thụ thể dopamin với bệnh Alzheimer như Hình 1.1.
0.7

0.64

Hệ số tương quan

0.6
0.49

0.5

0.47

0.46

0.4

0.33

0.3
0.2
0.1
0
1

2
3
4
Thụ thể dopamin

5

Hình 1.1 Đồ thị mối tương quan giữa các thụ thể dopamin và bệnh Alzheimer [72].

.


.

8

1.2 THỤ THỂ DOPAMIN
Vị trí trong gia đình GPCR: GPCR/ClassA (Rhodopsin)/thụ thể aminergic/thụ thể
dopamin. Có ít nhất năm loại thụ thể dopamin từ 1 đến 5. Các thụ thể dopamin 1 và
5 là thành viên của thụ thế giống dopamin 1, trong khi các thụ thể dopamin 2, 3, 4 là
thành viên thụ thể giống dopamin 2. Các thụ thể dopamin 1 có biểu hiện rộng khắp
não. Hơn nữa, các thụ thể dopamin 1 và 2 được tìm thấy ở mức 10 - 100 lần so với
các thụ thể dopamin 3 - 5. Thụ thể giống dopamin 1 kết hợp với protein Gsα, sau đó
kích hoạt adenylyl cyclase, làm tăng nồng độ nội bào của chất truyền tin thứ hai
adenosin monophosphat vòng (cAMP). Thụ thể giống dopamin 2 được kết hợp với
protein Giα, chất ức chế trực tiếp sự hình thành cAMP bằng cách ức chế enzym
adenylyl cyclase [21].
Các con đường sinh hóa khác nhau của thụ thể dopamin 2 có thể tóm gọn lại trong
Hình 1.2.

Hình 1.2 Con đường truyền tính hiệu của thụ thể dopamin 2 [105].

.


.

9

Việc kích hoạt thụ thể giống dopamin 2 thường cũng dẫn đến sự ức chế hoạt động
adenyl cyclase, cũng như ức chế protein kinase phụ thuộc cAMP (PKA) và protein
phosphor điều hòa cAMP 32kDa (DARPP-32). Tuy nhiên, sự khác biệt phức tạp trong
đáp ứng chức năng và kích hoạt các con đường báo hiệu đã được quan sát thấy trong

các thụ thể từ họ này, đặc biệt cho phân nhóm thụ thể dopamin 3. Ví dụ, người ta đã
chứng minh rằng các thụ thể dopamin 2 gây ra một sự ức chế mạnh mẽ cAMP cảm
ứng forskolin gây ra tích lũy trong các tế bào HEK-293, trong khi kích thích các thụ
thể dopamin 3 thể hiện trong các tế bào HEK-293 đã được thay thế cho thấy tác dụng
ức chế thấp hoặc không ức chế hoạt động adenyl cyclase. Tuy nhiên khi thụ thể
dopamin 3 được biểu hiện ở người dòng tế bào u nguyên bào thần kinh, các hiệu ứng
phù hợp với tế bào HEK-29. Sự khác biệt có thể là do một isoform của adenyl cyclase,
vì thụ thể dopamin 3 đã có thể ức chế hoạt động adenyl cyclase (AC) khi được chuyển
nạp bằng isoform adenyl cyclase V nhưng không với isoform adenyl cyclase VI. Hơn
nữa, adenyl cyclase V hiện diện nhiều ở các vùng não liên quan hệ dopaminergic, đặc
biệt là ở vùng vân (striatum) và người ta đề xuất rằng isoform đặc biệt này cũng đóng
một vai trò quan trọng trong lo lắng, trầm cảm và rối loạn vận động cảm ứng L-3,4dihydroxyphenylalanin L-DOPA (LID) [76].
Thụ thể dopamin 2 cũng điều hòa kênh kali gắn protein G (GIRK), trung gian đáp
ứng điện thần kinh, thông qua thụ thể 7 miền xuyên màng (GPCR) kết hợp với protein
Gαi/o và cũng thay đổi ảnh hưởng giữa các thụ thể của gia đình này, tác dụng dường
như thơng qua các tiểu đơn vị βγ cho thụ thể dopmain 2 và thụ thể dopamin 4 nhưng
không đối với thụ thể dopamin 3 [76].
Người ta thấy rằng các thụ thể dopamin 2 cũng có thể kích hoạt các con đường liên
quan đến tăng sinh tế bào như tín hiệu protein kinase hoạt hóa mitogen (MAPK) .
Hoạt hóa các kinase điều hịa tín hiệu ngoại bào (ERK1/2) cũng đã được quan sát
thấy trong một loạt các dòng tế bào, bao gồm trong các tế bào HEK-293, tế bào COS7 và các tế bào thần kinh đệm C6, cho đường dẫn tín hiệu này, các thụ thể dopamin
2 và 4 cũng hiển thị một số khác biệt về cường độ kích hoạt ERK/MAPK so với thụ
thể dopamin 3 khi sử dụng các chất chọn lọc. Mặt khác, phức hợp GPCRs-βarrestin

.


.

10

cũng hoạt hóa ERK/MAPK một khi thụ thể được nội hóa. Gần đây người ta đã chứng
minh rằng phức hợp GPCRs-βarrestin có thể hoạt hóa ERK nhưng hiệu ứng này
khơng được quan sát thấy trong các thụ thể dopamin 3. Tuy nhiên, trong cùng điều
kiện đã được tìm thấy rằng ERK có thể được hoạt hố bởi thụ thể dopamin 3 trong
các dòng tế bào HEK-293 và COS-7 chỉ khi Gαo được đồng thể hiện nhưng không
phải là Gαi, trong khi các thụ thể dopamin 2 có thể làm trung gian hoạt hóa ERK bằng
cả hai dạng isoform là protein Gαi/o và bởi phức hợp GPCRs-β arrestin [76].
Kích thích họ thụ thể dopamin 2 sẽ hoạt hóa tín hiệu Akt (protein kinase B PKB).
Thử nghiệm in vivo cho thấy sự kích hoạt của Akt trong vùng vân (striatum) và nhân
cạp (Nacc) sau khi sử dụng chất chủ vận thụ thể dopamin 2 [76].
1.3 THỤ THỂ DOPAMIN 2
1.3.1 Cấu tạo
Thụ thể dopamin 2 (D2R) có hai isoform: D2Sh (D2S) và D2Lh (D2L): D2Sh có vị
trí tiền synap, có chức năng điều tiết (autoreceptor, điều chỉnh sự dẫn truyền thần kinh
thông qua các cơ chế phản hồi, ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, lưu trữ và giải
phóng dopamin vào khe hở tiếp hợp). Dạng D2Lh hoạt động như một thụ thể sau
synap cổ điển, tức là, truyền thông tin (theo kiểu kích thích hoặc ức chế) trừ khi bị
chặn bởi chất đối kháng thụ thể hoặc chất chủ vận từng phần tổng hợp [21]. Độ dài
của D2Sh là 414 acid amin và D2Lh là 443 acid amin [75].
Các cấu dạng (conformer) của thụ thể dopamin 2 được cân bằng giữa hai trạng thái
hoạt động hồn tồn (D2HighR) và khơng hoạt động (D2LowR), tương ứng với chất
chủ vận và đối kháng. Cấu dạng không hoạt động của monomer của thụ thể dopamin
2 khi liên kết với risperidon đã được báo cáo vào năm 2018 (ID PDB: 6CM4). Tuy
nhiên, dạng hoạt động thường liên kết với chất chủ vận, chưa có sẵn và trong hầu hết
các nghiên cứu, thường thực hiện trên mô hình homology. Sự khác biệt giữa hoạt
động và khơng hoạt động của thụ thể kết hợp protein G chủ yếu được quan sát thấy
là sự thay đổi về hình dạng ở nửa tế bào chất của cấu trúc, đặc biệt là ở miền xuyên

.

.

11

màng (TM) 5 và 6. Sự chuyển đổi hình dạng xảy ra ở đầu tế bào chất là do sự ghép
nối protein G với vòng tế bào chất giữa TM 5 và 6 [81].
Thụ thể dopamin 2 là một thụ thể 7 miền xuyên màng, với 3 loop ngoại bào EL1,
EL2, EL3 và 3 loop nội bào IL1, IL2, IL3. Có 4 vị trí N-glycosyl nằm ở các loop
ngoại bào. Vị trí phosphoryl khơng chỉ nằm ở đầu COOH, mà còn nằm ở loop nội
bào, chủ yếu nằm ở loop 3. Thụ thể dopamin 2 sở hữu 2 acid amin cystein nằm ở loop
ngoại bào thứ 2 và 3, có thể tạo thành cầu disulfide làm ổn định cấu trúc. Vùng loop
nội bào IL3 là nơi tương tác với protein G, để ức chế tạo ra AMP vòng. Domain xuyên
màng có các acid amin gắn kết với dopamin, cũng như chất chủ vận và chất đối kháng.
Hai dạng isoform của thụ thể dopamin 2 khác nhau ở sự hiện diện của 29 acid amin
trong vùng nội bào thứ 3 IL3. Vì vùng nội bào IL3 có vai trị quan trọng trong việc
truyền tín hiệu nên dẫn đến hoạt hóa theo các con đường khác nhau. Khơng có chất
nào có thể phân biệt rõ ràng giữa D2L và D2S mặc dù có sự khác biệt nhỏ về ái lực
của hai isoform thụ thể dopamin 2 đã được mô tả đối với chất đối kháng dopamin là
sulpirid [75]. Cấu trúc và ký hiệu những vị trí đặc biệt của thụ thể dopamin 2 isoform
D2L được trình bày theo Hình 1.3.

Hình 1.3 Cấu tạo thụ thể dopamin 2 D2L [75].

.


.

12

Thụ thể dopamin 2 có hai túi gắn kết orthosteric và allosteric. Chất SB269652 là chất
điều hịa allosteric âm tính [25]. Người ta quan sát thấy rằng D2R tồn tại ở dạng dimer
hoặc oligome bậc cao hơn [5].
1.3.2 Các acid amin quan trọng
Năm 1992, tác giả Mansour A. thực hiện đột biến chọn lọc Asp114 và Ser194 và
Ser197 của thụ thể dopamin 2 ở người bằng phương pháp gây đột biến. Việc loại bỏ
điện tích âm với sự đột biến của Asp114 thành asparagin hoặc glycin dẫn đến mất
hoàn toàn cả liên kết chủ vận và đối kháng. Các đột biến serin cho thấy sự khác biệt
thú vị giữa thụ thể dopamin 2 và adrenoceptor. Đặc biệt, Ser197 có vẻ quan trọng
hơn Ser194 đối với liên kết chủ vận [58].
Năm 2014, tác giả M. Yashar S. Kalani chỉ ra vị trí gắn kết dự đốn của dopamin và
chất chủ vận nằm TM 3, 4, 5, và 6, trong khi các chất đối vận liên kết với vị trí TM
2, 3, 4, 6 và 7 với liên quan tối thiểu với TM 5. Nhóm carboxyl Asp114 trong TM3
tạo liên kết cầu muối với nhóm amin chính của dopamin. Hai acid amin Ser193 và
Ser197 trong TM5 tương ứng với các nhóm metahydroxyl và parahydroxyl đóng vai
trị thiết yếu trong việc nhận biết dopamin. Phe110, Met117, Cys118 (TM3), Phe164
(TM4), Phe189, Val190 (TM5), Trp386, Phe390 và His394 (TM6) tạo túi kỵ nước
liên kết với dopamin [43]. Cụ thể hơn, vị trí của dopamin so với thụ thể dopamin 2
và các acid amin xoay quanh được trình bày như Hình 1.4.

Hình 1.4 Vị trí gắn kết dự đoán của dopamin [43].

.