Đề tài Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của một số loài nấm ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI BÙI THỊ THU HIỀN Nghiªn cøu thµnh phÇn hãa häc vµ ho¹t tÝnh sinh häc cña mét sè loµi nÊm ë ViÖt Nam LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI BÙI THỊ THU HIỀN Nghiªn cøu thµnh phÇn hãa häc vµ ho¹t tÝnh sinh häc cña mét sè loµi nÊm ë ViÖt Nam Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 62.44.01.14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. ĐẶNG NGỌC QUANG 2. TS. LƯU VĂN HUYỀN HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người cam đoan Bùi Thị Thu Hiền LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa học các hợp chất thiên nhiên, bộ môn Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS Đặng Ngọc Quang (Khoa Hóa học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội) và TS. Lưu Văn Huyền (Trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường) đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất, giúp tôi từng bước trong quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin cảm ơn PGS.TS. Lê xuân Thám (Sở khoa học công nghệ Lâm Đồng), PGS.TS. Dương Minh Lam (Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội) đã xác định tên khoa học của các mẫu nấm. Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các giáo sư, tiến sĩ của Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đo NMR, MS, GC – MS và thử hoạt tính kháng sinh các chất đã phân lập được. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến Ban giám hiệu, cán bộ phòng Đào tạo Sau đại học, các thầy/cô Khoa Hóa học, đặc biệt là các thầy cô bộ môn Hữu cơ, các bạn đồng nghiệp, học viên cao học, sinh viên, gia đình và người thân những người tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án này. Tác giả Bùi Thị Thu Hiền MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các kí hiệu, các chữ cái viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình Danh mục các sơ đồ MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 6 1.1. Giới thiệu chung về giới nấm ............................................................................ 6 1.1.1. Phân loại nấm .......................................................................................... 6 1.1.2. Vai trò của nấm với con người ................................................................. 9 1.2. Họ nấm Xylariaceae ......................................................................................... 11 1.2.1. Giới thiệu chung về họ nấm Xylariaceae ............................................... 11 1.2.2. Thành phần hóa học trong họ nấm Xylariaceae .................................... 12 1.3. Nấm linh chi ...................................................................................................... 17 1.3.1. Giới thiệu chung về nấm linh chi ........................................................... 17 1.3.2. Tác dụng của nấm linh chi ..................................................................... 20 1.3.3. Thành phần hóa học của nấm linh chi ................................................... 22 1.3.4. Nghiên cứu về nấm của Việt Nam .......................................................... 32 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ............ 36 2.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 36 2.1.1. Phương pháp lấy mẫu ............................................................................ 36 2.1.2. Phương pháp chiết xuất, phân lập, xác định cấu trúc các chất phân lập được ............................................................................................................ 36 2.1.3. Phương pháp khảo sát cấu trúc các hợp chất ........................................ 36 2.1.4. Phương pháp thử hoạt tính sinh học ...................................................... 37 2.2. Hóa chất và thiết bị .......................................................................................... 37 2.2.1. Hóa chất ................................................................................................. 37 2.2.2. Thiết bị .................................................................................................... 38 2.2.3. Dụng cụ .................................................................................................. 38 2.3. Thực nghiệm ..................................................................................................... 39 2.3.1. Nghiên cứu các hợp chất từ nấm vàng (Tomophagus cattienensis) ...... 39 2.3.2. Nghiên cứu các hợp chất trong nấm linh chi (Ganoderma mirabile) ........ 44 2.3.3. Nghiên cứu các hợp chất trong nấm linh chi tím (Ganoderma neo-japonicum) ....... 49 2.3.4. Nghiên cứu các hợp chất trong nấm Kretzschmaria sandvicensis ........ 55 2.3.5. Nghiên cứu các hợp chất trong nấm Daldinia eschscholzii ................... 58 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 66 3.1. Nấm linh chi vàng (Tomophagus cattienensis) ............................................... 66 3.1.1. Mẫu nấm ................................................................................................. 66 3.1.2. Phân lập các chất ................................................................................... 66 3.1.3. Xác định cấu trúc các hợp chất .............................................................. 66 3.1.4. Hoạt tính sinh học của các chất H1- H4 ................................................ 86 3.2. Nấm linh chi Ganoderma mirabile .................................................................. 86 3.2.1. Mẫu nấm ................................................................................................. 86 3.2.2. Phân lập các hợp chất ............................................................................ 86 3.2.3. Xác định cấu trúc các hợp chất .............................................................. 87 3.2.4. Hoạt tính sinh học .................................................................................. 94 3.3. Nấm linh chi Ganoderma neo-japonicum ....................................................... 95 3.3.1. Mẫu nấm ................................................................................................. 95 3.3.2. Phân lập các hợp chất ............................................................................ 95 3.3.3. Xác định cấu trúc hợp chất .................................................................... 95 3.3.4. Hoạt tính sinh học ................................................................................ 104 3.4. Nấm Kretzschmaria sandvicensis ................................................................... 105 3.4.1. Mẫu nấm ............................................................................................... 105 3.4.2. Phân lập các hợp chất .......................................................................... 105 3.4.3. Xác định cấu trúc các hợp chất ............................................................ 105 3.5. Nấm Daldinia eschscholzii ............................................................................. 111 3.5.1. Mẫu nấm ............................................................................................... 111 3.5.2. Phân lập các hợp chất .......................................................................... 111 3.5.3. Xác định cấu trúc các hợp chất ............................................................ 112 3.5.4. Hoạt tính sinh học ................................................................................ 122 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 127 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................... 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 130 PHỤ LỤC .............................................................................................................. 1PL DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT  Kí hiệu các phương pháp sắc kí  TLC: Thin Layer Chromatography (Sắc kí lớp mỏng)  CC: Column Chromatography (Sắc kí cột)  Prep. HPLC: Preparative High Performance Liquid Chromatography (Sắc kí lỏng điều chế hiệu năng cao)  Kí hiệu các phương pháp phổ  1H-NMR: Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ proton)  13C-NMR: Carbon Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C)  HSQC: Heteronuclear Single Quantum Correlation (Phổ hai chiều, dị hạt nhân tương tác trực tiếp C – H).  HMBC: Heteronuclear Multiple Bond Correlation (Phổ hai chiều, dị hạt nhân tương tác gián tiếp C – H).  ROESY: Rotating frame Overhause Effect Spectroscopy (Phổ hai chiều tương tác không gian H-H)  DEPT: Distortionless Enhancement by Polarisation Tranfer (Phổ 13C- DEPT).  IR: Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại)  ESI-MS: Electron Spray Ionization Mass Spectrocopy (Phổ khối phun mù điện tử)  FT-ICR MS: Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry  Các kí hiệu về phổ  s: singlet  d: doublet  t: triplet  dd: doublet của doublet  dt: doublet của triplet  brs: singlet tù  m: multiplet  Các kí hiệu khác  KB: ung thư biểu mô  MCF7: ung thư vú  SK-LU-1: ung thư phổi  HepG2: ung thư gan  IC50: nồng độ ức chế 50%.  E: etyl axetat  H: n- hexan  A: axeton DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số loại nấm linh chi và công dụng của nó ................................... 19 Bảng 1.2: Thành phần (%) khoáng đa lượng trong các chủng linh chi G. lucidum. ........ 30 Bảng 1.3: Thành phần khoáng phổ biến trong các chủng nấm linh chi G. lucidum (ppm) ..................................................................................... 31 Bảng 3.1: Các hợp chất phân lập từ nấm linh chi vàng ....................................... 66 Bảng 3.2: Bảng số liệu phổ NMR của chất H1 .................................................... 68 Bảng 3.3: Bảng số liệu phổ NMR của chất H2 .................................................... 76 Bảng 3.4: Bảng số liệu phổ NMR của chất H3 .................................................... 81 Bảng 3.5: Bảng số liệu phổ NMR của chất H4 .................................................... 85 Bảng 3.6: Hoạt tính kháng tế bào ung thư biểu mô của H1-H4 (phụ lục 68). ..... 86 Bảng 3.7: Các hợp chất phân lập từ nấm linh chi (Ganoderma mirabile): ......... 87 Bảng 3.8: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H5 với ergosterol ................ 88 Bảng 3.9: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H6 với ergosterol peroxide ....... 90 Bảng 3.10: Bảng số liệu phổ NMR của chất số H7 ............................................... 92 Bảng 3.11: Các hợp chất phân lập từ nấm linh chi (Ganoderma neo-japonicum): .... 95 Bảng 3.12: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H9 với Ergosta-4,6,8(14), 22-tetraen-3-on ................................................................................... 98 Bảng 3.13: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của H10 với ganodermadiol ........... 101 Bảng 3.14: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H12 với ergosta-7,22- đien -3β-ol (đo trong CDCl3) ............................................................ 103 Bảng 3.15: Các hợp chất phân lập từ nấm linh chi (Kretzschmaria sandvicensis) ... 105 Bảng 3.16: Bảng số liệu phổ NMR của chất H13 ................................................ 107 Bảng 3.17: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất số H14 với orthosporin .......... 109 Bảng 3.18: Bảng số liệu phổ NMR của chất H15 ................................................ 111 Bảng 3.19: Các hợp chất phân lập từ nấm Daldinia eschscholzii ....................... 112 Bảng 3.20: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H16 với cytochalasin 1 ..... 114 Bảng 3.21: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H17 với cytochalasin 3 .......... 116 Bảng 3.22: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H18 với cytochalasin 4 .......... 118 Bảng 3.23: Bảng so sánh giá trị phổ NMR của chất H20 với ergosta- 7,24(24 1 )-dien-3β-ol ......................................................................... 120 Bảng 3.24: Bảng thống kê các chất và hoạt tính sinh học, IC50 (g/ml) ............. 125 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 0-1: Nấm linh chi vàng (Tomophagus cattienensis) ở Cát Tiên ................... 2 Hình 0-2: Nấm linh chi (Ganoderma mirabile) ở Lào Cai .................................... 2 Hình 0-3: Nấm linh chi tím (Ganoderma neo-japonicum) ở Cát Tiên ....................... 2 Hình 0-4: Nấm Kretzschmaria sandvicensis ở Điện Biên ..................................... 2 Hình 0-5: Nấm Daldinia eschscholzii ở Phú Thọ .................................................. 3 Hình 1.1: Một số hình ảnh về các lớp nấm............................................................ 8 Hình 1.2: Cấu trúc đơn vị của -D-glucan điển hình ở G. lucidum .................... 23 Hình 1.3: Cấu trúc đơn vị cơ bản của glycosaminoglycan ở G. lucidum ............ 24 Hình 3.1: Phổ FT-ICR-MS của chất H2 .............................................................. 69 Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của chất H2 ................................................................... 70 Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của chất H2 .................................................................. 71 Hình 3.4: Phổ HMBC của chất H2 ...................................................................... 72 Hình 3.5: Phổ HSQC của chất số H2 .................................................................. 74 Hình 3.6: Phổ ROESY của chất H2 (BTH1B7A11) ........................................... 75 Hình 3.7: Các tương tác quan trọng trong phổ ROESY của chất H2 .................. 75 Hình 3.8: Phổ FT-ICR-MS của chất H3 .............................................................. 77 Hình 3.9: Phổ 1H-NMR của chất H3 ................................................................... 78 Hình 3.10: Phổ 13C-NMR của chất H3 .................................................................. 79 Hình 3.11: Phổ HMBC của chất H3 ...................................................................... 80 Hình 3.12: Phổ FT-ICR-MS của chất H4 .............................................................. 82 Hình 3.13: Phổ 1H-NMR của chất H4 ................................................................... 83 Hình 3.14: Phổ `13C-NMR của chất H4 ................................................................. 83 Hình 3.15: Phổ HMBC của chất H4 ...................................................................... 84 Hình 3.16: Phổ HMBC của chất H7 ...................................................................... 93 Hình 3.17: Phổ 1H-NMR của chất H9 ................................................................... 97 Hình 3.18: Phổ 13C-NMR của chất H9 .................................................................. 97 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1: Sơ đồ phân loại nấm ................................................................................ 6 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ phân lập các hợp chất H1- H4 ..................................................... 40 Sơ đồ 2.2: Sơ đồ phân lập các chất H5-H8 ............................................................. 46 Sơ đồ 2.3: Sơ đồ phân lập các hợp chất H9 - H12 .................................................. 51 Sơ đồ 2.4: Sơ đồ phân lập các hợp chất H13, H14, H15 ........................................ 56 Sơ đồ 2.5: Sơ đồ thu nhận các cặn chiết từ nấm Daldinia eschscholzii ................. 59 Sơ đồ 2.6: Sơ đồ phân lập các chất H16-H19 ......................................................... 60 Sơ đồ 2.7: Sơ đồ phân lập chất H20........................................................................ 61 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao thì con người quan tâm nhiều hơn đến vấn đề sức khỏe. Các căn bệnh nan y như: bệnh ung thư, HIV-AIDS, viêm nhiễm,... và sức khoẻ cộng đồng là những vấn đề ngày càng được quan tâm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Theo ước tính và thống kê của Tổ chức y tế thế giới (WHO) thì hàng năm trên toàn cầu có khoảng 9-10 triệu người mới mắc bệnh ung thư và một nửa trong số đó chết vì căn bệnh này. Các phương pháp điều trị hiện nay như hóa trị, xạ trị, phẫu thuật, dùng thuốc tổng hợp làm cho người bệnh suy kiệt và có nhiều tác dụng phụ. Vì vậy xu hướng “trở về thiên nhiên“ nhằm sử dụng các hợp chất thiên nhiên làm thuốc chữa bệnh đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Thách thức đặt ra cho các nhà khoa học nghiên cứu các quy trình phân tách hiệu quả các hợp chất thiên nhiên từ các nguồn thực vật, vi nấm, sinh vật biển và thực hiện các chuyển hóa hóa học để tạo ra các dẫn xuất mới có tác dụng trong việc phòng và chữa bệnh. Theo ước tính, nấm có khoảng 1.5 triệu loài. Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ phát hiện và mô tả được khoảng 5% (75000 loài) [7]. Nhiều loài nấm là các dược liệu quý như nấm linh chi Ganoderma lucidum, nấm Vân chi Trametes versicolor, nấm Đông trùng hạ thảo (Cordyceps sinensis)...[8, 9]. Theo ước tính, Việt Nam có khoảng 22000 loài nấm, trong đó nấm linh chi có khoảng 60 loài [1]. Nấm dược liệu ở Việt Nam phong phú nhưng chưa được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều, chỉ chủ yếu nghiên cứu về sự đa dạng sinh học [1, 2, 3]. Do đó, việc khai thác kho tàng quí đầy tiềm năng từ các loài nấm ở nước ta để khám phá nhiều loại thuốc mới với hiệu quả cao trong phòng, chữa bệnh góp phần nâng cao và bảo vệ sức khoẻ con người là hướng đi đúng đắn và phát triển bền vững. Sau khi bảo vệ thành công luận văn Thạc 2 sĩ về Hóa học của nấm ở Việt Nam, tôi thấy đây là hướng đi mới, có nhiều tiềm năng để nghiên cứu nhằm tìm ra các hợp chất có hoạt tính sinh học quý giá cũng như làm sáng tỏ khả năng chữa bệnh của một số loài nấm trong các bài thuốc cổ truyền. Do đó chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của một số loài nấm ở Việt Nam”. 2. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là năm loài nấm ở Việt Nam. Họ Ganodermataceae: Tomophagus cattienensis, Ganoderma mirabile và Ganoderma neo-japonicum. Họ Xylariaceae: Kretzschmaria sandvicensis và Daldinia eschscholzii. Hình 0-1: Nấm linh chi vàng (Tomophagus cattienensis) ở Cát Tiên Hình 0-2: Nấm linh chi (Ganoderma mirabile) ở Lào Cai Hình 0-3: Nấm linh chi tím (Ganoderma neo-japonicum) ở Cát Tiên Hình 0-4: Nấm Kretzschmaria sandvicensis ở Điện Biên 3 Hình 0-5: Nấm Daldinia eschscholzii ở Phú Thọ 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập và xác định tên khoa học của 5 loài nấm. - Ngâm, chiết và thu các dịch chiết tổng từ các loài Tomophagus cattienensis, Ganoderma mirabile, Ganoderma neo-japonicum, Kretzschmaria sandvicensis, Daldinia eschscholzii. - Sử dụng các phương pháp sắc ký để phân lập các hợp chất từ cao chiết của 5 loài nấm trên. - Xác định cấu trúc của những hợp chất phân lập được bằng các phương pháp phổ. - Thử hoạt tính sinh học của một số hợp chất phân lập được. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lấy mẫu: mẫu khô (mẫu được sấy ở 400C) hoặc mẫu tươi. Việc xử lý tiếp các mẫu bằng phương pháp chiết chọn lọc với các dung môi thích hợp để thu được hỗn hợp các hợp chất dùng cho nghiên cứu được nêu ở phần thực nghiệm. - Phương pháp phân tích, tách các hỗn hợp và phân lập các chất: sử dụng các phương