Nghiên cứu phân lập, chuyển hóa và đánh giá tác dụng sinh học của steroid từ loài sao biển acanthaster planci

Những năm gần đây, với mục tiêu nghiêncứu và thăm dò nguồn dược liệu quý từ sinh vật biển, các nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài sinh vật biển đã được t

Trang 1

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

Trang 2

Hà Nội-2020

ĐINH THỊ HÀ

TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA STEROID TỪ LOÀI SAO BIỂN

ACANTHASTER PLANCI

Chuyên ngành: Hóa học các hợp chất thiên nhiên

Mã số: 9 44 01 07

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS TS Trần Thị Thu Thủy

2 PGS TS Ngô Đại Quang

Trang 3

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sựhướng dẫn của PGS TS Trần Thị Thu Thủy và PGS TS Ngô Đại Quang Các số liệu vàkết quả được nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳcông trình nào khác.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Lãnh đạo Học Viện Khoa học và Công nghệ, Ban Lãnh đạo Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã luôn tạo điều kiện cho tôi được học tập và sử dụng các thiết bị tiên tiến của Viện để hoàn thành tốt các mục tiêu đề ra của luận án Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học Viện hóa học các Hợp chất thiên nhiên, GS TS Phạm Quốc Long, GS TS Lê Mai Hương, PGS TS Nguyễn Mạnh Cường về những lời khuyên bổ ích

và những góp ý quý báu trong việc hoàn thiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện sĩ Valentin A Stonik, TSKH Alla A Kicha - Viện Hóa sinh Hữu cơ Thái Bình Dương (PIBOC), Viện Hàn lâm Khoa học liên bang Nga đã tạo điều kiện cho tôi được thực tập, học hỏi và tiếp cận các phương pháp nghiên cứu

Trang 4

cũng như các trang thiết bị tiên tiến của Viện trong quá trình làm thực nghiệm và hoàn thiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Lee Jae Wook - Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) tại Gangneung, Hàn Quốc và TS Đỗ Hữu Nghị (INPC) đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thử nghiệm các nghiên cứu về hoạt tính sinh học.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đoàn Lan Phương và tập thể cán bộ Phòng Hóa sinh hữu cơ (INPC), bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này.

Tác giả luận án

Trang 5

DANH MỤC SƠ ĐỒ vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC CHỮ VIÉT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1.Giới thiệu chung về sao biển (Asteroidea) 3

1.2.Các nghiên cứu về lớp chất steroid phân cực từ các loài sao biển 4

1.2.1 Polyhydroxysteroid 4

1.2.2 Steroid sulfate 6

1.2.3 Steroid glycoside 7

1.2.3.1 Polyhydroxysteroid glycoside 8

1.2.3.2 Asterosaponin 12

1.2.3.3 Cyclic steroid glycoside 13

1.3.Hoạt tính sinh học của các hợp chất steroid phân cực từ sao biển 14

1.3.1 Hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư 15

1.3.2 Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virus 16

1.3.3 Hoạt tính điều hòa miễn dịch 16

1.4.Tổng quan về đối tượng nghiên cứu 17

1.4.1 Đặc điểm sinh học và phân bố của loài sao biển Acanthaster planci 17 1.4.2 Tình hình nghiên cứu thành phần hóa học loài sao biển Acanthaster planci trên thế giới 18

1.4.2.1 Steroid tự do (sterol và polyhydroxysteroid) 19

1.4.2.2 Polyhydroxysteroid glycoside 20

Trang 6

1.4.2.3 Asterosaponin 201.4.2.4 Glycosphingolipid 211.4.2.5 Các hợp chất khác 241.4.3 Tình hình nghiên cứu hoạt tính sinh học loài sao biển Acanthasterplanci 251.4.3.1 Hoạt tính tán huyết 251.4.3.2 Hoạt tính gây độc tế bào 251.4.4 Tình hình nghiên cứu loài sao biển Acanthasterplanci tại Việt Nam 26

Trang 7

1.5 Tình hình cứu tổng hợp các hợp chất polyhydroxysteroid và hydroximinosteroid từ

steroid tự nhiên trên thế giới 27

1.5.1 Tổng hợp các hợp chất polyhydroxysteroid từ steroid tự nhiên 28

1.5.2 Tổng hợp các hợp chất hydroximinosteroid từ steroid tự nhiên 31

1.6 Tình hình nghiên cứu tổng hợp các hợp chất polyhydroxysteroid và hydroximinosteroid từ steroid tự nhiên tại Việt Nam 35

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Đối tượng nghiên cứu 37

2.2 Phương pháp nghiên cứu 37

2.2.1 Phương pháp phân lập các hợp chất 37

2.2.2 Phương pháp xác định cấu trúc 38

2.2.3 Các phương pháp đánh giá hoạt tính 39

2.2.3.1 Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào 39

2.2.3.2 Phương pháp thử nghiệm khả năng ức chế hình thành khối u trên thạch mềm 41 2.2.3.3 Phương pháp thử nghiệm hoạt tính ức chế sự di căn của tế bào ung thư biểu mô tuyến vú bằng xét nghiệm chữa lành vết thương (wound-healing assay) 41

CHƯƠNG III - THỰC NGHIỆM 42

3.1 Phân lập các hợp chất từ loài sao biển Acanthaster planci 42

3.2 Hằng số vật lý và các dữ kiện phổ của các chất phân lập được 47

3.2.1 Hợp chất Planciside A (AP1)(Hợp chất mới) 47

3.2.2 Hợp chất Planciside B (AP2) (Hợp chất mới) 48

3.2.3 Hợp chất Planciside C (AP3) (Hợp chất mới) 48

3.2.4 Hợp chất Planciside D (AP4) 49

3.2.5 Hợp chất AP11: Acanthaglycoside G (Hợp chất mới) 49

3.2.6 Hợp chất AP12: Pentareguloside G 50

3.2.7 Hợp chất AP13: Acanthaglycoside A 50

3.2.8 Hợp chất AP14: Maculatoside 50

3.2.9 Hợp chất AP5: 3-O-sulfothornasterol A 51 3.2.10 Hợp chất AP6: 5a-ergost-7-en-3p-ol

51

3.2.11 Hợp chất AP7: Cholesterol

51

Trang 9

3.3.1.2 Tổng hợp chất cholestan-5-ene-3p,4p-diol (17c),

cholestan-5-ene-3p,7p-diol (18c) và cholestan-5-ene-3p,4p,7p-triol (19c) 52

3.3.1.3 Tổng hợp chất cholestane-3p,5a,6a-triol (20c) 54

3.3.1.4 Tổng hợp chất cholestane-3p,5a,6p-triol (21c) 54

3.3.2 Tổng hợp các dẫn xuất hydroximinosteroid từ cholesterol 55

3.3.2.1 Tổng họp chất cholest-4-ene-3,6-dione (22c) và cholestane-3,6-dione (24c) 55 3.3.2.2 Tổng hợp chất cholest-4-ene-3p,6a-diol (26c) 56

3.3.2.3 Tổng hợp chất 6a-hydroxy-4a,5a-epoxycholeatane-3-one (27c) và 4a,5a-epoxycholeatane-3,6-dione (28c) 56

3.3.2.4 Tổng hợp các hydroximinosteroid (23c, 25c,29c,31c) và chất 30c 57

3.4 Hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập và các dẫn xuất tổng hợp được 59

3.4.1 Hoạt tính sinh học của các hợp chất steroid phân cực phân lập từ sao biển Acanthaster planci 59

3.4.2 Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất tổng hợp được từ cholesterol 60

CHƯƠNG IV - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 61

4.1 Nghiên cứu thành phần hóa học loài sao biển Acanthasterplanci 61

4.1.1 Hợp chất AP1: Planciside A (Hợp chất mới) 61

4.1.2 Hợp chất AP2: Planciside B (Hợp chất mới) 67

4.1.3 Hợp chất AP3: Planciside C (Hợp chất mới) 72

4.1.4 Hợp chất AP4: Planciside D 76

4.1.5 Hợp chất AP11: Acanthaglycoside G (Hợp chất mới) 81

4.1.6 Hợp chất AP12: Pentareguloside G 88

4.1.7 Hợp chất AP13: Acanthaglycoside A 93

4.1.8 Hợp chất AP14: Maculatoside 97

4.1.9 Hợp chất AP5: 3-O-sulfothornasterol A 100

4.1.10 Hợp chất AP6: 5a-ergost-7-ene-3p-ol 102

4.1.11 Hợp chất AP7: Cholesterol 104

4.1.12 Hợp chất AP8: Astaxanthin 106 4.1.13 Hợp chất

Trang 10

chất AP10: Uracil 109 4.2 Chuyển hóa hóa học của cholesterol 112 4.2.1 Chuyển hóa các dẫn xuất polyhydroxysteroid 113

Trang 11

4.2.1.1 Hợp chất cholestane-3p,6a-diol (15c) và cholestane-3p,6p-diol (16c) 113 4.2.I.2 Hợp chất cholestan-5-ene-3p,4p-diol (17c), cholestan-5-ene-3p,7p-diol

(18c) và cholestan-5-ene-3p,4p,7p-triol (19c) 115

4.2.1.3 Hợp chất cholestane-3p,5a,6a-triol (20c) 117

4.2.1.4, Hợp chất cholestane-3p,5a,6p-triol (21c) 119

4.2.2 Chuyển hóa các dẫn xuất hydroxyminosteroid 120

4.1.2.1 Hợp chất cholest-4-ene-3,6-dione (22c) và cholestane-3,6-dione (24c) 121

4.1.2.2 Hợp chất cholest-4-ene-3p,6a-diol (26c) 123

4.1.2.3 Hợp chất 6a-hydroxy-epoxycholestane-3-one (27c) và 4a,5a-epoxycholestane-3,6-dione (28c) 124

4.1.2.4 Các hợp chất hydroximinosteroid (23c, 25c, 29c, 31c) và hợp chất 30c 125

4.3 Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học 129

4.3.1 Hoạt tính của các hợp chất steroid glycoside phân lập từ sao biển Acanthaster planci 129

4.3.2 Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất cholesterol 134

CHƯƠNG V KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137

5.1 Kết luận 137

5.2 Kiến nghị 139

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 145

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐA CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc đại diện của glycosphingolipid 211

Hình 3.1: Sơ đồ phân lập các hợp chất từ sao biển Acanthaster planci 422

Hình 4.1: Phổ (+) HR ESI-MS/MS của hợp chất AP1 611

Hình 4.2: Phổ (-) HR ESI-MS/MS của hợp chất AP1 611

Hình 4.3: Phổ *H-NMR của hợp chất AP1 622

Hình 4.4: Phổ 13C-NMR của hợp chất AP1 633

Hình 4.5: Cấu trúc hóa học của hợp chất AP1 65

Hình 4.6: Tương tác COSY, HMBC và NOESY của hợp chất AP1 65

Trang 12

Hình 4.14: Cấu trúc hóa học của chất AP3 74

Hình 4.16: Phổ *H NMR của hợp chất AP4 77

Hình 4.17: Phổ 13C NMR của hợp chất AP4 77

Hình 4.18: Cấu trúc của hợp chất AP4 79

Hình 4.19: Tương tác COSY, HMBC của hợp chất AP4 79

Hình 4.20: Tương tác ROESY của hợp chất AP4 79

Hình 4.21: Phổ (+) HR-ESI-MS/MS của hợp chất AP11 822

Hình 4.22: Phổ (-) HR-ESI-MS/MS của hợp chất AP11 822

Hình 4.24: Phổ 1D TOCSY của hợp chất AP11 844

Hình 4.26: Các tương tác chính trong phổ HMBC và ROESY của hợp chất AP11 85

Hình 4.27: Phổ khối lượng (+) HR ESI-MS của hợp chất AP12 88

Hình 4.28: Phổ khối lượng (-) HR ESI-MS/MS của hợp chất AP12 88

Hình 4.30: Phổ (-) HR ESI-MS/MS của chất AP13 933

Hình 4.32: Phổ (-)-HR ESI-MS/MS của chất AP14 97

Hình 4.36: Tương tác HMBC của chất AP6 103

Hình 4.38: Phổ iH NMR của hợp chất AP8 1066

Hình 4.41: Cấu trúc hóa học của chất AP1G 109

Hình 4.42: Phổ i3C NMR của hợp chất 15c i 144 Hình 4.43: Phổ i3C NMR của hợp chất 16c i 144 Hình 4.44: Tương tác HMBC của hợp chất 18c i 166 Hình 4.45: Phổ tương tác HMBC của chất 19c inn Hình 4.46: Phổ iH NMR giãn rộng của hợp chất 2Gc ii88

Trang 13

Hình 4.47: Phổ i3C NMR giãn rộng của hợp chất 2Gc ii88

Hình 4.48: Phổ iH NMR giãn rộng của hợp chất 21c i 1919 Hình 4.49: Phổ i3C NMR giãn rộng của hợp chất 21c i 1919 Hình 4.50: Phổ (+) ESI-MS của hợp chất 24c i222

Hình 4.5i: Phổ i3C NMR của hợp chất 26c i233

Hình 4.52: Phổ i3C NMR của hợp chất 27c i244

Hình 4.53: Phổ i3C NMR của hợp chất 28c i255

Hình 4.54: Ảnh hưởng của hợp chất AP1 đến sự tăng sinh của các dòng tế bào HCT-116, T-47D và RPMI-795i ' i30

Hình 4.55: Ảnh hưởng của các asterosaponin AP11-AP14 đến sự di chuyển của tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA-MB-23 i ở người i33

DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Tổng hợp chất 24-methylenecholest-4-en-3y5,6y5-diol (201) từ stigmasterol 29

Sơ đồ 1.2 Tổng hợp chất 24-methylenecholest-4-en-3y5,6a-diol (202) từstigmasterol 29

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp chất 24-methylene-cholesta-3y5,5a,6y5,19-tetraol (203) từ stigmasterol 29

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp (25^)-26-hydroxycholesterol (204) từ diosgenin 300

Sơ đồ 1.5 Các giai đoạn tổng hợp certonardosterol D2 (14) từ diosgenin 300

Sơ đồ 1.6 Tổng hợp cholestan-3y5,5a,6y5-triol (205) từ cholesterol 311

Sơ đồ 4.1 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất polyhydroxysteroid từ cholesterol 113

Sơ đồ 4.2 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất hydroximinosteroid từ cholesterol 121

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số đơn vị đường thường gặp trong các loài sao biển 8

Bảng 1.2: Kết quả thử nghiệm in vitro các chất phân lập từ sao biển C.semiregularis 15

Bảng 1.3: Hoạt tính gây độc tế bào T-47D và RPMI-7951 của các hợp chất 95-100 155 Bảng 1.4: Hoạt tính gây độc tế bào làm ức chế sự tinh của trứng cầu gai của các hợp chất asterosaponin từ sao biển Acanthaster planci 26

Bảng 1.5: Kết quả đánh giá hoạt tính chống ung thư của 4 cặn chiết sao biển A planci 26

6 Bảng 1.6: Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất 206, 207, 209-220 333

Bảng 1.7: Hoạt tính gây độc tế bào in vitro của các hợp chất 207, 208và 221-234 344

Bảng 1.8: Hoạt tính sinh học của 17 hợp chất hydroximinosteroid (206-208, 235248)

35

Trang 14

Bảng 4.1 : Dữ liệu phổ NMR phần aglycon của hợp chất AP1 666

Bảng 4.2: Dữ liệu phổ NMR chuỗi đường của hợp chất AP1 67

Bảng 4.3: Dữ liệu phổ NMR của hợp chất AP2 711

Bảng 4.5: Bảng so sánh dữ liệu chuỗi đường của AP3 với TLTK 766

Bảng 4.6: Dữ liệu NMR phần aglycon của hợp chất AP4 và TLTK 800

Bảng 4.7: Dữ liệu NMR chuỗi đường của hợp chất AP4 và TLTK 811

Bảng 4.8: Dữ liệu phổ phần aglycon của hợp chất AP11 86

Bảng 4.9: Dữ liệu phổ NMR của chuỗi đường của hợp chất AP11 87

Bảng 4.10: Dữ liệu phổ phần aglycon của AP12 và pentareguloside G 911

Bảng 4.11: Kết quả phổ NMR chuỗi đường của AP12 và pentareguloside G 922

Bảng 4.12: Dữ liệu phổ NMR phần aglycon của AP13 và chất tham khảo 955

Bảng 4.13: Dữ liệu phổ NMR chuỗi đường của AP13 và chất tham khảo 96

Bảng 4.14: Dữ liệu phổ NMR phần aglycon của AP14 và chất tham khảo 99

Bảng 4.15: Dữ liệu phổ NMR chuỗi đường của AP14 và chất tham khảo 99

Bảng 4.16: Dữ liệu phổ NMR của hợp chất AP5 và chất tham khảo 1022

Bảng 4.18: Dữ liệu phổ của AP7 và chất tham khảo 1055

Bảng 4.19: Dữ liệu phổ NMR của hợp chất AP8 và chất tham khảo 10808

Trang 15

Bảng 4.20: Bảng so sánh dữ liệu phổ NMR của hợp chất AP9 và AP10 1100Bảng 4.21: Bảng tổng hợp các chất phân lập được từ sao biển Acanthaster planci 1100Bảng 4.22: Bảng tổng hợp các dẫn xuất tổng hợp được từ cholesterol 128Bảng 4.23: Hoạt tính gây độc tế bào in vitro của hợp chất AP1 1300Bảng 4.24: Hoạt tính gây độc tế bào và ảnh hưởng tới sự hình thành khối u trên thạch

mềm của các hợp chất asterosaponin AP11-AP14 1311Bảng 4.25: Hoạt tính gây độc tế bào Hep G2 và T98G của các hợp chất 15c-21c 1344Bảng 4.26: Hoạt tính gây độc tế bào Hep G2, HeLa, T98G của các chất 22c-31c 1355

Các phương pháp săc ký

Các phương pháp phổ

điện tử

nhiều liên kết

hai liên kếtHR-ESI-MS High Resolution - Electron Spray Ionization -

một liên kết

Trang 16

TOCSY Total Correlation Spectroscopy Phổ TOCSY

CeCl3.7H2O Cerium (III) chloride heptahydrate

CH2CI2

DMEM

Trang 17

H2O2 Hydrogen peroxide

Cac ky hiêu viêt tât khac

colonies formation of cancer cells Nông dô gây giam 50% suhinh thành khôi u

3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazoli bromide

3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-car-2H-tetrazolium

Trang 18

trị mang lại từ nguồn lợi biển chủ yếu cho các ngành chế biến thực phẩm, trong khi đó, cácgiá trị cung cấp về nguồn dược liệu ứng dụng cho y học và dược học vẫn còn rất hạn chế.

Ngày nay, các giá trị về dược, y học của tài nguyên biển đang ngày càng được quantâm nghiên cứu, và ưu tiên phát triển Đã có nhiều hợp chất từ sinh vật biển được phân lập,xác định cấu trúc và thử nghiệm hoạt tính sinh học Trong đó, đã có các hợp chất thể hiệnhoạt tính sinh học phong phú, có thể cung cấp hình mẫu cho các thế hệ thuốc mới Đồng thời,khi tìm ra các hoạt chất từ sinh vật biển còn có đóng góp vô cùng quan trọng trong lĩnh vựctổng hợp và bán tổng hợp hữu cơ Trên mô hình hoạt chất phân lập được có thể nghiên cứutổng hợp ra lượng lớn các hoạt chất đi từ nguyên liệu đầu phổ biến hoặc chuyển hóa các dẫnxuất của chúng để có thể đánh giá chi tiết, và tối ưu hơn đối với một thế hệ thuốc có các cấutrúc tương tự nhau (analogous) [1-4]

Việt Nam có dải bờ biển trên 3.260 km, diện tích trên 1 triệu km2, với khí hậu nhiệtđới gió mùa là điều kiện lý tưởng cho hệ sinh thái biển đa dạng về chủng loại và giàu về trữlượng Cho đến nay, đã xác định được danh mục gần 12.000 loài sinh vật biển ở Việt Nambao gồm cả động vật và thực vật [5] Từ những năm 1970, đã có một vài công trình nghiêncứu về các hợp chất thiên nhiên từ sinh vật biển Những năm gần đây, với mục tiêu nghiêncứu và thăm dò nguồn dược liệu quý từ sinh vật biển, các nghiên cứu về thành phần hóa học

và hoạt tính sinh học của các loài sinh vật biển đã được tiến hành nghiên cứu Tuy nhiên, sovới nguồn tiềm năng sinh vật biển ở nước ta thì đến nay những công trình nghiên cứu này vẫnchưa đánh giá một cách đầy đủ, và toàn diện về nguồn tài nguyên này, đặc biệt là các sinh vậtthuộc ngành Da gai

Ngành Da gai (Echinodermata), là một ngành động vật biển bao gồm năm lớp: SaoBiển (Asteroidea), Đuôi Rắn (Ophiuroidea), Cầu Gai (Echinoidea), Hải Sâm (Holothuria) vàHuệ Biển (Crinoidea), là một trong những nguồn cung cấp dồi dào các steroid phân cực Lớpchất này có cấu trúc rất đa dạng và có phổ sinh học rộng, chúng thể hiện nhiều hoạt tính như:kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm, chống ung thư, chống virus Steroid phân cực từ saobiển đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới Ở Việt Nam, đã cómột số công trình nghiên cứu về lớp chất này, tuy nhiên các nghiên cứu còn hạn chế ở việcphân lập và đánh giá hoạt tính các hợp chất Chưa có công trình nghiên cứu tổng thể nào đi

Trang 19

vào nghiên cứu phân lập, chuyển hóa hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của steroid phânlập từ sao biển.

Với mục đích tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển thuộcngành Da gai, và chuyển hóa thành các dẫn xuất polyhydroxysteroid và hydroxyminosteroid

từ steroid phổ biến trong sinh vật biển nhằm đóng góp cơ sở nghiên cứu cho những nghiêncứu tiếp theo trong lĩnh vực phát triển dược phẩm, luận án này tập trung nghiên cứu phân lập,chuyển hóa hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của steroid từ một loài sao biển phổ biến ởvùng biển Việt Nam Đối tượng được tập trung nghiên cứu là loài sao biển

Acanthasterplanci, một loài sao biển đe dọa đến sự tồn tại của các rạn san hô do chúng ăn

các mầm san hô sống Chính vì vậy luận án: “Nghiên cứu phân lập, chuyển hóa và đánh giá

tác dụng sinh học của steroid từ loài sao biển Acanthasterplanci" được thực hiện với

những nội dung chính như sau:

• Phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài sao biển

Acanthasterplanci, đặc biệt là các steroid

• Chuyển hóa các dẫn xuất theo định hướng hydroxyl hóa và oxime hóa từ 1

steroid có hàm lượng lớn trong sao biển Acanthaster planci.

hợp được.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Sao biển là loài động vật không xương sống, thuộc ngành Da gai (Echinodermata), lớpAsteroidea Sao biển phân bố rộng trên khắp các Đại dương, nhưng tập trung nhiều nhất ởkhu vực Bắc Thái Bình Dương Chúng sống ở đáy biển, thích nghi với những khu vực đáy cócát, bùn cát, đá nhỏ và các khu vực có rạn san hô

Cơ thể sao biển dẹp theo chiều lưng bụng và có đối xứng tỏa tròn bậc năm, gồm mộtđĩa trung tâm ở giữa và có 5 hay nhiều cánh (có thể lên tới 45 cánh) xếp xung quanh Cánhsao biển ở mỗi loài có độ dài ngắn tương đối khác nhau Lỗ miệng có màu sặc sỡ, khi bò trên

bề mặt giá thì miệng hướng về phía dưới, hậu môn ở về phía đối diện Bên trong quanhmiệng là vòng ống nước, từ đó phát ra các ống nước nhánh hình nan quạt tỏa ra đến tận đỉnh

Trang 20

của mỗi cánh Bao bên ngoài mỗi ống nước nhánh có hai dãy chân ống Sao biển không cóđầu và việc di chuyển được thực hiện nhờ hoạt động nhịp nhàng của hai hàng chân ống nằmphía dưới mỗi cánh Tốc độ di chuyển của sao biển rất chậm từ 5 đến 10 cm trong 1 phút,chúng nhạy cảm với ánh sáng và độ mặn nước biển [6].

Theo Blacke (1987), lớp Asteroidea được chia thành 7 bộ (order) bao gồm:

Brisingida, Forcipulatida, Notomyotida, Paxillosida, Spinulosida, Valvatida

và Velatida Đến nay người ta đã thống kê có khoảng 1900 loài sao biển, được nhóm vào

370 chi phân bố ở tất cả các Đại dương trên thế giới [7] Những nơi có nhiều sao biển phải kểđến các vùng biển Australia, Đông Thái Bình Dương và Bắc Mỹ, đặc biệt vùng biển nhiệt đới

Ân Độ - Thái Bình Dương là nơi tập trung đại đa số các loài sao biển [6, 8] Ở Việt Nam cókhoảng 78 loài sao biển khác nhau, phân bố dọc bờ biển từ Bắc đến Nam

Loài sao biển Acanthaster planci thuộc chi Acanthaster, họ Acanthasteridae

trong bộ Valvatida Theo Mah và Hansson (2013), bộ này có 17 họ (Acanthasteridae,Archasteridae, Asterinidae, Asterodiscididae, Asteropseidae, Chaetasteridae, Ganeriidae,Goniasteridae, Leilasteridae, Mithrodiidae, Odontasteridae, Ophidiasteridae, Oreasteridae,Podosphaerasteridae, Poraniidae, Solasteridae, Sphaerasteridae), 165 chi với khoảng 695 loài.Theo Đăng ký thế giới về các loài sinh vật biển (World Register of Marine Species), chi

Acanthaster chỉ có 2 loài là Acanthaster planci (Linnaeus, 1758) và Acanthaster brevispinus (Fisher, 1917).

Cho đến nay, theo thống kê của tác giả Guang Dong và cs [9] trong giai đoạn từ năm1977-2007 đã có khoảng 98 loài sao biển được nghiên cứu về thành phần hóa học Các hợpchất phân lập được từ các loài sao biển chủ yếu là các hợp chất thuộc lớp chất steroid và cáchợp chất ceramide Ngoài ra, sao biển còn chứa một số lóp chất khác như: carotenoid,nucleoside, alkaloid, acid béo, peptide Trong đó, các hợp chất steroid là các hợp chấtchuyển hóa thứ cấp chính của sao biển Hiện nay, đã có hơn 800 hợp chất steroid phân cựcđược phân lập từ các loài sao biển khác nhau, và sự đa dạng về cấu trúc của các hợp chất nàydường như là vô tận [10] Trong số các loài sao biển được nghiên cứu, có một số loài được

quan tâm nghiên cứu khá chi tiết như các loài Asterina pectinifera, Culcita

novaeguineae, Certonardoa semiregularis và Linckia laevigata.

Lóp chất steroid từ sao biển, đặc biệt là các steroid phân cực, thu hút được nhiều sự

Trang 21

quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giói bởi các hoạt tính thú vị của chúngnhư: hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư, chống virus, kháng viêm, giảm đau, tán huyết Dựa vào cấu trúc hóa học của các steroid đã phân lập được từ tự nhiên có thể chia chúngthành các nhóm chất chính như sau: polyhydroxysteroid, steroid sulfate, steroid glycoside[11].

1.2.1 Polyhydroxysteroid

Các polydydroxysteroid từ sao biển là các hợp chất có chứa từ 4 đến 9 nhóm hydroxyl(-OH) trong phần nhân tetracyclic steroid của chúng và cả trong phần mạch nhánh liên kếtvói nhân steroid ở vị trí C-17 Điều đặc biệt, các nhóm -OH này thường chỉ được tìm thấy ở

một số vị trí xác định Chúng thường có mặt ở các vị trí như 3ậ, 6(a hoặc P), 8fí, 15(a hoặc

P) và 16trong nhân steroid Đôi khi các nhóm -OH cũng được tìm thấy ở các vị trí 4fí, 5a,

7(a hoặc P), và hiếm khi được tìm thấy ở vị trí 14a Phần mạch nhánh của các hợp chất này

khá đa dạng, tuy nhiên trong phần lón các hợp chất polyhydroxysteroid có phần mạch nhánhnhư của cholestane vói các nhóm -OH thường được tìm thấy ở các vị trí C-24 và C-26 (C-28hoặc C-29 trong loại mạch nhánh giống của ergostane hoặc stigmastane) [11] Các penta- vàhexaol thường chiếm ưu thế hơn trong các polyhydroxysteroid

Điển hình cho nhóm chất này, từ loài sao biển Certonardoa semiregularis thu

thập được gần đảo Komun, Hàn Quốc, các nhà khoa học Hàn Quốc đã phân lập được 36 hợpchất polyhydroxysteroid (1-36) vói sự đa dạng về cấu trúc mạch nhánh và vị trí các nhómhydroxyl [12-17]

Trang 22

(32) Certonardosterol B 3 , R-,=OH, R 2 =H, R 3 =

(33) Certonardosterol A3, R-|=OH, R 2 =OH,R 3 =

(34) Certonardosterol A 4 , R-|=OH, R 2 =OH, R 3 =

HQ Æ—OH (35) Certonardosterol B 4 , R.|=OH, R 2 =H, R 3 =

(36) Certonardosterol D 5 , R 1 =R 2 =H,R 3 ="yị

Ri R2

(15) Certonardosterol D 3 Ri=R 3 =R 5 =H, R 2 = OH R 4 =—OH

(16) Certonardosterol Ni Ri=R 3 =H, R 2 = OH R 4 =R 5 -“OH

(17) Certonardosterol O 1 Ri=H, R 2 = OH R 3 =OH R 4 =Rs

(18) Certonardosterol Pi R-i=R 3 =OH, R 2 = OH R 4 =R 5 -*OH

(20) Certonardosterol E 3 R 1 = R 3 =H, R 2 = — OH R 4= OH (21) Certonardosterol D 4 R-|=R 3 =H, R 2 = OH R 4 =-“OH (22) Certonardosterol C 2 Ri=H, R 2 = OH R 3 -OH R 4 =-“OH (23) Certonardosterol B 2 Ri=OH, R 2 = OH,R 3 =H R 4 =-“OH

(27) Certonardosterol Q 3 , Ri=H, R 2 =

OH

Trang 23

Từ loài sao biển Asterina pectinifera, năm 2010, nhóm các nhà khoa học Trung

Quốc đã phân lập được 4 hợp chất polyhydroxysteroid (37-40), trong đó có hợp chấtpolyhydroxysteroid ester lần đầu được phân lập trong tự nhiên là (255)-5a-cholestane-3y5,6a,7a,8,15a,16y5-hexahydroxyl-26-ỡ-14’Z-eicosenoate (37) [18]

Từ loài sao biển Archaster typicus thu thập được ở vùng biển Việt Nam, nhóm

nghiên cứu của Ivanchina và cs đã phân lập được 2 hợp chất polyhydroxysteroid mới (41,42) đều có nhóm -OH ở vị trí hiếm gặp là 14a [19]

Một loạt các dẫn xuất polyhydroxysteroid được phân lập từ các loài sao biển khácnhau cho thấy một lượng lớn các hợp chất tự nhiên có cấu trúc đa dạng có mặt trong lớpsao biển Asteroidea cũng như chỉ ra tầm quan trọng của các hợp chất này đối với sự tồn tạicủa sao biển

1.2.2 Steroid sulfate

Các hợp chất tự nhiên có nhóm sulfate được phân bố rộng rãi trong động vật biển,đặc biệt trong các sinh vật ngành Da gai Trong cả năm lớp của ngành Da gai, người ta đềutìm được các hợp chất monosulfate, và chứng minh đây là những hợp chất thứ cấp rất phổbiến trong sao biển Các hợp chất steroid sulfate không chỉ được tìm thấy dưới dạng cáchợp chất steroid tự do mà còn được tìm thấy ở dạng sulfate hóa của các hợp chất steroidglycoside Nhóm sulfate có thể được tìm thấy ở các vị trí C-3 và C-15 trong hệ đa vòngcủa nhân steroid; ở phần mạch nhánh hoặc trong các đơn vị monosaccharide

Từ loài sao biển Asterina pectinifera, Yan Peng và cs đã phân lập được chất 43

và một polyhydroxysteroid glycoside (44) có mặt nhóm sulfate trong đơn vị đường [18]

Từ loài sao biển Lethasterias fusca, Ivanchina và cs đã phân lập được một steroid

glycoside sulfate, fuscaside A (45), có nhóm sulfate ở vị trí 15a và hai đơn vị

Trang 24

monosaccharide liên kết ở hai phần khác nhau của nhân steroid; và hợp chất natri dihydromarthasterone-3-sulfate (46) [20].

24,25-Từ loài sao biển Mithrodia clavigera, Levina và cs phân lập được ba hợp chất

steroid sulfate (47-49) Hợp chất 47, 48 có nhóm sulfate ở vị trí C-3 và nhóm a-OH ở vị tríC-6 Trước đây, các hợp chất này được cho rằng là sản phẩm thu được sau khi thủy phâncác asterosaponin chứ không tồn tại ở dạng tự do Tuy nhiên sau đó chúng đã được chứngminh tồn tại ở dạng tự do trong thành phần hóa học của sao biển Hợp chất 49 có nhómsulfate ở vị trí 15a [21]

Gần đây, năm 2015, từ loài sao biển Leptasterias ochotensis, Timofey và cs đã

phân lập được 4 hợp chất steroid sulfate phân cực mới [22] Trong đó bao gồm 3monoglycoside steroid sulfate (50-52) và 1 polyhydroxysteroid sulfate (53)

Từ các kết quả nghiên cứu này cho thấy, sulfate hóa là một định hướng đặc trưngcủa biến đổi sinh hóa trong sao biển Các hợp chất steroid có thể bị sulfate hóa ở một số vịtrí khác nhau trong hệ thống đa vòng và/hoặc trên mạnh nhánh hay thậm chí trong chuỗisaccharide

1.2.3 Steroid glycoside

Các hợp chất steroid glycoside là sản phẩm chuyển hóa nổi bật của sao biển, chúngchịu trách nhiệm trong chức năng gây độc tính của chúng [7] Dựa trên cấu trúc hóa họccủa chúng, có thể chia ra thành ba nhóm chất: polyhydroxysteroid glycoside,

Trang 25

asterosaponin, cyclic steroid glycoside [23] Thông thường, các đơn vị đường của chuỗicarbohydrate có dạng pentose (arabinose, xylose, hoặc các dẫn xuất methyl của chúng);hoặc hexose (glucose, galactose); và có thể có các nhóm sulfate [10] Cấu trúc của các đơn

vị đường thường gặp trong các loài sao biển được thống kê ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số đơn vị đường thường gặp trong các loài sao biển

Các polyhydroxysteroid glycoside là các chất chuyển hóa thứ cấp đặc trưng trongthành phần chính của sao biển Cấu trúc của các glycoside này gồm hai phần: phầnaglycon là các polyhydroxysteroid; và phần chuỗi carbohydrate thường là 1, 2 hoặc 3 đơn

vị đường (hiếm gặp 3 đơn vị đường) gắn vào hệ đa vòng hoặc phần mạch nhánh của nhânsteroid, hay thậm chí cả vào hệ đa vòng và phần mạch nhánh Các đơn vị monosaccharide

có thể ở dạng pentose, hexose hoặc dạng sulfate của chúng [10]

Những năm gần đây, có khá nhiều các hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mớiđược phân lập Đa phần trong số đó là các mono-, diglycoside của polyhydroxysteroid.Tuy nhiên các hợp chất hiếm gặp như steroid triglycoside cũng được công bố phân lậpđược từ một số loài sao biển, nhưng với số lượng không nhiều

Từ năm 2008 đến nay, ba loài sao biển thuộc chi Anthenea đã được nghiên cứu về

thành phần hóa học lớp chất steroid phân cực, và có 32 hợp chất polyhydroxysteroidglycoside mới đã được phân lập Các hợp chất này có phần glycoside chủ yếu là cácmono-, hoặc diglycoside; và các đơn vị glycoside này đều liên kết với khung steroid ở vị

Trang 26

trí C-16 hoặc cả ở vị trí C-7 và C-16.

Đầu tiên là nghiên cứu của Ning Ma và cs, năm 2009-2010, đã phân lập từ loài

Anthenea chinensis 11 hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mới là anthenoside A-K

(54-64) Đơn vị monosaccharide của anthenoside A (54) ở vị trí C-2 bị thế bởi một nhómacetamid [24, 25] Đặc biệt, trong tất cả các hợp chất 55-62 đều có mặt chuỗi carbohydrate

có dạng 6-ỡ-methyl-y5-D-galactofuranosyl-(1^-3)-(6-ỡ-methyl-y5-D- galactofuranose)gắn ở vị trí C-16 Hợp chất với chuỗi hai đơn vị đường này chưa từng được bắt gặp trước

đó, lần đầu tiên các hợp chất này được phân lập từ loài Anthenea chinensis [25] Tất cả

các hợp chất này đều có một liên kết đôi ở vị trí C8/C14

Từ loài sao biển Anthenea aspera, Timofey và cs đã phân lập được 17 hợp chất

polyhydroxysteroid glycoside mới là anthenoside L-U (65-74) [26], anthenoside V-X 77) và anthenoside A1, A2 (78, 79) [27, 28] Chất 75 có cấu trúc nhân steroid hiếm dạng5a-cholest-8(14)-ene-3a,7y5,16a-hydroxysteroid Phân tử đường có dạng 2- acetamido-2-deoxy-4-ỡ-methyl-y5-D-glucopyranosyl của chất 78 và 79 lần đầu tiên được tìm thấytrong các steroid glycoside của sao biển [28]

Trang 27

(75-(77) Anthenoside X

Từ loài sao biển Anthenea sibogae được thu tập tại vùng biển Việt Nam,

Timofey đã phân lập được 6 hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mới là anthenoside

S1-S6 (80-85) Tất cả các hợp chất này đều có nhân steroid dạng 3a,6y5,7y5,16a-tetrahydroxysteroid; và đều gắn với chuỗi carbohydrate ở vị trí C-7 và C-

5a-cholest-8(14)-ene-16 (80-83, 85) hoặc chỉ ở vị trí C-5a-cholest-8(14)-ene-16 (84) Đơn vị đường dạng

trước đó trong các steroid glycoside của sao biển [29]

Trang 28

Các hợp chất polyhydroxysteroid glycoside mà trong cấu trúc phân tử có chứa 3

đơn vị đường thường rất hiếm gặp Từ loài sao biển Hippasteria kurilensis, Kicha và

cs đã phân lập được các polyhydroxysteroid glycoside loại này là kurilensoside A, B, C(86-88) Đồng thời một hợp chất diglycoside polyhydroxysteroid cũng được phân lập vàđược đặt tên là kurilensoside D (89) [30] Sau đó, 5 hợp chất monoglycoside mới bao gồmkurilensoside E-H (90-93) và hợp chất 15-ỡ-sulfate của echinasteroside C (94) cũng đượcphân lập từ loài sao biển này [31]

Như vậy có thể thấy các hợp chất polyhydroxysteroid glycoside dường như có sự

đa dạng vô tận về cấu trúc Rất nhiều các hợp chất mới đã được phân lập từ một số loài saobiển kể trên từ những năm gần đây Do đó, đây là lớp chất có nhiều tiềm năng trong việcphân lập và xác định các cấu trúc mới cho cơ sở dữ liệu các hợp chất mới từ thiên nhiên

I.2.3.2 Asterosaponin

Trang 29

Asterosaponin là các hợp chất steroid phân cực đặc trưng của sao biển Đã cókhoảng 150 asterosaponin được phân lập từ các loài sao biển Cấu trúc của chúng gồm haiphần chính là phần aglycon và chuỗi oligosaccharide Phần aglycon thường có dạng A9(11)-3y5,6a-dihydroxysteroid với một nhóm sulfate ở vị trí C-3 và phần mạch nhánh nói chungthường có dạng 20y5-OH và 23-oxo Hầu hết phần aglycon của asterosaponin đều có dạngmạch nhánh của cholestane, tuy nhiên dạng mạch nhánh của ergostane (24-methyl-cholestane), stigmastane (24-ethyl-cholestane), và aglycon với mạch nhánh ngắn cũng đãđược phân lập [9, 32-34] Phần chuỗi oligosaccharide thông thường có 5 hoặc 6 đơn vịđường liên kết với nhau gắn với phần aglycon ở ở vị trí C-6.

Năm 2014, từ loài sao biển Leptasterias ochothensis thu thập ở vùng Viễn

Đông của Nga, Kicha và cs phân lập được 6 asterosaponin mới có cấu trúc mạch nhánhkhác nhau, leptasterioside A-F (95-100) Hai hợp chất leptasterioside A (95) và B (96) cócùng cấu trúc chuỗi pentasaccharide Bốn hợp chất leptasterioside C-F (97-100) cũng cócấu trúc chuỗi pentasaccharide giống nhau [32]

Năm 2017, nhóm nghiên cứu này phân lập được 7 hợp chất asterosaponin mới và 4

hợp chất asterosaponin đã biết từ loài sao biển Pentaceraster regulus thu thập ở khu

vực đảo Chàm của Việt Nam Các asterosaponin mới này là pentareguloside A-G 107) Chất 101 có cấu trúc phần aglycon dạng (20R,22R,23S,24S)-22,23-epoxy- 24-methyl-5a-cholest-9(11)-en-3y5,6a,16y5,20-tetraol, và chất 103 có cấu trúc của phần

Từ loài sao biển Astropecten monacanthus được thu thập ở vùng biển Cát Bà,

Hải Phòng, Việt Nam, nhóm nghiên cứu của GS Châu Văn Minh và cs đã phân lập được 4asterosaponin mới là astrosterioside A-D (108-111) và hai asterosaponin đã biếtpsilasteroside và marthasteroside B [34]

Trang 30

Từ các nghiên cứu nói trên có thể thấy, các hợp chất asterosaponin cũng rất đadạng về cấu trúc, không chỉ ở chuỗi oligosaccharide mà còn đa dạng cả về cấu trúc mạchnhánh của phần aglycon Như vậy, các hợp chất asterosaponin dường như vẫn còn rấtnhiều tiềm năng trong việc tìm ra các cấu trúc mới.

1.2.3.3 Cyclic steroid glycoside

Các cyclic steroid glycoside là các hợp chất có cấu trúc hoàn toàn khác biệt, được

phân lập lần đầu tiên bởi các nhà khoa học Ý từ hai loài sao biển thuộc chi Echinaster

[35-37] Các hợp chất này có cấu trúc độc đáo với một chuỗi cyclic trisaccharide liên kếthai đầu ở vị trí C-3 và C-6 của phần aglycon có dạng A7-3y5,6y5- dihydroxysteroid; và sựxuất hiện của đơn vị glucuronic axit trong chuỗi carbohydrate

Hợp chất sepositoside A (112) phân lập từ loài sao biển Echinaster sepositus

có chứa một đơn vị glucuronic acid, một glucose và một galactose trong chuỗicarbohydrate, là hợp chất cyclic steroid glycoside đầu tiên được phân lập [35] Sau đó, từloài sao biển này, ba hợp chất cyclic steroid glycoside khác cũng được phân lập (113-115),

Trang 31

các hợp chất này có vòng epoxy ở vị trí C-22 và C-23 của mạch nhánh [36] Chất thứ nămđược biết đến thuộc dãy chất này là luzonicoside A (116) được phân lập từ loài sao biển

Echinaster luzonicus [37].

Đến năm 2015, Kicha và cs đã nghiên cứu phân lập được 5 hợp chất mới từ loài sao

biển Echinaster luzonicus được thu thập ở vùng biển Việt Nam Trong đó có 4 hợp

chất mới thuộc dạng cyclic steroid glycoside là luzonicoside B-E (117-120) và 1 hợp chất

bị mở vòng của chuỗi carbohydrate ở vị trí C-6 là luzonicoside F (121) [38]

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, các hợp chất cyclic steroid glycoside mới chỉ

được phân lập từ hai loài sao biển thuộc chi Echinaster mà chưa từng được tìm thấy ở

các loài sao biển thuộc các chi khác Vì vậy, có thể coi nhóm chất này như là các chất

nhận diện của chi Echinaster.

Ngày nay, ung thư là căn bệnh phổ biến trên toàn thế giới với tốc độ gia tăng nhanhchóng, tuy nhiên các loại thuốc dùng cho điều trị vẫn còn khá hạn chế Do đó, việc tìm racác loại thuốc cho điều trị các bệnh ung thư rất được quan tâm nghiên cứu Trong đó, cácloại thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên được quan tâm hơn cả do chúng thể hiện ưu thếvượt trội hơn so với các thuốc tổng hợp, như: độc tính thấp, khả năng dung nạp vào cơ thểcao, ít tác dụng phụ Vì vậy, các nghiên cứu về hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thưcủa các hợp chất tự nhiên, đặc biệt là các chất phân lập từ sinh

vật biển gần như chiếm ưu thế Bên cạnh đó, các nghiên cứu về hoạt tính kháng vi sinh

Trang 32

vật, kháng virus hay khả năng điều hòa miễn dịch của các chất có nguồn gốc biển tựnhiên cũng được quan tâm nghiên cứu do chúng thể hiện phổ sinh học rộng.

1.3.1 Hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư

Từ loài sao biển Certonardoa semiregularis, 36 hợp chất

polyhydroxysteroid 1-36 được phân lập [12-17] Các hợp chất này được thử hoạt tính

gây độc tế bào trên mô hình in vitro với các dòng tế bào ung thư ở người, như: ung thư

phổi (A549), ung thư buồng trứng (SK-OV-3), ung thư da (KS-MEL-2), ung thư não(XF498) và ung thư đại tràng (HCT15)

Bảng 1.2: Kết quả thử nghiệm in vitro các chất phân lập từ sao biển

Khi nghiên cứu loài sao biển Leptasterias ochotensis sáu hợp chất

asterosaponin leptasterioside A-F (95-100) phân lập từ sao biển này được tiến hành đánhgiá hoạt tính gây độc tế bào trên hai dòng tế bào ung thư ở người: ung thư sắc tố ác tính(RPMI- 7951) và ung thư vú (T-47D) Kết quả cho thấy 6 asterosaponin, leptasteriosideA-F (95-100), thể hiện hoạt tính gây độc trên cả hai dòng tế bào RPMI-7951 và T-47D.Trong đó, chất 97 thể hiện hoạt tính rất mạnh trên dòng tế bào T-47D [32]

Bảng 1.3: Hoạt tính gây độc tế bào T-47D và RPMI-7951 của các hợp chất 95-100

Trang 33

Ngoài hoạt tính gây độc tế bào, các hợp chất 1-13 phân lập từ loài sao biển

Certonardoa semiregularis cũng được tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn chống lại

20 chủng vi khuẩn khác nhau Hầu hết các hợp chất này đều thể hiện hoạt tính kháng

khuẩn yếu trên các chủng Streptococcus pyogenes 308A, Pseudomonas

aeruginosa 1771 và Pseudomonas aeruginosa 1771M [9].

Các hợp chất 37-40, 43, 44 phân lập từ loài sao biển Asterina pectinifera được

tiến hành thử hoạt tính chống virus Herpes typel (HSV-1) gây rộp da Kết quả cho thấy cáchợp chất 39, 40, 43, 44 thể hiện hoạt tính chống lại dòng virus HSV-1 này với nồng độ ứcchế thấp nhất (MIC) là 0,2; 0,05; 0,2 và 0,07 ^M Điều này gợi ý rằng, nhóm - OH ở vị tríC-4, nhóm sulfate ở vị trí C-3 có thể là yếu tố cần thiết cho hoạt tính kháng virut HSV-1

Hơn nữa, khi cấu hình nhóm -OH của C-15 chuyển từ dạng a (39) sang ß (40), hoạt tính

kháng virus HSV-1 của chất 40 tăng mạnh hơn [18]

1.3.3 Hoạt tính điều hòa miễn dịch

Khi nghiên cứu các hợp chất cyclic steroid glycoside phân lập được từ loài sao biển

Echinaster luzonicus, Kicha và cs đã đánh giá hoạt tính điều hòa hệ miễn dịch, bao

gồm các hoạt tính: kích thích lysosome, mức độ của ROS (reactive oxygen species) nộibào và sự sản sinh oxit nitric (NO) của chất luzonicoside A (116) và luzonicoside D (119)trên tế bào đại thực bào RAW 264.7 Hai chất này chỉ có sự khác biệt nhau trong cấu trúccủa đơn vị đường thứ ba trong vòng carbohydrate, đơn vị galactose của chất 116 và đơn vịglucose của chất 119 Cả hai chất này đều không gây độc tế bào RAW 264.7 trong khoảngnồng độ 0,001-50 ^M [38] Ở liều không gây độc tế bào, chất 116 điều chỉnh hoạt độnglysosome của tế bào RAW 264.7 theo sự lệ thuộc vào liều và biểu đồ đường cong hìnhchuông Khi tế bào được xử lý với hợp chất 116 ở nồng độ 10 ^M thì làm giảm nhẹ hoạtđộng lysosome Ở trong khoảng nồng độ 0,0011,0 ^M, chất 116 gây kích thích đáng kểhoạt động lysosome, và nồng độ đạt được cực đại ở 0,1 ^M, gây kích thích lên đến 50% sovới đối chứng Trong khi đó, chất 119 kém ảnh hưởng trên các phép thử này Hoạt tínhkích thích của 119 trên lysosome đại thực bào là 20-40% so với các tế bào không đượcđiều trị ở cùng khoảng nồng độ, với hiệu quả tối đa ở nồng độ 0,001 và 0,1 ^M

Chất 116 tạo ra sự hình thành ROS trong khoảng nồng độ 0,01-10,0 ^M và tăng tối

đa mức độ ROS khoảng hai lần với liều 0,01 ^M Trong khi đó, chất 119 không cho thấybất kỳ sự kích thích đáng kể nào về sự hình thành ROS trong khoảng nồng độ 0,001-10

^M

Trang 34

Khi đánh giá sự sản xuất NO, chất 116 gây ra sự gia tăng sản xuất NO trong các đạithực bào theo sự phụ thuộc vào liều và cách thức tương tự như hoạt động của lysosome.Nồng độ hiệu quả nhất để tăng cường điều chỉnh sự sản sinh NO trong tế bào RAW 264.7lên đến 15-30% khi so sánh với nồng độ kiểm chứng lần lượt là 0,01 và 0,1 ^M Trong khichất 119 kém hiệu quả và hàm lượng NO tăng lên không đáng kể trong các tế bào màkhông có mối quan hệ phụ thuộc liều rõ rệt.

Lipopolysaccharide (LPS) từ E coli, một chất điều hòa miễn dịch, được sử dụng

là chứng dương trong nghiên cứu này Hợp chất 116 ở nồng độ 0,1 ^M có hiệu quả hơntrong việc kích thích hoạt động lysosome so với LPS ở liều 1 ^g/mL và có tác dụng tương

tự LPS trong việc kích thích tổng hợp NO trong các tế bào đại thực bào RAW 264.7 Kíchthích sản xuất NO trong các tế bào là một hiện tượng tương đối hiếm đối với các hợp chấtthiên nhiên từ biển có trọng lượng phân tử thấp Trên cơ sở những thử nghiệm này,luzonicoside A (116) hứa hẹn là một tác nhân điều hòa miễn dịch tiềm năng [38]

1.4.1 Đặc điểm sinh học và phân bố của loài sao biển Acanthaster planci

a Đặc điểm sinh học

Sao biển Acanthasterplanci (A planci) là loài sao biển có kích thước cơ thể

lớn với đường kính có thể đạt tới 0,5 m Cơ thể chúng có hình dạng đối xứng, nhiều cánh(từ 16 đến 21 cánh) và toàn bộ cơ thể được bao phủ bởi các gai nhọn, dài và có độc tính.Chiều dài của gai nhọn xấp xỉ 5 cm nhằm bảo vệ, và chống lại sự đe dọa từ kẻ địch Màusắc của chúng có thể khác nhau tùy theo khu vực sinh sống, từ màu nâu nhạt đến xám-xanh Vòng đời của loài sao biển gai từ 5-7,5 năm [39] Da của chúng là một màng rấtnhạy cảm, được sử dụng để lấy oxy hòa tan trong nước biển Sao biển gai nên được xử lýcẩn thận vì các gai nhọn dài của chúng có thể gây đau đớn và làm vết thương chậm lành[39, 40]

Khẩu phần ưa thích của sao biển gai là các mầm (polyp) san hô sống.Vì vậy, chúng

là mối đe dọa lớn đối với hệ sinh thái của các rạn san hô Chúng được coi là một trong 100loài xâm lấn tồi tệ nhất thế giới Để hạn chế sự gia tăng của chúng, người ta đã mở cácchiến dịch săn bắt sao biển gai, hoặc tiêm natri bisulfate vào cơ thể chúng (hợp chất này làchất độc gây chết sao biển gai mà không gây ảnh hưởng tới hệ sinh thái san hô)

Sao biển A planci là loài gây nguy hại đối với hệ sinh thái của các rạn san hô.

Tuy nhiên, các nghiên cứu hóa học của chúng cho thấy thành phần hóa học chính là các

Trang 35

steroid, ceramide và các asterosaponin Đây là những lớp chất có hoạt tính sinh học quýbáu đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu Bên cạnh việc cầntiêu diệt và hạn chế sự sinh trưởng bùng phát của loài sao biển này để bảo vệ các rạn san

hô thì đây cũng là nguồn cung cấp nguyên liệu rất lớn để phục vụ cho các nghiên cứu hóahọc cũng như hoạt tính của các hợp chất có trong loài sao biển này Điều này không chỉgóp phần vào bảo vệ hệ sinh thái của các rạn san hô mà còn bổ sung cho các nghiên cứusâu hơn về hóa học của loài sao biển này cũng như góp phần lý giải các độc tính mà chúnggây ra

b Sự phân bố

Sao biển A planci phân bố rộng khắp Ản Độ Dương-Thái Bình Dương Chúng

xuất hiện ở các vĩ độ nhiệt đới và cận nhiệt đới từ Biển Đỏ và đông bờ biển châu Phi quaThái Bình Dương, qua Ản Độ Dương đến bờ tây Trung Phi

Ở Việt Nam, loài sao biển này có mặt ở hầu hết các vùng biển, nhưng đặc biệtchúng sinh trưởng và phát triển khá mạnh ở dải biển miền Trung - Nam, nơi có nhiều rạnsan hô như các tỉnh: Nha Trang, Quảng Nam, Cù Lao Chàm

1.4.2 Tinh hình nghiên cứu thành phần hóa học loài sao biển Acanthaster planci

trên thế giới

Theo phân loại, chi Acanthaster chỉ có 2 loài là Acanthaster planci (Linnaeus, 1758) và Acanthaster brevispinus (Fisher, 1917) Trong đó chỉ có loài

Acanthaster planci được nghiên cứu về thành phần hóa học từ rất sớm, đầu những năm

70 của thế kỷ trước Theo thống kê, đến nay có khoảng 80 hợp chất đã được xác định cómặt trong thành phần hóa học của loài sao biển này Tuy nhiên, các hợp chấtglycosphingolipid (cerebroside và ganglioside) và các asterosaponin chiếm ưu thế hơn cảtrong số này Các hợp chất steroid tự do (sterol và polyhydroxysteroid), vàpolyhydroxysteroid glycoside cũng đã được phân lập, nhưng số lượng các hợp chất nàykhông nhiều Ngoài ra còn có một số hợp chất khác như: carotenoid, nucleoside

Trang 36

(134) 5a-cholestan-3yỡ-ol (135) Cholesterol (136)

5a-cholestan-7-en-3yỡ-ol

(137) (22ii)-5a-ergost-7,22- (138) Ergost-5-en-3//-ol 3/;-ol

(139)5tt-ergost-7-en-dien-3yỡ-ol

1.4.2.1 Steroid tự do (sterol và polyhydroxysteroid)

Từ năm 1972, Y M Sheikh và cs đã phân lập được hai sapogenin 5a-pregn- ene-3y5,6a-diol-20-one (122) và 5a-cholesta-9(11),20(22)-diene-3y5,6a-diol-23- one (123)

9(11)-từ loài sao biển này [41]

Năm 1975, Isao Kitagawa và cs đã phân lập thêm được 8 hợp chất khác, trong đó

có 7 hợp chất steroid (124-130) và 1 hợp chất ở dạng glycoside steroid [42] Thornasterol

A (126) và thornasterol B (127) mang phần cấu trúc của mạch nhánh là

20-hydroxy-23-ketone được coi là 2 sapogenol chính của sao biển A.planci.

Tiếp đó, Kitagawa đã phân lập được 3 hợp chất acetylsteroid (131-133) [43] Bahợp chất này có nhân steroid giống nhau với nhóm acetyl ở vị trí C-3, nhóm keton ở C-

6 và liên kết đôi A9,11, chúng khác nhau ở cấu trúc mạch nhánh gắn với C-17

Đến năm 1980, nghiên cứu của Susumu Sato đã đưa ra kết quả phân tích sự có mặt

của 11 sterol (134-144) trong sao biển A.planci bằng phương pháp GC-MS [44] Các

sterol này có cấu trúc phần mạch nhánh khá đa dạng

Trang 37

1.4.2.2 Polyhydroxy steroid glycoside

Trước đây, không có nhiều các hợp chất polyhydroxysteroid và dạng glycoside

của chúng được phân lập từ sao biển A planci Năm 1973, nhóm nghiên cứu của Sheikh đã phân lập được hai monoglycoside steroid (145 và 146) từ sao biển A planci

[45] Sau đó, hợp chất nodososide (147) được công bố phân lập từ sao biển gai bởinhóm nghiên cứu của Minale [46]

Cho đến những năm trở lại đây mới tiếp tục có các công bố về sự phân lập cácpolyhydroxysteroid glycoside từ sao biển gai Nhóm các nhà khoa học Nga, Kicha và cs

đã phân lập được một triglycoside polyhydroxysteroid mới (148) Hợp chất này có 2chuỗi phân tử đường khác nhau liên kết với khung aglycon qua 2 liên kết glycoside.Trong đó, một đơn vị đường 2-OMe-Xyl liên kết ở C-3 của nhân steroid và chuỗi haiphân tử đường Fuc-Xyl gắn với C-28 ở mạch nhánh [47]

I.4.2.3 Asterosaponin

Asterosaponin là lớp chất phổ biến trong sao biển Thành phần các

asterosaponin trong sao biển A planci được quan tâm nghiên cứu rất sớm từ những

năm 1970 Thống kê các công bố cho thấy, đến nay đã có khoảng 10 asterosaponin đãđược phân lập từ loài sao biển này Đi đầu trong các nghiên cứu về thành phầnasterosaponin của loài sao biển này là nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản Từ1978-1986, đã có 8 asterosaponin được

Trang 38

asterosaponin 150, acanthaglycoside A-D, F (151-155) và hợp chất đã biếtmarthasteroside Ai (156) được phân lập bởi Tetsuya Komori [48-50].

1.4.2.4 Glycosphingolipid

Các glycosphingolipid là một loại phụ của glycolipid có chứa chuỗi mạch dàiamino acohol sphingosine (sphingoid base) Sự liên kết của một chuỗi acid béo vớisphingoid bằng liên kết amin sẽ tạo thành ceramide Phần chuỗi carbohydrate liên kết ởphía đầu của sphingolipid được nối vào mạch ceramide thông qua liên kết glycoside tạothành glycosphingolipid

Hình 1.1: Cấu trúc đại diện của glycosphingolipid (R = H hoặc OH/ R' =H hoặc OH)Glycosphingolipid được chia thành hai nhóm bao gồm cerebroside vàganglioside Các sphingolipid thường được phát hiện từ các mô của các loài động vậtbậc cao, đây là một phần cấu tạo lên thành tế bào Do chúng nằm ở màng tế bào với đầuphân tử đường hướng ra ngoài tế bào nên chúng thường có liên quan đến các hoạt

ỌH° H 3al

O HO.

R

H Oi HO

Trang 39

từ Da gai thì cerebroside là thành phần được quan tâm nghiên

planci cũng được quan tâm nghiên cứu khá chi tiết từ những năm

1980 bởi các nhà khoa học thuộc ĐH Kyushu, Nhật Bản Đã có khoảng 25 glycosphingolipid đã được phân lập và được chứng minh cấu trúc

Từ năm 1980-1988, nhóm nghiên cứu Tetsuya Komori và cs đã phân lập được

10 cerebroside (156-165) [51, 52] và 2 ceramide lactoside là acanthalactoside A và B(166 và 167) [53] Ba hợp chất 160-162 được xác định thuộc dạng ceramide

phytosphingosine có liên kết glycoside với một phân tử đường dạng

1-O-fi-D-glucopyranoside Hợp chất 160 và 161 có chứa một mạch acid béo bão hòa 2-hydroxycùng với chuỗi mạch dài bão hòa Chất 162 có chứa một mạch acid béo bão hòa 2-hydroxy và một chuỗi mạch dài với 1 vị trí liên kết chưa bão hòa Các hợp chất 163165được xác định thuộc dạng ceramide sphingosine có liên kết glycoside với một phân tửđường dạng 1-O-y9-D-glucopyranoside; một mạch acid béo bão hòa 2-hydroxy và mộtchuỗi mạch dài có 2 vị trí liên kết chưa bão hòa Hai ceramide lactoside 166 và 167được xác định có dạng ceramide lactoside phytosphingosine có chứa mạch acid béo 2-hydroxy và chuỗi đường được xác định là liên kết của hai phân tử đường có dạng y9-

(1^4)-y5-glucopyranose

Năm 1990, nhóm nghiên cứu của Kawano phân lập được 5 hợp chất ganglioside

từ cặn chiết lipid phân cực của loài sao biển này là acanthaganglioside A-E (168-172)

Trang 40

có 5 đến 6 phân tử đường và chuỗi acid béo khác nhau [54, 55].

Ba hợp chất acanthaganglioside F-H (173-175) sau đó cũng được phân lập vàđược chứng minh là các dẫn xuất của acanthaganglioside C (170) chỉ có sự khác biệt ởchuỗi mạch dài ankyl trong phần nhân cấu trúc của ceramide (gồm chuỗi acid béo vàchuỗi sphingoid) Acanthaganglioside F (173) và G (174) có cấu trúc của chuỗisphingoid giống nhau với 16 đơn vị cacbon và chỉ khác là hơn kém nhau 2 đơn vịcarbon trong chuỗi acid béo với số đơn vị carbon tương ứng là 21 và 23 carbon Trongkhi đó thì acanthaganglioside H (175) được xác định có chuỗi sphingoid là 17 đơn vịcarbon và chuỗi acid béo là 24 đơn vị carbon [56, 57]

Năm 1998, nhóm nghiên cứu của Inagaki đã công bố phân lập được 3 ceramidedạng phytosphingosine từ phân đoạn ít phân cực của cặn chiết lipid sao biển gai và kýhiệu là AC-1-6 (176); AC-1-10 (177) và AC-1-11 (178) [58]

Năm 2000, Miyamoto và cs đã phân lập thêm được 2 ganglioside mới cũng làdẫn xuất của acanthaganglioside C, có chuỗi phân tử đường và chuỗi sphingoid có cấutrúc giống với acanthaganglioside C, chỉ khác nhau ở chuỗi acid béo Hai ganglioside

này là

a

canthaganglioside I, J (179, 180) [59]

Định dạng
Số trang	283
Dung lượng	10,32 MB