Tổng quan về beta secretase và các chất ức chế beta secretase hướng điều trị bệnh alzheimer

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ --- 1 CHƯƠNG 1: BỆNH ALZHEIMER VÀ VAI TRÒ CỦA BETA-SECRETASE TRONG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BỆNH ALZHEIMER --- 3 1.1.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2018

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

PHẠM THỊ THU HẰNG

TỔNG QUAN VỀ BETA-SECRETASE VÀ CÁC CHẤT

ỨC CHẾ BETA-SECRETASE HƯỚNG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

Người hướng dẫn:

1 PGS.TS.Đinh Thị Thanh Hải

2 TS.Phạm Thế Hải

Nơi thực hiện:

1 Bộ môn Hóa hữu cơ

2 Bộ môn Hóa dược

HÀ NỘI - 2018

LỜI CẢM ƠN

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và những người đã giúp đỡ, ủng hộ em trong thời gian vừa qua

Trước hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đinh Thị Thanh Hải - Bộ môn Hóa hữu cơ và TS Phạm Thế Hải - Bộ môn Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian

học tập và thực hiện đề tài Cảm ơn thầy cô vì ngoài những kiến thức chuyên môn

em còn được dạy phương pháp làm việc khoa học, hiệu quả

Em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới DS.Nguyễn Công Trường - Đại học quốc gia Seoul và các thầy cô giáo, các anh chị kỹ thuật viên bộ môn Hóa hữu cơ đã tận

tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện cho em được học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng, em cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới những người thầy đã dạy dỗ em trong suốt năm năm học tập tại trường Đại học Dược Hà Nội, cám ơn các thầy cô vì sự tận tâm với nghề, luôn là tấm gương sáng cả về lối sống và đạo đức nghề nghiệp đối với sinh viên chúng em

Hà Nội, tháng 5 năm 2018

Phạm Thị Thu Hằng

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC SƠ ĐỒ

ĐẶT VẤN ĐỀ - 1

CHƯƠNG 1: BỆNH ALZHEIMER VÀ VAI TRÒ CỦA BETA-SECRETASE TRONG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BỆNH ALZHEIMER - 3

1.1 BỆNH ALZHEIMER - 3

1.1.1 Sơ lược về bệnh Alzheimer - 3

1.1.2 Dịch tễ - 3

1.1.3 Nguyên nhân gây bệnh - 4

1.1.4 Tiêu chuẩn chẩn đoán - 5

1.1.4.1 R \l "_Toc5166682 - 5

1.1.4.2 R \l "_Toc516668294" erTuan - 5

1.1.4.3 Các thay đ516668295" er - 5

1.1.4.4 M \l "_Toc516668296" - 6

1.1.4.5 Các bi.NK \l "_Toc5166682 - 6

1.1.4.6 Đ1.4.6.NK - 6

1.1.5 Phân loại theo các giai đoạn bệnh - 6

1.1.5.1 Giai đoNK \l - 7

1.1.5.2 Giai đoToc5166 - 7

1.1.5.3 Giai đoNK \l " - 7

1.1.6 Điều trị - 8

1.1.6.1 Ch\l "_Toc5 cholinesterase - 8

1.1.6.2 Thuốc kháng thụ thể NMDA (N-methyl-D-aspartat) - 9

1.2 VAI TRÒ CỦA BETA-SECRETASE TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH ALZHEIMER - 10

1.2.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BỆNH ALZHEIMER - 10

1.2.2 Sự hình thành mảng bám amyloid do β-secretase - 12

1.2.3 Sự hình thành đám rối sợi thần kinh (NFTs) do protein Tau - 13

1.2.3.1 Protein Tau và phosphoryl hóa quá mNFTs) do prote - 13

1.2.3.2 Quá trình hình thành đám rhóa qu thần kinh (NFTs) - 14

1.2.4 GIẢ THUYẾT AMYLOID TRONG HÌNH THÀNH BỆNH ALZHEIMER - 14

1.2.4.1 S \l "_Toc516668313" G HÌ - 14

1.2.4.2 Cơ s "_Toc516668314" - 16

1.2.5 BETA-SECRETASE LÀ MỤC TIÊU PHÂN TỬ TIỀM NĂNG TRONG ĐIỀU TRỊ ALZHEIMER - 17

1.3 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA BETA-SECRETASE - 18

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ ENZYME BETA-SECRETASE HƯỚNG ĐIỀU TRỊ ALZHEIMER ĐƯỢC NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY - 20

2.1 CHẤT ỨC CHẾ DỰA TRÊN CẤU TRÚC - 20

2.2 CÁC CHẤT ỨC CHẾ GIẢ PEPTIDE - 22

2.2.1 Mục đích thiết kế - 22

2.2.2 Khó khăn trong thiết kế chất ức chế mang khung peptid - 24

2.3 CÁC CHẤT ỨC CHẾ NON-PEPTID - 25

2.3.1 Chất ức chế BACE-1 chứa khung acyl guanidin - 25

2.3.2 Chất ức chế BACE-1 chứa khung 2-Aminopyridin - 27

2.3.3 Chất ức chế BACE-1 chứa khung Aminoimidazol - 29

2.3.4 Chất ức chế BACE-1 chứa khung aminohydantoin - 31

2.3.5 Chất ức chế BACE-1 khung Dihydroquinazolin - 34

2.3.6 Chất ức chế BACE-1 chứa khung Aminoquinolin - 36

2.3.7 Chất ức chế enzyme BACE-1 chứa khung pyrrolidin - 38

2.3.8 Các chất ức chế BACE-1 có nguồn gốc tự nhiên - 40

2.4 CÁC CHẤT ỨC CHẾ BACE-1 GIAI ĐOẠN THỬ NGHIỆM LÂM SÀNG - 41

KẾT LUẬN - 44

KIẾN NGHỊ - 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc của các chất ức chế enzyme cholinesterase 9

Hình 1.2 Quá trình phân giải APP tạo ra amyloid β……… ……….12

Hình 1.3 Quá trình tích tụ Aβ thành các oligomer 13

Hình 1.4 Quá trình hình thành đám rối sợ thần kinh 14

Hình 1.5 Giả thuyết amyloid trong bệnh Alzheimer 15

Hình 1.6 Độc tính của Amyloid beta 16

Hình 1.7 Cấu trúc bậc 2 cuả dạng nắp mở và nắp đóng 19

Hình 1.8 Cấu trúc bậc 3 của dạng nắp mở và nắp đóng 19

Hình 2.1 Các vị trí hoạt động của beta-secretase 20

Hình 2.2 Cấu trúc và các vị trí liên kế của OM99-2 với enzyme 21

Hình 2.3 Chất ức chế OM00-3 22

Hình 2.4 Cơ chế của enzyme BACE-1 cắt đứt liên kết peptide 23

Hình 2.5 Các khung sử dụng trong chất ức chế chứa peptide 23

Hình 2.6 Các khung sử dụng trong chất ức chế không peptide 25

Hình 2.7 Công thức cấu tạo hợp chất 1a 26

Hình 2.8 Cấu tạo một số chất ức chế chứa khung 2-aminopyridin 28

Hình 2.9 Công thức cấu tạo hợp chất 3a 29

Hình 2.10 Cấu trúc hóa học hợp chất 4a-d 33

Hình 2.11 Cấu trúc hóa học hợp chất 5a 34

Hình 2.12 Cấu trúc hóa học hợp chất 6a,6b 34

Hình 2.13: Cấu trúc hóa học của dẫn xuất chứa khung pyrrolidine 40

Hình 2.14 Cấu trúc hóa học các hợp chất có nguồn gốc curcumin 42

Hình 2.15 Cấu trúc hóa học các hợp chất có nguồn gốc terpenoid 42

Hình 2.16 Cấu trúc hóa học các hợp chất có nguồn gốc alkaloid 43

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thuốc ức chế cholinesterase điều trị Alzheimer 08

Bảng 2.1 Cấu trúc hóa học và hoạt tính của các hợp chất 1c-g 27

Bảng 2.2 Cấu trúc hóa học và hoạt tính các hợp chất 2e-h 28

Bảng 2.3 Cấu trúc hóa học và hoạt tính các chất ức chế 3b-m 30

Bảng 2.4 Cấu trúc hóa học và hoạt tính các hợp chất 4h-w 32

Bảng 2.5: Cấu trúc và hoạt tính của các chất ức chế 5e-m 35

Bảng 2.6: Cấu trúc hóa học và hoạt tính của các chất ức chế 6c-g 36

Bảng 2.7: Cấu trúc hóa học và hoạt tính của các hợp chất 7b-m 39

Bảng 2.8 Các chất ức chế β-seretasetrong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng 41

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ bệnh sinh chứng sa sút trí tuệ 13

Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp các dẫn xuất chứa acyl guanidin 26

Sơ đồ 2.2 Quy trình tổng hợp các dẫn xuất chứa 2-aminopyridin 27

Sơ đồ 2.3.Quy trình tổng hợp các dẫn xuất của 2-aminoimidazol 29

Sơ đồ 2.4 Quy trình tổng hợp dẫn xuất chứa aminohydantoin 32

Sơ đồ 2.5: Quy trình tổng hợp các dẫn xuất chứa dihydroquinazolin 34

Sơ đồ 2.6 Quy trình tổng hợp các dẫn xuất chứa aminoquinolin 36

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Bệnh Alzheimer (AD) là bệnh đặc trưng bởi triệu chứng sự suy giảm trí nhớ

và chức năng nhận thức, và là hình thức phổ biến nhất của chứng sa sút trí tuệ ảnh hưởng đến hơn 44 triệu người trên toàn thế giới Bệnh nhân Alzheimer trong giai đoạn cuối thường xuất hiện nhiều triệu chứng nặng, hoạt động thể chất suy yếu và cuối cùng dẫn đến cái chết Chính vì vậy, năm 2012, tổ chức Y tế Thế giới (WHO)

đã đưa chứng sa sút trí tuệ trở thành vấn đề sức khỏe cộng đồng cần được ưu tiên [1], [36], [39], [55]

Đã có rất nhiều giả thuyết khác nhau về cơ chế bệnh sinh của Alzheimer, giả thuyết cholinergic, giả thuyết amyloid…Các thuốc điều trị Alzheimer thường sử dụng hiện nay như donepezil (Aricept), rivastigmine (Exelon), galantamine (Razadyne), memantine (Namenda)…dựa trên giả thuyết cholinergic [1] [20], [21] Tuy nhiên, giả thuyết này không được ủng hộ gần đây, vì các thuốc chỉ làm chậm tiến triển của bệnh mà không có khả năng điều trị bệnh dứt điểm [58]

Năm 1991, giả thuyết amyloid về sự tích tụ của amyloid beta đã được rất nhiều ủng hộ [19] Giả thuyết amyloid cho rằng tích tụ amyloid beta là nguyên nhân

cơ bản của bệnh Dấu hiệu của bệnh Alzheimer bao gồm sự lắng đọng ngoại bào của β-amyloid (Aβ) và các đám rối nội bào (NFTs) Mặc dù cơ chế sinh bệnh Alzheimer chưa rõ ràng, nhưng bằng chứng cho thấy sự tích tụ bất thường của amyloid liên quan đến rối loạn nhận thức, tạo thành các triệu chứng bệnh Các β-amyloid được sinh ra từ protein tiền chất amyloid do sự phân giải protein của β-secretase [11], [13], [14], [18], [33], [41] Vì lý do này, bằng cách ức chế sự sản xuất β-amyloid được coi là đầy hứa hẹn trong điều trị Alzheimer Ức chế β-secretase 1 là một phương pháp trị liệu quan trọng để điều trị Alzheimer bằng cách làm giảm sự hình thành β-amyloid

Trên thực tế, có nhiều chất ức chế β-secretase có đặc tính peptid ức chế rất mạnh hoạt tính của β-secretase Nhưng hiệu lực trong tế bào lại rất thấp Do kích thước lớn và tính linh hoạt cao của tâm hoạt động β-secretase, hướng nghiên cứu phát triển các thuốc ức chế β-secretase không peptid với tính thấm tốt và tăng cường tính chất dược lý là nhu cầu cấp thiết hiện nay

2

Từ các phân tích nêu trên, để có cái nhìn tổng thể về hướng nghiên cứu này,

chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng quan về secretase và các chất ức chế secretase hướng điều trị Alzheimer” với 2 mục tiêu chính sau:

beta-1 Bệnh Alzheimer và vai trò của beta-secretase trong quá trình hình thành bệnh Alzheimer

2 Trình bày được một số chất ức chế beta-secretase hướng điều trị bệnh Alzheimer đang được nghiên cứu gần đây

3

CHƯƠNG 1: BỆNH ALZHEIMER VÀ VAI TRÒ CỦA BETA-SECRETASE

TRONG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BỆNH ALZHEIMER

1.1 BỆNH ALZHEIMER

1.1.1 Sơ lược về bệnh Alzheimer

Thuật ngữ bệnh Alzheimer đầu tiên được đặt tên bởi Alois Alzheimer (1907) tại cuộc họp lần thứ 37 của Hiệp hội các nhà tâm thần học tổ chức tại Tübingen, vùng Tây Nam nước Đức vào năm 1906 Một trường hợp của một bệnh nhân nữ 50 tuổi tên là Auguste đã được mô tả sau 5 năm theo dõi với tình trạng rối loạn giấc ngủ, hoang tưởng và rối loạn trí nhớ đến khi bà tử vong Người phụ nữ này đã được chẩn đoán mắc một dạng bệnh mất trí nhớ bao gồm một nhóm các triệu chứng chủ yếu là liên quan đến suy giảm trí nhớ [1], [21], [29]

Báo cáo của Alois Alzheimer đã lưu ý đặc biệt sự xuất hiện các mảng bám (plaques) và đám xơ rối (neurofibrillary tangles) trong mô não Năm 1910, Kraepelin đã lấy tên ông đặt cho tên bệnh (bệnh Alzheimer) trong cuốn Tâm thần học (Psychiatrie) tái bản lần 8 của mình

Trong các năm từ 1909-1911, Alois Alzheimer công bố thêm ba trường hợp tương tự như phát hiện năm 1906 và một trường hợp biến thể (Josef F.) chỉ xuất hiện mảng bám (plaque-only) Từ hai trường hợp Auguste và Josef, ông đã chỉ ra mảng bám cũng như đám xơ rối là biểu hiện của các giai đoạn khác nhau của cùng một quá trình phát triển bệnh lý [21]

1.1.2 Dịch tễ

Sau hơn 1 thập kỷ phát hiện, Alzheimer đã trở thành một bệnh lý rất phổ biến trong nhóm bệnh sa sút trí tuệ Con số bệnh nhân được báo cáo có xu hướng gia tăng nhanh chóng trong hơn một thập kỷ qua

Theo số liệu thống kê của Hiệp hội Alzheimer thế giới 2015, tỉ lệ mắc Alzheimer tăng dần theo tuổi, từ khoảng 5% của người dưới 75 lên đến 40-50% của người sau 85 tuổi Bệnh Alzheimer luôn đi kèm với một khoảng ngân sách điều trị khổng lồ và một gánh nặng về thể chất cũng như tinh thần lên bệnh nhân và người thân của họ [1], [21], [29], [58]

4

- Dân tộc: Các dân tộc khác nhau có tỷ lệ mắc bệnh cũng khác nhau Người

da trắng ít mắc bệnh hơn người Mỹ gốc Phi hoặc Tây Ban Nha Người châu Á cũng

ít mắc bệnh hơn ở những nơi khác Một số quan điểm còn cho rằng bệnh chịu ảnh hưởng của yếu tố môi trường Ví dụ: người Nhật sống ở Mỹ có tỷ lệ mắc bệnh cao hơn người Nhật sống tại Nhật

Tăng huyết áp tâm thu và tăng cholesterol máu sẽ có nguy cơ cao bị Alzheimer hơn những người bình thường

Hội chứng Down: người bị chứng này sẽ bị Alzheimer khi sống đến 40 tuổi

và những và mẹ sinh con bị Down sẽ có nguy cơ cao bị Alzheimer [1]

1.1.3 Nguyên nhân gây bệnh

Yếu tố di truyền, đến nay đã được xác nhận là một trong các nguyên nhân gây bệnh Alzheimer Yếu tố di truyền được thấy ở 5% các bệnh nhân Alzheimer và

là bệnh Alzheimer khởi phát sớm Các biến đổi về nhiễm sắc thể đã được di truyền theo kiểu gen trội, tự thân Tuy nhiên, trong gia đình người mang các biến dị nhiễm sắc thể gây bệnh Alzheimer vẫn có sự khác nhau về tuổi khởi phát bệnh cũng như biểu hiện các triệu chứng [1], [2], [21], [29], [58]

Các biến đổi ở nhiễm sắc thể 21 : các biến đổi về gen của Protein tiền chất amyloid (APP) trên nhiễm sắc thể 21 đã được mô tả ở bệnh nhân Alzheimer khởi phát sớm có tính chất gia đình Các biến đổi này xuất hiện ở gần đầu và ở phần cuối của chuỗi peptid Các biến đổi này tác động đến quá trình dị hóa APP và làm tăng sản xuất ra các amyloid β đặc biệt là dạng có 42 acid amin gây chết nơ ron Các biến đổi trên preseniline 1 và preseniline 2 cũng dẫn đến tăng sản xuất ra protein Aβ42

Hiện có 3 kiểu gen được mô tả là dễ gây ra ở các trường hợp Alzheimer khởi phát muộn Đặc biệt là gen Apolipotein (ApoE) Đây là gen kiểm soát việc tổng hợp

3 loại protein ApoE2, ApoE3 và ApoE4.ApoE4 được xác định là có tác động làm tăng lắng đọng protein Aß, thay đối sự kết tập các Amyloid để tạo ra các mảng lão suy Gen ApoE mang allen ΨF4 được thấy ở 50% trong số các bệnh nhân bị bệnh Alzheimer

Ngoài các nguyên nhân trên, còn một số yếu tố khác dẫn đến hình thành AD

5

-Yếu tố nhiễm độc nhôm: tình trạng nhiễm độc nhôm dường như có liên quan đến

sự tăng lắng đọng protein Amyloid β và số lượng các đám rối sợi thần kinh trong não bệnh nhân Alzheimer

- Yếu tố nhiễm trùng (virus chậm) giống như bệnh creutzfeld-Jakob

- Các rối loạn chuyển hoá: phản ứng oxy hoá quá mức dẫn đến tăng các gốc tự do Các gốc tự do này cũng được cho là có liên quan đến sự kết hợp và tăng lắng đọng protein Aβ gây chết tế bào thần kinh Sự giảm lưu lượng máu não, rối loạn sinh tổng hợp các yếu tố dinh dưỡng thần kinh cũng được giả định là có vai trò trong cơ chế gây bệnh Alzheimer

1.1.4 Tiêu chuẩn chẩn đoán

1.1.4.1 Rối loạn trí nhớ

Là triệu chứng sớm nhất và thường gặp hơn so với quá trình sa sút trí tuệ liền lão khác Tiến triển của rối loạn trí nhớ trong bệnh Alzheimer thường theo quy luật Ribot Các thông tin mới thu nhận được bị quên trước các thông tin đã thu nhận được từ quá khứ Bệnh nhân có thể nhớ rõ các sự kiện từ nhiều năm trước xong không nhớ các sự kiện xảy ra 5 phút trước đó

Ở giai đoạn nặng, bệnh nhân mất cả trí nhớ lâu năm Ví dụ như quên các kỷ niệm thời thơ ấu, quên cả tên vợ hoặc chồng, quên mình đã từng làm gì, ở đâu [1], [2], [21], [29], [58]

1.1.4.2 Rối loạn ngôn ngữ giác quan

Là những triệu chứng rất thường gặp trong tiến triển của bệnh Alzheimer Một số bệnh nhân có rối loạn định hướng phải trái Rối loạn ngôn ngữ có thế xuất hiện sóm bằng các biểu hiện mất tính trôi chảy, lưu loát khi nói chuyện, hiện tượng nói lặp từ, nói dị ngữ, ngập ngừng khi nói chuyện [1], [2], [21], [29], [58]

1.1.4.3 Các thay đổi về cảm xúc

Có thế có các biểu hiện đờ đẫn hoặc lo âu, dễ bị kích thích Các triệu chứng này được thấy ở hầu hết các bệnh nhân dưới 59 tuổi Các triệu chứng bàng quan, trầm cảm, vô cảm cũng đựơc quan sát thấy ở 3/4 bệnh nhân Alzheimer Có quan niệm cho rằng trầm cảm là triệu chứng phổ biến và xuất hiện sớm trong bệnh

1.1.4.5 Các biến đổi về nhân cách

Các biến đổi về nhân cách của bệnh nhân là những triệu chứng gây khó khăn rất lớn cho gia đình trong việc chăm sóc và chịu đựng đối với người bệnh Có thể là các nét nhân cách tiền bệnh lý được nhấn mạnh lên trong quá trình phát triển bệnh Bệnh nhân trở nên thu mình lại, ít hoặc không quan tâm đến hậu quả của các hành

vi mà họ gây ra [1], [2], [21], [58]

1.1.4.6 Động kinh

Đôi khi được dùng để chẩn đoán phân biệt và được ghi nhận ở 75% các trường hợp bệnh Alzheimer Các cơn co giật nhẹ ở giai đoạn sớm Các cơn lớn chu yếu thấy ở giai đoạn phát triển về sau của bệnh Các cơn co giật thường có nguồn gốc từ thuỳ thái dương với các đặc tính: nhai, chép môi, liếm môi [1], [2], [21], [58]

1.1.5 Phân loại theo các giai đoạn bệnh

Các triệu chứng của bệnh Alzheimer thường nặng hơn theo thời gian, mặc dù tốc độ tiến triển không đồng đều giữa các nhóm bệnh nhân Trung bình, một người mắc bệnh Alzheimer có thể tử vong sau 4 đến 8 năm từ khi được chuẩn đoán, hoặc cũng có thể kéo dài đến 20 năm sau, tùy vào các yếu tố khác [1], [2], [21], [58], [59]

Bệnh Alzheimer thường trải qua ba giai đoạn: giai đoạn sớm (mức độ nhẹ), giai đoạn giữa (mức độ vừa phải) và giai đoạn muộn (mức độ nặng), với các triệu chứng được mô tả như sau

- Khó khăn trong sử dụng ngôn ngữ

- Khó khăn khi nhớ tên

- Mau quên

- Dễ làm mất hoặc thất lạc đồ vật

1.1.5.2 Giai đoạn giữa

Trong giai đoạn này, thường là giai đoạn dài nhất trong quá trình tiến triển, các triệu chứng có thể kéo dài trong nhiều năm So với giai đoạn sớm yêu cầu mức

độ chăm sóc đối với bệnh nhân tại thời điểm này sẽ cao hơn Các triệu chứng tương đối dễ nhận thấy, bao gồm:

- Quên các sự kiện hoặc thông tin của bản thân mình

- Hay ủ rũ hoặc chán nản

- Không thể nhớ lại địa chỉ hoặc số điện thoại, lẫn lộn về nơi họ đang ở hoặc nhầm lẫn giữa cácngày tháng

- Khó kiểm soát tiểu tiện và đại tiện ở một số cá nhân

- Rối loạn giấc ngủ, chẳng hạn như ngủ nhiều ban ngày và bồn chồn vào ban đêm

- Thay đổi tính cách và hành vi, bao gồm nghi ngờ, ảo tưởng hoặc lặp đi lặp lại một hành vi

1.1.5.3 Giai đoạn muộn

Trong giai đoạn cuối của bệnh, bệnh nhân mất khả năng phản ứng với môi trường Họ vẫn có thể nói những từ hoặc cụm từ, nhưng giao tiếp trở nên khó khăn Khi trí nhớ và kỹ năng nhận thức tiếp tục kém đi, những thay đổi nhân cách đáng kể

có thể xảy ra và bệnh nhân cần được trợ giúp trong các hoạt động hàng ngày

Ở giai đoạn này, bệnh nhân có thể:

- Cần hỗ trợ trong các hoạt động hàng ngày và chăm sóc cá nhân

- Mất nhận thức về những trải nghiệm gần đây cũng như môi trường xung quanh

- Thay đổi về khả năng thể chất, bao gồm khả năng đi bộ, ngồi và nuốt

- Giao tiếp khó khăn

Chất ức chế Cholinesterase gồm ba loại thường được kê trong đơn thuốc là :

- Donepezil (Aricept), được cấp phép dùng để điều trị trong tất cả các giai đoạn của bệnh Alzheimer

- Rivastigmin (Exelon), được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer's trong giai đoạn nhẹ và vừa

- Galantamin (Razadyne), được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer's trong giai đoạn nhẹ và vừa

Memantin (Namenda) - một loại chất chuyển dẫn truyền thần kinh khác liên quan đến quá trình ghi nhớ và học hỏi Loại thuốc này được cấp phép dùng để điều trị bệnh Alzheimer's trong giai đoạn vừa và nặng

Ngoài ra, theo thống kê của Hiệp hội Alzheimer, đến năm 2017 đã có 236

chất hiện đang thử nghiệm trong điều trị Alzheimer [58]

1.1.6.1 Chất ức chế cholinesterase

Bảng 1.1 Thuốc ức chế cholinesterase điều trị Alzheimer

Tên hoạt chất Biệt dược Năm cấp phép đăng ký (FDA)

1.1.6.2 Thuốc kháng thụ thể NMDA (N-methyl-D-aspartat)

Memantin Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của memantin

Memantin là chất đối kháng không cạnh tranh trên receptor NMDA methyl-D-aspartat) Việc sản xuất glutamat quá mức khiến các receptor NMDA hoạt động quá mức, gây tăng nhập calci vào tế bào, dẫn đến các trạng thái kích thích

(N-do nhiễm độc (excitotoxicity) và có liên quan đến suy giảm trí nhớ trong AD Do phụ thuộc vào điện thế và có động lực học nên memantin tăng cường ức chế receptor này khi sản xuất glutamat quá mức, do đó cải thiện trí nhớ và chức năng nhận thức [20]

Năm 2002, memantin lần đầu tiên được cấp số đăng ký ở châu Âu để điều trị cho các trường hợp Alzheimer giai đoạn cuối Đến năm 2005, thuốc này được thay đổi chỉ định cho điều trị Alzheimer cho cả hai giai đoạn: giữa và cuối Năm 2003, memantin được cấp phép lưu hành ở Hoa Kỳ Các bằng chứng lâm sàng cho thấy memantin cải thiện đáng kể chức năng nhận thức, hành vi, và các hoạt động trong cuộc sống hàng ngày ở bệnh nhân Alzheimer mức độ vừa và nặng Tuy nhiên memantin không cải thiện chức năng và hành vi tổng thể cũng như tình trạng nhận thức của bệnh nhân [20]

Sự thoái hoá thần kinh được ước tính bắt đầu từ 20-30 năm trước khi người bệnh có bất kỳ biểu hiện lâm sàng nào Cấu trúc giải phẫu cho thấy thay đổi bệnh lý lan rộng khắp vỏ não và các cấu trúc xung quanh, đặc biệt là vùng đồi thị [1], [2], [39]

Alzheimer được xác định nguyên nhân là do sự tích tụ protein amyloid β có các gấp nếp bất thường Đây là những peptid ngắn được kết hợp thành các mảng amyloid Sự tích tụ của các vi sợi (fibril) amyloid, được coi là dạng có độc tố làm ngăn cản cân bằng ion canxi trong tế bào, kích hoạt sự chết tế bào theo chương trình (apoptosis) Tuy nhiên mật độ và vị trí của mảng bám amyloid không tương quan với các triệu chứng hoặc mức độ nghiêm trọng của Alzheimer [1], [3], [24], [33], [38], [39], [40], [42], [47]

Các nghiên cứu cho thấy: Nồng độ amyloid β trong dịch não tủy giảm trước khi khởi phát bệnh khoảng 25 năm Sự tích tụ amyloid β xuất hiện ở não khoảng 15 năm trước khi có triệu chứng Vì vậy, suy giảm ký ức theo giai đoạn xuất hiện 10 năm trước triệu chứng Cuối cùng suy giảm nhận thức xảy ra khoảng 5 năm trước triệu chứng [1], [3], [24], [33], [38], [39], [40], [42]

Alzheimer cũng được coi là một chứng bệnh do sự phosphoryl hóa quá mức của protein tau Tau là một protein liên kết với tubulin để ổn định cấu trúc vi ống sợi trục, đóng vai trò quan trọng trong bệnh Alzheimer [1], [2]

11

Các protein tau tách khỏi vi ống khiến quá trình phosphoryl hóa bất thường, các vi ống xoắn lại hình thành các đám rối sợi thần kinh (NFTs) Các sợi này có ảnh hưởng nhiều đến chức năng nội bào [1], [2]

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ bệnh sinh chứng sa sút trí tuệ

Đám rối sợi

Chết neuron

Các mảng lão suy - viêm thần kinh Nền não trước và các

hạt nhân ở thân não

Vỏ não

Thiếu hụt chất dẫn

truyền thần kinh

(Acetyl cholin)

Chứng sa sút trí tuệ

12

1.2.2 Sự hình thành mảng bám amyloid do β-secretase

Mảng bám Aβ hình thành do phân giải protein tiền chất amyloid (APP) - một glycoprotein xuyên màng gồm 770 acid amin Protein này xuất hiện trong nhiều mô nhưng nhiều nhất trong các khớp thần kinh của các neuron APP bị phân cắt bởi 3

enzym : α, β và γ-secretase (hình 1.2) [1], [2], [16], [18], [39], [40]

Hình 1.2 Quá trình phân giải APP tạo ra Amyloid β

Trước hết, APP bị phân cắt đồng thời bởi β-secretase và α-secretase tương ứng với hai con đường amyloidogenic và non - amyloidogenic Quá trình phân cắt APP bởi α-secretase chủ yếu xảy ra chiếm hơn 90% trong cơ thể con người Nhiều nghiên cứu cho thấy stress oxy hóa làm giảm hoạt tính của α-secretase , làm tăng cường biểu hiện và kích hoạt β-secretase Phân cắt bởi α-secretase tạo ra sAPPα và C83 Các sAPPα hòa tan này liên quan đến sự dẫn truyền thần kinh bình thường ở synap Còn phân cắt bởi β-secretase tạo ra sAPPβ và C99

Các sản phẩm C83 và C99 này bị cắt một lần nữa nhờ γ-secretase secretase là một phức hợp đa enzyme có chứa presenilin 1,2 Đột biến presenilin được tìm thấy ở bệnh nhân Alzheimer di truyền) Riêng với C99 dưới tác dụng của γ-secretase sẽ tạo thành hai phân đoạn không hòa tan Aβ40 và Aβ42 Aβ42 có tính

(γ-chất độc hơn và được sản xuất nhiều hơn Aβ40 [1], [2], [9], [16], [18], [39], [40]…

13

Các monomer này sau đó kết tụ lại thành các oligomer (là dimer hoặc trimer)

là các chất độc thần kinh Các oligomer này không tan và bám xung quanh tế bào thần kinh, dần dần hình thành nên các mảng amyloid beta (hình 2.2)

Hình 1.3 Quá trình tích tụ Aβ thành các oligomer

Ngoài Amyloid beta, mảnh protein tiền chất vùng nội bào (amyloid precursor protein intracellular domain – AICD) cũng có tác dụng phá vỡ sự truyền tin giữa các nơ-ron trong quá trình tiến triển của bệnh Alzheimer [1], [39], [40]

1.2.3 Sự hình thành đám rối sợi thần kinh (NFTs) do protein Tau

1.2.3.1 Protein Tau và phosphoryl hóa quá mức protein Tau

Protein Tau là một protein liên kết được tìm thấy trong hầu hết các mô và tồn tại với hàm lượng lớn trong hệ thần kinh trung ương và ngoại vi Nó là thành phần quan trọng của tế bào thần kinh để ổn định các vi ống Vi ống rất cần thiết cho việc duy trì cấu trúc của neuron, vận chuyển của sợi trục và sự dẻo dai của synap

Protein Tau có 6 đồng phân, phụ thuộc vào sự tồn tại của ba hoặc bốn vị trí liên kết với tubulin, được quy định bởi trạng thái phosphoryl hóa, có khoảng 79 vị trí có khả năng phosphoryl hóa trên đồng phân Tau dài nhất Ở protein Tau bình thường có khoảng 30 vị trí phosphoryl hóa Thông qua các đồng phân của protein Tau , sự phosphoryl hóa của nó tương tác với tubulin để ổn định sự lắp ráp vi ống Mặt khác, ở người trưởng thành, protein Tau được dephosphoryl hoá (một quá trình ngược lại) để ổn định của vi thể, duy trì cân bằng nội môi tế bào

Trong não bình thường, Tau có sự cân bằng giữa phosphoryl hóa ( bởi các enzyme kinase) với quá trình O-GlcNAcyl hóa Nhiều yếu tố trong Alzheimer như môi trường, hoặc di truyền gây ra thiếu glucose hoặc giảm chuyển hóa glucose dẫn

đến giảm O-GlcNAcyl, quá trình phosphoryl hóa Tau sẽ tăng [1], [2]

14

1.2.3.2 Quá trình hình thành đám rối sợi thần kinh (NFTs)

Các protein Tau bị phosphoryl hóa quá mức sẽ không còn gắn kết bền vững với các tubulin Chúng sẽ tách rời khỏi các vi ống trùng hợp thành oligomer, tạo thành kẹp đôi xoắn ốc (PHFs), PHFs kết hợp với các sợi thẳng tạo thành đám rối sợi thần kinh NFTs ( hình 1.4)

Cấu trúc này phá hoại các chức năng của tế bào chất và cản trở vận chuyển của sợi trục Cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ của bộ khung tế bào, mất khả năng sống của tế bào dẫn đến sự chết của tế bào

Hình 1.4 Quá trình hình thành đám rối sợ thần kinh

ALZHEIMER

1.2.4.1 Sự xuất hiện các đột biến

Năm 1991, John Hardy và David Allsop đã công bố giả thuyết Amyloid cho rằng sự tích tụ amyloid beta là nguyên nhân căn bản của bệnh Giả thuyết này cho thấy khởi đầu của bệnh Alzheimer là do đột biến trên APP hoặc đột biến trên γ-secretase Đột biến của hai acid amin gần đầu N chuỗi Aβ của APP được gọi là K670N và M671L [7], [11], [17] Nằm gần β-secretase, các đột biến làm cho APP trở thành cơ chất tốt hơn cho β-secretase, do đó tạo ra C99 nhiều hơn [53] dẫn đến mức APP bình thường tăng ba đến sáu lần [24] Những người mang đột biến này sẽ

có nồng độ Aβ tăng lên trong suốt cuộc đời, ngay cả trước khi xuất hiện các dấu hiệu của Alzheimer [11] Có 5 vị trí đột biến khác nhau có thể xuất hiện ngay sau vị trí cắt γ-secretase Mỗi đột biến ảnh hưởng đến sự phân chia bởi γ-secretas dù hơi

15

khác nhau, tuy nhiên kết quả chung là Aβ42 được sản xuất nhiều hơn Phổ biến nhất

là đột biến presenilin Có khoảng 75 đột biến ở presenilin 1 (PS1) và 3 đột biến ở presenilin 2 (PS2) dẫn đến sự gia tăng AD sớm hơn, một số trường hợp có biểu hiện lâm sàng AD sớm nhất ở tuổi 30 Những đột biến này dẫn đến Aβ42 tăng gấp 3 lần,

và sau đó dẫn đến sự gia tăng các mảng bám Aβ Sự phát hiện ra những đột biến này, cùng với sự hình thành các mảng Aβ trong AD, đã dẫn tới sự phát triển của giả thuyết amyloid về sự tiến triển của bệnh Alzheimer [11], [24 - 27], [30], [32], [43], [44], [46]

Hình 1.5 Giả thuyết amyloid trong bệnh Alzheimer

Suy giảm chức năng synap do

sự xuất hiện của các phân tử

16

1.2.4.2 Cơ sở của giả thuyết

Giả thiết amyloid cho thấy sự hình thành các mảng bám Aβ cuối cùng đều dẫn đến chứng sa sút trí tuệ ở bệnh nhân AD [11], [19], [20], [26] Năm 1989, Yanker và cộng sự đã tiến hành nuôi cấy mô và cho kết quả rằng các sợi Aβ gây độc nặng đối với các tế bào thần kinh Các tế bào chết hoàn toàn trong vòng 24 giờ

sau khi phơi nhiễm

Amyloid chia thành một số loại ngoại bào và nội bào, bao gồm các dạng monomer, oligomer và vi sợi (fibril) Sự tích tụ các vi sợi amyloid – một dạng có độc tố làm ngăn cản quá trình oxy hóa trong tế bào, kích hoạt tế bào chết theo chu trình

Sự cân bằng giữa các loại amyloid nội bào và ngoại bào qua cơ chế xâm nhập vi mô dẫn đến tổn thương các khớp thần kinh (hình 2.5) Đồng thời, Aβ cũng tích tụ nhiều hơn trong ti thể ở tế bào của não bệnh nhân Alzheimer, và nó cũng ức chế chức năng của một số enzym và sử dụng glucose trong nơ ron Một số quá trình viêm có thể đóng vai trò trong cơ chế sinh bệnh Alzheimer Viêm là dấu hiệu chung của việc mô bị hủy hoại hoặc là quá trình sau khi mô bị hủy hoại

Hình 1.6 Độc tính của Amyloid beta

1.2.5 BETA-SECRETASE LÀ MỤC TIÊU PHÂN TỬ TIỀM NĂNG TRONG

ĐIỀU TRỊ ALZHEIMER

Beta-secretase còn được đặt tên là Asp2 [56], β-site Amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 (BACE1) [52] và memapsin2 [10], [12], [26] Ở đây, β-secretase chủ yếu sẽ được gọi là BACE1

Các enzyme secretase được xác định là có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình xử lý amyloid precursor protein, một tác nhân quan trọng trong quá trình hình thành bệnh Alzheimer Vì vậy, các secretase đã được xác định là mục tiêu phân tử tiềm năng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới hướng điều trị Alzheimer α-Secretase không được xác định là mục tiêu, vì nó phân cắt Amyloid precursor protein theo con đường non-amyloidogenic và không dẫn tới sự hình thành các mảng bám Amyloid β Tuy nhiên, cả hai β-secretase và γ-secretase đã được đề xuất như là mục tiêu để ức chế sự hình thành Amyloidβ do đó ngăn chặn sự tiến triển của bệnh Alzheimer [51], [53]

PS1 và PS2 là các mục tiêu chính cho sự ức chế γ-secretase đối với việc điều trị bệnh Alzheimer [48] PS1 và PS2 là các protein xuyên màng được tìm thấy trong lưới nội chất và thể Golgi Ngoài vai trò trong AD, chúng cũng kiểm soát con đường truyền tín hiệu Notch chịu trách nhiệm gia tăng và chuyên biệt tế bào trong quá trình phát triển phôi Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy khi tiến hành biến đổi gen PS1 trên chuột thí nghiệm thì chuột đổi gen PS1 chết trước khi được sinh ra Vì vậy,

sự ức chế γ-secretase có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn

BACE1 đã được xác định là một mục tiêu quan trọng cho sự ngăn chặn hình thành AD Ức chế enzyme này sẽ ngăn chặn sự hình thành của Aβ ngay từ khi bắt đầu quá trình xử lý APP Do đó, làm chậm sự tiến triển của AD bằng cách ức chế sự hình thành Aβ ở giai đoạn sớm là lý tưởng Chức năng sinh học của BACE1 được

18

cho là có liên quan đến sự hình thành vỏ myelin và quá trình biến đổi các protein có vai trò trong phát triển thần kinh [54] BACE1 đã chứng minh khả năng sống sót, với ít hoặc không có bất thường về kiểu hình, cho thấy rằng ức chế enzym này là khả thi với ít tác động phụ cơ học [38], [43]

1.3 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA BETA-SECRETASE

Trong phần này chúng tôi phân tích cấu trúc BACE1 công bố bởi tác giả Hong L và cộng sự [23], lưu trữ trong ngân hàng dữ liệu protein (protein data bank), có mã 1M4H và 1SGZ

BACE-1 là một protein màng loại I bao gồm 501 axit amin, chủ yếu có ở bộ máy Golgi và được phát hiện vào năm 1999 BACE-1 hoạt động tối ưu ở pH 4,5-5,5.BACE-1 có hai tâm aspartate xúc tác là Asp32 và Asp228, khu trú giữa đầu N

và đầu C

Các tâm hoạt động của BACE-1 được bao phủ bởi một vòng kẹp gọi là nắp, bao gồm có 11 acid amin ( giữa Val67 và Glu77) Nắp (flap) là khu vực linh hoạt nhất và cấu tạo thành một phần lớn của túi liên kết [45] Nắp tồn tại ở hai cấu dạng Một cấu dạng của enzyme được gọi là dạng đóng khi nhóm hydroxyl của Tyr71 và

NH (NH của nhân indole) của Trp76 tồn tại liên kết hydro

Cấu dạng nắp đóng được tìm thấy ở BACE-1 khi liên kết với các cơ chất Cấu dạng nắp mở được tìm thấy trong BACE-1 ở trạng thái tự do, không liên kết với cơ chất Trong cấu dạng mở, nắp di chuyển ra xa các trung tâm Asp xúc tác và không có liên kết hydro [11], [57]

Vòng 10s là một đặc tính quan trọng khác của enzyme bace-1 Nó bao gồm chuỗi liên tục Lys9-Tyr14, và định vị trong túi S3 của β-secretase Một trạng thái liên kết tốt hơn giữa cơ chất và túi S3 khi vòng 10s thông qua một cấu hình mở

Cấu trúc tinh thể của chất ức chế BACE1 được xác định ở độ phân giải 2Ao

và 2.1Ao với cấu dạng nắp mở và nắp đóng [22], [23]

20

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ ENZYME BETA-SECRETASE HƯỚNG ĐIỀU TRỊ ALZHEIMER ĐƯỢC NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY 2.1 CHẤT ỨC CHẾ DỰA TRÊN CẤU TRÚC

Khu vực hoạt động của beta-secretase được chia thành nhiều vị trí khác nhau đánh số từ S4, S3,S2,S1,S1’,S2’,S3’,S4’ Mỗi vị trí có thể gắn nhiều acid amin Tuy nhiên, vị trí S1 ưu tiên Leucin > Phenylalanine > Methionine > Tyrosine Các vị trí khác được ưu tiên lần lượt là S2 ưu tiên acid Aspartic > Asparagine > Methionine; S3, Isoleucin > Valine > Leucin; S4, acid Glutamic > Glutamine > Acid Aspartic; S1′, Methionine > acid Glutamic > Glutamine > Alanin; S2′, Valine > Isoleucine > Alanine; S3′, Leucin > Tryptophan > Alanine; S4′, acid Aspartic > acid Glutamic > Tryptophan

Hình 2.1 Các vị trí hoạt động của beta-secretase

Nói chung, nhánh S đặc hiệu hơn các nhánh S’ Một peptide bao gồm 8 acid amin thích hợp nhất (Glu-Ile-Asp-Leu-Met-Val-Leu-Asp) được tìm thấy khi thủy phân Bằng cách gắn kế memapsin 2 với các chất ức chế để tìm ra được acid amin thích hợp ở 4 vị trí Các ưu tiên như sau S2: acid Aspartic và acid Glutamic; S3, Leucin và Isoleucin; S2 ′, Valine;và S3 ′, acid Glutamic và Glutamine

OM99-2 là chất ức chế đầu tiên được tạo ra dựa trên β-secretase (báo cáo bởi Ghosh và cộng sự năm 2012) gồm tám peptide Glu-Val-Asn-Leu-Ala-Ala-Glu-Phe Chất ức chế này thể hiện hoạt động ức chế rất mạnh đối với enzyme BACE-1 với Ki

21

= 1,6 nM Phương pháp tinh thể tia X về phức hợp β-secretase OM99-2 [22], [50]

đã cung cấp hiểu biết về các tương tác trong tám khu vực trên

Hình 2.2: Cấu trúc và các vị trí liên kết của OM99-2 với enzyme

Trình tự đánh số của acid amin trên cơ chất của BACE-1 được quy định bởi

sự phân bố acid amin ở mỗi bên của chuỗi phân tách liên kết với từng vị trí của cơ chất protein ( được đánh số từ đầu amino đến carboxy: P4, P3, P2, P1, P1’, P2’, P3’, P4’) Ngoài ra ở vị trí P1 và P3 thường kị nước và tích điện âm ở P1’

Năm acid amin ở đầu NH2 của OM99-2 là một cấu trúc mở rộng ngoại trừ P1-Ala Vị trí S4 ưa nước và tạo cấu dạng mở ở dung môi Chất ức chế có chuỗi bên P4-Glu liên kết hydro với P2-Asn và gần với chuỗi Arg2 và Arg307 Vị trí S2 cũng tương đối ưa nước

Các memapsin2 S1 và S3 thích hợp gốc kỵ nước, Chất ức chế chứa chuỗi bên P3-Val và P1-Leu được gói lại gần nhau hơn và tạo kết nối kị nước với enzyme Đặc biệt ,P1 tương tác với Tyr71 và Phe108.Tại APP nguyên bản,acid amin P2 và P1 tiến gần đến BACE-1 bẻ gãy Lys và Met.Chuỗi bên P2-Asn liên kết hydro với P4 Glu và Arg235 Thay thế P2-Asn bằng Lys làm giảm liên kết hydro và điện tích dương làm giảm tương tác vs Arg235 P1-Met ko thích hợp bằng P1-Leu

Vị tri P1’-Ala không làm cấu dạng nắp đóng lại.Chất ức chế chuyển hướng quay đầu tại P2’ dẫn đến P3’ và P4’ quay về bề mặt của protein Điều này làm cho P3’ và P4’ít có tương tác với protease dẫn đến thay đổi cấu trúc ở P2’, P3’ và P4’ ít đc tấy

ở các chất ức chế [11], [12], [22], [23], [45]