Luận án Thiết kế, tổng hợp và đánh giá tác động kháng acetylcholinesterase của một số dẫn chất chalcone nhằm sàng lọc thuốc mới hướng điều trị bệnh alzheimer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Thị Cẩm Vi THIẾT KẾ, TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG KHÁNG ACETYLCHOLINESTERASE CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT CHALCONE NHẰM SÀNG LỌC THUỐC MỚI HƯỚNG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỮU CƠ Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Thị Cẩm Vi THIẾT KẾ, TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG KHÁNG ACETYLCHOLINESTERASE CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT CHALCONE NHẰM SÀNG LỌC THUỐC MỚI HƯỚNG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9.44.01.14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỮU CƠ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Trần Thành Đạo 2. PGS. TS. Thái Khắc Minh Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Trần Thành Đạo và PGS. TS. Thái Khắc Minh. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Nguyễn Thị Cẩm Vi iii TÓM TẮT LUẬN ÁN Chalcone là một nhóm phụ của flavonoid, được biết đến như là các chất polyphenol có tác động chống oxy hóa, bắt giữ tốt các gốc tự do, do vậy có khả năng ngăn chặn phản ứng viêm xảy ra trên não. Gần đây nhiều dẫn chất chalcone được công bố có tác động bảo vệ gan, và hệ thần kinh, ức chế enzyme AChE, điều này chứng tỏ chalcone là nhóm hợp chất đầy tiềm năng phát triển thuốc sử dụng điều trị Alzheimer trong tương lai. Tuy nhiên việc tổng hợp các chalcone và thử hoạt tính kháng AChE không có định hướng trước sẽ hao phí thời gian và kinh tế. Việc áp dụng mô hình mô tả phân tử docking để định hướng các cấu trúc có khả năng kháng AChE tốt trước khi tổng hợp sẽ có ý nghĩa rất lớn về mặt thực tiễn, Trong phạm vi luận án, mô hình mô tả phân tử docking của 107 dẫn chất chalcone (35 dẫn chất chalcone thông thường, 24 chalcone dị vòng, 32 benzylaminochalcone, 16 promazine chalcone) cùng một số nhóm flavonoid (flavone, isoflavone, aurone) đối với AChE (pdb id: 1dX6) đã được thực hiện để khám phá ra các cấu trúc chalcone có khả năng tác động mạnh lên acetylcholinesterase. 64 Dẫn chất chalcone, trong đó có 20 dẫn chất chalcone thông thường, 24 dẫn chất chalcone dị vòng, 10 dẫn chất benzylaminochalcone và 10 dẫn chất promazine chalcone được tổng hợp theo định hướng của kết quả nghiên cứu docking tiền sàng lọc về sự liên quan cấu trúc chalcone và tác dụng kháng acetylcholinesterase. Các dẫn chất chalcone tổng hợp được tinh khiết bằng phương pháp kết tinh lại trong dung môi thích hợp hoặc sắc ký cột với chất mang silica gel. Tính chất vật lý như: độ tan, nhiệt độ nóng chảy của chúng được khảo sát và ghi nhận. Cấu trúc của các chalcone tổng hợp (có định hướng trước về cấu trúc) được xác nhận thông qua các phổ UV, IR, 1H-NMR, 13C-NMR, và MS. Trong số các chalcone tổng hợp, có 10 dẫn chất benzylaminochalcone và 9 promazine chalcone là hợp chất mới chưa được công bố trong tạp chí khoa học trước đây theo kết quả tra cứu Scifinder (tính đến 10/2017). iv Tất cả dẫn chất chalcone tổng hợp được thử nghiệm khả năng kháng AChE in vitro và đánh giá sự tương quan giữa kết quả kháng AChE in vitro với mô hình docking. Một số dẫn chất có khả năng kháng AChE rất tốt như dẫn chất (E)-3-(3,4- dimethoxyphenyl)-1-(4-((2-hydroxybenzyl)amino)phenyl)prop-2-ene-1-one ký hiệu A6) và (E)-3-(4-chlorophenyl)-1-(4-((2-hydroxybenzyl)amino)phenyl)prop-2-ene- 1-one (ký hiệu A3) với IC50 lần lượt là 23,02 và 23,71 µM, dẫn chất promazine chalcone với vòng B chứa 3-Bromo (ký hiệu AC5) với IC50 24,39 µM. Kết quả đánh giá khả năng chống suy giảm trí nhớ ngắn hạn trên mô hình mê cung chữ Y và mô hình khám phá vật thể cho thấy dẫn chất có IC50 thấp nhất là A6 - (E)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)-1-(4-((2-hydroxybenzyl)amino)phenyl)prop-2-ene-1- one liều 15,0 mg/kg thể trọng chuột có thể cải thiện trí nhớ ngắn hạn của chuột bị SGTN bằng trimethyltin chloride tương đương với Galantamine liều 10,0 mg/kg thể trọng chuột. . v LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy hướng dẫn luận án của tôi, PGS. TS. Trần Thành Đạo và PGS. TS. Thái Khắc Minh đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận án này. Trong suốt quá trình nghiên cứu, các thầy đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu. Tôi xin cám ơn Khoa Khoa Học Ứng Dụng, Trường đại học Tôn Đức Thắng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong công tác để tôi có thể tiến hành tốt luận án. Tôi xin cảm ơn các thầy cô ở bộ môn Hóa Dược, Trường đại học Y Dược TP HCM và Viện Công Nghệ Hóa Học Việt Nam đã hỗ trợ tôi trong nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn các em sinh viên thực hiện khóa luận tốt nghiệp đã đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian qua. Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận án này. Nghiên cứu sinh vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. ii TÓM TẮT LUẬN ÁN ..................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... v MỤC LỤC ......................................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................... xiv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ......................................................................................... xviii MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3 1.1. Bệnh Alzheimer .......................................................................................................... 3 1.1.1. Khái quát về bệnh Alzheimer .................................................................................. 3 1.1.2. Đặc điểm bệnh Alzheimer ........................................................................................ 4 1.1.3. Nguyên nhân bệnh Alzheimer ................................................................................ 5 1.1.4. Thuốc điều trị Alzheimer ........................................................................................ 6 1.1.4.1. Các thuốc ngăn chặn, ức chế sự hình thành amyloid .......................................... 6 1.1.4.2. Các thuốc bảo vệ tế bào thần kinh ....................................................................... 7 1.1.4.3. Các thuốc kháng acetylcholinesterase .................................................................. 7 1.2. Enzyme acetylcholinesterase ................................................................................... 10 1.3. Chalcone .................................................................................................................... 13 1.3.1. Khái quát về chalcone............................................................................................ 13 1.3.2. Các phương pháp tổng hợp chalcone ................................................................. 15 1.4. Mô hình mô tả phân tử docking ............................................................................. 17 1.4.1. Giới thiệu về docking ............................................................................................. 17 1.4.2. Các dạng docking ................................................................................................... 18 vii 1.5. Khảo sát khả năng kháng AChE bằng phương pháp Ellman ........................... 21 1.6. Mô hình chống suy giảm trí nhớ ngắn hạn ........................................................... 22 1.7. Các nghiên cứu trước đây của một số tác giả khác trong và ngoài nước ......... 22 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 26 2.1. Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu ......................................................... 26 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................................... 26 2.2.1. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 26 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 27 2.3. Mô tả tiến trình thí nghiệm ...................................................................................... 28 2.3.1. Mô hình mô tả phân tử docking ............................................................................ 28 2.3.1.1. Đối tượng .............................................................................................................. 28 2.3.1.2. Các phần mềm hỗ trợ nghiên cứu ....................................................................... 28 2.3.1.3. Quy trình tiến hành mô hình mô tả phân tử docking ......................................... 28 2.3.2. Tổng hợp ................................................................................................................. 35 2.3.2.1. guyên v t liệu h a ch t ....................................................................................... 35 2.3.2.2. Trang thiết bị ......................................................................................................... 35 2.3.2.3. Tổng hợp chalcone ................................................................................................ 35 2.3.2.4. Phương pháp xác định c u trúc h a học .......................................................... 3551 2.3.3. Khảo sát hoạt tính kháng AChE ............................................................................ 52 2.3.3.1. guyên v t liệu trong khảo sát hoạt tính kháng AChE ...................................... 52 2.3.3.2. Trang thiết bị trong khảo sát hoạt tính kháng AChE ......................................... 52 2.3.3.3. Các bước tiến hành phương pháp Ellman .......................................................... 52 2.3.4. Khảo sát khả năng chống suy giảm trí nhớ ngắn hạn in vivo ........................... 54 2.3.4.1. guyên v t liệu khảo sát khả năng chống suy giảm trí nhớ ngắn hạn in vivo...... 54 2.3.4.2. Trang thiết bị trong khảo sát khả năng chống SGT ngắn hạn in vivo ............... 54 viii 2.3.4.3. Khảo sát khả năng chống suy giảm trí nhớ ngắn hạn ........................................ 55 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................... 59 3.1. Mô hình mô tả docking ........................................................................................... 59 3.1.1. Re-docking ligand đồng kết tinh .......................................................................... 59 3.1.1.1. Kiểu liên kết của galantamine trong c u trúc tinh thể của phức hợp TcAChE - Galantamine .................................................................................................................... 59 3.1.1.2. Re-docking ligand đồng kết tinh ........................................................................ 59 3.1.2 Docking các dẫn chất chalcone ............................................................................. 60 3.1.2.1 Docking 35 dẫn ch t chalcone thông thường ...................................................... 60 3.1.2.2. Docking các dẫn ch t chalcone dị vòng ............................................................. 64 3.1.2.3. Docking các dẫn ch t benzylaminochalcone...................................................... 70 3.1.2.4. Docking các dẫn ch t promazine chalcone ........................................................ 76 3.2. Tổng hợp các dẫn chất chalcone ............................................................................ 80 3.2.1. Tổng hợp các dẫn chất chalcone thông thường .................................................. 80 3.2.2. Tổng hợp các dẫn chất chalcone dị vòng ............................................................ 88 3.2.3. Tổng hợp các dẫn chất benzylaminochalcone .................................................... 91 3.2.4. Tổng hợp các dẫn chất promazine chalcone: ...................................................... 97 3.2.5. Bàn luận kết quả tổng hợp ................................................................................. 104 3.2.5.1. Cơ chế phản ứng tổng hợp ................................................................................ 104 3.2.5.2. Xác định c u trúc chalcone tổng hợp ............................................................... 108 3.3. Khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase của các dẫn chất chalcone .... 121 3.3.1 Khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase của các dẫn chất chalcone thông thường .............................................................................................................................. 121 3.3.2 Khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase của các dẫn chất chalcone dị vòng ................................................................................................................................. 128 ix 3.3.3. Khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase của các dẫn chất benzylaminochalcone ...................................................................................................... 130 3.3.4 Khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase của các dẫn chất promazine chalcone ........................................................................................................................... 135 3.4. Kết quả khảo sát tác dụng chống SGTN ngắn hạn in vivo của dẫn chất benzylaminochalcone .................................................................................................... 138 3.4.1. Mô hình mê cung chữ Y ....................................................................................... 138 3.4.2. Mô hình khám phá vật thể .................................................................................... 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN ........................................................................................................ 152 x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ACh : Acetylcholine AChE : Acetylcholinesterase ATCI : Acetylthiocholine iodide AD : Alzheimer disease (bệnh Alzheimer) AMY : Amyloid ABCG2 : ATP-binding cassette sub-family G member 2 ABC : ATP-binding cassette AcOH : Acetic acid ANOVA : Analysis of Variance BuChE : Butyrylcholinesterase BF3 : Boron trifluoride CoA : Coenzyme A cHCl : concentrated HCl DMSO : Dimethylsulfoxide DTNB : 5,5′-Dithiobis(2-nitrobenzoic acid) DBU : 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene ESIMS : Electrospray ionization mass spectra ERAB : Endoplasmic-reticulum associated binding protein EMA : European Medicines Agenecy EtOH : Ethanol EtONa : Ethanolate sodium EtOAc : Ethyl acetate Et3N : Triethylamine Et2O : Diethyl ether FDA : Food and Drug Administration Gal : Galantamine IC50 : Nồng độ ức chế 50% (Half maximal inhibitory concentration) pIC50 : - logIC50 xi IR : Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại) i.p : intraperitoneal (phúc mạc) MeOH : Methanol MMSE : Mini - Mental State Examination NSAID : Non-steroidal anti-inflammatory drug NMDA : N-Methyl-D-aspartate Par-4 : Prostate apoptosis response - 4 Pdb : Protein data bank Pdb id : Pdb identification code PBS : Polybutylene succinate Pd(OAc)2 : Palladium (II) acetate Ph3P : Triphenylphosphine RMSD : Root mean square deviation SGTN : Suy giảm trí nhớ Stt : Số thứ tự TMT : Trimethyltin chloride TcAChE : Torpedo californica acetylcholinesterase UV : Tử ngoại 1 H-NMR : 1 H – Nuclear Magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân proton) 13 C-NMR : 13 C – Nuclear magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân 13 C) d : doublet dd : doublet - doublet m : mutiplet s : singlet t : triplet xii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tỷ lệ người mắc bệnh Alzheimer sau 65 tuổi...................................................... 4 Bảng 2.1. Danh sách các phần mềm ................................................................................. 29 Bảng 2.2. Các hóa chất sử dụng để tổng hợp chalcone ................................................... 36 Bảng 2.3. Trang thiết bị sử dụng trong tổng hợp, tinh chế và kiểm nghiệm .................. 37 Bảng 2.4. Nguyên liệu, điều kiện phản ứng tổng hợp 20 dẫn chất chalcone thông thường ................................................................................................................................ 38 Bảng 2.5. Nguyên liệu, điều kiện phản ứng tổng hợp 24 dẫn chất chalcone dị vòng .... 42 Bảng 2.6. Nguyên liệu, điều kiện phản ứng tổng hợp 10 dẫn chất benzylaminochalcone ...................................................................................................... 447 Bảng 2.7. Nguyên liệu, điều kiện phản ứng tổng hợp 10 dẫn chất promazine chalcone49 Bảng 2.8. Nguyên liệu sử dụng trong khảo sát khả năng kháng AChE.......................... 51 Bảng 2.9. Trang thiết bị sử dụng trong khảo sát khả năng kháng acetylcholinesterase .... 52 Bảng 2.10. Thành phần các hóa chất chứa trong mỗi loại mẫu đo của phương pháp Ellman ................................................................................................................................ 52 Bảng 3.1. Kết quả docking lại ligand đồng kết tinh ........................................................ 60 Bảng 3.2. Hiệu suất tổng hợp, tính chất vật lý, phổ IR của 20 dẫn chất chalcone thông thường ...................................................................................................................... 81 Bảng 3.3. Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6) của 20 dẫn chất chalcone thông thường ............................................................................................................................... 84 Bảng 3.4. Hiệu suất tổng hợp, tính chất vật lý, phổ IR của 24 chalcone dị vòng .......... 88 Bảng 3.5. Hiệu suất tổng hợp, tính chất vật lý, phổ UV và MS của 10 dẫn chất benzylaminochalcone ........................................................................................................ 92 Bảng 3.6. Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6) của 10 dẫn chất benzylaminochalcone ...................................................................................................... 94 xiii Bảng 3.7. Phổ 13C-NMR (125 MHz, DMSO-d6, δ ppm) của 10 dẫn chất benzylaminochalcone ...................................................................................................... 96 Bảng 3.8. Hiệu suất tổng hợp, tính chất vật lý, phổ MS của 10 dẫn chất promazine chalcone ...................................................