NGHIÊN cứu SÀNG lọc IN SILICO các PHÂN tử NHỎ có TIỀM NĂNG gắn kết CHỌN lọc TRÊN CXCR2 SO với CXCR1

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC IN SILICO CÁC PHÂN TỬ NHỎ
CÓ TIỀM NĂNG GẮN KẾT CHỌN LỌC TRÊN CXCR2 SO
VỚI CXCR1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2020


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC IN SILICO CÁC PHÂN TỬ NHỎ
CÓ TIỀM NĂNG GẮN KẾT CHỌN LỌC TRÊN CXCR2 SO
VỚI CXCR1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS LÊ MINH TRÍ

Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2020


MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................ix
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................xi
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 3
1.1. GIỚI THIỆU VỀ INTERLEUKIN-8 (CXCL8) ................................................... 3
Giới thiệu về chemokin .................................................................................. 3
CXCL8 ........................................................................................................... 4
1.2. GIỚI THIỆU VỀ THỤ THỂ CXCR1/2 ................................................................ 4
Giới thiệu về thụ thể liên hợp với G-protein .................................................. 4
CXCR1/2 ........................................................................................................ 5
1.3. BỆNH LÝ LIÊN QUAN ....................................................................................... 6
Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính........................................................................ 6
Bệnh hen suyễn .............................................................................................. 6
Bệnh xơ nang ................................................................................................. 7
Bệnh viêm loét đại tràng ................................................................................ 7
Bệnh viêm thần kinh ...................................................................................... 8
Bệnh về mạch máu ......................................................................................... 9
Bệnh viêm khớp ............................................................................................. 9
Con đường CXCL8-CXCR1/2 trong ung thư .............................................. 10
1.4. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI.......................... 10
Những khía cạnh đã được nghiên cứu về CXCR1/2 in silico ...................... 10
Những khía cạnh cịn bỏ ngỏ ....................................................................... 13

1.5. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ............................................................................ 13
iii


Cơ sở thực hiện đề tài chọn lọc trên CXCR2 ............................................... 13
Cơ sở chọn docking trên vị trí allosteric nội bào ......................................... 13
1.6. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC ............. 15
1.7. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝ.............................................. 15
Mơ hình 3D-pharmacophore ........................................................................ 15
Mơ hình 2D-QSAR ...................................................................................... 16
Đánh giá hấp thu-phân bố-chuyển hóa-độc tính (ADMET) ........................ 16
Mơ hình homology ....................................................................................... 17
Mơ hình mơ tả phân tử docking ................................................................... 17
1.8. THƯ VIỆN ZINC VÀ CÔNG CỤ ZINPHARMER ........................................... 18
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 20
2.1. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE CXCR2
.................................................................................................................................... 21
Chuẩn bị cơ sở dữ liệu ................................................................................. 22
Xây dựng mô hình........................................................................................ 23
Đánh giá mơ hình ......................................................................................... 24
2.2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH 2D-QSAR ...................................... 25
Chuẩn bị cơ sở dữ liệu ................................................................................. 25
Tính tốn và lựa chọn thơng số mơ tả .......................................................... 26
Loại các chất gây nhiễu ................................................................................ 27
Xây dựng mơ hình 2D-QSAR ...................................................................... 29
Đánh giá mơ hình ......................................................................................... 30
2.3. ĐÁNH GIÁ HẤP THU-PHÂN BỐ-CHUYỂN HĨA-THẢI TRỪ-ĐỘC TÍNH
(ADMET) ................................................................................................................... 32
2.4. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH HOMOLOGY CXCR2 ................. 33
Xây dựng mơ hình........................................................................................ 33

Đánh giá mơ hình ......................................................................................... 34
iv


2.5. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING
CXCR2 ....................................................................................................................... 35
Chuẩn bị protein ........................................................................................... 35
Chuẩn bị phối tử redocking .......................................................................... 35
Chuẩn bị phối tử docking ............................................................................. 36
Docking với LeadIT 2.1.8 ............................................................................ 36
Đánh giá mơ hình docking ........................................................................... 37
2.6. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING
CXCR1 ....................................................................................................................... 38
Chuẩn bị protein ........................................................................................... 38
Chuẩn bị phối tử redocking .......................................................................... 38
Docking với LeadIT 2.1.8 ............................................................................ 38
2.7. ỨNG DỤNG SÀNG LỌC ẢO............................................................................ 38
Mơ hình 3D-Pharmacophore CXCR2 .......................................................... 38
Mơ hình 2D-QSAR CXCR2 ........................................................................ 39
Đánh giá ADMET ........................................................................................ 39
Mơ hình docking với CXCR2 ...................................................................... 39
Mơ hình docking với CXCR1 ...................................................................... 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.................................................................... 40
3.1. MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE ................................................................ 40
3.2. MƠ HÌNH 2D-QSAR ......................................................................................... 45
Kết quả xây dựng mơ hình 2D-QSAR ......................................................... 45
Kết quả đánh giá mơ hình 2D-QSAR .......................................................... 50
3.3. ĐÁNH GIÁ ADMET .......................................................................................... 52
3.4. MƠ HÌNH HOMOLOGY CXCR2 ..................................................................... 53
3.5. MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING........................................................ 55

Mơ hình mơ tả phân tử docking trên CXCR2 .............................................. 55
v


Mơ hình mơ tả phân tử docking trên CXCR1 .............................................. 57
3.6. ỨNG DỤNG SÀNG LỌC ẢO............................................................................ 58
3.7. BÀN LUẬN ........................................................................................................ 60
Bàn luận về kết quả sàng lọc ........................................................................ 60
So sánh với các nghiên cứu khác ................................................................. 60
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 64
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 72

vi


DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2D

Two dimensions (2 chiều)

3D

Three dimensions (3 chiều)

QSAR

Quantitative Structure-Activity Relationship (mối quan hệ định lượng
giữa cấu trúc và tác dụng)

RMSE

Root mean square error (Căn bậc hai sai số bình phương trung bình)

TNF

Tumor necrosis factor (yếu tố hoại tử khối u)

TRAIL

Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (phối tử gây
chết rụng tế bào liên quan đến yếu tố hoại tử khối u)

HEK293

Human embryonic kidney 293 (tế bào thận bào thai người 293)

CHO

Chinese hamster ovary (tế bào buồng trứng chuột Trung Hoa)

IC50

Half maximal inhibitory concentration (nồng độ ức chế 50% đối tượng
thử nghiệm)

CXCR2

C-X-C chemokine receptor type 2

CXCR1

C-X-C chemokine receptor type 1

CXCL8

C-X-C Motif Chemokine Ligand 8

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số phân tử nhỏ tiêu biểu đối kháng CXCR1/2 được đưa vào nghiên cứu
trên lâm sàng .................................................................................................................. 11
Bảng 2.2. Tập xây dựng của mơ hình 3D-Pharmacophore ............................................ 23
Bảng 2.3. Giá trị ngưỡng của các rủi ro ADMET theo ADMET Predictor ................... 32
Bảng 3.4. 10 mô hình 3D-Pharmacophore được chọn để tiến hành đánh giá ............... 40
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá các mơ hình 3D-Pharmacophore ....................................... 44
Bảng 3.6. Phân loại và định nghĩa của 7 thông số mô tả được chọn ............................. 46
Bảng 3.7. Mối tương quan giữa các thông số mô tả phân tử với nhau và với pIC50 .... 47
Bảng 3.8. Kết quả loại nhiễu bằng PCA, Z-score và Zx-score ...................................... 48
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá trên 5 tập phân chia ngẫu nhiên, trung bình và trên tồn tập
........................................................................................................................................ 51
Bảng 3.10. Miền ứng dụng của mơ hình 2D-QSAR ...................................................... 52
Bảng 3.11. Kết quả sàng lọc ADMET bằng phần mềm ADMET Predictor 9.5 ............ 53
Bảng 3.12. Các thông số đánh giá 5 mô hình homology CXCR2 ................................. 53
Bảng 3.13. So sánh với nghiên cứu [58] và [34] ........................................................... 61

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mơ tp CXC và mơ týp ELR ở chemokin nhóm CXC .................................. 3
Hình 1.2. Cấu trúc của thụ thể liên hợp với G-protein ................................................... 5
Hình 1.3. Cấu trúc 2D của chất đối kháng CXCR2 có tên SB225002 ............................ 8
Hình 1.4. Cấu trúc 2D của phân tử SCH527123 ............................................................ 14
Hình 1.5. Cấu trúc tinh thể của CXCR1 (màu xanh lá), cấu trúc homology của CXCR2
(màu xanh dương) và sự gắn kết của ligand phân tử nhỏ SCH527123 (màu nâu) tại vị trí
allosteric ........................................................................................................................ 14
Hình 2.6. Mơ tả các bước tiến hành nghiên cứu ............................................................ 21
hình 2.7. Các bước xây dựng mơ hình 3D-Pharmacophore ........................................... 22
Hình 2.8. Quy trình thực xây dựng mơ hình 2D-QSAR ................................................ 25
Hình 2.9. Minh họa loại nhiễu bằng phương pháp PCA, 2 chất được khoanh trịn là 2
chất bị loại ..................................................................................................................... 28
Hình 2.10. Các bước xây dựng của một mơ hình homology ......................................... 33
Hình 2.11. Quy trình thực hiện mơ hình docking .......................................................... 35
Hình 3.12. Hình minh họa đánh giá mơ hình 3D-Pharmacophore với FN là chất dương
tính giả, TP là chất dương tính thật, TN là chất âm tính thật, FP là chất âm tính giả.... 45
Hình 3.13. Loại nhiễu bằng phương pháp PCA tạo bằng phần mềm MOE .................. 48
Hình 3.14. Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hoạt tính sinh học dự đốn và hoạt tính
sinh học thực nghiệm trên tồn tập sau khi loại nhiễu ................................................... 49
Hình 3.15. Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hoạt tính sinh học dự đốn và hoạt tính
sinh học thực nghiệm trên tập nhiễu .............................................................................. 50
Hình 3.16. Mơ hình homology số 1 của cấu trúc CXCR2 được tải về từ máy chủ ITASSER và thể hiện trên MOE ..................................................................................... 54
Hình 3.17. Khoang gắn kết allosteric của CXCR2 được tạo bởi phần mềm MOE ....... 55
Hình 3.18. Sự gắn kết giữa khoang allosteric với pose âm điểm nhất của narixin (-8,7887
kJ/mol) được tạo bởi MOE ............................................................................................ 56
Hình 3.19. Kết quả docking ZINC40658275 trên CXCR2 ............................................ 58
ix

Hình 3.20. Kết quả sàng lọc ảo trên thư viện ZINC qua các mơ hình ........................... 59

x


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Lê Minh Trí. Thầy là người
dẫn dắt, định hướng, dõi theo em trong suốt quá trình thực hiện đề tài và giúp em chỉnh
sửa để đề tài của em được hoàn thiện.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS. TS Thái Khắc Minh đã tạo điều
kiện tốt nhất về trang thiết bị và môi trường làm việc cho chúng em trong suốt khoảng
thời gian thực hiện khóa luận tại bộ mơn Hóa Dược. Cảm ơn thầy đã kiên nhẫn giải đáp
nhiều thắc mắc dù nhỏ hay to của chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cơ trong Hội đồng Hóa dược và
đặc biệt cảm ơn cơ TS. Nguyễn Thụy Việt Phương vì thời gian q báu đã bỏ ra để đọc
và phản biện đề tài cho chúng em.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Thạc sĩ Mai Thành Tấn và hai anh Dược sĩ
Bùi Quốc Dũng, Trần Thái Sơn đã luôn túc trực tại bộ môn để hướng dẫn cho chúng em
những thao tác thực hiện trên máy móc đồng thời cổ vũ tinh thần cho chúng em. Cảm ơn
anh Dược sĩ Đinh Lê Quốc Hoàng, anh Dược sĩ Nguyễn Minh Châu và chị Dược sĩ
Nguyễn Minh Xuân đã hướng dẫn từ xa cho em ngay từ những ngày đầu thực hiện đề
tài, cho em những gợi ý và giải đáp thắc mắc tận tình cho em.
Cảm ơn các bạn Hồng Tiến, Giang Sơn, Hoàng Minh, Xuân Tiên, Ngọc Trâm, Thanh
Hằng và Thu Hạnh ở lab 314 vì đã đồng hành cùng nhau qua giai đoạn khó khăn nhất
của thời sinh viên.
Cuối cùng, con cảm ơn ba má đã đồng hành cùng con trên chặng đường 5 năm đại học,
để con có đủ sức mạnh vượt qua những lúc mệt mỏi nhất.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020

Nguyễn Thị Ánh Tuyết

xi


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Đặt vấn đề

ĐẶT VẤN ĐỀ
CXCR1/2 chiếm giữ một vai trò quan trọng trong hệ miễn dịch của con người và có liên
quan đến đa dạng các bệnh, viêm khớp, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, Lupus, hen suyễn,
xơ nang, ung thư… Việc giảm biểu hiện của CXCR1/2 dẫn đến giảm đáp ứng viêm, từ
đó mang lại tác dụng điều trị đối với các bệnh lý nói trên.
Trên thế giới đã có các nghiên cứu in silico về các chất có khả năng gắn kết với
CXCR1/2, gắn kết kép hoặc chọn lọc với CXCR1/2 và cũng đã có các chất phân tử nhỏ
được đưa vào thử nghiệm trên lâm sàng. Tuy nhiên, ở Việt Nam cho tới nay chỉ có một
nghiên cứu liên quan đến đích tác động này, đó là nghiên cứu của Lê Minh Trí và cộng
sự [34]. Hơn hết, hiện tại vẫn chưa có chất nào được đưa vào sử dụng trên lâm sàng, do
đó tiềm năng phát triển thuốc ở lĩnh vực này vẫn cịn rất lớn.
Thêm vào đó, CXCR2 gắn kết ái lực cao với tất cả ELR+ chemokin. Trong khi CXCR1
chỉ gắn kết ái lực cao với CXCL8, còn lại gắn kết ái lực yếu với các ELR+ chemokin
khác. Do đó khi thiết kế thuốc có tác dụng đối kháng chọn lọc trên CXCR2 có thể cho
một ứng dụng điều trị rộng hơn so với ức chế chọn lọc CXCR1, đồng thời hạn chế được
tác động không tốt đến đáp ứng miễn dịch so với ức chế kép CXCR1 và CXCR2. Chính
vì vậy, đề tài hướng đến nghiên cứu sàng lọc các phân tử nhỏ đối kháng chọn lọc trên
CXCR2.
Ngày nay, với sự hỗ trợ của máy tính và các cơng cụ sàng lọc ảo, khả năng dự đoán được
các chất có khả năng làm thuốc dựa trên các thơng tin về cấu trúc mục tiêu tác động là
rất cao. Từ đó cho phép định hướng nghiên cứu các chất tiềm năng mà thời gian nghiên

cứu được rút ngắn đáng kể.
Đề tài “Nghiên cứu sàng lọc ảo các chất có khả năng gắn kết chọn lọc trên CXCR2
so với CXCR1” được tiến hành với nội dung bao gồm:
1. Thu thập cơ sở dữ liệu các chất đối kháng thụ thể CXCR2.
2. Xây dựng mơ hình 3D-Pharmacophore dựa trên các chất của tập xây dựng.
3. Xây dựng mơ hình 2D-QSAR từ cơ sở dữ liệu các chất ức chế CXCR2 có IC50 được
xác định.
4. Xây dựng cấu trúc homology CXCR2 dựa trên kỹ thuật mơ tả tính tương đồng và xây
dựng mơ hình mơ tả phân tử docking.

1


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Đặt vấn đề

5. Xây dựng mơ hình mơ tả phân tử docking trên CXCR1. Tiến hành phân tích kết quả,
so sánh điểm số docking giữa 2 thụ thể.
6. Ứng dụng sàng lọc ảo tìm kiếm các chất tiềm năng từ cơ sở dữ liệu miễn phí các chất
đã thương mại hóa (ZINC).

2


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. GIỚI THIỆU VỀ INTERLEUKIN-8 (CXCL8)
Giới thiệu về chemokin
Chemokin và thụ thể của nó đóng vai trị chính trong hàng rào miễn dịch của con người
bằng cách trực tiếp điều phối sự hoạt hóa, di chuyển, sự khác biệt cũng như sự sống còn
của hàng tỷ tế bào bạch cầu trong cơ thể (Viola và Luster, 2008).
Một lượng chemokin được tiết ra ở mô bạch huyết trong điều kiện miễn dịch bình
thường, tuy nhiên chemokin được tiết ra nhiều nhất khi có đáp ứng viêm để thu hút bạch
cầu đến vị trí viêm. Cho đến nay, đã có ít nhất 50 loại chemokin ở người được xác định,
chúng được phân loại vào 4 nhóm (C, CC, CXC, CX3C) dựa vào số lượng và khoảng
cách của các cystein thiết yếu trên vị trí đầu N [1]. Đối với chemokin thuộc họ CC, 2
cystein đầu tiên nằm liền kề nhau, trong khi đó đối với chemokin thuộc họ CXC thì 2
cystein cách nhau bởi 1 acid amin.
Nhóm chemokin CXC lại được chia thành 2 nhóm nhỏ là ELR+ và ELR- tùy thuộc vào
việc có chứa hay khơng chứa mơ tp ba acid amin Glu-Leu-Arg (E-L-R) nằm ở trước
acid amin cystein đầu tiên ở đầu N [2].

Hình 1.1. Mơ tp CXC và mơ týp ELR ở chemokin nhóm CXC [3]

3


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

CXCL8
CXCL8 là một chemokin thuộc nhóm CXC có chứa mơ tp ELR (Hình 1.1). Cuối
những năm 1980, Peveri và cộng sự đã tìm ra rằng khi bạch cầu mono trong máu được
kích hoạt dẫn đến sản sinh ra một loại protein (yếu tố hoạt hóa bạch cầu, NAF). NAF là
chemokin đầu tiên được khám phá và giải mã trình tự acid amin vào năm 1987, sau đó

đổi tên thành interleukin-8 (IL8) hoặc CXCL8. Cấu trúc tinh thể của CXCL8 được chụp
lần đầu tiên vào năm 1991. CXCL8 bao gồm 72 acid amin, tồn tại dưới dạng monomer
hoặc dimer. CXCR1 và CXCR2 là hai thụ thể của CXCL8. Khi ở dạng monomer,
CXCL8 có ái lực cao với thụ thể CXCR1, còn khi ở dạng dimer thì CXCL8 có ái lực
như nhau với cả CXCR1 và CXCR2.
CXCL8 được tiết ra bởi nhiều loại tế bào trong cơ thể, bao gồm tế bào bạch cầu mono,
đại thực bào phế nang, nguyên bào sợi, tế bào nội mơ và tế bào biểu mơ. Có nhiều yếu
tố có khả năng hoạt hóa CXCL8 như cytokin (interleukin-1, interleukin-6, CXCL12,
TNFα), sự thiếu hụt oxy, vi khuẩn hay các yếu tố stress do mơi trường và q trình hoạt
hóa được trung gian bởi NF-κB và AP-1 [3].
1.2. GIỚI THIỆU VỀ THỤ THỂ CXCR1/2
Giới thiệu về thụ thể liên hợp với G-protein
Thụ thể của chemokin là các thụ thể liên hợp với G-protein (GPCRs) trên bề mặt tế bào.
Cho đến nay, người ta đã xác định được 10 thụ thể của nhóm chemokin CC, 7 thụ thể
của nhóm chemokin CXC, và một thụ thể của nhóm CX3C. Các thụ thể của chemokin
thường gồm 340-370 acid amin và có đến 25-80% acid amin tương đồng. GPCRs là
những protein có 7 vùng xuyên màng, bao gồm 1 tiểu đơn vị α và 1 phức hợp βγ, trong
đó phân loại của thụ thể phụ thuộc vào tiểu đơn vị α (Hình 1.2).

4


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

Hình 1.2. Cấu trúc của thụ thể liên hợp với G-protein [4]

Các thụ thể của chemokin có một số đặc điểm cấu trúc tương đồng chẳng hạn như đầu
N - một trong những vị trí gắn kết của chemokin. Chúng cịn có một trình tự acid amin

bảo tồn ở vịng 2 (loop 2) nội bào bao gồm 10 acid amin và một cystein đặc trưng trong
mỗi loop ngoại bào và một loop 3 nội bào ngắn. Đầu N của thụ thể được đặc trưng bởi
mơ tp một tyrosin sulfat hóa, tuy mơ tp này không quan trọng đối với ái lực gắn kết
của phối tử nhưng lại quan trọng đối với việc kích hoạt thụ thể [5].
CXCR1/2
CXCL8 được hoạt hóa thơng qua trung gian là sự gắn kết ngoại bào của nó với hai thụ
thể GPCR là CXCR1 và CXCR2. Hai thụ thể này tương đồng nhau khoảng 76% về trình
tự acid amin và gắn với CXCL8 (dạng dimer) với ái lực tương đương nhau (Kd ≈ 4 nM).
Điểm khác biệt chủ yếu giữa hai thụ thể này chính là ở loop ngoại bào thứ 2, đầu C (nội
bào) và đầu N (ngoại bào). CXCR2 tương tác ái lực cao với tất cả các chemokin ELR+
khác (CXCL1-3, 5-7). Trong khi đó, CXCR1 chỉ gắn kết yếu với các ELR+ chemokin
khác [3].
Vị trí gắn kết của IL-8 trên CXCR1/2 đã được xác định bằng cách sàng lọc trên thư viện
peptid dựa vào miền ngoại bào của của thụ thể. Từ đó xác định được 4 vùng gắn kết
chính [6]:
- Đầu N.
- Loop ngoại bào (ECL) 1.
5


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

- ECL1/ECL3
- Đầu N/ECL1/ECL3.
Ngoài ra, Nicholl và cộng sự đã xác định được một vùng gắn kết allosteric nằm sâu hơn
bên trong thụ thể, giới hạn một bên bởi đầu C tận nội bào. Vùng gắn kết này nằm gần vị
trí mà thụ thể CXCR1/2 gắn kết với G-protein hoặc với một vùng của thụ thể chịu trách
nhiệm cho sự truyền tải tín hiệu hoạt hóa thụ thể [7].

Acid amin quan trọng trong vùng allosteric nội bào của CXCR2
Salchow và cộng sự đã tiến hành xác định những acid amin quan trọng trong vùng
allosteric nội bào bằng nghiên cứu đột biến điểm. Từ đó kết luận các acid amin quan
trọng sau: Thr83, Asp84, Asp143, Ala147, Ala249, Tyr314, Lys320, Phe321 [8].
Acid amin quan trọng trong vùng allosteric nội bào của CXCR1
Khoang gắn kết của CXCR1 bao gồm 5 acid amin quan trọng sau đây: Tyr46, Lys99,
Asn120, Tyr258, Glu291 [9].
1.3. BỆNH LÝ LIÊN QUAN
Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính
Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD - chronic obstructive pulmonary disorder) là một
trong những nguyên nhân hàng đầu ra gây bệnh tật và tử vong ở các nước phát triển.
Bệnh được đặc trưng bởi tình trạng tắc nghẽn thơng khí tiến triển và khơng hồi phục,
gây ra bởi sự xơ hóa và thu hẹp đường thở, phá hủy các liên kết phế nang (khí phế thủng),
được trung gian bởi bạch cầu trung tính và bạch cầu lympho. CXCL8 có liên quan mật
thiết đến bệnh sinh của COPD thông qua một số cơ chế. CXCL8 và các chemokin khác
được tiết ra bởi các đại thực bào phổi cùng với việc huy động bạch cầu đa nhân trung
tính đến phổi để đáp ứng với các kháng nguyên kích thích bên ngồi (khói thuốc lá, chất
gây ơ nhiễm khơng khí) [10,11]. CXCL8 cũng kích thích làm tăng biểu mơ đường dẫn
khí khiến nó co lại và tăng tính thấm đối với các tế bào viêm. Ức chế CXCR2 bằng các
chất đối kháng phân tử nhỏ làm giảm quá trình viêm bởi bạch cầu trung tính ở phổi của
chuột tiếp xúc với khói thuốc lá. Từ đó cho thấy sự gắn kết CXCL8-CXCR1/2 đóng một
vai trị quan trọng trong viêm phổi, góp phần vào sự tiến triển của COPD [12].
Bệnh hen suyễn
Hen suyễn được đặc trưng bởi các đợt tắc nghẽn đường hô hấp thuận nghịch, co thắt phế
quản và viêm phổi gây ra bởi các dị nguyên. Trong giai đoạn nặng, bạch cầu trung tính,
6


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

bạch cầu ái toan và đờm tăng lên cùng với sự biểu hiện gia tăng của các ELR+ chemokin.
CXCR1/2 cũng được biểu hiện trên cơ trơn đường hô hấp, làm trung gian gây nên sự co
thắt và di chuyển của tế bào bạch cầu để tăng cường đáp ứng viêm và tái tạo đường thở
(phế quản) ở bệnh hen suyễn [13,14]. Trên chuột, thiếu CXCR2 cho thấy biểu hiện giảm
đáp ứng phế quản và giảm huy động bạch cầu trung tính so với chuột bình thường [15].
Việc huy động bạch cầu trung tính phụ thuộc vào CXCL8-CXCR2 rất quan trọng đối
với sự phát triển của bệnh hen suyễn. Việc phong bế đường truyền tín hiệu này có thể là
một cách tiếp cận mới để điều trị hen suyễn.
Bệnh xơ nang
Bệnh xơ nang là một rối loạn di truyền lặn tự phát gây ra bởi đột biến gen trong gen điều
hòa dẫn truyền màng xơ nang dẫn đến sự vận chuyển bất thường ion clorid và ion natri
qua biểu mô của các cơ quan như phổi và tuyến tụy [16]. Cơ quan bị ảnh hưởng nhất
trong bệnh xơ nang là phổi với biểu hiện tăng sự tích tụ chất nhầy. Sau các chu kỳ nhiễm
trùng và viêm phổi gây ra bởi bạch cầu trung tính là dẫn đến tình trạng giãn phế quản và
suy hô hấp [17]. Cũng như các bệnh phổi khác được nghiên cứu cho đến nay, đường thở
của bệnh nhân xơ nang có nồng độ CXCL8 và các cytokin khác (interleukin 1,
interleukin 6, TNF) cùng nhau gây nên sự xâm nhập của bạch cầu trung tính. Các kháng
thể chống lại CXCL8 ức chế đáng kể hoạt động của đờm ở bệnh nhân xơ nang. Mặc dù
biểu hiện CXCR1 và CXCR2 ở cơ trơn đường thở từ bệnh nhân xơ nang và bệnh nhân
không bị xơ nang là giống nhau, nhưng CXCL8 gây ra những cơn co thắt mạnh ở cơ trơn
đường hơ hấp của bệnh nhân xơ nang có thể là do các chuỗi nhẹ myosin tăng lên góp
phần gây co thắt phế quản [3]. CXCR1 có tác dụng thúc đẩy tiêu diệt vi khuẩn, tuy nhiên
chức năng này bị mất trong đường thở của bệnh nhân xơ nang vì CXCR1 bị cắt bởi các
protease đường thở và các mảnh của CXCR1 kích thích các tế bào biểu mơ phế quản tiết
ra CXCL8 thông qua thụ thể giống như Toll 2 (TLR2) [18]. Bệnh nhân xơ nang có liên
quan đến giảm biểu hiện của CXCR1 đồng thời tăng CXCR2 mARN và tăng biểu hiện
của CXCR2. Do đó, chức năng kháng khuẩn cũng bị suy yếu, điều này cũng liên quan
đến giảm chức năng phổi ở bệnh nhân xơ nang [19].

Bệnh viêm loét đại tràng
Sự huy động bạch cầu đa nhân trung tính (PMNs - polymorphonuclear neutrophils) bởi
con đường CXCL8-CXCR1/2 đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của bệnh
viêm loét đại tràng (IBD - inflammatory bowel diseases) [3]. Bạch cầu trung tính nhanh
chóng được huy động đến vị trí nhiễm trùng tại ruột để đáp ứng với CXCL8 dẫn đến sự
biểu hiện quá mức của CXCR1/2. Sự nhiễm khuẩn kích hoạt các tế bào biểu mơ giải
7


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

phóng CXCL8, làm trung gian huy động PMNs từ tuần hoàn máu [20]. Bệnh nhân bị
viêm loét đại tràng có mức độ biểu hiện mARN của CXCL8 ở niêm mạc đại tràng cao
hơn so với các tình nguyện viên khỏe mạnh [21]. Chất đối kháng CXCR2 là SB225002
(Hình 1.3) làm giảm mức độ nghiêm trọng của bệnh viêm đại tràng thực nghiệm ở chuột
bằng cách điều hòa làm giảm hoạt động của bạch cầu trung tính. Những nghiên cứu này
cho thấy sự liên quan của tín hiệu CXCL8-CXCR1/2 trong cơ chế bệnh sinh của IBD,
do đó sự gián đoạn con đường tín hiệu này có thể là một liệu pháp đang được quan tâm
để điều trị IBD.

Hình 1.3. Cấu trúc 2D của chất đối kháng CXCR2 có tên SB225002

Bệnh viêm thần kinh
Các bệnh viêm thần kinh, chẳng hạn như bệnh Neuro-Sweet, đặc trưng bởi sự thâm nhập
bạch cầu trung tính do hóa ứng động bất thường của chúng qua trung gian gắn kết giữa
CXCL8-CXCR2. Bệnh nhân mắc bệnh này thường có nồng độ CXCL8 tăng cao so với
người khỏe mạnh [22]. CXCR2 biểu hiện trong bạch cầu trung tính và tế bào tiền thân
oligodendrocyte được cho là có khả năng thúc đẩy quá trình mất myelin dẫn đến đa xơ

cứng. Ức chế CXCR2 bằng các chất đối kháng thâm nhập được vào hệ thần kinh trung
ương giúp cải thiện quá trình tái tạo myelin trong mơ hình chuột. Một mơ hình bệnh đa
xơ cứng ở chuột cho thấy CXCR2 đóng một vai trị quan trọng trong sự phát triển của
viêm não tủy tự miễn thực nghiệm (EAE - experimental autoimmune encephalomyelitis)
khơng điển hình, ức chế CXCR2 làm suy giảm EAE khơng điển hình bằng cách ngăn
chặn bạch cầu trung tính xâm nhập vào tiểu não và thân não [23].
Tín hiệu CXCR1/2 cũng liên quan đến các bệnh thối hóa thần kinh khác nhau, chẳng
hạn như bệnh Alzheimer và đột quỵ [3]. Tăng biểu hiện của CXCL8 trong huyết thanh
và não của bệnh nhân HIV-1 có liên quan đến các rối loạn nhận thức thần kinh [24]. Cảm
ứng CXCR2 và CXCL8 làm tăng tế bào thần kinh đệm. Trong khi đó, ức chế CXCR2
8


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

làm giảm tế bào thần kinh đệm, tạo ra sự bảo vệ thần kinh trong mơ hình bệnh Alzheimer
ở chuột. Sự đa hình của gen CXCR2 cũng liên quan đến nguy cơ đột quỵ do thiếu máu
cục bộ ở bệnh nhân tăng huyết áp vơ căn [25]. Vì CXCR2 đóng vai trị quyết định trong
tiến triển của bệnh Alzheimer do đó ức chế CXCR2 là một liệu pháp bảo vệ hệ thần kinh
hiệu quả.
Bệnh về mạch máu
Thiếu máu hay nhồi máu cơ tim và não tạo ra các loại phản ứng oxy hóa cũng như tăng
nồng độ các cytokin và chemokin gây viêm, kích hoạt huy động bạch cầu ái toan và bạch
cầu trung tính đến các mơ thiếu máu cục bộ. Hậu quả của việc hoạt hóa bạch cầu trung
tính là có thể gây tổn thương thiếu máu cục bộ cho mô. Nhắm vào mục tiêu CXCL8CXCR1/2 đã được chứng minh là một cách tiếp cận hiệu quả để điều trị tình trạng thiếu
máu cục bộ [5]. Điều trị bằng chất đối kháng CXCR2 đã ngăn chặn đáng kể sự thâm
nhập của bạch cầu trung tính vào vùng bị nhồi máu cục bộ và giảm kích thước vùng nhồi
máu sau khi điều trị lâu dài ở chuột [26].

Mức độ biểu hiện của CXCL5, yếu tố ức chế sự di chuyển của đại thực bào (MIF macrophage migration-inhibitory factor) đã được chứng minh là tăng trong động mạch
vành ở người mắc bệnh xơ vữa động mạch. Người ta đã đề xuất rằng, các tương tác
CXCL5-CXCR2 và/hoặc MIF-CXCR2 có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh động mạch
vành. Tất cả các quan sát được mô tả trước đây cho thấy, phá vỡ các tương tác CXCL5CXCR2 và/hoặc MIF-CXCR2 bằng phương pháp đối kháng dược lý đối với CXCR2 có
thể được xem là một liệu pháp tiếp cận căn bệnh này.
CXCR2 cũng đóng một vai trò trong sự tiến triển của bệnh tăng huyết áp. Sự xâm nhập
các tế bào tiền viêm thông qua trung gian bởi CXCR2 gây rối loạn chức năng mạch máu
và tăng huyết áp. Loại bỏ gen CXCR2 hoặc sử dụng thuốc đối kháng CXCR2 làm giảm
tình trạng tăng huyết áp do angiotensin II gây ra, tái tạo động mạch chủ bị đại thực bào
xâm nhập ở mơ hình chuột [27]. Can thiệp điều trị bằng thuốc đối kháng dược lý với
CXCR2 có thể là một chiến lược được quan tâm hàng đầu để điều trị tăng huyết áp khi
sự xâm nhập của tế bào dương tính với CXCR2 đóng vai trị quan trọng trong sự phát
triển bệnh.
Bệnh viêm khớp
Tín hiệu CXCR2 đóng một vai trị quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội mơ sụn.
Các ELR+ chemokin thu hút các tế bào viêm biểu hiện CXCR2 như bạch cầu trung tính
trong viêm khớp [28]. CXCR1/2 được xem là một yếu tố gây ra sự kết dính bạch cầu
9


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

trung tính với lớp nội mô vi mạch hoạt dịch trong viêm khớp dạng thấp và do đó, thúc
đẩy sự di chuyển của bạch cầu trung tính vào khớp [29]. CXCR2 cũng làm trung gian
huy động bạch cầu trung tính trong viêm khớp do Brucelas gây ra [30].
Việc hoạt hóa tín hiệu CXCR1/2 là rất quan trọng đối với cơ chế bệnh sinh của hầu hết
các loại viêm khớp (bao gồm viêm khớp dạng thấp) nhưng khơng phải đối với trường
hợp thối hóa khớp. Các chemokin ELR+ được biểu hiện trong sụn khỏe mạnh, duy trì

khả năng sống sót và biệt hóa của tế bào sụn. Sự gián đoạn trong tín hiệu CXCR1/2 gây
ra sự mất ổn định kiểu hình của các tế bào sụn là ngun nhân hàng đầu của thối hóa
khớp [28]. Trong khi tín hiệu CXCR1/2 cao góp phần gây tiến triển viêm khớp mạn tính
thì tín hiệu CXCR1/2 thấp có thể là yếu tố bảo vệ chống lại sự phát triển của thối hóa
khớp mạn tính, do đó việc duy trì mức tín hiệu CXCR1/2 tối ưu là rất quan trọng đối với
sụn khớp.
Con đường CXCL8-CXCR1/2 trong ung thư
Các phối tử của CXCR1/2 bao gồm CXCL1, 5, 7, 8 được tiết ra và biểu hiện bởi các loại
tế bào ung thư khác nhau và kích thích sự tăng sinh của tế bào ung thư và di căn. Biểu
hiện của CXCL8 cao hơn đáng kể ở ung thư đại tràng, đầu và cổ, ung thư tuyến tụy và
thực quản so với các mô khỏe mạnh [3]. Biểu hiện của các chemokin cũng tương quan
với mức độ và khả năng di căn của khối u ở người. Ví dụ, nồng độ huyết thanh của
CXCL8 tăng ở bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt và nó tương quan với các giai đoạn di
căn. CXCL8 cũng biểu hiện quá mức trong ung thư bàng quang. Sự biểu hiện quá mức
này có liên quan đến giai đoạn muộn của tỷ lệ sống sót chung của bệnh nhân. Khi một
bệnh nhân ung thư bàng quang có CXCL8 biểu hiện càng q mức thì tỷ lệ sống càng
giảm [31]. Ung thư xâm lấn mạch máu có liên quan đến sự biểu hiện quá mức của
CXCL1-3, CXCL8 và ức chế tín hiệu CXCR2 đã cho thấy làm giảm sự xâm lấn của khối
u [32].
1.4. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI
Những khía cạnh đã được nghiên cứu về CXCR1/2 in silico
Trên thế giới, CXCR1 và CXCR2 là những đích tác động sinh học đã được giới khoa
học quan tâm nghiên cứu từ rất lâu. Các nghiên cứu in silico bao gồm các hướng nổi bật
sau [33]:
- Phân tử nhỏ đối kháng trên CXCR1.
- Phân tử nhỏ đối kháng chọn lọc trên CXCR1.
10


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

- Phân tử nhỏ đối kháng trên CXCR2.
- Phân tử nhỏ đối kháng chọn lọc trên CXCR2.
- Phân tử nhỏ đối kháng kép CXCR1 và CXCR2.
- Phân tử nhỏ gắn kết đặc biệt trên một vị trí gắn kết của CXCR1/2.
Một số cơng ty dược trên thế giới đã thành công trong công cuộc khám phá và phát triển
các phân tử nhỏ có tác dụng đối kháng CXCR1/2, trong đó có vài phân tử đã được đưa
vào thử nghiệm trên lâm sàng. Các thành tựu trên lĩnh vực nghiên cứu được trình bày ở
Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Một số phân tử nhỏ tiêu biểu đối kháng CXCR1/2 được đưa vào nghiên cứu trên
lâm sàng [33]

Hợp chất

Reparinxin

AZD8309

Cấu trúc

Khung
cấu trúc

Đích tác
động

Cơng ty
phát

triển

Chỉ định

Ung thư vú
Đối kháng
di căn, ghép
chọn lọc
Dompé
đảo tụy ở
Dẫn xuất
CXCR1
Farmaceu bệnh đái tháo
ketoprofen
gấp 400 lần tici S.p.A đường loại 1,
CXCR2.
ghép thận,
ghép phổi

Pyrimidin

11

Đối kháng
CXCR2

AstraZen
eca

Viêm khớp

dạng thấp,
COPD


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

AZD5069

Navarixin

Danirixin

Ladarixin

Elubrixin

Tổng quan tài liệu

Pyrimidin

Đối kháng
CXCR2

AstraZen
eca

Hen suyễn,
COPD, giãn
phế quản, ung
thư đầu/cổ

Cyclobute
nedione

Đối kháng
chọn lọc
CXCR2
gấp 80 lần
CXCR1

Merck
Sharp &
Dohme
Corp.

COPD, hen
suyễn, bệnh
vẩy nến

Diarylure

Đối kháng
chọn lọc
trên
CXCR2

GlaxoSm
ithKline

COPD

Pyrimidin

Đối kháng
kép
CXCR1/2

Dompé
Bọng
Farmaceu nước Pemphi
tici S.p.A goid

Diarylure

Đối kháng
chọn lọc
trên
CXCR2

GlaxoSm
ithKline

COPD

Tại Việt Nam có đề tài của Lê Minh Trí và cộng sự (2020) nghiên cứu sàng lọc ảo các
chất có khả năng gắn kết với CXCR2 trên vùng allosteric nội bào. Đề tài áp dụng các
mơ hình in silico 3D-Pharmacophore, 2D-QSAR, đánh giá ADMET và mơ hình mơ tả
phân tử docking. Kết quả thu được 46 chất có tiềm năng gắn kết với CXCR2 trên vùng
allosteric nội bào [34].

12


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

Những khía cạnh cịn bỏ ngỏ
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về chất ức chế sự gắn kết của các chemokin lên
thụ thể CXCR1/2 và đã đạt được một số thành công nhất định, tạo nền tảng cho những
nghiên cứu tiếp theo. Tuy nhiên, cho tới nay vẫn chưa có một chất nào được chấp thuận
sử dụng trên lâm sàng. Từ đó cho thấy tiềm năng nghiên cứu từ lĩnh vực này vẫn cịn rất
lớn, mới và chưa có nhiều nghiên cứu được thực hiện. Từ đó, đề tài hướng đến nghiên
cứu sàng lọc ảo các phân tử nhỏ có khả năng gắn kết chọn lọc trên CXCR2 so với
CXCR1.
1.5. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Cơ sở thực hiện đề tài chọn lọc trên CXCR2
Nhìn chung, đa phần chất ức chế phân tử nhỏ đều được thiết kế để chọn lọc trên CXCR2
so với CXCR1 (ngoại trừ reparixin) bởi ba lý do sau đây [3]:
Thứ nhất, vì CXCR2 gắn kết với tất cả các ELR+ chemokin trong khi CXCR1 chỉ gắn
kết yếu với các ELR+ chemokin, do đó ức chế CXCR2 sẽ cho một ứng dụng điều trị
rộng hơn, đặc biệt là trong các bệnh lý có chủ thể liên quan đến phổi tử chọn lọc trên
CXCR2.
Thứ hai, vì CXCR1 và CXCR2 đều nắm giữ một vai trò quan trọng trong hệ thống miễn
dịch của con người, do đó việc ức chế hồn tồn cả hai thụ thể có thể cho ảnh hưởng
không tốt đến đáp ứng miễn dịch.
Thứ ba, hầu hết các mơ hình bệnh tiền lâm sàng (trên chuột) được sử dụng để đánh giá
hiệu quả của các chất ức chế chỉ biểu hiện trên thụ thể CXCR2 tương đồng chứ không
biểu hiện CXCR1 [5].
Cơ sở chọn docking trên vị trí allosteric nội bào

Những chất phân tử nhỏ gắn kết vào vùng ngoại bào của thụ thể CXCR2, cạnh tranh gắn
kết với phối tử CXCL8 gây ra tác dụng đối kháng được gọi là đối kháng theo cơ chế
cạnh tranh. Tuy nhiên, Nicholl và cộng sự đã xác định được một vùng gắn kết allosteric
nằm sâu hơn bên trong thụ thể, giới hạn một bên bởi đầu C nội bào. Vùng gắn kết này
nằm gần vị trí mà thụ thể CXCR1/2 liên hợp với G-protein hoặc với một vùng của thụ
thể chịu trách nhiệm cho sự truyền tải tín hiệu hoạt hóa thụ thể, từ đó đề xuất ra cơ chế
đối kháng không cạnh tranh trên CXCR1/2 [8].

13


Khóa luận tốt nghiệp DSĐH

Tổng quan tài liệu

Một điều đáng chú ý là, về sau có rất nhiều nghiên cứu về vị trí allosteric này đã được
báo cáo. Điểm chung giữa các báo cáo này là đều thống nhất một quan điểm rằng vị trí
quan trọng cho việc gắn kết của CXCL8 trên CXCR1/2 khơng giống với vị trí quan trọng
cho việc gắn kết của các ligand phân tử nhỏ. Vùng allosteric mới chính là vị trí mà hầu
hết các phân tử nhỏ gắn kết [35]. SCH527123 (Hình 1.4) là một phân tử tiêu biểu cho cơ
chế gắn kết này (Hình 1.5).

Hình 1.4. Cấu trúc 2D của phân tử SCH527123

Hình 1.5. Cấu trúc tinh thể của CXCR1 (màu xanh lá), cấu trúc homology của CXCR2 (màu
xanh dương) và sự gắn kết của ligand phân tử nhỏ SCH527123 (màu nâu) tại vị trí allosteric
[3]

14