GIỚI THIỆU CHUNG Hợp chất thiên nhiên biển được đánh giá vô cùng đa dạng với hàng loạt các hợp chất có cấu trúc hóa học đặc biệt, có hoạt tính mạnh mà nổi trội là các hoạt tính diệt tế
Trang 1M ỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC
T Ừ SINH VẬT BIỂN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015-2020 Bùi H ữu Tài, Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Văn Thanh, Nguy ễn Thị Minh Hằng, Phan Văn Kiệm, Đoàn Thị Mai Hương,
Ph ạm Văn Cường * , Châu Văn Minh *
Vi ện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
*Email: cvminh@vast.vn; phamvc@imbc.vast.vn
I GIỚI THIỆU CHUNG
Hợp chất thiên nhiên biển được đánh giá vô cùng đa dạng với hàng loạt các hợp chất
có cấu trúc hóa học đặc biệt, có hoạt tính mạnh mà nổi trội là các hoạt tính diệt tế bào ung thư, kháng sinh, chống viêm, giảm đau, kháng virus,… Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng cho các nghiên cứu dược lý nhằm phát triển các loại thuốc phục vụ chăm sóc
sức khỏe cộng đồng Nghiên cứu về hợp chất thiên nhiên biển ở Việt Nam đã dần được triển khai hệ thống, bài bản và ngày một mở rộng Bên cạnh các nhóm sinh vật biển như
Hải miên, San hô, Da gai, vi sinh vật, ở giai đoạn 2015-2020 các nghiên cứu ở Viện Hóa sinh biển đã mở rộng thêm tới các đối tượng vi tảo và động vật thân mềm Các nghiên cứu
về cấu trúc hóa học của các hợp chất phân lập được thực hiện chuyên sâu tới các cấu hình tuyệt đối Đồng thời, đánh giá hoạt tính sinh học của các hợp chất cũng chuyển sang giai đoạn nghiên cứu cơ chế tác động, ảnh hưởng của hợp chất tới đích sinh học cụ thể Trong báo cáo này, chúng tôi tóm lược một số kết quả nghiên cứu nổi bật về thành phần hóa học
và hoạt tính sinh học của các loài sinh vật biển thực hiện ở Viện Hóa sinh biển trong giai đoạn 2015-2020
II K ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
2.1 Nghiên c ứu về hóa học và hoạt tính sinh học từ các loài Hải miên
Trong các năm 2015-2020, nghiên cứu các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ Hải miên
tập trung chủ yếu vào các loài Hải miên sinh sống ở vùng biển Bắc Trung Bộ tới Trung Trung Bộ của Việt Nam Các loài Hải miên bao gồm Smenospongia cerebriformis,
Haliclona xena, Hippospongia pacifica, Ircinia echinata, Rhabdastrella providentiae, Amphimedon complanata, Polymastia boletiformis, Ircinia ramosa, Acanthella klethra, Agelas oroides và Xestospongia muta được nhóm nghiên cứu lựa chọn để nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học [Huyet et al (2017a-b); Kiem et al (2017a-b, 2018); Dung et al (2018a-b, 2019)] 87 hợp chất được phân lập và đánh giá tác
dụng gây độc tế bào ung thư, tác dụng kháng viêm Trong số đó có 21 hợp chất có cấu trúc hóa học mới Từ loài Hải miên S cerebriformis nhóm nghiên cứu đã phát hiện được 8 hợp
chất mới thuộc khung merosesquiterpene (1-6) và naphtoquinone (7-8) Bên cạnh đó, cấu
trúc tuyệt đối của phần cyclopentanone trong hợp chất merosesterterpen 9-12 cũng được
xác định bằng kết hợp phân tích phổ lưỡng sắc tròn thực nghiệm và phổ lưỡng sắc tròn
Trang 2tính toán theo hóa lượng tử Đây là công bố đầu tiên về xác định cấu hình tuyệt đối tại hai trung tâm bất đối C-16 và C-17 của các hợp chất này
Hợp chất naphtoquinone 8 thể hiện tác dụng gây độc tế bào ung thư đối với các dòng
tế bào LU-1 (ung thư phổi), MCF-7 (ung thư vú), HepG2 (ung thư gan), SK-Mel2 (ung thư da) và HL-60 (ung thư bạch cầu) với giá trị IC50 trong khoảng từ 10,4 tới 17,5 µm
Dựa trên ảnh huỳnh quang của nhân tế bào nhuộm bằng Hoechst 33342, nhận thấy hợp
chất 8 gây chết tế bào LU1 theo con đường apoptosis Bên cạnh đó, hợp chất 8 còn thể
hiện tác dụng kháng viêm trên mô hình thử nghiệm ức chế sản sinh NO ở tế bào RAW264.7 với giá trị IC50 là 16,6 µm Điểm nổi bật khác trong thành phần hóa học các loài Hải miên nghiên cứu là sự phát hiện ra các hợp chất có cấu trúc tương tự isomalabaricane (13-27) với sự có mặt của hệ 3 vòng ngưng tụ [6, 6, 5] từ loài Hải miên
R providentiae Trong số các hợp chất này, hợp chất 26 có cấu trúc hóa học đặc biệt thú
vị bởi sự epxy hóa đóng vòng hình thành một cấu trúc đa vòng phức tạp với nhiều trung
Trang 3tâm cacbon bất đối Hợp chất 17 thể hiện tốt nhất tác dụng gây độc tế bào ung thư LU-1,
MCF-7, HepG2, SK-Mel2 và HL-60 với giá trị IC50dao động từ 11,1 tới 16,0 µm và hợp
chất 22 thể hiện tốt nhất tác dụng ức chế sản sinh NO trên tế bào RAW264.7 với giá trị
IC50 là 18,4 µm Bên cạnh nhóm hợp chất terpenoid, từ loài Hải miên A klethra và X
muta nhóm nghiên cứu đã phát hiện sự có mặt của các hợp chất chứa dị tố như các dẫn
xuất brom (28-34) hay các hợp chất alkaloid ( 35-45)
Trong số các hợp chất này, hợp chất 35 và 36 được đánh giá là các hợp chất tiềm năng
cho nghiên cứu và phát triển thuốc có tác dụng kháng ung thư Giá trị IC50 của hai hợp
chất này đều < 1 µm đối với các dòng tế bào ung thư thử nghiệm (LU-1, MCF-7, HepG2, SK-Mel2 và HL-60) Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế gây chết tế bào ung thư của hợp chất
35 nhận thấy hợp chất này có khả năng thúc đẩy quá trình apoptosis bằng cách hoạt hóa
enzyme caspase 3 đồng thời hợp chất 35 còn có ảnh hưởng bắt giữ pha G2 (hình 1), ngăn
cản quá trình phân bào trong chu trình phát triển của tế bào ung thư vú MCF-7
Trang 4Hình 1 Ảnh hưởng của hợp chất 35 tới chu trình của tế bào MCF-7
2.2 Nghiên c ứu về hóa học và hoạt tính sinh học từ các loài San hô
Nghiên cứu thành phần hóa học của một số loài San hô trong giai đoạn 2015-2020 tập
trung vào các loài Carijoa riisei, Sinularia leptoclados, Cladiella krempfi, Junceella
fragilis , Sinularia sp., Verrucella corona, Sinularia brassica, Menella woodin [Lyakhova
et al (2016); Hanh et al (2017); Nam et al (2017, 2018); Ngoc et al (2017, 2020)] Bằng các phương pháp sắc ký nhóm nghiên cứu đã phân lập được 80 hợp chất từ các mẫu San
hô nêu trên Trong số đó, 14 hợp chất được xác định có cấu trúc hóa học mới Chúng tôi
nhận thấy rằng, bên cạnh các hợp chất cembranoid thường gặp ở các loài San hô, trong các nghiên cứu này chúng tôi còn phát hiện có các hợp chất diterpene với dạng khung eunicellin, briarane và các hợp chất steoid có cấu trúc ít được công bố trước đây
Từ loài San hô Cladiella krempfi ở Việt Nam chúng tôi đã phân lập được các hợp chất
eunicellin diterpene (46-54) có cấu trúc hóa học hình thành bởi vòng cyclohexane liên kết
dạng cis (C-1/C-10) với vòng cyclodecane và sự có mặt của cầu ether giữa C-2 và C-9
hình thành cấu trúc mới dạng 3 vòng ngưng tụ [9, 6, 5] Tùy thuộc vào vị trí hydroxy hóa hay acetyl hóa trên các vị trí C-3, C-6, C-7 và C-11 mà hình thành các hợp chất khác nhau Trong số các hợp chất này, hợp chất 53 lần đầu tiên phát hiện từ loài San hô Cladiella
krempfi ở Việt Nam Hợp chất này có khả năng gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thư
Trang 5bạch cầu chuột (L1210) ở nồng độ nhỏ cỡ 1 mg/mL Một nhóm hợp chất diterpene khác chúng tôi phân lập được là nhóm hợp chất diterpene khung briarane Các hợp chất này có
thể hình thành theo cơ chế sinh tổng hợp hợp chất gốc có khung cembrane Tiếp theo đó là
quá trình đóng vòng giữa C-1 và C-10 để hình thành hai vòng ngưng tụ dạng trans [10, 6]
Ngoài ra, quá trình oxy hóa đóng vòng hình thành thêm vòng -lactone giữa C-18 và C-7
để hình thành cấu trúc hợp chất briarane Trên cấu trúc của các hợp chất dạng briarane diterpenoid từ San hô thường có các nhóm thế acetoxy tại C-2, C-9 và C-14, bên cạnh đó
là sự có mặt của các nhóm hydroxy và trong một số trường hợp còn xuất hiện nhóm thế
halogen mà thông thường là dẫn xuất của clo Từ loài San hô Junceella fragilis, nhóm
nghiên cứu đã phân lập được 12 hợp chất briarane diterpenoid (55-66)
Trong đó, hợp chất 17-epi-junceellolide B (56) là hợp chất mới được phát hiện ra từ
loài San hô Junceella fragilis ở Việt Nam, cho đến nay trong số khoảng 650 hợp chất briarane diterpenoid phân lập từ San hô thì duy nhất hợp chất 56 có nhóm methyl ở C-17
định hướng dạng Cấu hình dạng của nhóm 17-CH3ở 56 được xác định bằng phân tích
số liệu phổ NMR, phổ lưỡng sắc tròn và hệ số thời gian lưu khi phân tích HPLC của hợp
chất 56 so với đồng phân cấu hình 17α (55) Từ loài San hô Verrucella corona, nhóm
nghiên cứu đã phân lập và xác định được các hợp chất sterol 67-72 có cấu trúc ketal tại
C-24, từ đó hình thành thêm các cấu trúc đa vòng ở phần nhánh của khung sterol Trong số
Trang 6đó, các hợp chất verrucorosteroid A (67) verrucorosteroid B (69) và verrucorosteroid C (68) là những hợp chất mới được phát hiện ra từ loài San hô V corona Bên cạnh các
sterol có cấu trúc ketal tại C-24, một số các hợp chất sterol với cấu trúc ít gặp khác cũng
được phân lập từ các loài San hô V corona và S leptosclados, cụ thể như các hợp chất
sterol 73-78 Các hợp chất này có cấu trúc mạch nhánh bị oxy hóa như cắt mạch hình thành vòng lacton giữa 24 và 21 (73 và 74), hay oxy hóa đóng vòng giữa 22 và
C-16 (76 và 77) , đặc biệt là hợp chất 78 có cấu trúc sắp xếp lại vòng D của khung sterol từ
dạng vòng cyclopentane thông thường sang vòng cyclohexane rất ít gặp ở các hợp chất sterol trong tự nhiên Trong đó 03 hợp chất verrucorosterone (75), verrucorosteroid D (76), verrucorosteroid E (77) là những hợp chất mới được phát hiện ra từ loài San hô
Verrucella corona Hợp chất leptosteroid (78) là hợp chất mới được phát hiện từ loài San
hô Sinularia leptoclados
Hợp chất 75 gây độc tế bào ung thư đối với các dòng tế bào LNCaP, HepG2, KB,
MCF-7, SK-Mel-2, HL-60, LU-1, SW-480 với các giá trị IC50 lần lượt là 19,48 ± 1,05; 17,01 ± 1,52; 17,75 ± 2,41; 13,61 ± 0,86; 14,06 ± 1,55; 18,91 ± 0,84; 12,85 ± 1,11; 13,92
± 1,64 µm Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế gây chết tế bào ung thư của hợp chất 75 cho
thấy hợp chất này tác động đến chu kỳ tế bào ở giai đoạn sub-G1 khi thử nghiệm trên dòng tế bào MCF-7 Bên cạnh đó, phân tích flow cytometry cũng nhận thấy hợp chất 75
thúc đẩy quá trình tự chết (apoptosis) của tế bào ung thư vú MCF-7
Hình 2 Tác động của hợp chất 75 lên quá trình tự chết của tế bào MCF-7
Trang 72.3 Nghiên c ứu về hóa học và hoạt tính sinh học từ vi sinh vật biển
Trong giai đoạn 2015-2020, từ 154 mẫu thu thập ở vùng biển Bắc Trung Bộ tới Trung Trung Bộ Việt Nam, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 121 chủng xạ khuẩn có hình thái
và màu sắc khuẩn lạc khác nhau gồm 34 chủng xạ khuẩn từ 40 mẫu thu thập ở vùng biển Thanh Hóa - Quảng Bình - Quảng Trị, 46 chủng xạ khuẩn từ 55 mẫu thu thập ở vùng biển
Huế - Quảng Nam - Đà Nẵng và 41 chủng xạ khuẩn từ 59 mẫu thu thập ở vùng biển
Quảng Ngãi - Bình Định - Phú Yên
Hình 3 Hình thái khuẩn lạc của một số chủng vi sinh vật nghiên cứu
Dựa trên kết quả nuôi cấy và sàng lọc hoạt tính kháng 7 chủng vi sinh vật kiểm định [3 chủng vi khuẩn Gram (-): Escherichia coli ATCC25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853, Salmonella enterica ATCC13076; 3 chủng vi khuẩn Gram (+):
Enterococcus faecalis ATCC29212, Stapphylococus aureus ATCC25923, Bacillus cereus
ATCC 13245 và 1 chủng nấm Candida albicans ATCC10231] và 1 chủng vi khuẩn lao
Mycobacterium tuberculosis H37Rv, 15 chủng vi sinh vật biển có hoạt tính tốt nhất được
định danh và nuôi cấy lượng lớn để nghiên cứu thành phần hóa học bao gồm Dietzia sp G113b, Streptomyces sp G192, Streptomyces sp G212, Streptomyces sp G246,
Streptomyces sp G261, Streptomyces sp G263, Streptomyces sp G266, Streptomyces sp G278, Streptomyces sp G280, Streptomyces sp G297, Micromonospora sp G233,
Micromonospora sp G244, Salinispora sp G336, Salinispora sp G361 và
Pseudokineococcus sp G417 [ Tuan et al (2019a-b); Danh et al (2020)]
Trang 8Từ chủng Streptomyces sp G212, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 16 hợp chất
trong đó có có 2 hợp chất mới là 4,5-dihydroxy-7-methyl phthalide (79) và 2,4-dichlorophenyl 2,4-dichlorobenzoate (80), 01 hợp chất lần đầu phân lập từ tự nhiên là
ethylene terephthalate cyclic trimer (81) H ợp chất 79 sau đó còn phân lập được từ chủng
vi sinh vật biển khác là Streptomyces sp G278 Cấu trúc hóa học của hợp chất 81 có tính
đối xứng cao được khẳng định dựa trên phương pháp nhiễu xạ Xray đơn tinh thể Bên
cạnh đó, từ chủng xạ khuẩn Streptomyces sp G212, nhóm nghiên cứu cũng phân lập được
2 hợp chất kháng sinh germicidine A (82), germicidine B (83), hợp chất dẫn xuất cyclopentenone (84), d ẫn xuất quinoline alkaloid (85) cùng với một số hợp chất dipeptide vòng (86-88) Việc phân lập được 2 hợp chất kháng sinh germicidine A và B mở ra định hướng cho việc nghiên cứu sử dụng chủng vi khuẩn này trong sản xuất germicidine A và germicidine B Do có cấu trúc phân tử nhỏ, chứa nhiều dị tố và nguyên tử cacbon không liên kết với hydro, cấu trúc hóa học của 2 hợp chất mới 79 và 80 được khẳng định chính
xác bằng phương pháp tổng hợp toàn phần Hợp chất 80 được tổng hợp thông qua 1 phản ứng ester hóa tuy nhiên hợp chất 79 và một đồng phân khác của nó 79f được tổng từ
2,3-dimethoxybenzoic acid thông qua 2 con đường khác nhau để phân biệt cấu trúc hóa học
của 2 hợp chất này
Hình 4 Sơ đồ tổng hợp tổng hợp toàn phần hợp chất 79 và đồng phân 79f
Kết quả đánh giá tác dụng khác vi sinh vật kiểm định cho thấy hợp chất 79 gây ức chế
sự phát triển của các chủng vi sinh vật E faecalis, S aureus, B cereus, S enterica với
nồng độ ức chế tối thiểu MIC lần lượt là 64.0, 128.0, 128.0, và 256.0 µg/mL Từ dịch ngoại bào của của chủng vi sinh vật Streptomyces sp G246, nhóm nghiên cứu phân lập hai
hợp chất mới có cấu trúc dạng flavanone và chalcone là
(2S,2″S)-6-lavandulyl-7-methoxy-5,2′,4′-trihydroxylflavanone (89), (2″S)-5′-lavandulyl-4′-methoxy-2,4,2′,6′-tetrahydroxy chalcone (90) Cấu trúc tuyệt đối tại các trung tâm lập thể ở hai hợp chất này được xác định bằng kết hợp tính toán hóa lý thuyết và phân tích thực nghiệm phổ lưỡng sắc tròn
Trang 9Hợp chất 89 thể hiện hoạt tính tốt nhất đối với vi khuẩn lao chủng Mycobacterium
tuberculosis H37Rv với giá trị MIC = 6.0 μg/mL Bên cạnh đó, hợp chất 89 cũng thể hiện
tác dụng ức chế sự phát triển của các chủng vi sinh vật kiểm định E faecalis, S aureus, B
cereus , E coli, P aeruginosa, S enterica, C albicans với giá trị MIC lần lượt là 32.0, 32.0, 16.0, 128.0, 32.0, 32.0, 32.0 µg/mL Hợp chất 90 thể hiện tác dụng ức chế mạnh nhất
trên chủng S aureus với giá trị MIC là 1.0 µg/mL
Ngoài ra, hai hợp chất 91 và 92 lần đầu tiên phân lập được từ tự nhiên Hai hợp chất
này được chúng tôi phân lập từ chủng xạ khuẩn Streptomyces sp G278 Hợp chất 91 thể
hiện tác dụng kháng vi sinh vật trên nhiều chủng vi sinh vật khác nhau như E coli (MIC:
64.0 μg/mL), S enterica (MIC: 256.0 μg/mL), S aureus (MIC: 256.0 μg/mL), E faecalis
(MIC: 256.0 μg/mL), và C albicans (MIC: 64.0 μg/mL) trong khi hợp chất 92 nhận thấy
có tác dụng kháng vi sinh vật chọn lọc trên chủng E faecalis (MIC: 256.0 μg/mL)
2.4 Nghiên c ứu về hóa học và hoạt tính sinh học từ các loài Da gai
Trong giai đoạn 2015-2020, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 71 hợp chất từ 08 loài
Da gai, cụ thể có 17 hợp chất từ loài Hải sâm Stichopus horrens, 14 hợp chất từ loài sao
biển Pentaceraster regulus, 12 hợp chất từ loài Huệ biển Capillaster multiradiatus, 8 hợp
chất từ loài Hải sâm Holothuria edulis, 7 hợp chất từ loài Hải sâm H impatiens, 6 hợp
chất từ loài Hải sâm H whitmaei, 5 hợp chất từ loài Sao biển Acanthaster polyacanthus và
2 hợp chất từ loài Sao biển A planci [Viet et al (2016, 2018a-c); Cuong et al (2017);
Hoang et al (2020)] Bên cạnh các nhóm hợp chất steroid glycoside và triterpene
glycoside thường thấy ở các loài Da gai, từ loài Huệ biển C multiradiatus nhóm nghiên
cứu còn phân lập được các hợp chất khung anthraquinon (93-99) Trong đó, 2 hợp chất 93
và 94 là các hợp chất mới được đặt tên là capillasterquinone A và capillasterquinone B
Hợp chất 97 lần đầu tiên phân lập được từ thiên nhiên và công bố đầy đủ các số liệu 1
H-
và 13C-NMR Một điều rất đáng quan tâm nữa là, đây là các nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về thành phần hóa học của các loài Huệ biển
Trang 10Từ loài Hải sâm S horrens, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 5 hợp chất triterpene
saponin mới, đặt tên là stichorrenoside A E (100-104) Phần aglycone của hai chất mới
100 và 101 có chứa nhóm OH tại vị trí C-22 và cấu trúc 7,25-diene là một aglycone có cấu
trúc mới được phát hiện từ các loài Hải sâm Đơn vị đường 4-O-sodium
sulfate-β-D-glucopyranose có mặt trong phân tử của hợp chất 101 rất hiếm gặp trong thiên nhiên và
đây là lần đầu tiên đơn vị đường này được phát hiện ở các hợp chất saponin phân lập được
từ các loài Hải sâm
Các hợp chất 100 và 102 cũng là những trường hợp đầu ở các hợp chất saponin phân
lập được từ các loài Hải sâm tính đến thời công bố có chứa chuỗi hai gốc đường
β-D-glucopyranosyl-(1 2)-β-D-xylopyranoside Bên cạnh đó, một hợp chất triterpene saponin
mới khác, holothurin A5 (105) cũng được phân lập khi nghiên cứu thành phần hóa học loài
Hải sâm H edulis Hợp chất mới 105 có cấu trúc hóa học độc đáo với sự có mặt của nhóm
perhydroxide (-OOH) ở vị trí C-25 và đây là trường hợp đầu tiên phát hiện được sự có mặt
của nhóm chức này trong các hợp chất saponin phân lập được từ các loài Hải sâm tính đến
thời điểm công bố Bên cạnh đó, sự xuất hiện của đơn vị đường 3-methoxyglucopyranose
ở hợp chất 104 và 105 là đặc điểm về cấu trúc ít gặp trong các hợp chất steroid glycoside
phân lập từ các loài Da gai Trong nhóm các hợp chất steroid và steroid glycoside phân lập
từ các loài Da gai nghiên cứu, chúng tôi đã phân lập được 3 hợp chất mới: hợp chất
regulusoside D (106) và (24S)-cholestane-3 β,5,6β,8,15α,24-hexol (108) được phân lập từ
loài Sao biển P regulus, hợp chất polyacanthoside A (107) được phân lập từ loài Sao biển
