BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
BẠCH ĐỨC HIỆP
HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT ỨC CHẾ
DIPEPTIDYL PEPTIDASE-4 DÙNG
TRONG ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
HÀ NỘI - 2013
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
BẠCH ĐỨC HIỆP
HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT ỨC CHẾ DIPEPTIDYL
PEPTIDASE-4 DÙNG TRONG
ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
PGS.TS. Nguyễn Hải Nam
Nơi thực hiện:
Bộ môn Hóa Dược
HÀ NỘI - 2013
LỜI CẢM ƠN
Người thầy đã dành thời gian và tâm huyết hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cho tôi nhiều kiến
thức quý báu trong suốt quá tình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến, DS. Hoàng Văn Hải cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa
dược đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo và các thầy
cô giáo trường Đại học Dược Hà Nội đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè cũng như những người
thân yêu đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và trong cuộc sống.

Hình 1.4: Một số thuốc đại diện của nhóm thiazolidindion 6
Hình 1.5: Một số đại diện của nhóm meglitinid [30, 31] 6
Hình 1.6: Một số đại diện của nhóm 7
Hình 2.7: Đặc điểm vị trí của 6 thành viên trong họ DPP-IV,với sDPP-IV là dạng hòa tan của
DPP-IV [10] 10
Hình 2.8: Chuỗi theo hàng ngang các acid amin trên DPP-IV và POP 11
Hình 2.9: Toàn thể cấu trúc của DPP-IV dạng homodimer 12
Hình 2.10: Cấu trúc các monomer [51] 14
Hình 2.11: Cách tấn công vào DPP-IV 15
Hình 2.12: Các vị trí hoạt động trên DPP-IV 17
Hình 2.13: Diprotin A (IIe-Pro-Ile) và các vị trí hoạt động của DPP-IV 18
Hình 2.14: Đường vào vị trí hoạt động của DPP-IV 19
Hình 2.15: Vị trí các aa trên GLP-1 và GIP [69] 20
Hình 2.16: Vị trí tác dụng của DPP-IV 20
Hình 2.17: Cơ chế hoạt động của GLP-1 trong việc điều tiết glucose. 21
Hình 2.18: Hai cách để bảo vệ dạng hoạt động của hormon incretin trước tác dụng của enzym
DPP-IV [65] 21
Hình 2.19: Giản đồ cơ chất của DPP-IV 23
Hình 2.20: Tính chọn lọc trên DPP-IV của một số chất ức chế. 24
Hình 3.21: Các chất dẫn đường trong tổng hợp của DPP-IV 26
Hình 3.22: Giản đồ cơ chất của DPP-IV 26
Hình 3.23: Các chất ức chế nhóm peptid và không cộng hóa trị 27
Hình 3.24: Các chất ức chế cộng hóa trị. 28
Hình 3.25: Các chất dẫn đường của cyanopyrrolidin. 29
Hình 3.26: nhóm α 36
Hình 3.27: nhóm α thuận nghịch và không thuận nghịch 37
Hình 3.28: Sitagliptin 37
Hình 3.29: Một số đại diện nhóm không giả peptid 37
Hình 3.30: Cơ sở thiết kế cấu trúc C dựa vào Alogliptin (A) và các chất ức chế DPP-IV (B)
42

Theo tổ chức y tế thế giới (WHO), ĐTĐ “là một hội chứng có đặc tính biểu hiện bằng tăng
glucose huyết do hậu quả của việc thiếu/hoặc mất hoàn toàn insulin hoặc có liên quan đến việc
suy yếu trong hoạt động của insulin”.
1.1.2. Phân loại :
Hiệp hội ĐTĐ Mỹ 2009, ĐTĐ được chia làm 4 loại ĐTĐ typ 1; ĐTĐ typ 2; ĐTĐ thai kỳ
và các typ đặc biệt khác. Trong đó chủ yếu nghiên cứu 2 dạng là typ1 và typ 2.
 ĐTĐ typ 1
ĐTĐ typ 1 đặc trưng bởi tình trạng thiếu insulin tuyệt đối, hậu quả của sự phá hủy tế bào β
do nguyên nhân tự miễn, do virus, do hóa chất hoặc tự phát (vô căn) trong đó nguyên nhân
thường gặp nhất là do tự miễn. Triệu chứng của ĐTĐ type 1 bao gồm : khát nhiều, ăn nhiều, đái
nhiều và giảm cân. Tuổi khởi bệnh thường gặp nhất là dưới 30, tuy vậy cũng có thể gặp ở lứa
tuổi cao hơn. Bệnh thường có yếu tố di truyền hoặc liên quan đến 1 số yếu tố môi trường (nhiễm
virus trong thời kỳ có thai, độc tố ) và có thể mắc cùng với một số bệnh tự miễn khác như :
basedow, viêm tuyến giáp Hashimoto, bệnh Addision
 ĐTĐ typ 2 :
ĐTĐ typ 2 liên quan đến sự thiếu insulin tương đối và hiện tượng kháng insulin. Nồng độ
insulin máu bình thường hoặc cao trong trường hợp đề kháng insulin chiếm ưu thế. Nồng độ
insulin giảm trong trường hợp có khiếm khuyết chức năng tiết insulin. Như vậy, mặc dù tế bào β
đảo tụy vẫn tiết insulin nhưng không đủ để vượt qua mức độ kháng insulin do đó glucose huyết
vẫn tăng.
 So sánh sự khác nhau giữa typ 1 và typ 2 :
 Typ 1 :
Hay còn gọi là bệnh tự miễn, tuyến tụy bị tấn công và phá hủy bởi chính các tế bào tự
miễn, do đó làm bất hoạt khả năng tiết insulin. Những người bị đái tháo đường typ 1 phải được
tiêm insulin hàng ngày.
 Typ2 :
Tuyến tụy sản xuất đủ insulin, tối thiểu trong các bữa ăn hàng ngày của người bị bệnh tiểu
đường. Nhưng do một vài nguyên nhân mà vẫn chưa được xác định rõ, các tế bào của cơ thể đã
kháng lại hoặc vô tình kháng lại insulin. Để bù đắp lại, các bơm của tuyến tụy tăng cường lượng
insulin để đưa mức glucose về bình thường. Và theo thời gian, khoảng 10 năm, việc tăng insulin

Tất cả các hợp chất này đều là dẫn chất của sulfonylurea, khác nhau ở vị trí R
1
và R
2
. Do
có tính acid yếu nên các hợp chất nhóm này liên kết mạnh với protein trong máu. Vì vậy, khi
dùng đồng thời với các thuốc khác, chúng có thể đẩy các thuốc đó ra khỏi chỗ liên kết protein,
có khi gây tác dụng không mong muốn. Ví dụ, khi dùng tolbutamid đồng thời cùng dicumarol,
có thể gây chảy máu.
Các sulfonylurea được chia làm 2 thế hệ, thế hệ 2 tác dụng mạnh và thường lâu hơn thế hệ
1. Sau đây là công thức cấu tạo của một số hợp chất
Thế hệ 1 (Hình 1.1) :
Hình 1.1: Các sulfonylurea thế hệ 1
Thế hệ 2 (Hình 1.2) :
Hình 1.2: Các sulfonylurea thế hệ 2
 Nhóm 2 : biguanid và các dẫn chất
Thời trung cổ, ở châu Âu, người ta đã dùng cây Galera officinalis để điều trị bệnh đái tháo
đường. Đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã xác định được hoạt chất trong cây có tác dụng là
guanadin. Tuy có tính chất làm hạ đường huyết, nhưng độc tính cao nên guanadin không được
dùng trong điều trị. Một thời gian ngắn sau khi đưa các sulfonylurea vào điều trị, một biguanide
đầu tiên là phenformin được dùng trong lâm sàng. Phenformin gây nhiễm acid lactic nên ngày
nay không được tiếp tục sử dụng. Metformin, một biguanid khác có tác dụng tốt, ít tác dụng phụ
được sử dụng rộng rãi như hiện nay.
Một số thuốc đại diện (Hình 1.3) :
Hình 1.3: Một số thuốc đại diện của nhóm biguanid
 Nhóm 3 : nhóm thiazolidindion và các dẫn chất :
Năm 1997, triglitazon, một TZD đầu tiên cũng được sử dụng tại Mỹ [45]. Đây là một
nhóm thuốc mới có tác dụng chống tăng đường huyết. Trong nhóm này, hiện có 2 chất được
dùng trong điều trị đái tháo đường typ 2 là pioglitazon và rosiglitazon.
Hình 1.4: Một số thuốc đại diện của nhóm thiazolidindion

 Nhóm thiazolidindion làm giảm các yếu tố kháng insulin.
 Các chất ức chế DPP-IV làm tăng khả năng giải phóng insulin từ tuyến tụy ngay sau bữa
ăn.
 So sánh ưu nhược điểm của các nhóm thuốc :
Ưu điểm Nhược điểm
Nhóm sulfonylure (glyburid, glimepirid, glipizid) [23-25, 93]
- Tấn công nhanh
- Không ảnh hưởng tới huyết áp
- Không ảnh hưởng đến LDL
cholesterol
- Liều tiện dụng
- Giá thấp
- Nguy cơ trên tiêu hóa ít hơn
metformin
- Tăng cân (trung bình từ 2.25kgs
đến 4.5kgs )
- Tăng nguy cơ hạ đường huyết
- Glyburide có nguy cơ hạ đường
huyết cao hơn glimepirid và glipizid
Metformin (nhóm biguanid)
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp
- Không liên quan tới việc tăng cân
- Tác dụng tốt trên LDL cholesterol
- Tác dụng tốt trên triglycerides
- Không tác dụng lên huyết áp
-Giá thấp
- Có nguy cơ cao trên hệ tiêu hóa
(buồn nôn và tiêu chảy)
- Không dùng cho người có bệnh
thận vừa hoặc nặng và có nguy cơ tim

quan tới bệnh thiếu máu
- Tăng những tác dụng không tốt
trên cholesterol LDL
- Rosiglitazon liên quan tới việc
tăng triglycerid và nguy cơ nhồi máu
cơ tim
- Pioglitazon làm tăng nguy cơ
ung thư bàng quang
- Khả năng tác dụng chậm
-Giá cao
Nhóm meglitinid (nateglinid, repaglinid)
- Không có tác dụng xấu nào trên
cholesterol
- Tốc độ tác dụng nhanh
- Repaglinid có liên quan tới việc
tăng nguy cơ giảm glucose huyết và
cũng làm tăng cân giống sulfonylure
- Nateglinid kém hiệu quả hơn
trên HbA1c
- Liều dùng chưa được thuận tiện
- Giá cao
Các chất ức chế DPP-IV
- Nguy cơ hạ đường huyết thấp hơn
sulfonylure
- Nguy cơ trên hệ tiêu hóa thấp hơn
metformin
- Liều dùng thuận tiện (có thể uống)
- Có khả năng duy trì và hổi phục tế
bào β [94]
- Giảm HbA1c kém hơn các

 Những mũi tên màu vàng và những thanh màu đỏ : chỉ biểu diễn sự khác nhau giữa các aa
 Y : các vị trí glycosyl hóa giàu điện tử
 Màu đỏ : các vị trí có khả năng glycosyl hóa
 Những đường màu xanh với các cystein : các liên kết disulphid
 Màu hồng : các gốc xúc tác
 Màu xanh da trời : biểu diễn cho tyrosin có chức năng ổn định nguyên tử oxy âm phần
 Màu xanh lá cây : các aa nằm trong liên kết của adenosine deaminase
 Màu xám : phần xuyên màng
Cấu trúc tinh thể (Hình 2.9) của vùng ngoài (từ aa 39 tới 766) của DPPIV khoảng 2.1A
o
và
gồm 2 phần chính: 1 N-tận gồm 8 β-chân vịt tạo thành hình dẹt (từ aa 61 tới 495) và 1 C-tận có
α/β hydrolase (từ aa 39 tới 55 và 497 tới 766) [6, 104, 133].
Hình 2.9: Toàn thể cấu trúc của DPP-IV dạng homodimer
Ghi chú : Dimer màu đỏ và xanh; vị trí hoạt động của các aa hình cầu và sợi, trục xoắn α
màu vàng [6].
Các hốc vùng chân vịt tỳ vào vùng xúc tác thủy phân, và bộ ba của trung tâm xúc tác
(S630; H740 và D708) nằm tại vị trí giao thoa giữa 2 vùng. Tốc độ xúc tác cho việc phân cắt cơ
chất H-Ala-Pro-7-amido-4-trifluromethylcoumarin (Ala-Pro-AFC) của DPPIV là 5.2 * 10
6
M
-1
s
-1

[6, 122].
Mỗi đơn vị bất đối bao gồm 2 homodimer [51]. Cấu trúc các monomer (Hình 2.10) phù
hợp với độ lệch tiêu chuẩn (RMSDs) là từ 0.64A
o
tới 0.98A

E205 và E206 [26] và được cố định bởi liên kết hydro với chuỗi bên của 2 aa glutamic. 2 aa
glutamic này được giữ nguyên dạng cấu trúc bởi liên kết cầu muối và liên kết hydro với aa
R125, Y662, D663 và N710. Khả năng xúc tác của DPP-IV cho việc phân cắt các peptid tốt nhất
là khi có 1 pro hoặc ala tại vị trí P
1
[81, 83]. (các tên gọi đặc biệt như : P
1
, S
1
, S
2
sẽ được chỉ rõ
trong giản đồ cơ chất và cơ sở thiết kế ở phần sau).
Hốc sơ nước S
1
gồm các acid amin V656, Y631, Y662, W659, Y666, và V711. Hốc S
2
cũng là sơ nước và được xác định bởi chuỗi acid amin R125, F357, Y547, P550, Y631, và
Y666.
Gốc Ser630 được hình thành bởi các aa Gly-Trp-Ser630-Tyr-Gly. Chuỗi này là cần thiết
cho khả năng hoạt động của DPPIV [108] và được lưu lại trong họ α/β hydrolase (Gly-X-Ser-X-
Gly). Hướng của S630 được giữ bởi những liên kết hydro nằm giữa nhóm carbonyl của S630 với
amide của Y634, và amid của S630 với carbonyl của V653 [6, 122].
 Trung tâm hoạt động của DPP-IV :
Trung tâm hoạt động của DPP-IV gồm bộ 3 xúc tác: Ser630, Asp708 và His740. Ngoài ra,
còn có các vị trí xúc tác cần thiết cho hoạt động của DPP-IV như: Tyr547 nằm ở vùng xúc tác
thủy phân, Glu205 và Glu206 nằm ở vùng β-chân vịt [4, 99, 108, 122] .
Trung tâm hoạt động này nằm ở một khoang rộng là bề mặt giao của 2 vùng : vùng β-chân
vịt và vùng xúc tác thủy phân. Ser630 nằm giữa sợi β5 và trục xoắn C, hình khuỷu và có tính ái
nhân, mang đặc trưng loại α/β hydrolase [109]. Nhóm hydroxyl của serin cộng hóa trị tốt và tạo

Ser630 vào đúng vị trí. Điều này cũng phù hợp với những nghiên cứu trên chuột có DPPIV khi
đã chỉ ra chuỗi Gly628-X-Ser630-Tyr631-Gly632 cũng cần thiết cho khả năng hoạt động của
DPP-IV [108].
Để tìm hiểu rõ hơn về trung tâm hoạt động của DPP-IV, chúng ta sẽ nghiên cứu dạng phức
của DPP-IV với cơ chất chọn lọc. Xét cơ chất chọn lọc là :diprotin A khi gắn vào các vị trí hoạt
động của DPP-IV (Hình 2.13 và Hình 2.14) :
 Với diprotin A :
Diprotin A (Ile-Pro-Ile), một chất ức chế cạnh tranh [120, 121] , nó có liên kết cộng hóa trị
với vị trí hoạt động Ser630 của DPP-IV. Đầu N-tận Ile (P2) và Pro gốc (P
1
) có khả năng tương
tác với các vị trí liên kết của cơ chất.
DPP-IV làm thủy phân các oligopeptid và protein từ N-tận, cắt các đơn vị dipeptid khi
đoạn thứ 2 là prolin, hydroxyprolin, dehydroprolin, pipecolic acid hoặc alanin. Các tiểu đơn vị
prolin tại vị trí P1 của diprotin A ở dạng trans và khớp với các vị trí hoạt động trên enzym. Hốc
S
1
gồm: Val711, Val656, Tyr662, Tyr666, Trp659, và Tyr631, kỵ nước, có thể được làm đầy bởi
prolin tốt hơn là alanin.
Điều cần thiết cho việc liên kết của cơ chất là N-tận của cơ chất, nó có thể được bảo vệ
hoặc không được bảo vệ. Phức hợp diprotin A đã cho thấy nhóm NH3
+
- tận được giữ vị trí rất
chính xác bởi tương tác mạnh với carboxylat của cặp phân tử Glu (Glu205 và Glu206 ) cũng
như OH- của Tyr662. Glutamic thứ 3, Glu204, có một liên kết hydro với NH của Arg125,
His126 và Ser127 cũng như nhóm OH- của Ser127.
Hình 2.13: Diprotin A (IIe-Pro-Ile) và các vị trí hoạt động của DPP-IV
Ghi chú :
 Cơ chất diprotin A được giữ trong một hình tứ diện theo liên kết cộng hóa trị với
Ser630.

T2DM. Dùng GLP-1 cho bệnh nhân di truyền mạn tính đã dẫn tới việc giảm đáng kể cả lượng
glucose trong máu và huyết tương HbA
1
c [39, 148].
Các nghiên cứu lâm sàng trên người cũng đưa ra các bằng chứng chứng minh hiệu quả của
việc giảm glucose huyết khi dùng sitagliptin và vildagliptin đơn độc hoặc kết hợp với các tác
nhân chống ĐTĐ khác hiện có. Cơ chế tác dụng mà các chất ức chế DPP-IV làm giảm đường
huyết là khác biệt so với các tác nhân làm hạ đường huyết khác. Chúng kiểm soát lượng đường
trong máu cao bởi việc gây cho tuyến tụy tăng tiết insulin, tăng tuần hoàn GLP-1, giảm tiết
glucagon và truyền tín hiệu cho gan để giảm sản xuất glucose [103]. Đánh giá này đã nhấn mạnh
sự phát triển của các chất khác nhau ức chế DPP-IV dựa trên các nghiên cứu lâm sàng và tiền
lâm sàng. Nó bao gồm cả tiềm năng phát triển các chất ức chế DPP-IV theo tác dụng của GLP-1
[66].
Ngoài ra, các thử nghiệm trong lâm sàng của vildagliptin đối với những người bị T2DM đã
được tiến hành khi dùng đơn liều hay dùng kết hợp với metformin, pioglitazon hoặc insulin và
cũng đã chứng minh được khả năng cải thiện lượng đường huyết [101, 118, 123]. Những bệnh
nhân được điều trị với liều 100mg vildagliptin/ngày trong khoảng 24 tuần cho thấy mức giảm
A
1
C ( trong đó, A1c là tỉ lệ phần trăm của HbA1c (đã gắn glucose) trên tổng Hb toàn phần, giúp
đánh giá lượng đường trung bình có trong máu trong vòng 2-3 tháng gần nhất bằng cách đo nồng
độ của glycosylated hemoglobin) trung bình là 1.1% từ mức ban đầu là 8.7 % trên 1.301 bệnh