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


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

ii


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

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

v


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

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
vii


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

:

Acetylcholinesterase

ATCI

:

Acetylthiocholine iodide

AD

:

Alzheimer disease (bệnh Alzheimer)

AMY

:

Amyloid

ABCG2

:

ATP-binding cassette sub-family G member 2

ABC


:

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


:

Ethyl acetate

Et3N

:

Triethylamine

Et2O

:

Diethyl ether

FDA

:

Food and Drug Administration

Gal

:

Galantamine

IC50



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


SGTN

:

Suy giảm trí nhớ

Stt

:

Số thứ tự

TMT

:

Trimethyltin chloride

TcAChE

:

Torpedo californica acetylcholinesterase

UV

:

Tử ngoại


:

doublet - doublet

m

:

mutiplet

s

:

singlet

t

:

triplet

xi


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


MHz,

DMSO–d6)

của

10

dẫn

chất

benzylaminochalcone ...................................................................................................... 94

xii


Bảng 3.7. Phổ

13

C-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 ............................................................................................................................. 98
Bảng 3.9. Phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO–d6) của 10 dẫn chất promazine chalcone
.......................................................................................................................................... 100
Bảng 3.10. Phổ 13C-NMR (125 MHz, DMSO-d6, δ ppm) của 10 dẫn chất promazine

ChemBioOffice 2008 ........................................................................................................ 30
Hình 2.3. Tối thiểu hóa năng lượng dẫn chất S28 bằng phần mềm SYBYL-X 1.1 ....... 31
Hình 2.4. Động lực học phân tử dẫn chất S28 bằng phần mềm SYBYL-X 1.1 ............. 32
Hình 2.5. Docking dẫn chất S28 vào 1dX6 bằng phần mềm BioSolveIT LeadIt .......... 33
Hình 2.6. Phân tích tương tác giữa dẫn chất S28 và 1dX6 bằng phần mềm MOE
2008.10 .............................................................................................................................. 34
Hình 2.7. Cấu trúc tổng quát của benzylaminochalcone ................................................. 45
Hình 2.8. Cấu trúc tổng quát của promazine chalcone .................................................... 48
Hình 2.9. Mô hình mê cung chữ Y ................................................................................... 54
Hình 2.10. Mô hình khám phá vật thể .............................................................................. 54
Hình 2.11. Mô hình khám phá vật thể ngày thứ nhất ...................................................... 56
Hình 2.12. Mô hình khám phá vật thể ngày thứ hai ........................................................ 57
xiv


Hình 2.13. Mô hình khám phá vật thể ngày thứ ba ......................................................... 57
Hình 3.1. Kiểu liên kết của galantamine trong cấu trúc tinh thể của phức hợp
TcAChE - Galantamine ..................................................................................................... 59
Hình 3.2. Gióng hàng các ligand đồng kết tinh được re-dock so với các ligand có sẵn
trong phức hợp .................................................................................................................. 60
Hình 3.3. Tương tác của phân tử dẫn chất S32 và S33 với AChE (pdbid: 1dX6) ......... 61
Hình 3.4. Tương tác của dẫn chất S23 với AChE............................................................ 63
Hình 3.5. Những vị trí nhóm thế của chalcone làm tăng khả năng kháng AChE .......... 64
Hình 3.6. Những vị trí nhóm thế của chalcone làm giảm khả năng kháng AChE ......... 64
Hình 3.7. Các tương tác của dẫn chất D1 và D2 và AChE (pdb id: 1dX6) .................... 65
Hình 3.8. Mô hình mô tả phân tử docking của D5 .......................................................... 67
Hình 3.9. Mô hình mô tả phân tử docking của D8 .......................................................... 68
Hình 3.10. Mô hình mô tả phân tử docking của D20 và D21 ......................................... 69
Hình 3.11. Cấu trúc của chalcone dị vòng làm tăng khả năng kháng AChE ................. 70
Hình 3.12. Biểu đồ thể hiện điểm số docking của 32 dẫn chất benzylaminochalcone .. 71

Hình 3.28. Phổ MS của AC1 .......................................................................................... 116
Hình 3.29. Cấu trúc của AC1.......................................................................................... 118
Hình 3.30. Mô hình mô tả phân tử docking của dẫn chất 2'-hydroxy-2,4dichlorochalcone (ST3) với AChE (pdb id: 1dX6) dạng 2D và 3D.............................. 124
Hình 3.31. Sự tương quan giữa điểm số docking và hoạt tính sinh học của các dẫn
chất chalcone ................................................................................................................... 125
Hình 3.32. Mô hình tương tác giữa ST1 và ST2 với AChE (pdb id: 1dX6) ............... 126
Hình 3.33. Mô hình tương tác 2D và 3D giữa ST17 và AChE (pdb id: 1dX6) ........... 127
Hình 3.34. Giá trị IC50 kháng AChE của galantamine và 24 dẫn chất chalcone dị
vòng trong nghiên cứu .................................................................................................... 129

xvi


Hình 3.35. Tương quan giữa điểm số docking và hoạt tính sinh học của các dẫn chất
benzylaminochalcone ...................................................................................................... 132
Hình 3.36. Mô hình tương tác 2D giữa A3 và AChE (pdb id: 1dX6) ......................... 133
Hình 3.37. Mô hình tương tác 2D giữa A6 và AChE (pdb id: 1dX6) .......................... 134
Hình 3.38. Mô hình tương tác 2D giữa donepezil và AChE (pdb id: 1dX6) ............... 134
Hình 3.39. Tương quan giữa điểm số docking và hoạt tính sinh học của các dẫn chất
promazine chalcone ......................................................................................................... 137
Hình 3.40. Tỷ lệ (%) tổ hợp khi chuột di chuyển vào các nhánh A, B, C trong thử
nghiệm mê cung chữ Y giữa các nhóm thử nghiệm ...................................................... 139
Hình 3.41. Phần trăm khám phá vật thể của từng nhóm trong thử nghiệm mô hình
khám phá vật thể ............................................................................................................. 141

xvii


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Sơ đồ xúc tác thủy phân acetylcholine ............................................................. 13

nay, thuốc kháng acetylcholinesterase đóng vai trò chủ lực, bên cạnh các thuốc
chống oxy hóa, các thuốc kháng viêm và thuốc bảo vệ thần kinh. [1]
Đến nay chưa có thuốc nào sở hữu đồng thời nhiều tác động dược lý vừa
kháng AChE, vừa kháng viêm, chống oxy hóa… Do vậy, tìm kiếm phân tử thể
hiện đa tác động dược lý, trong dó có tác động chủ lực kháng
acetylcholinesterase và chống oxy hóa là một ý tưởng mới cần nghiên cứu.
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.[2-4] 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,
Từ các cơ sở khoa học trên, đề tài nghiên cứu "Thiết kế, tổng hợp và
1


đánh giá tác động kháng acetylcholinesterase của một số dẫn ch t chalcone
nhằm sàng lọc thuốc mới hướng điều trị bệnh Alzheimer" được thực hiện.
Mục tiêu của đề tài
Sử dụng mô hình docking để dự đoán các cấu trúc chalcone có khả năng
kháng AChE tốt. Tổng hợp chọn lọc các chalcone dựa theo docking và thử hoạt tính
sinh học kháng AChE để tìm ra dẫn chất tiềm năng trong điều trị bệnh Alzheimer.
Nội dung đề tài
- Sử dụng mô hình mô tả phân tử docking để tìm ra cấu trúc chalcone có ưu thế
trong việc kháng acetylcholinesterase.
- Tổng hợp chọn lọc các dẫn chất chalcone theo định hướng của nghiên cứu mô

Hình 1.1. Cấu tạo vỏ não của người bình thường và người bị bệnh Alzheimer[5]
Bệnh Alzheimer là bệnh thường gặp ở người cao tuổi và số lượng bệnh nhân
ngày càng gia tăng. Nghiên cứu mới đây cho thấy số lượng bệnh nhân Alzheimer
trên toàn cầu là hơn 37 triệu trong đó 16 triệu ở Mỹ, 1,5 triệu ở Nhật Bản. Khu vực
Châu Á - Thái Bình Dương có khoảng 4,3 triệu ca mất trí mới mỗi năm, trong đó số
3


lượng mắc bệnh mất trí nhớ tuổi già Alzheimer chiếm tỷ lệ lớn. Theo ước tính chi phí
tối thiểu tiêu tốn năm 2007 (trực tiếp và gián tiếp) cho bệnh nhân Alzheimer riêng ở
Hoa kỳ là 100 tỷ USD.[7]
Tổ chức Y tế Thế giới ước tính rằng trong năm 2015 có 0,441% người trên thế
giới mắc bệnh, và tỷ lệ sẽ tăng lên 0,556% vào năm 2030.[5] Các nghiên cứu khác
cũng cho kết luận tương tự. Các yếu tố sau đây góp phần tăng khả năng mắc bệnh
Alzheimer: tuổi, giới tính, dân tộc, bệnh liên quan về huyết áp, tăng cholesterol
máu, hội chứng Down… Trong đó, tuổi là yếu tố có nguy cơ cao nhất như trình bày ở
bảng 1.1. Bắt đầu từ tuổi 65 thì mỗi 5 năm có gấp đôi số ca bị Alzheimer và tuổi 85
thì có phân nửa số người bị bệnh Alzheimer.
Bảng 1.1. Tỷ lệ người mắc bệnh Alzheimer sau 65 tuổi[7]
Tuổi

Số ca nhiễm bệnh trong 1000 người/năm

65-69

3

70-74

6

Thời kỳ giữa: Người bệnh dần dần mất các khả năng thực hiện những vận
động sinh hoạt hàng ngày, ngôn ngữ bị xáo trộn, mất khả năng đọc viết.[8]
Thời kỳ cuối: Trong giai đoạn cuối, bệnh nhân hoàn toàn phụ thuộc vào
người chăm sóc. Ngôn ngữ giảm thiểu chỉ còn các cụm từ đơn giản hoặc thậm chí là
những từ đơn, cuối cùng dẫn đến mất tiếng nói và liệt toàn thân. Người bị bệnh
Alzheimer sau đó thường sẽ chết bởi các tác nhân bên ngoài như nhiễm trùng, viêm
phổi … [8]
1.1.3. Nguyên nhân bệnh Alzheimer
Nguyên nhân của bệnh Alzheimer được cho là do sự hiện diện của các mảng
protein dạng bột beta amyloid- bám ở não được trình bày trong hình 1.2 và các đám
rối của protein “TAU” làm cho não bị tổn thương và chết các tế bào thần kinh.[5, 7]
Nguyên nhân đầu tiên kể đến là sự xuất hiện của một protein beta amyloid,
chúng không hòa tan nên tích tụ thành những mảng keo. Ở bệnh nhân Alzheimer,
những chất này nằm xung quanh các tế bào thần kinh chết, một loại protein có
tên amyloid precursor cũng tồn tại ở đây giúp cho hoạt động hủy hoại tế bào thần
kinh của beta amyloid. Sự có mặt quá nhiều của beta amyloid sẽ làm giảm chất
trung gian dẫn truyền thần kinh ACh cần thiết cho trí nhớ. Beta amyloid cũng ngăn
chặn sự vận chuyển ion K+, Na+, Ca2+ qua màng tế bào. Ngoài ra còn có vai trò
của một số chất protein khác như ERAB (endoplasmic-reticulum associated
binding protein), mảng AMY (giống beta amyloid), Par-4 (prostate apoptosis
response - 4).[7, 9]

5


Hình 1.2. Mảng protein dạng bột amyloid bám trên tế bào thần kinh[7]
Đồng thời, ở bệnh nhân Alzheimer có sự hiện diện của nhiều AChE sẽ làm
thiếu hụt chất trung gian dẫn truyền thần kinh ACh cần thiết cho trí nhớ.[8]
Một số yếu tố khác đã được xác định có liên quan Alzheimer là yếu tố gene,
homocystein, sự thiếu hụt vitamin nhóm B, trầm cảm, chấn thương đầu, nhóm