Nghiên cứu thành phần hóa học, hoạt tính gây độc tế bào, kháng viêm của hai loài hải miên rhabdastrella providentiae, xestospongia muta ở vùng biển trung bộ Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- DƢƠNG THỊ DUNG NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC, HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO VÀ KHÁNG VIÊM CỦA HAI LOÀI HẢI MIÊN Rhabdastrella providentiae VÀ Xestospongia muta Ở VÙNG BIỂN TRUNG BỘ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- DƢƠNG THỊ DUNG NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC, HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO VÀ KHÁNG VIÊM CỦA HAI LOÀI HẢI MIÊN Rhabdastrella providentiae VÀ Xestospongia muta Ở VÙNG BIỂN TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9.44.01.14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Phan Văn Kiệm 2. TS. Bùi Hữu Tài Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phan Văn Kiệm và TS. Bùi Hữu Tài. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Dƣơng Thị Dung ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với sự hỗ trợ kinh phí của đề tài VAST.TĐ.DLB.01/16-18. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc, sự khâm phục và kính trọng nhất tới PGS. TS. Phan Văn Kiệm và TS. Bùi Hữu Tài - những người Thầy đã tận tâm hướng dẫn chỉ dạy cho tôi về mặt chuyên môn, động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án . Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và các đồng nghiệp phòng Nghiên cứu cấu trúc - Viện Hóa Sinh biển đặc biệt là TS. Nguyễn Xuân Nhiệm và ThS. Đan Thị Thúy Hằng về sự ủng hộ to lớn, những lời khuyên bổ ích và những góp ý quý báu trong việc thực hiện và hoàn thiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học. Tôi xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Tiên tiến về Hóa sinh hữu cơ - Viện Hóa sinh biển, Phòng Thử nghiệm sinh học – Viện Công nghệ sinh học, Khoa Dược-Đại học Wonkwang - Hàn Quốc đã giúp đỡ tôi trong việc thử hoạt tính. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới toàn thể gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn luôn quan tâm, khích lệ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Dƣơng Thị Dung iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................II MỤC LỤC ................................................................................................................... III DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... VIII DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... X DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... XII MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3 1.1. Giới thiệu chung về hải miên ............................................................................. 3 1.2. Tổng quan về hải miên thuộc giống Rhabdastrella .......................................... 5 1.2.1. Giới thiệu vài nét về hải miên thuộc giống Rhabdastrella........................... 5 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về hải miên giống Rhabdastrella trên thế giới ........ 6 1.2.2.1. Các nghiên cứu về thành phần hóa học của hải miên giống Rhabdastrella ...................................................................................................... 6 1.2.2.2. Đặc trưng phổ 13C-NMR của một số hợp chất isomalabaricane phân lập từ hải miên giống Rhabdastrella ................................................................ 12 1.2.2.3. Các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của hải miên giống Rhabdastrella .................................................................................................... 16 1.3. Tổng quan về hải miên thuộc giống Xestospongia .......................................... 19 1.3.1. Giới thiệu chung về hải miên thuộc giống Xestospongia .......................... 19 1.3.2. Tình hình nghiên cứu về hải miên thuộc giống Xestospongia trên thế giới ................................................................................................................................ 20 1.3.2.1. Các nghiên cứu về thành phần hóa học của hải miên giống Xestospongia ..................................................................................................... 21 1.3.2.2. Đặc trưng phổ 13C-NMR của một số hợp chất macrocyclic bis- quinolizidine alkaloid phân lập từ hải miên giống Xestospongia .................... 25 1.3.2.3. Các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các hợp chất alkaloid phân lập từ hải miên thuộc giống Xestospongia ....................................................... 29 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .................................................... 31 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 31 2.1.1. Loài hải miên Rhabdastrella providentiae .................................................. 31 iv 2.1.2. Loài hải miên Xestospongia muta ............................................................... 31 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 32 2.2.1. Phương pháp phân lập các hợp chất .......................................................... 32 2.2.2. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học các hợp chất ............................. 32 2.2.3. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học ................................................. 33 2.2.3.1. Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư ................... 33 2.2.3.1. Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng viêm ..................................... 35 2.2.3.1. Phương pháp đánh giá cơ chế chống ung thư ..................................... 37 2.3. Phân lập các hợp chất ....................................................................................... 38 2.3.1. Phân lập các hợp chất từ loài hải miên Rhabdastrella providentiae ........ 38 2.3.2. Phân lập các hợp chất từ loài hải miên Xestospongia muta ..................... 41 2.4. Thông số vật lý và dữ kiện phổ của các hợp chất phân lập đƣợc ................. 44 2.4.1. Thông số vật lý và dữ kiện phổ của các hợp chất phân lập từ loài hải miên Rhabdastrella providentiae .................................................................................... 44 2.4.1.1. Hợp chất RP1: rhabdastrellin G (hợp chất mới) ................................ 44 2.4.1.2. Hợp chất RP2: rhabdastrellin H (hợp chất mới) ................................ 44 2.4.1.3. Hợp chất RP3: rhabdastrellin I (hợp chất mới) .................................. 44 2.4.1.4. Hợp chất RP4: rhabdastrellin J (hợp chất mới) ................................. 44 2.4.1.5. Hợp chất RP5: rhabdastrellin K (hợp chất mới) ................................ 45 2.4.1.6. Hợp chất RP6: rhabdaprovidine A (hợp chất mới) ............................ 45 2.4.1.7. Hợp chất RP7: rhabdaprovidine B (hợp chất mới) ............................ 45 2.4.1.8. Hợp chất RP8: rhabdaprovidine C (hợp chất mới) ............................ 45 2.4.1.9. Hợp chất RP9: rhabdaprovidine D (hợp chất mới) ............................ 46 2.4.1.10. Hợp chất RP10: rhabdaprovidine E (hợp chất mới) ........................ 46 2.4.1.11. Hợp chất RP11: rhabdaprovidine F (hợp chất mới) ........................ 46 2.4.1.12. Hợp chất RP12: rhabdaprovidine G (hợp chất mới) ........................ 46 2.4.1.13. Hợp chất RP13: jaspolide C ............................................................. 47 2.4.1.14. Hợp chất RP14: globostelletin C ...................................................... 47 2.4.1.15. Hợp chất RP15: globostelletin D ...................................................... 47 2.4.1.16. Hợp chất RP16: jaspiferin A ............................................................. 47 2.4.1.17. Hợp chất RP17: mollisolactone A ..................................................... 48 2.4.1.18. Hợp chất RP18: gibepyrone F .......................................................... 48 v 2.4.2. Thông số vật lý và dữ kiện phổ của các hợp chất phân lập từ loài hải miên Xestospongia muta ................................................................................................. 48 2.4.2.1. Hợp chất XM1: araguspongine C ....................................................... 48 2.4.2.2. Hợp chất XM2: meso- araguspongine C (hợp chất mới) ................... 48 2.4.2.3. Hợp chất XM3: araguspongine N ....................................................... 49 2.4.2.4. Hợp chất XM4: araguspongine O ....................................................... 49 2.4.2.5. Hợp chất XM5: araguspongine P ....................................................... 49 2.4.2.6. Hợp chất XM6: araguspongine A ....................................................... 49 2.4.2.7. Hợp chất XM7: araguspongine E ....................................................... 50 2.4.2.8. Hợp chất XM8: araguspongine L ....................................................... 50 2.4.2.9. Hợp chất XM9: petrosin ...................................................................... 50 2.4.2.10. Hợp chất XM10: petrosin A .............................................................. 50 2.4.2.11. Hợp chất XM11: aragupetrosine A ................................................... 50 2.5. Kết quả thử hoạt tính của các hợp chất phân lập đƣợc ................................ 51 2.5.1. Kết quả thử hoạt tính kháng viêm của các hợp chất phân lập từ loài Rhabdastrella providentiae .................................................................................... 51 2.5.2. Kết quả thử hoạt tính kháng viêm của các hợp chất phân lập từ loài Xestospongia muta ................................................................................................. 52 2.5.3. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập từ loài Rhabdastrella providentiae ........................................................................ 52 2.5.4. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập từ loài Xestospongia muta ..................................................................................... 53 CHƢƠNG 3. THẢO LUẬN KẾT QUẢ ................................................................. 55 3.1. Xác định cấu trúc hóa học các hợp chất phân lập từ loài R. providentiae ... 55 3.1.1. Hợp chất RP1: rhabdastrellin G (hợp chất mới ) ....................................... 55 3.1.2. Hợp chất RP2: rhabdastrellin H (hợp chất mới ) ...................................... 61 3.1.3. Hợp chất RP3: rhabdastrellin I (hợp chất mới ) ........................................ 63 3.1.4. Hợp chất RP4: rhabdastrellin J (hợp chất mới )........................................ 66 3.1.5. Hợp chất RP5: rhabdastrellin K (hợp chất mới ) ....................................... 68 3.1.6. Hợp chất RP6: rhabdaprovidine A (hợp chất mới ) ................................... 69 3.1.7. Hợp chất RP7: rhabdaprovidine B (hợp chất mới ) ................................... 71 3.1.8. Hợp chất RP8: rhabdaprovidine C (hợp chất mới ) ................................... 73 vi 3.1.9. Hợp chất RP9: rhabdaprovidine D (hợp chất mới ) ................................... 75 3.1.10. Hợp chất RP10: rhabdaprovidine E (hợp chất mới ) ............................... 77 3.1.11. Hợp chất RP11: rhabdaprovidine F (hợp chất mới ) ............................... 79 3.1.12. Hợp chất RP12: rhabdaprovidine G (hợp chất mới ) ............................... 82 3.1.13. Hợp chất RP13: jaspolide C ...................................................................... 89 3.1.14. Hợp chất RP14: globostelletin C ............................................................... 91 3.1.15. Hợp chất RP15: globostelletin D ............................................................... 93 3.1.16. Hợp chất RP16: jaspiferin A ..................................................................... 95 3.1.17. Hợp chất RP17: mollisolactone A ............................................................. 97 3.1.18. Hợp chất RP18: gibepyrone F ................................................................... 98 3.1.19. Tổng hợp các hợp chất phân lập được từ loài R. providentiae RP1-RP18 ................................................................................................................................ 99 3.2. Xác định cấu trúc hóa học các hợp chất phân lập từ loài X. muta ............. 102 3.2.1. Hợp chất XM1: araguspongine C ............................................................. 102 3.2.2. Hợp chất XM2: meso-araguspongine C (hợp chất mới ) ......................... 105 3.2.3. Hợp chất XM3: araguspongine N ............................................................. 111 3.2.4. Hợp chất XM4: araguspongine O ............................................................. 113 3.2.5. Hợp chất XM5: araguspongine P ............................................................. 116 3.2.6. Hợp chất XM6: araguspongine A ............................................................. 118 3.2.7. Hợp chất XM7: araguspongine E ............................................................. 120 3.2.8. Hợp chất XM8: araguspongine L ............................................................. 122 3.2.9. Hợp chất XM9: petrosin ............................................................................ 124 3.2.10. Hợp chất XM10: petrosin A .................................................................... 127 3.2.11. Hợp chất XM11: aragupetrosine A ......................................................... 129 3.2.12. Tổng hợp các hợp chất phân lập được từ loài X. muta XM1 - XM11 . 131 3.3. Đánh giá hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập đƣợc .................... 133 3.3.1. Hoạt tính kháng viêm của các hợp chất phân lập được từ loài R. providentiae .......................................................................................................... 133 3.3.2. Hoạt tính kháng viêm của các hợp chất phân lập được từ loài X. muta 133 3.3.3. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập được từ loài R. providentiae ..................................................................................................... 134 vii 3.3.4. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập được từ loài X. muta ................................................................................................................. 134 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 140 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................... 142 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................... 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 144 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 1 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Diễn giải 13 C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Ph c ng hưởng t h t nh n cacbon 13 1 H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Ph c ng hưởng t h t nh n proton A-549 Human lung carcinoma cell Tế bào ung thư ph i ở người A-2780 Human ovarian carcinoma cell Tế bào ung thư c tử cung ở người BV2 Brain microglial cell Tế bào vi mô não CD Circular dichroism Spectroscopy Ph lưỡng sắc tròn COSY Correlation Spectroscopy Ph COSY BGC-823 Human gastric cancer cell Tế bào ung thư d dày ở người Bel-7402 Human hepatoma cancer cell Tế bào ung thư gan ở người DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer Spectroscopy Ph DEPT DMSO Dimethylsulfoxide (CH3)2SO DNA Deoxyribo Nucleic Acid Deoxyribo Nucleic Acid DPPH 1,1- diphenyl-2-picrylhydrazyl 1,1- diphenyl-2-picrylhydrazyl ESI-MS Electrospray Ionization Mass Spectrometry Ph khối ion h a phun m điện FBS Fetal bovine serum Huyết thanh bò Hep-G2 Human hepatocellular carcinoma cell Tế bào ung thư biểu mô gan HL-60 Human promyelocytic leukemia cell Tế bào ung thư máu HCT-8 Human colon carcinoma cell Tế bào ung thư biểu mô ru t kết HMBC Heteronuclear Mutiple Bond Connectivity Spectroscopy Ph tương t c d h t nh n qua nhi u li n kết HPLC High Performance Liquid Chromatography Sắc ký lỏng hiệu năng cao HR-ESI-MS High Resolution Electrospray Ionization Mass Spectrometry Ph khối lượng phân giải cao phun m điện HSQC Heteronuclear Single-Quantum Coherence Spectroscopy Ph tương t c d h t nh n qua 1 li n kết IC50 Inhibitory concentration at 50% Nồng đ ức chế 50% đối tượng thử nghiệm KB Human epidemoid carcinoma cell Tế bào ung thư biểu mô ở người LPS Lipopolysaccharide Lipopolysaccharide ix Kí hiệu Tiếng Anh Diễn giải LU-1 Human lung carcinoma cell Tế bào ung thư ph i ở người MCF-7 Human breast carcinoma cell Tế bào ung thư vú ở người MTT 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5- diphenyltetrazolium bromide 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5- diphenyltetrazolium bromide MDAMB-435 Human breast cancer cell Tế bào ung thư vú ở người L-1210 Mouse lymphocytic leukemia cell Tế bào ung thư b ch cầu ở chu t NOESY Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy Ph NOESY PI3K/Akt An intracellular signaling pathway important in regulating the cell cycle M t đường tín hiệu n i bào quan trọng trong việc đi u chỉnh chu kỳ tế bào R. Rhabdastrella Rhabdastrella SK-Mel-2 Human Melanoma cell Tế bào ung thư da ở người SRB Sulforhodamine B Sulforhodamine B TLC Thin layer chromatography Sắc k lớp mỏng TMS X. Tetramethylsilane Xestospongia (CH3)4Si Xestospongia x DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Số liệu 13C-NMR của 15 hợp chất khung isomalabaricane từ các loài hải miên giống Rhabdastrella. ........................................................................... 15 Bảng 1.2. Đặc điểm hình thái và phân bố của một số loài hải miên giống Xestospongia ...................................................................................................................... 19 Bảng 1.3. Số liệu 13C-NMR tại các vị trí chính của các hợp chất macrocyclic bis- quinolizidine alkaloid từ các loài hải miên giống Xestospongia ................. 27 Bảng 2.1. Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sự sản sinh ra NO trong tế bào BV2 của hợp chất RP1-RP18 ..................................................................................... 51 Bảng 2.2. Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sự sản sinh ra NO trong tế bào BV2 của các hợp chất XM1-XM11 ............................................................................ 52 Bảng 2.3. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất RP1-RP18 ............ 53 Bảng 2.4. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất XM1-XM11 .......... 53 Bảng 3.1. Số liệu phổ NM