Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết và cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây nopal (opuntia sp ) được nhập vào việt nam

Để tậndụng được nguồn nguyên liệu cây xương rồng Nopal dùng làm nguồn dược liệu,các chất tách từ cây có thể dùng làm thuốc hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường làvấn đề có ý nghĩa vì vậy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Thu Hằng

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT

VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT

CHÍNH TỪ CÂY NOPAL (OPUNTIA SP.) ĐƯỢC NHẬP VÀO

VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tạ Thu Hằng

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT

VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT

CHÍNH TỪ CÂY NOPAL (OPUNTIA SP.) ĐƯỢC NHẬP VÀO

VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hóa sinh học

Mã số : 62420116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS LÊ TẤT KHƯƠNG

2 PGS.TS NGUYỄN VĂN MÙI

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nghiên cứu sinh

Tạ Thu Hằng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân thành và quý báu của các tập thể, các thầy cô giáo, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân.

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng tới PGS.TS

Lê Tất Khương, PGS.TS Nguyễn Văn Mùi những người thầy đã tận tình hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ cũng như động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện nghiên cứu và Phát triển Vùng đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành những nghiên cứu của mình.

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, Bộ môn sinh lý thực vật và hóa sinh, Bộ môn Tế bào-mô phôi -Lý sinh, khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi trong thời gian qua.

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ phòng Hóa thực vật 2, Phòng Dược lý-Viện Dược liệu đã giúp đỡ tôi về chuyên môn nghiên cứu.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, cán bộ phòng Công nghệ sinh học Nông nghiệp, Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng đã luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình đã luôn ủng hộ, hết lòng chia sẻ các khó khăn và động viên tôi để tôi có đủ thời gian

và nghị lực thực hiện luận án này.

Nghiên cứu sinh

NCS Tạ Thu Hằng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH 9

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 14

1.1 Cây xương rồng Nopal và một số nghiên cứu về chi Opuntia

14 1.1.1 Đặc điểm thực vật 14

1.1.2 Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia 17 1.1.3 Hoạt tính sinh học của chi Opuntia 20

1.1.3.1 Tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của chi Opuntia 20

1.1.3.2 Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia 24

1.2 Những nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ glucose huyết, hạ cholesterol từ các loài thực vật khác 27

1.3 Bệnh đái tháo đường 29

1.3.1 Định nghĩa, phân loại 29

1.3.2 Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) 30

1.4 Tình hình bệnh ĐTĐ và biến chứng của ĐTĐ

30 1.4.1 Tình hình ĐTĐ trên thế giới và ở Việt Nam 30

1.4.2 Biến chứng đái tháo đường 32

1.4.3 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường 34

1.4.3.1.Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 1 34

1.4.3.2 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2 35

1.5 Một số đích tác dụng của một số thuốc điều trị ĐTĐ

41 1.5.1.Đích tác dụng làm giảm kháng insulin 41

1.5.2 Thuốc điều trị hiện nay 44

1.6.1.1 Các phương pháp gây ĐTĐ trên động vật thực nghiệm 45

1.6.1.2 Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết in vivo 45

1.6.2 Các mô hình nghiên cứu in vitro 46

1.7 Bệnh rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ

47 1.7.1 Định nghĩa, phân loại, đặc trưng của rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ type 2 47

1.7.2 Hậu quả của rối loạn chuyển hóa lipid 50

1.7.3 Điều trị 50

1.7.3.1.Mục tiêu điều trị 50

1.7.3.2.Điều trị rối loạn lipid máu không dùng thuốc 52

1.7.3.3 Điều trị rối loạn lipid máu dùng thuốc 52

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53

2.1 Đối tượng nghiên cứu 53

2.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 53

2.1.2 Hóa chất và thiết bị thí nghiệm 53

2.1.2.1 Hóa chất 53

2.1.2.2 Thiết bị thí nghiệm 54

2.2 Phương pháp nghiên cứu 55

2.2.1 Nghiên cứu về thực vật học 55

2.2.1.1 Mô tả đặc điểm hình thái 55

2.2.1.2 Nghiên cứu giải phẫu 55

2.2.2 Nghiên cứu về hóa học 55

2.2.2.1.Phương pháp xác định thành phần dinh dưỡng 55

2.2.2.2 Phương pháp chiết phân đoạn 62

2.2.2.3 Phương pháp định tính 62

2.2.2.4 Phương pháp định lượng polyphenol toàn phần 65

2.2.2.5 Phương pháp phân lập các hợp chất 66

2.2.2.6 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 67

2.2.3 Nghiên cứu tác dụng sinh học 68

2.2.3.1 Xác định độc tính cấp 68

2.2.3.2 Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết 69

2.2.3.3 Phương pháp đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC, ức chế FAS kích thích sự hấp thu glucose 73

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thống kê 76

2.2.5 Sơ đồ nghiên cứu 76

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 78

3.1 Nghiên cứu về thực vật 78

3.1.1.Đặc điểm hình thái thực vật 78

3.1.2 Đặc điểm giải phẫu 81

3.1.2.1 Cấu tạo giải phẫu thân 82

3.1.2.2 Cấu tạo giải phẫu thân rễ 82

3.1.2.3 Đặc điểm bột 83

3.2 Nghiên cứu về hóa sinh học 84

3.2.1 Đánh giá sơ bộ thành phần dinh dưỡng của 03 giống cây xương rồng Nopal nghiên cứu trồng tại Việt Nam 84

3.2.2 Nghiên cứu độc tính cấp của 03 giống xương rồng Nopal trồng tại Việt Nam 89

3.2.2.1.Dịch chiết toàn phần từ 03 giống xương rồng Nopal 90

3.2.2.2 Kết quả thử độc tính cấp của các cao chiết tổng của 03 giống xương rồng Nopal 90

3.2.3 Nghiên cứu tác dụng hạ đường huyết của 03 giống cây xương rồng Nopal trồng tại Việt Nam 92

3.2.4 Xác định các nhóm chất chính trong giống xương rồng Jalpa 94

3.2.4.1 Định tính các nhóm chất trong các cao phân đoạn giống xương rồng Jalpa 94

3.2.4.2 Định lượng polyphenol toàn phần trong các cao phân đoạn 96

3.2.5 Nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của giống xương rồng Jalpa trên chuột ĐTĐ type 2 97

3.2.5.1 Gây chuột nhắt ĐTĐ type 2 973.2.5.2 Tác dụng hạ đường huyết của các cao chiết phân đoạn trên chuộtĐTĐ type 2 1013.2.5.3 Tác dụng hạ mỡ máu trên chuột ĐTĐ type 2 của các cao chiết phân đoạn 1043.2.6 Kết quả đánh giá cơ chế tác dụng hạ glucose huyết của các cao chiếtphân đoạn thông qua hoạt hóa p-AMPK, p-ACC 1113.2.7 Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất từ cao phân đoạn PĐE có tác dụng hạ glucse huyết và cholesterol máu tốt nhất 1143.2.8 Đánh giá tác dụng của 04 hợp chất tinh khiết flavonoid từ phân đoạn dịch chiết ethyl acetat (PĐE) trên p-AMPK và p- ACC 1243.2.8.1.Xác định độ độc tế bào 1243.2.8.2 Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ3T3-L1 của 4 hợp chất flavonoid 1253.2.8.3 Tác dụng ức chế FAS theo nồng độ của typhaneosid và astragalintrên tế bào mô mỡ 3T3-L1 1273.2.9 Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ 3T3-L1 theo nồng độ của typhaneosid 1283.2.10 Đánh giá tác dụng hoạt hóa AMPK kích thích sự hấp thu glucose của hợp chất typhaneosid theo nồng độ 129KẾT LUẬN 132KIẾN NGHỊ 133DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 134TÀI LIỆU THAM KHẢO 135

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮTACC acetyl-CoA cacboxylase

AOAC Association of official Analytical Chemitsts

GLP-1 Aminoimidazol 4-carbonxamid ribosid

AMPK Adenosine Monophotphate Activated Protein Kinasae

ATP Adenosine triphosphate

BMI Body Mas Index (chỉ số khối cơ thể)

DMEM Môi trường nuôi cấy tế bào Dulbecco’s Modified Eagle Medium

DMSO Dimethylsulfoxid

ELISA Enzyme Linked Immunosorbent Assay (Kỹ thuật miễn dịch liên kết với

enzyme)

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

(Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

FAS Fatty acid synthase

GAD glutamin acid decarboxylase

GLP-1 Glucagonlike peptid-1

GLUT Hệ vận chuyển glucose (glucose transporter)

HbA1C Glycated hemoglobin (Hemoglobin gắn đường)

HDL High Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng cao)

HFD High fat diet (chế độ ăn giàu chất béo)

HLA human leucocyte antigen

HMBC Heteronuclear Multiple Bond Connectivity

HSL Hormon –sensitive lipase

HSQC Heteronuclear Multiple Quantum Coherence

IC50 Haft maxial inhibitory concentration (Nồng độ gây ức chế 50% hoạt

tính sinh học hoặc hóa sinh

IDF International Diabetes Federation (Liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế)LC-CoA Long chair-CoA

LD50 Lethal dose (Liều gây chết 50% động vật thí nghiệm)

5

LDL Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

MAP Opuntia Milpa Alta

MAPK mitogen-activated protein kinase

MS Mas Spectroscopy (Phổ khối lượng)

MTT 3- (4,5- dimethylthiazol-2-YL) 2,5- diphenyl-tetrazolium bromid

NMR Nuclear Magnetic Resonace Spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt

nhân)

PĐE Cao phân đoạn ethyl acetat

PĐH Cao phân đoạn n-hexan

CCT Cao tổng (cồn 70 %)

OFI Oputia Ficus-indica

OFS Opuntia ficus-indica var.saboten

p-ACC Acetyl- CoA cacboxylase đã được phosphoryl hóa ở phân tử serin 79p-AMPK Adenosine monophosphate activated protein kinase trong đó phân tử

threonine 172 đã phosphoryl hóa

PKC Protein kinase C

PPAR Peroxisome proliferator – activated receptor

PDH Enzyme pyruvat dehydrogenase

UNESCO United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (Tổ

chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc)

VLDL Very Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

VOS Hỗn hợp lá vối, lá ổi, lá sen

WHO World Health Organization

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các loài thuộc chi Opuntia 17

Bảng 1.2 Các hợp chất phenol và flavonoid được tìm thấy tron thân cây xương rồng thuộc chi Opuntia 18

Bảng 1.3 Hàm lượng phenol và flavonoid trong thân của cây xương rồng thuộc loài Oputia ficus- indica 19

Bảng 1.4 Tỉ lệ ước tính và số người mắc bệnh ĐTĐ (ở người trưởng thành trên 18 tuổi) ở một số khu vực trên thế giới 31

Bảng 1.5 10 nước ở Châu Á có số lượng bệnh nhân (từ 20-79 tuổi) mắc bệnh tiểu đường cao nhất 32

Bảng 1.6 Chuẩn đoán rối loạn lipid máu theo khuyến cáo của Hội tim mạch Việt Nam (2013) 48

Bảng 2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn 60

Bảng 2.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn theo chất đối chiếu acid gallic 65

Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm gây chuột ĐTĐ type 2 70

Bảng 3.1 Mô tả hình thái nhánh của các giống nghiên cứu 80

Bảng 3.2 Hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong 100 gram mẫu tươi của 03 giống Nopal 1 năm tuổi trồng tại Ninh Thuận 85

Bảng 3.3 Hàm lượng một số chất khoáng chất và vitamin trong 100 gram mẫu tươi của 03 giống Nopal 1 năm tuổi trồng tại Ninh Thuận 86

Bảng 3.4 Phần trăm tách chiết của các cao chiết tổng của 03 giống cây xương rồng Nopal 90

Bảng 3.5 Kết quả thử độc tính cấp theo đường uống của cao chiết tổng 03 giống xương rồng Nopal 91

Bảng 3.6 Khảo sát tác dụng hạ glucose huyết của cao chiết tổng 03 giống cây xương rồng Nopal 92

Bảng 3.7 Phần trăm tách chiết của các cao phân đoạn của giống xương rồng Jalpa 94

Bảng 3.8 Kết quả định tính các nhóm chất bằng phản ứng hóa học 95Bảng 3.9 Kết quả định lượng polyphenol toàn phần trong các cao chiết 96Bảng 3.10 Kết quả trọng lượng chuột trước và sau 8 tuần vỗ béo 98Bảng 3.11 Nồng độ đường huyết của các lô thí nghiệm tại các thời điểm(mmol/l) 100Bảng 3.12 Nồng độ glucose huyết của chuột ĐTĐ type 2 sau khi uống cao chiết phân đoạn 102Bảng 3.13 Sự khác biệt về các chỉ số mỡ máu chuột ở nhóm ND và HFD 104Bảng 3.14 Nồng độ cholesterol toàn phần huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau

20 ngày uống cao chiết phân đoạn 105Bảng 3.15 Nồng độ cho triglycerid huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20ngày uống cao chiết phân đoạn 107Bảng 3.16 Nồng độ cho HDLc huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20 ngàyuống cao chiết phân đoạn 108Bảng 3.17 Nồng độ cho LDLC huyết thanh của chuột ĐTĐ type 2 sau 20 ngàyuống cao chiết phân đoạn 109Bảng 3.18 Bảng tên các hợp chất phân lập từ phân đoạn ethyl acetat 121

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal trồng tại Mêxicô 14

Hình 1.2 Đặc điểm giải phẫu của thân và chất nhầy xương rồng thuộc chi Opuntia 16

Hình 1.3 Sơ lược về cơ chế phân tử OFS điều chỉnh hấp thu glucose trong tế bào cơ 20 Hình 1.4 Cấu trúc của acid betalamic (a), betacyanins (b) và betaxanthins (c) 21

Hình 1.5 5 isorhamnetin glycoside được chiết xuất từ Opuntia ficus- indica 22

Hình 1.6 Cơ chế làm giảm sự tăng cân cơ thể do việc sử dụng chất chiết xuất từ Opuntia ficus-indica trong mô hình chuột béo phì 22

Hình 1.7 Hình minh họa con đường truyền tín hiệu insulin 37

Hình 1.8 Sự ức chế lẫn nhau giữa chuyển hóa glucose và acid béo trong tế bào

39 Hình 1.9 Chức năng của mô mỡ 40

Hình 1.10 Tác dụng hoạt hóa AMPK của leptin hoặc adiponectin 40

Hình 2.1 Đồ thị đường chuẩn 60

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn xác định nồng độ acid gallic 65

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 77

Hình 3.1 Cây xương rồng Nopal 78

Hình 3.2 Rễ xương rồng Nopal 79

Hình 3.3 Lá hay các gai non của xương rồng Nopal 79

Hình 3.4.Hoa của xương rồng Nopal 79

Hình 3.5 Quả của xương rồng Nopal 79

Hình 3.6 Vi phẫu thân xương rồng 82

Hình 3.7 Vi phẫu thân rễ 82

Hình 3.8 Một số đặc điểm bột thân cây xương rồng Nopal 83

Hình 3.9 Một số đặc điểm bột thân rễ Nopal 83

Hình 3.10 Tác dụng của cao phân đoạn trên mức độ biểu hiện của protein p-AMPK và p-ACC 112

Hình 3.11 Công thức cấu tạo của hợp chất OF1 115

Hình 3.12 Công thức cấu tạo của hợp chất OF2 116

Hình 3.13 Công thức cấu tạo của hợp chất OF3 117

Hình 3.14 Công thức cấu tạo của hợp chất OF3.1 118

Hình 3.15 Công thức cấu tạo của hợp chất OF4 119

Hình 3.16 Công thức cấu tạo của OF5 119

Hình 3.17 Công thức cấu tạo của OF6 120

Hình 3.18 Mức độ độc tế bào mô mỡ 3T3-L1 của 4 hợp chất flavonoid phân lập từ phân đoạn PĐE 124

Hình 3.19 Tác dụng của 4 hợp chất flavonoid phân lập từ phân đoạn PĐE của OFI trên protein phospho-AMPK và p-ACC 125

Hình 3.20 Tác dụng ức chế FAS theo nồng độ của typhaneosid và astragalin trên tế bào mô mỡ 3T3-L1 127

Hình 3.21 Tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC của typhaneosid ở tế bào mô mỡ 3T3-L1 theo nồng độ 128

MỞ ĐẦU

Xương rồng thuộc chi Opuntia, loài Opuntia ficus- indica có nguồn gốc từ Mêxicô, còn được gọi là xương rồng Nopal, một loài cây quan trọng đối với nền

kinh tế nông nghiệp trên khắp vùng khô cằn và bán khô cằn của thế giới: châu

Âu, Tây Nam Hoa Kỳ, Bắc Mêxicô, các nước Mỹ Latinh, châu Phi và vùng ĐịaTrung Hải …[107]

Theo thống kê của FAO và UNESCO, Việt Nam có 462.000 ha cát venbiển và hàng năm có khoảng 10-20 ha đất canh tác bị cát lấn, dẫn đến độ phìnhiêu của đất bị suy giảm mạnh Một trong những giải pháp khắc phục là xácđịnh nhóm cây trồng có nhiều giá trị sử dụng phù hợp với đặc tính chịu hạn, sửdụng ít nước, chịu nóng như cây xương rồng Nopal [4]

Xương rồng Nopal ngoài việc sử dụng như rau ăn hàng ngày còn đượcchế biến các loại thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, chất đốt sinh học, xử lý nướcthải…[129] Theo truyền thống ở Mêxicô cây xương rồng Nopal được sử dụng

để điều trị bệnh đái tháo đường, béo phì Các nghiên cứu cho thấy loài Opuntia ficus- indica có tác dụng hạ glucose huyết, giảm rối loạn lipid máu, làm tăng dịch

chuyển protein vận chuyển (GLUT4) glucose ra màng tế bào, tăng khả năng hấpthu glucose, giảm kích thước tế bào mô mỡ [63, 88, 91]

Sự bùng nổ của căn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) trong vài năm gần kéotheo những hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và kinh tế đối với toàn xã hội.Năm 2006 số người mắc bệnh ĐTĐ trên toàn thế giới là 246 triệu và dự báo tănglên 380-399 triệu vào năm 2025 ĐTĐ là nguyên nhân gây tử vong đứng hàngthứ 4 trên thế giới, gây giảm tuổi thọ trung bình từ 5-7 năm Chi phí cho điều trịĐTĐ của toàn thế giới năm 2007 ước tính là 232 ngàn tỷ đô la Mỹ, dự đoán tăng

302 ngàn tỷ năm 2025 [118, 139]

Ở Việt Nam, trong vòng 10 năm trở lại đây, tỉ lệ gia tăng bệnh đái tháođường là 211 % Gấp 3 lần của thế giới (70 %) Ước tính có khoảng 53.458 ca tửvong do bệnh ĐTĐ vào năm 2015 Theo Liên đoàn ĐTĐ quốc tế, chi phí liên

Cây xương rồng Nopal đã được Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng nhậpnội từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, đã tiến hành trồng thử nghiệm thànhcông chống cát bay, cát nhảy ở vùng đất khô hạn của tỉnh Ninh Thuận Để tậndụng được nguồn nguyên liệu cây xương rồng Nopal dùng làm nguồn dược liệu,các chất tách từ cây có thể dùng làm thuốc hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường là

vấn đề có ý nghĩa vì vậy chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết v hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ

cây Nopal (Opuntia sp.) được nhập v o Việt Nam”.

Mục tiêu:

Lựa chọn được giống xương rồng Nopal trồng ở Việt Nam có tác dụng hạglucose huyết tốt nhất Chiết xuất, phân lập và xác định cấu trúc một số chất tinhkhiết từ thân cây xương rồng Nopal Tìm ra hợp chất chính trong cây xương rồngNopal trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết và hạ cholesterol

 Đóng góp mới của đề tài:

+Lần đầu tiên ở Việt Nam xác định được 01 giống xương rồng Jalpa thuộc

loài Opuntia ficus- indica trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose

huyết

+ Xác định được thành phần dinh dưỡng, định tính các nhóm chất, phânlập xác định cấu trúc hóa học của 8 chất trong phân đoạn cao chiết ethylacetat lần lượt là: OF1 (β-sitosterol 3-O-β-D-glucopyranosid), OF2

(astragalin), OF3 (acid ferulic), OF3.1 (acid gallic), OF4 (rutin), OF5(narcissosid), OF6 (typhaneosid), OF7 đường oligosaccharid , và định tênđược các hợp chất trong cao phân đoạn ethylacetat của cây Cao chiếtphân đoạn ethyl acetat có tác dụng hạ glucose huyết, cholesterol và khảnăng hoạt hóa enzym p-AMPK và p-ACC tốt nhất

+Lần đầu tiên phát hiện hoạt chất typhaneosid, được phân lập từ câyxương rồng Jalpa có tác dụng hoạt hóa p-AMPK và p-ACC, ức chế FAS(tổng hợp acid béo), làm tăng sự hấp thu glucose trong tế bào

Chi: Opuntia Mill.

Loài: Opuntia ficus-indica (L.)

Mill

Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal

trồng tại Mêxicô

Chi Opuntia, với khoảng 1.500 loài xương rồng, có nguồn gốc từ Mêxicô

và lan rộng khắp Trung và Nam Mỹ, Úc, Nam Phi, bao gồm cả các khu vực ĐịaTrung Hải [107]

Loài Opuntia ficus- indica dùng làm thức ăn cho gia súc thuộc về họ Cactaceae bao gồm khoảng 130 chi và 2.000 loài Opuntia ficus- indica hay còn

gọi là xương rồng Nopal có nguồn gốc từ Mêxicô và có những đặc điểm thích

hợp để phát triển trong khu vực bán khô hạn Opuntia ficus- indica là loài mà

nhánh và quả đều ăn được Ngoài ra, là một cây trồng có thể thay thế cho các câytrồng ở vùng khô hạn và thiếu nước, có thể được sử dụng như một loại rau vànguồn thức ăn có giá trị trong các vùng đất khô cằn và bán khô hạn trong thời kỳhạn hán và thiếu rau ăn [107]

Ở Mêxicô tổng số có 104 loài xương rồng thuộc chi Opuntia, trong đó có

24 loài được sử dụng cho các mục đích khác nhau: 15 loài trong đó được sử dụng

làm thức ăn cho gia súc, 6 loài cho quả, 3 loài cho rau Nopal, Opuntia indica, Opuntia robusta và Nopalea cochellinifera là những loài chính được sử

ficus-dụng trong sản xuất xương rồng Nopal tại Mêxicô [147]

Một số giống thuộc loài Opuntia ficus- indica được sử dụng trong sản xuất

xương rồng Nopal rau tại Mêxicô là: Copera F1, copera V1, Alta, Jalpa,Chicomostoc, Villanueva, Polotitlan, Tlaconopal, Creole kiểu ý [148], Moradillo,Nopal quả trắng, Nopal quả đen, Polotitlan, Nopal gai trắng, đặc biệt là loài

Nopalea cochinelliera, O.robusta cũng được sử dụng rộng rãi [146].

Mêxicô và Italy là những quốc gia trồng và tiêu thụ cây xương rồng thuộc

chi Opuntia là chính khoảng 590.000 ha trồng trên toàn thế giới, Mêxicô chiếm

70 % và Ý là 3,3 % Ở điều kiện sản xuất tối ưu, sản lượng xương rồng Nopalhàng năm ở Mêxicô có thể đạt 350.000 tấn [49] Ngày nay, cây xương rồng thuộc

chi Opuntia được trồng trong hơn 30 quốc gia: Chile và Nam Phi là trồng với

diện tích 1500 ha và 1000 ha Israel và Colombia chiếm khoảng 300 ha Tại Hoa

Kỳ, California có diện tích trồng cây xương rồng thuộc chi Opuntia là 200 ha,

sản xuất được 4000 tấn chất khô [49]

Ở Việt Nam cây xương rồng Nopal thuộc loài: Opuntia ficus-indica mới

được Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng- Bộ Khoa học và Công nghệ di thực từMêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, gồm 13 giống, đã trồng thử nghiệm thànhcông tại vùng đất cát khô hạn của Ninh Thuận Hiện nay diện tích cây xươngrồng Nopal tại Ninh Thuận có khoảng hơn 10 ha

hoặc hình xoan, có màu xanh lá cây nhạt Các hoa lưỡng tính có kích thước trungbình và màu vàng tươi Quả to, mọng hình trứng, màu vàng và sẽ có màu tím khichín Cây được coi là một trong những cây chịu hạn nhất ở các khu vực khô hạn[107]

Những cây xương rồng tán rộng là những cây xương rồng khổng lồthường làm thức ăn gia súc, có chiều cao cây trung bình và thân cây có nhiềunhánh, ít phát triển theo chiều cao thân Các nhánh cân nặng trung bình 1,8 kg,chiều dài khoảng 40 cm, với hình dạng tròn và hình trứng [107]

Thân của hai loại cây xương rồng này có khả năng tích nước và kiểm soátquá trình bốc hơi nước Cả hai giống đều không có gai, chúng được phát triển từcác loài có gai [107]

Quả cây xương rồng loài Opuntia ficus- indica đa dạng về hình dạng, kích

thước, màu sắc và có hạt cứng Quả có vị ngọt, bùi, ngon ngọt, có hình dạng hìnhtrứng, hình cầu, hình trụ; vỏ quả cứng, một vài chỗ có gai nhỏ Quả có kích thước

từ 4,8-10 cm, chiều rộng 4-8 cm và trọng lượng từ 100 đến 200 g Quả có vỏdày, khi còn non quả màu xanh lá cây, nhưng màu sắc này sẽ được thay đổi thànhmàu xanh, vàng, cam, đỏ, tím hoặc nâu, tùy thuộc vào điều kiện trồng Thịt quảnhiều và ngọt [107]

 Đặc điểm giải phẫu [135]

Lớp mô dày

Lớp biểu bì

Lớp nhu

mô chứa nước

Lớp nhu mô có

chứa diệp lục

Kênh mucilage

Hình 1.2 Đặc điểm giải phẫu của thân v chất nhầy xương rồng thuộc chi

Opuntia

A Lát cắt ngang thân B Phần chất nhầy

1.1.2 Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia

Chi Opuntia có giá trị dinh dưỡng cao, chủ yếu là khoáng chất, protein,

Dầu thô (%)

Tro (%)

Acid phenolic a

-Chú thích: a: mmol acid galic/g mẫu, b: mmol quercetin/ g mẫu

Cây xương rồng có chứa một lượng đáng kể các acid ascorbic, vitamin E,carotenoid, chất xơ, acid amin và các hợp chất chống oxy hóa (phenol, flavonoid,betaxanthin và betacyanin), có lợi ích cho sức khỏe như: hạ đường huyết và hạ

mỡ máu, và chống oxy hóa [80, 94]

Trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia nguồn polyphenol trong đó

flavonoid là thành phần chủ yếu và quan trọng nhất [99]

Thân cây xương rồng có chứa vitamin, chất chống oxy hóa và cácflavonoid khác nhau, đặc biệt là ether quercetin 3-methyl Chất chiết xuất từ thân

của cây xương rồng thuộc loài Oputia ficus-indica có thể làm giảm mức

cholesterol và tác dụng chống loét và chống viêm, làm lành vết thương [80]

Bảng 1.2 Các hợp chất phenol v flavonoid được tìm thấy trong thân cây

xương rồng thuộc chi Opuntia [135]

Giống/ nguồn gốc Chiều dài

3,4-Opuntia ficus-indica

Milpa Alta, Mexicô

17-20 cm Quercetin, kaempferol, isorhamnetin

(1-2)-[rhamnosyl-(1-6)]-isorhamnetin 3-O-(pentosylglucosid)-7-O- glucosid; 3-O-rutinosid; isorhamnetin 3-O- pentose

Opuntia

ficus-indica.

Gafsa, Tunisia

2-3 tuầntuổi

Phenolic acid như gallic acid, catechin,caffeic acid, epicatechin, vanillic acid, vàcoumarin

Opuntia ficus-indica

Gabes, Tunisia

Quercetin, quercetin 3-O-glucosid,kaempferol, kaempferol 3-O-glucosid,kaempferol 3-O-rutinosid, isorhamnetin,isorhamnetin 3-O-glucosid, isorhamnetin 3-O-neohesperidosid,3,3′,4′,5,7 pentahydroxy-flavanon, phenolics p-coumaric acid,zatarosid-A

Một số polyphenol được chiết từ thân của một số giống của cây xương

rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica: các hợp chất flavonoid với hàm lượng cao

như nicotiflorin (146,5 mg/100 g) và narcissin (137,1 mg/100 g), cùng với hàmlượng cao isoquercetin và acid ferulic: 39,67 và 34,77 mg/100 g Hàm lượng

polyphenol có thể thay đổi phụ thuộc tuổi cây, môi trường, loại đất và khí hậu,

hàm lượng phenol và flavonoid trong thân của cây xương rồng thuộc loài Oputia ficus-indica thể hiện tại bảng 1.3.

Bảng 1.3 H m lượng phenol v flavonoid trong thân của cây xương rồng

thuộc lo i Oputia ficus- indica [80].

Thành phần dinh dưỡng chính trong loài Oputia ficus-indica:

Trong thân, các khoáng chất với hàm lượng khác nhau tính trên 100 gramnhánh xương rồng tươi: canxi 5,64–17,95 mg, magie 8,80 mg, natri 0,3–0,4 mg,kali 2,35-55,20 mg, Fe 0,09 mg, phospho 0,15–2,59mg, kẽm 0,08mg, Mn 0,19–0,29 mg [80]

Hàm lượng các vitamin trong nhánh Oputia ficus-indica (mg/100g tươi):

vitamin C 7–22 mg, niacine 0,46 mg, riboflavine 0,60 mg, β-carotene 11,3–53,5

µg [80]

Trong thân cây xương rồng, còn có các acid amin quan trọng nhưglutamine, leucine, lysine, valine, arginine, phenylalanine và isoleucine [80]

Các chất và các hợp chất chiết xuất từ cây xương rồng có các công dụng yhọc cổ truyền: tiềm năng điều trị một số hội chứng chuyển hóa (bệnh ĐTĐ type 2

và bệnh béo phì), bệnh gan nhiễm mỡ, thấp khớp, thiếu máu não, ung thư, vàvirus và vi khuẩn…[80]

1.1.3 Hoạt tính sinh học của chi Opuntia.

1.1.3.1 Tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của chi Opuntia

Tại Mêxicô, tác giả Lopez và cộng sự (2013) đã chứng minh chất xơ, chất

nhầy trong cây xương rồng Nopal (Opuntia ficus-indica) có tác dụng hạ glucose

huyết trên chuột bị tăng glucose huyết do Streptozotocin Sử dụng bột nhánh câyxương rồng Nopal trưởng thành và bột nhánh non với liều 50 mg/kg thể trọng cótác dụng giảm glucose máu sau ăn trên chuột bị tăng glucose huyết tương ứng là46,0 và 23,6 % (p <0,05) so với nhóm đối chứng [91]

Theo Leem và cộng sự Opuntia ficus-indica var Saboten (OFS) sử dụng

với liều 1 g/kg và 2 g/kg trọng lượng cơ thể chuột có tác dụng hạ đường huyết.OFS kích thích sự dịch chuyển của glucose transporter 4 (GLUT4) ra màng tếbào, tăng hấp thụ glucose ở tế bào cơ vân L6 Là chất điều tiết quan trọng trongvận chuyển glucose trong cơ xương và p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) (một thành phần của tín hiệu trung gian theo AMPK) OFS kích hoạtphosphoryl hóa AMP, p38 MAPK và loại bỏ các ảnh hưởng của các chất ức chếAMPK, MAPK p38 là hợp chất C và SB203580 [88]

Hợp chất C

Dịch chuyển ra màng tế bào

Hình 1.3 Sơ lược về cơ chế phân tử OFS điều chỉnh hấp thu glucose trong tế

b o cơ [88]

Quả của cây xương rồng thuộc chi Opuntia ficus-indica có nhiều giá trị

dinh dưỡng: ascorbic acid, vitamin E, carotenoid, cellulose, acid amin và vớilượng lớn glucose và fructose Ngoài ra còn có các phenol, flavonoid,betaxanthin và betacyanin (Hình 1.4), có tác dụng hạ đường huyết và hạ lipid vàcác tính chất chống oxy hóa [97]

Hình 1.4 Cấu trúc của acid betalamic (a), betacyanins (b) và betaxanthins

(c) [97]

Các thân cây xương rồng thuộc loài Opuntia humifusa có chứa hàm lượng

chất chống oxy hóa cao bao gồm vitamin C, flavonoid và polyphenol đã chứngminh có lợi trong việc điều trị bệnh đái tháo đường, hạ cholesterol Thực nghiệmcho thấy những con chuột bị tăng glucose huyết do tiêm streptozotocin được điều

trị bằng dịch chiết từ cây xương rồng thuộc loài Opuntia humifusa với liều 150,

250, 500 mg/kg trọng lượng/ngày trong 7 tuần thì làm giảm nồng độ glucose vàtriglyceride, cholesterol tổng số, LDL, tăng HDL máu lúc đói, tăng đáng kể khốilượng tế bào beta đảo tụy của nhóm chuột được sử dụng chiết xuất này so sánhvới nhóm không điều trị [62]

Viên nang chứa xellulose vi tinh thể, chiết từ nhánh và quả của xương

rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica, uống liều 400 mg trong vòng 30 phút trước

khi nạp 75 g glucose thử nghiệm trên người có tác động hạ glucose huyết cấptính và lâu dài, an toàn [59]

Theo Rodríguez và cộng sự thì dịch chiết xuất từ cây xương rồng thuộc

loài Opuntia ficus-indica (OFI) giàu isorhamnetin glycoside, khi bổ sung dịch

chiết này với liều thấp (0,3 %) và liều cao (0,6 %) cùng với khẩu phần ăn giàuchất béo và thử nghiệm trên chuột C57BL/6 trong thời gian 12 tuần cho thấy

khối lượng cơ thể chuột, cholesterol toàn phần, LDL và HDL, nồng độ glucose

và insulin thấp hơn so với chuột chỉ dùng chế độ ăn giàu chất béo không bổ sung

chất chiết xuất Chất chiết xuất từ Opuntia ficus-indica đã kích thích sự bài tiết

insulin, kết hợp với sự gia tăng vận chuyển glucose (GLUT2) và kích thíchPPARγ Hơn nữa, chất chiết xuất từ OFI có khả năng tăng hấp thụ glucose, tạothêm năng lượng cho tế bào Những cải thiện về chuyển hóa này là có liên quanđến giảm kích thước tế bào mô mỡ, tăng IRS1 tyr 608 ở gan và sự phosphoryl

hóa S6K thr 389 Isorhamnetin glycosides trong Opuntia ficus-indica cũng làm

giảm hàm lượng lipid gan liên quan đến sự tăng biểu hiện mRNA của các gen

liên quan đến quá trình oxy hóa acid béo Nói chung, chất chiết xuất từ Opuntia ficus-indica đã ngăn ngừa sự chuyển hóa bất thường liên quan đến béo phì Một

chế độ ăn uống giàu chất polyphenol có thể cải thiện một số thay đổi trao đổichất liên quan đến bệnh béo phì và bệnh tiểu đường type 2 [117]

Hình 1.5 5 isorhamnetin glycoside được chiết xuất từ Opuntia ficus- indica

Hình 1.6 Cơ chế l m giảm sự tăng cân cơ thể do việc sử dụng chất chiết

xuất từ Opuntia ficus-indica trong mô hình chuột béo phì [117].

Nghiên cứu cho thấy khi sử dụng cây xương rồng thuộc loài Opuntia ficus- indica, giống Milpa Alta với hàm lượng chất xơ, nồng độ polyphenol cao

và khả năng chống oxy hoá đã làm tăng quá trình oxy hóa acid béo và tổng hợplipoprotein tỷ trọng thấp, giảm stress oxy hoá, và cải thiện tín hiệu insulin gan ởchuột Zucker béo phì, có tác dụng giảm bệnh gan nhiễm mỡ và suy giảm các tếbào bị tổn thương ở gan và có khả năng điều chỉnh gen liên quan đến sự chuyểnhóa lipid ở gan Những con chuột bị béo phì Zucker được cho ăn chế độ ăn kiêng

có bổ sung 4% bột xương rồng Nopal trong 7 tuần thì chỉ số triglicerid trongmáu thấp hơn 50% so với nhóm đối chứng, ngoài ra khối u gan, dấu hiệu sinhhọc của tổn thương tế bào gan giảm [114]

Nghiên cứu sử dụng cây xương rồng Opuntia ficus-indica đối với lợn nái,

lợn nái được chia thành hai nhóm: nhóm G1 ăn thức ăn thương phẩm và nhómG2 ăn thức ăn thương phẩm bổ sung thêm 2,0 kg cây xương rồng thuộc loài

Opuntia ficus-indica cắt thành miếng bổ sung vào bữa ăn trong 21 ngày thử

nghiệm Ngày thứ 14 chỉ số glucose trong máu của nhóm G2 hạ 35,3 % so vớinhóm G1 Ngoài ra, có tác dụng giảm cholesterol, tryglycerid, LDLc, thời giancho lợn con bú sữa của nhóm G2 dài hơn nhóm G1 và trọng lượng sau sinh củalợn nái nhóm G2 giảm tốt hơn nhóm G1 Hiệu quả hạ glucose huyết của câyxương rồng là do hàm lượng chất xơ cao, đặc biệt là pectin, gel pectin làm giảm

sự hấp thụ carbohydrate Ngoài ra, chất xơ cao làm tăng hoạt tính enzyme vikhuẩn, ảnh hưởng hoạt tính của α-glucosidase và β-galactosidase, dẫn đến sự ứcchế sự thủy phân liên kết glycosidic (liên kết nối từ một glucose đến phân tử tiếptheo) [102]

Dầu hạt từ quả của cây xương rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica có

thành phần lipophilic chứa 83 % acid béo chưa bão hòa (56 % acid linoleic và

20 % acid oleic) có tác dụng bảo vệ có thể ngăn ngừa chứng ĐTĐ ở chuột đượcgây ra bởi alloxan và ức chế các tổn thương mô ở các tế bào tụy Chuột ĐTĐđược điều trị bằng dầu hạt với 2 ml/kg trọng lượng trong thời gian 7 ngày, trước

và sau khi tiêm alloxan màng bụng (100 mg/kg) làm giảm đáng kể tử vong do

alloxan gây ra, tỉ lệ sống sót là 77,77 %, và chỉ số glucose huyết giảm từ13,13±0,95 mmol/L (chuột ĐTĐ do tiêm alloxan) xuống 4,37±0,38 khi được

điều trị bằng dầu hạt từ quả cây xương rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica và

giảm các tế bào đảo tụy bị tổn thương do alloxan [43]

Chiết xuất polysaccharides từ xương rồng thuộc loài Opuntia Stricta với

liều 300 µg/ml tác dụng gây chết 46 % ở tế bào ung thư gan HepG2(Hepatocellular carcinoma) Chuột gây tăng lipid máu do chế độ ăn có hàmlượng chất béo cao khi cho sử dụng chiết xuất polysaccharide từ xương rồng

thuộc loài Opuntia Stricta với liều 250 mg/kg trọng lượng/ngày trong 2 tháng có

tác dụng hạ lipid máu [68]

Cây xương rồng Nopal hay xương rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica

trồng tại Việt Nam là loại cây trồng được đề tài nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam

vì vậy không tìm thấy nghiên cứu nào về thành phần dinh dưỡng, hóa học,nghiên cứu về giải phẫu thực vật cũng như tác dụng điều trị ĐTĐ và hạ

cholesterol máu của cây xương rồng thuộc loài Opuntia ficus- indica được trồng

tại Việt Nam

1.1.3.2 Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia

 Hoạt tính kháng viêm

Cả chất chiết từ cây xương rồng thuộc loài Opuntia ficus- indica và IGR

(isorhamnetin-glucosyl-rhamnoside) đều có khả năng ức chế sản xuất các chấttrung gian gây viêm da như COX-2, yếu tố hoại tử khối u alpha TNF- vàinterleukin- (IL-) 1 và IL-6 IGR như là một hợp chất tự nhiên thích hợp cho pháttriển thành phần chống viêm mới [116]

Flaviana và cộng sự (2017) đã nghiên cứu cho thấy toàn bộ chất nhầy vàcác thành phần khối lượng phân tử thấp như acid lactic, D-mannitol, piscidic,eucomic và 2-hydroxy-4- (4’ -hydroxyphenyl) -butanoic acid trong cây xương

rồng thuộc loài Opuntia ficus-indica có tác dụng trong việc chữa vết thương qua

mô hình tế bào invitro được đơn giản hóa dựa trên một lớp vỏ keratin [54]

 Hoạt tính chống ung thư

Glycosid isorhamnetin tinh khiết chiết xuất từ cây xương rồng thuộc loài

Opuntia ficus- indica var Jalpa có tác dụng gây độc tế bào ung thư ruột kết ở

người: HT-29 và CaCO2 Những ảnh hưởng này liên quan đến quá trình gây chết

tế bào (apoptosis) thông qua cascade, một enzyme dạng protease, đóng vai tròtrung tâm trong việc truyền tín hiệu gây chết tế bào [116]

Betanin, chiết xuất từ quả của cây xương rồng thuộc loài Opuntia indica, có thể ức chế sự phát triển của dòng tế bào ung thư bạch cầu K562 mãn

ficus-tính ở người thông qua con đường tự do apoptotic [49]

Nước ép từ quả của một số cây xương rồng thuộc chi Opuntia có tác dụng

ức chế trên một vài dòng ung thư: Tế bào tiền liệt tuyến PC3 và các dòng tế bàoruột kết CaCO2 và giảm sự phát triển của tế bào tuyến vú MCF-7 và các dòng tếbào gan [49]

Flavonoid, trans taxifolin, và dihydrokaempferol đã được phân lập từ loài

xương rồng Opuntia humifusa có thể là những chất có tiềm năng để điều trị ung

thư cổ tử cung ở người [63]

 Bảo vệ tế bào thần kinh

MAP hay các polysaccharide của loài xương rồng Opuntia Milpa Alta có tác

dụng bảo vệ tế bào thần kinh được đánh giá ở mức độ cơ học trong mô hìnhinvitro của tổn thương thiếu máu ở não chuột Các mẫu MAP (0,5 μg/gg/ml, 5μg/gg/ml, 50 μg/gg/ml) làm tăng khả năng sống của tế bào bằng thử nghiệm với methyltiazolyl tetrazolium (MTT), làm giảm khả năng gây độc tế bào của lactatedehydrogenase (LDH), giảm nồng độ Ca (2+) trong tế bào và làm giảm mức

glutamate ngoài tế bào Do đó, MAP có thể ngăn cản quá tải canxi nội bào vàgiảm độc tính glutamate, cả hai có thể gây thương tích tế bào thần kinh và tửvong trong mô hình invitro của tổn thương thiếu máu ở não [47].

 Giảm triệu chứng của bệnh táo bón

Chuột được tiêm loperamide (2 mg/kg) dưới da để gây táo bón Cho chuột

uống nước chiết từ cây xương rồng thuộc loài Opuntia humifusa với nồng độ 3 %

và 6 % trong thời gian 25 ngày, kết quả cho thấy độ dày của ruột già cũng tănglên ở các nhóm phụ thuộc theo liều Những kết quả này cho thấy rằng chiết xuất

từ cây xương rồng thuộc loài Opuntia humifusa làm giảm các triệu chứng của táo

bón do loperamide gây ra [66]

 Làm chậm sự phát triển tổn thương xơ vữa động mạch và các bệnh tim mạch

Các nghiên cứu invivo trên chuột apoE-KO, tự phát triển các tổn thương

xơ vữa động mạch trong điều kiện ăn kiêng cơ bản, chỉ ra rằng việc bổ sung chế

độ ăn uống có chứa bột thân cây xương rồng thuộc loài Opuntia streptacantha hoặc loài Opuntia ficus-indica (10 mg/kg trong 15 tuần) làm giảm đáng kể sự

phát triển của tổn thương xơ vữa động mạch [49]

 Ngăn ngừa sự phát triển bất thường của chuyển hóa liên quan đến béo phì

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chiết xuất từ cây xương rồng thuộc chi

Opuntia như flavonoid kaempferol hoặc isorhamnetin có thể ngăn sự tích tụ lipid

hoặc ức chế sự hình thành tế bào mô mỡ thông qua việc giảm sự điều hòa genbiệt hóa thành mỡ [87, 132]

Litramine, một phức hợp sợi tự nhiên có nguồn gốc từ loài Opuntia ficus-indica, kết hợp với chế độ ăn kiêng, được thử nghiệm với 125 tình nguyện

viên béo phì kèm với hoạt động thể chất vừa phải (đi bộ 30 phút hoặc đi xe đạp),trong một cuộc điều trị kéo dài 12 tuần đã cho thấy kết quả giảm cân được ít nhất5% trọng lượng cơ thể ban đầu của người tình nguyện so với tình nguyện viênkhông sử dụng litramine [61]

1.2 Những nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ glucose huyết, hạ cholesterol từ các lo i thực vật khác

Nhiều tác giả trên thế giới đã nghiên cứu và phát hiện được tác dụng hạ

glucose huyết, hạ cholesterol từ các loài thực vật:

Saponin trong cây đậu ngọt (Scoparia dulcis L.) ở Ấn Độ có tác dụng

điều trị bệnh đái tháo đường trên chuột (khi sử dụng ở liều 20 và 30 mg/kg)[108]

Chất flavonoid và acid phenolic từ bột nhân hạt xoài (Mangifera indica

kernel flour (MIKF)) tại Nigeria ức chế một số enzyme chủ chốt liên quan đếnbệnh lý học và biến chứng của chuột ĐTĐ type 2 [71]

Saponin trong bột nhân sâm đỏ (Panax spp.) được lên men với probiotic

có tác dụng chống bệnh đái tháo đường trong mô hình bệnh tiểu đường chuộtgây ra streptozotocin, giảm 62,5 % mức đường huyết, nồng độ insulin tronghuyết thanh cũng được cải thiện đáng kể [72]

Dịch chiết xuất từ quế (Cinnamomum zeylanicum) có tác dụng hạ glucose

huyết, giảm rối loạn chuyển hóa lipid ở bệnh nhân ĐTĐ [95]

Bột củ cải đường, hành tây, hạt hồ lô bá tỷ lệ 43 %, 35 % và 54 % có tácdụng giảm cholesterol máu, đặc biệt là từ các triglyceride LDLc giảm một cáchđáng kể [112]

Các hợp chất: salacinol, kotalanol, ponocinol, salaprinol, mangiferin, acetate kotalagenin và oligomers proanthocyanidin đã được phân lập chiết xuất

16-từ cành và lá của cây chóc máu S.reticulata Wight có tác dụng chống bệnh ĐTĐ

[130]

Dịch chiết từ lá dây thìa canh (Gymnema sylvestre) với liều 100, 250 và

500 mg/kg thể trọng được thử nghiệm trên mô hình chuột nuôi chế độ ăn nhiềuchất béo được chứng minh hiệu quả hạ đường huyết do hoạt tính ức chế amylase

và giảm đáng kể sự gia tăng trọng lượng cơ thể, nồng độ lipid huyết thanh,insulin và leptin huyết thanh, mô mỡ, viêm gan [81]

Selenium (Se) và Polysaccharide được phân lập từ lá sen, có tác dụngchống oxy hoá và đề kháng insulin [142].

Nghiên cứu tác dụng hạ đường huyết của một số cây thuốc tại Việt Namđang được rất nhiều các nhà khoa học trong nước quan tâm

Viên nang được bào chế từ cây mướp đắng trên bệnh nhân ĐTĐ type 2trong 12 tuần uống liên tục có tác dụng hạ glucose máu khác biệt có ý nghĩathống kê so với glucose nhóm chứng [27]

Polyphenol và acid corosolic trong cây bằng lăng nước có tác dụng ứcchế men α-glucosidase, kiểm soát glucose máu sau ăn, có tác dụng hạ glucosemáu trên chuột ĐTĐ [11]

Ngoài ra còn rất nhiều cây thảo dược khác có tác dụng hạ glucose huyếtđược nghiên cứu tại Việt Nam: Nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết của rễ cây

chóc máu Nam Bộ Salacia cochinchinensis [20], dây thìa canh Gymnema sylvestre [17], dịch ép thân cây chuối tiêu Musa balbisiana [12], dịch chiết vỏ quả hồng bì Clausena lansium [14], quả dứa dại Pandanus odoratissimus [28], câu kỳ tử Fructus lycii [10], huyền sâm Scrophularia ningpoensis Hemsl [23], thổ phục linh Smilax glabra [24], chè xanh Camella sinesis [22], cỏ ngọt Stevia rebaudiana [25], dây đau xương Tinospora sinensis [21], dâu Morus alba [30], mạch môn Radix Ophiopogonis japonica [32]…

Những nghiên cứu tác dụng điều trị ĐTĐ thông qua hoạt hóa AMPK (Adenosine Monophosphate Activated Protein Kinase):

Dịch chiết của cây chóc máu (S.reticulata Wight) đã làm tăng sự biểu

hiện hoạt hóa AMPKα (Activated protein kinase α) và AMPKα phosphoryl hóatrong các tế bào mỡ Những phát hiện này chứng minh rằng chiết xuất của

S.reticulata Wight có tác dụng trị liệu về béo phì và rối loạn chuyển hoá lipid

[123]

Chiết xuất giàu flavonoid từ phân đoạn ethyl acetat của cây hoa hòe

(Sophora tonkinensis Gagnep.) có tác dụng trong điều trị bệnh chuột ĐTĐ type

2 với cơ chế kích thích sự dịch chuyển GLUT4 được điều khiển bằng con đường hoạt hóa AMPK [70]

Marein hợp chất chính từ loài hoa cúc (Coreopsis tinctoria ) có hiệu quả

ngăn ngừa tổn thương tế bào PC12 gây ra bởi methylglyoxal (chất độc hại nộisinh gây biến chứng ĐTĐ như suy giảm nhận thức), bảo vệ thần kinh do hoạthóa AMPK, giảm tổn thương chức năng ty thể [76]

Dịch chiết xuất từ quả của cây bayberry đỏ ở Trung quốc kích thích sự

phosphoryl hóa AMPKα (Thr172) ở gan cả trong nghiên cứu in vivo và in vitro

đóng một vai trò quan trọng trong phòng chống bệnh ĐTĐ [144]

Chất bavachin được chiết từ cây Phá cốt chỉ (Psoralea corylifolia L.) ở

Hàn Quốc có tác dụng chống tăng glucose huyết bằng cách làm tăng lượnginsulin trong huyết tương và giảm lượng đường trong máu và cholesterol toànphần trong huyết thanh ở chuột nhắt ĐTĐ type 2 Do cơ chế kích hoạt AMPK,làm tăng vận chuyển glucose 4 (GLUT4) trong tế bào mô mỡ 3T3-L1 [86]

1.3 Bệnh đái tháo đường

1.3.1 Định nghĩa, phân loại

Theo định nghĩa về ĐTĐ của hiệp hội ĐTĐ Hoa Kỳ: ĐTĐ là một rối loạnmãn tính, có những thuộc tính như sau: tăng glucose máu, kết hợp với những bấtthường về chuyển hóa cacbohydrate, lipid, protein, bệnh luôn gắn với xu hướngphát triển các bệnh lý về thận, đáy mắt, thần kinh và các bệnh tim mạch khác

Bệnh ĐTĐ có thể được phân loại thành các loại chung sau đây [127]:

+ Bệnh ĐTĐ type 1 (do tế bào bêta tụy bị phá hủy, dẫn đến thiếu insulinhoàn toàn)

+ Bệnh ĐTĐ type 2 (do thiếu hụt tiết insulin là chủ yếu cùng với tìnhtrạng kháng insulin)

+ Đái tháo đường thai kỳ (gestation diabetes mellitus-GDM) (tiểu đườngđược chẩn đoán vào tháng thứ hai hoặc thứ ba trong thời gian mang thai nhưngchưa rõ ràng)

+ Một số loại bệnh tiểu đường do một số nguyên nhân khác; ví dụ hộichứng tiểu đường monogenic (như bệnh tiểu đường ở trẻ sơ sinh và bệnh tiểuđường trưởng thành khởi phát của trẻ MODY (Maturity - Onset Diabetes of theYoung),

bệnh của tuyến tụy ngoại tiết (như xơ nang) và thuốc hoặc hóa chất gây ra bệnh tiểu đường (như trong điều trị HIV/AIDS hoặc sau khi cấy ghép nội tạng).

1.3.2 Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường

Năm 2016 hội đái tháo đường Hoa Kỳ (ADA) đã đưa ra tiêu chuẩn chẩnđoán bệnh đái tháo đường Bệnh ĐTĐ có thể được chẩn đoán dựa trên các tiêuchí đường huyết, hoặc là đường huyết lúc đói (FPG) hoặc đường huyết ở thờiđiểm sau 2h sau nghiệm pháp dung nạp 75 g glucose hoặc tiêu chí A1C Tiêuchuẩn chẩn đoán bệnh ĐTĐ như sau [127]:

- Nồng độ glucose huyết lúc đói từ 100-125 mg/dL (tương đương 5,6- 6,9

mmol/L) hoặc

- Nồng độ glucose huyết ở thời điểm 2 giờ sau nghiệm pháp dung nạpđường uống 75 gram đường là 140-199 mg/dL (tương đương 7,8 – 11,1 mmol/L

hoặc

- Hemoglobin A1C từ 5,7- 6,4 % (tương đương 39-46 mmol/mol) hoặc

- Có triệu chứng tăng glucose huyết và nồng độ glucose huyết ở thời điểmbất kỳ ≥ 200 mg/dL (≥ 11,1 mmol/L)

Trong trường hợp tăng glucose huyết không rõ ràng, kết quả cần đượckhẳng định bằng xét nghiệm lặp lại

1.4 Tình hình bệnh ĐTĐ v biến chứng của ĐTĐ.

1.4.1 Tình hình ĐTĐ trên thế giới và ở Việt Nam

ĐTĐ là bệnh nội tiết – chuyển hóa gây nên nhiều biến chứng, đặc biệt cácbiến chứng tim mạch, bệnh đang là vấn đề sức khỏe toàn cầu của thế kỷ XXI.Bệnh có chiều hướng gia tăng không chỉ ở các nước phát triển mà cả các nướcđang phát triển Tỉ lệ bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ đang tăng lên một cách nhanhchóng cùng với sự gia tăng của bệnh béo phì, thừa cân và lối sống ít vận động

Tính đến năm 2014, 10 nước đứng đầu về số người mắc bệnh ĐTĐ là: Ấn

Độ, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Indonesia, Nhật Bản, Pakistan, Nga, Brazil, Ý,Bangladesh Trong 20 năm tới, tỷ lệ gia tăng mắc bệnh ĐTĐ mạnh nhất sẽ rơi vàoChâu Phi và ít nhất 80% số trường hợp mắc bệnh không được chuẩn đoán [58]

Theo WHO ước tính năm 2014 toàn thế giới có 422 triệu người lớn từ 18tuổi sống chung với bệnh ĐTĐ Số người mắc bệnh ĐTĐ lớn nhất rơi vào khuvực Đông Nam Á và Tây Thái Bình Dương chiếm khoảng ½ số người mắc bệnhĐTĐ trên toàn thế giới.

Bảng 1.4 Tỉ lệ ước tính v số người mắc bệnh ĐTĐ (ở người trưởng thành

trên 18 tuổi) ở một số khu vực trên thế giới [58]

Khu vực Tây Thái

Số lượng người mắc bệnh ĐTĐ tăng đáng kể từ năm 1980 đến năm 2014,

số người mắc bệnh ĐTĐ tăng từ 108 triệu người năm 1980 lên 422 triệu ngườinăm 2014, tăng khoảng 4 lần 40 % của sự gia tăng này là do sự tăng trưởng dân

số và do lão hóa 28 % từ sự gia tăng tỷ lệ nhiễm ở độ tuổi cụ thể và 32 % từ sựtương tác của cả hai

Hơn 60 % với bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ trên thế giới nằm ở khu vựcChâu Á, bởi vì Châu Á là nơi đông dân nhất trong khu vực Số lượng người mắcbệnh đái tháo đường và rối loạn dung nạp glucose tại mỗi quốc gia ở Châu Á sẽtăng đáng kể trong thập kỷ tới (bảng 1.4) [46]

Việt Nam thuộc danh sách 10 nước ở Châu Á có số lượng bệnh nhân ĐTĐcao nhất, dự kiến đến năm 2025 Việt Nam có 2,5 triệu người và số lượng bệnhnhân rối loạn dung nạp glucose là 1,902 triệu người [46].

Bảng 1.5 10 nước ở Châu Á có số lượng bệnh nhân (từ 20-79 tuổi) mắc bệnh

tiểu đường cao nhất [46]

Đơn vị: triệu người

STT Tên nước Số lượng bệnh nhân ĐTĐ Bệnh nhân rối loạn

1.4.2 Biến chứng đái tháo đường

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) năm 2012 đã có 1,5 triệu người tửvong do bệnh ĐTĐ và có 2,2 triệu người tử vong do biến chứng từ bệnh ĐTĐ(bệnh tim mạch, bệnh thận, bệnh lao…) [58] Một số biến chứng từ bệnh ĐTĐ:

 Hôn mê do nhiễm toan ceton:

Tình trạng nhiễm toan tăng ceton là rối loạn chuyển hóa nặng trong bệnhĐTĐ vì thiếu insulin nghiêm trọng Biểu hiện ở mức độ khác nhau về tri giác, từngủ gà đến hôn mê phụ thuộc vào tình trạng nhiễm toan của hệ thống thần kinhtrung ương; mất nước; thở nhanh; hoặc đau bụng buồn nôn [18]

 Hôn mê tăng áp lực thẩm thấu:

Hôn mê tăng áp lực thẩm thấu thường gặp ở bệnh nhân có tuổi, không biếtmình bị bệnh ĐTĐ hoặc chỉ bị ở mức độ nhẹ Biểu hiện như da và niêm mạc khô,sút cân nhiều và nhanh, nhãn cầu mềm, hoặc mất nhận cảm hoặc có cơn co giậtđộng kinh…[18]

 Hôn mê lactate huyết:

Hôn mê thường xảy ra rất nhanh, trong một vài giờ Bệnh nhân buồn nôn,ngủ gà, nhợt nhạt, mất ý thức, giảm thân nhiệt, hạ huyết áp [18]

 Nhiễm khuẩn :

+ Nhiễm khuẩn đường hô hấp: ĐTĐ là yếu tố nguy cơ nhiễm khuẩn huyết

ở bệnh nhân bị viêm phổi phế cầu và là nguyên nhân gây tử vong cao

+ Nhiễm khuẩn đường tiết niệu: 80 % nhiễm khuẩn đường tiết niệu ởbệnh nhân ĐTĐ

+ Nhiễm khuẩn tổ chức phần mềm: viêm tủy xương, hoại tử chi, tử vong.+ Viêm tai ngoài xâm lấn, sự lây lan của nhiễm khuẩn có thể do viêm tủyxương, và tổn thương nội sọ

+ Bệnh nấm mucor mũi- não: Khoảng 50 % các trường hợp nấm mucormũi não xảy ra ở bệnh nhân ĐTĐ Những biểu hiện sớm là: đau mắt hoặc đaumặt, ngạt mũi có hoặc không có tiết dịch Muộn hơn là lồi mắt, phù kết mạc vànhững tổn thương trên niêm mạc vòm miệng và mũi xuất hiện Loét da hoại tửtrên cuống mũi, đau đầu lan tỏa, sốt, ngủ lịm…

+ Viêm túi mật: Nhiễm khuẩn trong ổ bụng có liên quan đặc biệt với bệnhĐTĐ là viêm túi mật khí thũng Khoảng 35 % các trường hợp xảy ra ở bệnh nhân

bị ĐTĐ [18]

 Vấn đề về bàn chân : Đau bàn chân do

+ Bệnh thần kinh: Yếu tố thường gặp nhất tham gia vào đau chân ở bệnhnhân ĐTĐ là bệnh thần kinh ngoại vi Một số biểu hiện bệnh: nóng bỏng, cảmgiác kiến bò, chân đau nhức, viêm da, móng chân khô dày, da khô, cứng, nứt…

+ Rối loạn tuần hoàn: rối loạn tuần hoàn bàn chân gây đau, bệnh nhân cócảm giác tê cóng

+ Bệnh lý cơ và khớp: rối loạn tuần hoàn và teo cơ; gân có thể trở thành

co cứng Những rối loạn trên làm ngón chân khoằm cứng, lồi xương…

+ Nhiễm khuẩn: nhiễm vi khuẩn xuất hiện ở những vùng trên bàn chân,những vùng này trở thành sưng tấy, loét, tổn thương…

+ Loét chân do bệnh lý thần kinh: loét bàn chân chiếm tỷ lệ khoảng 15%trong số bệnh nhân ĐTĐ 85% bệnh nhân ĐTĐ bị cắt cụt chi dưới trước đó đã bịloét bàn chân [18]

1.4.3 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường

1.4.3.1.Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 1

ĐTĐ type 1 tên gọi trước đây là ĐTĐ phụ thuộc insulin ĐTĐ bắt đầu từtuổi trẻ [18]

Nguyên nhân: Tế bào β đảo tụy bị hủy hoại do cơ chế miễn dịch trongtrung gian tế bào

Những dấu ấn của quá trình miễn dịch trung gian tế bào [18]:

- Có kháng thể tế bào đảo tụy

- Có tự kháng thể kháng isulin

- Tự kháng thể kháng glutamin acid decarboxylase (GAD)

- Tự kháng thể kháng tyrosin phosphatase IA2 và IA2 β

Một hoặc nhiều kháng thể trên đây phát hiện được ở 85 %-90 % bệnhnhân ĐTĐ ở thời điểm phát hiện bệnh [18]

Hiện nay phần lớn các nghiên cứu đều cho rằng bệnh ĐTĐ type 1 có liênquan tới kháng nguyên liên kết tế bào lympho HLA (human leucocyte antigen-HLA), đặc biệt là các phân tử lớp 2 mã hóa cho các allele D Đặc biệt những

bệnh nhân có biểu hiện các gen tương ứng DR3 hoặc DR4 hoặc dị hợp(DR3/DR4) là những người dễ bị bệnh ĐTĐ loại 1 [18, 42].

Hủy hoại tế bào β do tự miễn có nhiều yếu tố bẩm sinh di truyền đa dạng,

có liên quan đến môi trường (mặc dù chưa xác định đầy đủ) [18]

1.4.3.2 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2

ĐTĐ type 2 là bệnh không đồng nhất, không phải là một bệnh duy nhất

mà là một tập hợp các hội chứng khác nhau Bệnh có những bất thường quantrọng về sự tiết và về tác dụng của insulin [18]

Các nghiên cứu về gen đã cho thấy sự hiển thị của các gen IRS-1(insulinreceptor substrate-1), glucagon receptor gen, sulfonylurea receptor (SUR) genảnh hưởng đến các bất thường trong quá trình tiết insulin hoặc tác dụng củainsulin [42]

Rối loạn tiết insulin :

Nghĩa là tế bào β tụy bị rối loạn về khả năng sản xuất insulin bình thường

về mặt số lượng cũng như chất lượng để đảm bảo cho chuyển hóa glucose bìnhthường Những rối loạn đó có thể là:

- Bất thường về nhịp tiết và động học bài tiết insulin: mất pha sớm

- Những bất thường số lượng tiết insulin, về chất lượng của những peptid

có liên quan đến insulin trong máu: tăng proinsulin nguyên và proinsulin tách ra

ở vị trí 32-33 tăng gấp 2-3 lần ở bệnh nhân ĐTĐ type 2 so với người không bịĐTĐ

- Giảm sự xuất hiện GLUT2 - chất vận chuyển chính glucose trong tế bàobeta tụy và tế bào gan;

- Sự tích tụ triglycerid và axid béo tự do trong máu đưa đến sự tích tụtriglycerid trong tụy là nguyên nhân gây “ngộ độc lipid ở tụy”;

- Vai trò của amylin;

- Tăng nhạy cảm của tế bào bêta với chất ức chế trương lực adrenergic.[18]