Tìm kiếm một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico

Hàng ngàn hoạt chất đã được xác định và phân lập từ các cây dược liệu là nguyên liệu vô cùng quý giá cho các nghiên cứu sàng lọc tìmkiếm các hợp chất dẫn đường có tác dụng tốt trong kiểm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA Y DƯỢC

SINH VIÊN: PHẠM THỊ THU UYÊN

**********

ĐỀ TÀI TÌM KIẾM HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN CÓ TÁC DỤNG HẠ ĐƯỜNG HUYẾT HƯỚNG ĐIỀU TRỊ TIỂU ĐƯỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP

IN SILICO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA Y DƯỢC

Người thực hiệLn:ờ iPHcảmẠ Mơn THỊ THU UYÊN

Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ **********lòngbiếtơn sâu sắc và chân thành nhất tới người thầy của tôi – TS Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên,

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận.

ĐỀ TÀI

Tôi xin chân thành cảm ơn Ths Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trìnhTÌMnhận vàKIthẾựcMhiệnHđềỢtàiP CHẤT THIÊN NHIÊN CÓ TÁC

DỤTôiNGcũngHxinẠđượĐƯỜccảmNGơncô LêHUYThịThuẾTHườngHƯỚNGđãdẫndắ t

ĐIỀtôitrongU nhTRữngỊ bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình.

TIỂU ĐƯỜNG TUÝP 2 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP

Tôi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu c ủa mình, em Lại Đức Anh đã

hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua.

IN SILICO

Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ môn DượcKHÓAliệuvà

LUdượẬcNh ọTcỐcTổ truyNGHIền, ỆPcác ĐẠthầIy HcôỌCởPhòngNGÀNHđào DƯỢCtạo&CTHSSV,SĨ

cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận.

Khóa:Cuốicùng,QH tôi-2015Yxindành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất

cả những người thân trong gia đình đã luôn ở bên yêu thương, ủng hộ để tôi có được ngày

Người hướng dẫn: TS PHẠM THẾ HẢI hôm

Lời cảm ơn

Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới người thầy của tôi – TS Phạm Thế Hải, người thầy đã ân cần quan tâm, động viên, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi từ những bước đi chập chững đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ths Hà Thị Thanh Hương công tác tại Khoa Y Dược, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nhận và thực hiện đề tài.

Tôi cũng xin được cảm ơn cô Lê Thị Thu Hường đã dẫn dắt tôi trong những bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình.

Tôi xin cảm ơn người bạn trong nhóm nghiên cứu của mình, em Lại Đức Anh đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua.

Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ môn Dược liệu và dược học cổ truyền, các thầy cô ở Phòng đào tạo & CTHSSV, cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận.

Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất cả những người thân trong gia đình đã luôn ở bên yêu thương, ủng hộ để tôi có được ngày hôm nay!

Hà Nội, ngày 10, tháng 6, năm 2020

Phạm Thị Thu Uyên

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

IDF Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới

GIP Peptide insulinotropic phụ thuộc glucose

GLP-1 Peptide giống glucagon 1

GLUT2 Vận chuyển glucose loại 2

HbA1c Huyết sắc tố glycosyl hóa

LADA Latent Autoimmune Diabetes of Adulthood

PPARγγ Thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator γ (Peroxisome Peroxisome

proliferator-activated receptors gamma)QSARγ Mô hình liên quan giữa cấu trúc và tác dụng

RγMSD Rγoot mean square deviation (Peroxisome proliferator-Độ lệch căn quân phương)

RγOS Loại oxy phản ứng

SGLT2 Protein đồng vận chuyển glucose 2 (Peroxisome proliferator- Sodium-glucose cotransporter-2)SMILES Simplified Molecular Input Line Entry Specification

STZ Streptozotocin

TrS Tập huấn luyện (Peroxisome proliferator-Training set)

TS Tập kiểm tra (Peroxisome proliferator-Test set)

TSPT Tham số phân tử

TZD Thiazolidinedione

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

ĐẶT VẤN ĐỀ viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về bệnh đái tháo đường 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Phân loại 1

1.1.3 Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2 4

1.2 Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới 8

1.3 Đại cương về QSARγ 10

1.4 Kỹ thuật Protein docking 12

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Nguyên liệu 14

2.1.1 Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình QSARγ 14

2.1.2 Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình phân biệt 15

2.1.3 Cơ sở dữ liệu dùng để sàng lọc hoạt tính 15

2.1.4 Cấu trúc tinh thể của các protein dùng trong nghiên cứu Docking 15

2.2 Thiết bị, phần mềm 16

2.3 Nội dung nghiên cứu 17

2.4 Phương pháp nghiên cứu 17

2.4.1 Xây dựng mô hình QSARγ dự đoán hoạt tính trên các đích ĐTĐ tuýp 2 đã chọn

18 2.4.2 Sàng lọc in silico các hợp chất thiên nhiên hướng tác dụng trên đích ĐTĐ tuýp 2: PPARγγ và SGLT2 22

2.4.3 Mô phỏng protein docking 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 25

3.1 Kết quả nghiên cứu 25

3.1.1 Kết quả xây dựng hai mô hình QSARγ trên phần mềm MobyDigs cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2 25 3.1.2 Kết quả sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu

3.1.3 Kết quả kiểm tra tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo 27

3.2 Bàn luận 28

3.2.1 Đánh giá kết quả xây dựng hai mô hình QSARγ trên phần mềm MobyDigs cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh học trên từng đích phân tử là PPARγγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2 28

3.2.2 Về các hợp chất đã sàng lọc theo hai mô hình QSARγ đã xây dựng 33

3.2.3 Đánh giá lại tác dụng của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình máy tính in

vivo 35

KẾT LUẬN 39

KIẾN NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng 5

Bảng 2.1 Các phần mềm tính tham số phân tử thông dụng 19

Bảng 3.1 Các hợp chất có tác dựng đồng thời trên 2 đích phân tử là PPARγγ và SGLT2. 26

Bảng 3.2 Các hợp chất được dự đoán là có hoạt tính in vivo 28

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá nội và đánh ngoại mô hình QSARγ 30

Bảng 3.4 : Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mô hình QSARγ trên đích PPARγγ 31

Bảng 3.5 : Bảng ý nghĩa các của các tham số phân tử trong mô hình QSARγ trên đích SGLT2 32

Bảng 3.6 Giá trị Score của các hợp chất trong Docking trên 2 đích phân tử 33

Bảng 3.7 Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích PPARγγ 35

Bảng 3.8 Kết quả Docking của 4 hợp chất đã sàng lọc được trên đích SGLT2 36

Bảng 3.9 Một số thông tin về các hợp chất thu được sau quá trình sàng lọc .37

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình nghiên cứu phát triển thuốc 9

Hình 2.1 Cấu trúc khung các chất chủ vận PPARγγ trong cơ sở dữ liệu 14

Hình 2.2 Cấu trúc 3D của thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ 15

Hình 2.3 Cấu trúc 3D của Protein đồng vận chuyển natri - glucose 2 16

Hình 2.4 Quá trình nghiên cứu đề tài tìm kiếm hợp chất hợp chất thiên nhiên có tác dụng trên các đích điều trị ĐTĐ tuýp 2 (Peroxisome proliferator-PPARγγ và SGLT2) theo mô hình in silico và in vivo 18

Hình 3.1 Khả năng kích thích thực tế so với số liệu tính toán của tập dữ liệu các chất kích hoạt PPARγγ 29

Hình 3.2 Khả năng ức chế thực tế so với số liệu tính toán của tập dữ liệu các chất ức chế SGLT2 29

ĐẶT VẤN ĐỀ

Thống kê từ liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế (Peroxisome proliferator-International Diabetes

Federation) năm 2015 cho thấy, ước tính có khoảng 415 triệu người (Peroxisome proliferator-nằm trong độtuổi từ 20-79) mắc bệnh đái tháo đường (Peroxisome proliferator-ĐTĐ) và hơn 5 triệu ca tử vong trên tổng

số 111 nước được nghiên cứu [38] Khoảng 75% những người mắc và chết do tiểuđường đến từ các nước có thu nhập thấp và trung bình Trong đó bệnh đái tháođường tuýp 2 chiếm hơn 90% các trường hợp mắc Số ca mắc và tỷ lệ mắc bệnh tiểuđường đều tăng đều đặn trong vài thập kỷ qua Các liệu pháp ngăn ngừa và điều trịhiện tại mặc dù có hiệu quả, tuy nhiên cũng còn nhiều hạn chế như: sử dụng

Biguanide sẽ gây ra các vấn đề về tiêu hóa, Sulfonylureas gây hạ đường huyết, tăngnguy cơ mắc bệnh tim mạch Mặt khác chi phí trực tiếp cần thiết cho việc theo dõilâu dài bệnh tiểu đường và các biến chứng của nó là một gánh nặng đáng kể đối vớicác nền kinh tế quốc gia Người ta ước tính rằng 12% chi phí chăm sóc sức khỏetoàn cầu được chi cho bệnh tiểu đường và tỷ lệ mắc trên toàn thế giới dự kiến sẽtăng từ 8.8% trong năm 2015 lên 10,4% vào năm 2040 Gánh nặng kinh tế toàn cầucủa căn bệnh này có thể được dự kiến sẽ tăng vọt [38] Do đó, cần phải đầu tư vàonghiên cứu các liệu pháp mới trong điều trị và quản lý bệnh tiểu đường

Nhiều nhóm thuốc hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2 đã được phát triển và được đưavào sử dụng rộng rãi như: insulin, nhóm thuốc biguanid, thiazolidinedione (Peroxisome proliferator-TZD), sulfonylurea, meglitinide, chất ức chế α-glucosidase hay dipeptidyl peptidase-4 (Peroxisome proliferator-DPP4), các chất đồng vận thụ thể GLP-1 và các chất tương tự amylin Chúng hoạt động chủ yếu theo 2 cơ chế là giảm hấp thu glucose đường ruột và kích thích tế bào

β đảo tuỵ Trong các thuốc mới phát triển, nhiều hoạt chất được tìm thấy thông qua

quá trình thiết kế và sàng lọc hợp lý với sự hỗ trợ của các mô hình máy tính (Peroxisome proliferator-in

silico), đặc biệt là các mô hình liên quan định lượng giữa cấu trúc và tác dụng

(Peroxisome proliferator-QSARγ) Các mô hình in silico có lợi thế so với các mô hình thực nghiệm truyền thống về thời gian và chi phí vận hành Hiện nay các mô hình in silico đã trở thành

một phần không thể tách rời trong các dự án nghiên cứu và phát triển thuốc mới, chúng được sử dụng trong giai đoạn sàng lọc các thư viện hoá học lớn nhằm tìm kiếm hợp chất tiềm năng cho các nghiên cứu thực nghiệm [29]

Nghiên cứu khoa học về thực vật là một chiến lược thay thế hiệu quả để tìm

ra các tác nhân trị liệu mới Ví dụ, 1,1-dimethylbiguanide, hoạt chất trong thuốcmetformin trị đái tháo đường nổi tiếng, có nguồn gốc từ guanidine - một hợp chất

hạ huyết áp được phát hiện từ cây lilac của Pháp, Galega officinalis [5] Một số loại

thuốc thông thường được kê đơn cũng được phát hiện từ thực vật Các ví dụ phổ

biến bao gồm morphine giảm đau từ Papaver somniferum (Peroxisome proliferator-thuốc phiện), thuốc chống viêm aspirin từ Salix alba (Peroxisome proliferator-cây liễu trắng) và thuốc chống sốt rét, quinine từ

Cinchona succirubra [17] Vì vậy nghiên cứu khoa học về cây thuốc dựa trên bằng

chứng để khám phá các sản phẩm tự nhiên hoạt tính sinh học với các ứng dụng điềutrị là một con đường đầy hứa hẹn để thiết lập các liệu pháp mới cho bệnh này.Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên dược liệu vô cùng dồi dào và phong phú, đây là một nguồn quan trọng và đầy hứa hẹn để xác định các hợp chấtchống đái tháo đường mới Hàng ngàn hoạt chất đã được xác định và phân lập từ các cây dược liệu là nguyên liệu vô cùng quý giá cho các nghiên cứu sàng lọc tìmkiếm các hợp chất dẫn đường có tác dụng tốt trong kiểm soát đường huyết ở bệnhnhân ĐTĐ tuýp 2

Từ những phân tích nêu trên, nhằm góp phần tìm kiếm các chất có hoạt tính tốt

phù hợp phát triển thành thuốc điều trị ĐTĐ tuýp 2, tôi tiến hành đề tài “Tìm kiếm

một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng hạ đường huyết hướng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng phương pháp in silico” với mục tiêu chính như sau:

1 Xây dựng hai mô hình QSAR cho phép tìm kiếm các hợp chất có tác dụng sinh

học trên từng đích phân tử là PPARγγ và SGLT2 hướng điều trị ĐTĐ tuýp 2

2 Sàng lọc được một số hợp chất thiên nhiên có tác dụng điều trị tiểu đường tuýp 2 sử dụng hai mô hình QSARγ đã xây dựng

3 Kiểm tra hoạt tính sinh học của các hợp chất đã sàng lọc qua mô hình in vivo.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về bệnh đái tháo đường

1.1.1 Khái niệm

Theo Bộ Y tế Việt Nam năm 2017, Đái tháo đường (Peroxisome proliferator-ĐTĐ) được định nghĩa là

“bệnh rối loạn chuyển hóa không đồng nhất, có đặc điểm tăng glucose huyết do khiếm khuyết về tiết insulin, về tác động của insulin, hoặc cả hai Tăng glucose mạn tính trong thời gian dài gây nên những rối loạn chuyển hóa carbohydrate, protide, lipide, gây tổn thương ở nhiều cơ quan khác nhau, đặc biệt ở tim và mạch máu, thận, mắt, thần kinh”[1].

Theo số liệu của Liên đoàn Đái tháo đường Thế giới (Peroxisome proliferator-IDF-International DiabetesFederation), năm 2015, trong 111 nước được điều tra có đến 415 triệu người (Peroxisome proliferator-20-79tuổi) mắc ĐTĐ, và ước tính đến năm 2040 con số này sẽ tăng lên 642 triệu, tức là

cứ 10 người có 1 người bị ĐTĐ Mặt khác, cùng với việc sử dụng thực phẩm khôngkhoa học, an toàn, thiếu vận động ở trẻ nhỏ, bệnh ĐTĐ tuýp 2 đang có xu hướngtăng ở cả trẻ em, trở thành một trong những vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêmtrọng Bệnh ĐTĐ gây nên nhiều biến chứng nguy hiểm, điển hình như các bệnh timmạch (Peroxisome proliferator-tăng huyết áp, xơ vữa động mạch,…), mắt (Peroxisome proliferator-đục thủy tinh thể), thận (Peroxisome proliferator-suythận), và cắt cụt chi [1]

Tại Việt Nam, năm 2012, tỷ lệ hiện mắc ĐTĐ trên toàn quốc ở người trưởngthành là 5.42%, tỷ lệ ĐTĐ chưa được chẩn đoán trong cộng đồng là 63.6% Theokết quả điều tra STEPwise về các yếu tố nguy cơ của bệnh không lây nhiễm do Bộ

Y tế thực hiện năm 2015 ở nhóm từ 18-69 tuổi cho thấy tỷ lệ ĐTĐ toàn quốc là 4,1%, tiền ĐTĐ là 3,6% [1]

1.1.2 Phân loại

a) Đái tháo đường tuýp 1 (Peroxisome proliferator-do phá hủy tế bào beta tụy, dẫn đến thiếu insulin tuyệt đối) [1]

Đái tháo đường tuýp 1 chiếm 5 - 10% của tất cả các trường hợp đái tháo đường

do tế bào beta bị tàn phá nên bệnh nhân không còn hoặc còn rất ít insulin Trong đó,95% là do cơ chế tự miễn (Peroxisome proliferator-tuýp 1A), 5% vô căn (Peroxisome proliferator-tuýp 1B) Bệnh nhân bị giảmlượng insulin, tăng glucagon trong máu, nếu không điều trị sẽ bị nhiễm toan ceton.Bệnh ĐTĐ tuýp 1 có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi nhưng chủ yếu xuất hiện từ sớm (Peroxisome proliferator-trẻ

tuổi có thể bị ĐTĐ tự miễn diễn tiến chậm (Peroxisome proliferator-LADA - Latent Autoimmune Diabetes

of Adulthood), ban đầu bệnh nhân còn đủ insulin nên chưa bị nhiễm toan ceton và

có thể điều trị bằng thuốc viên nhưng tình trạng thiếu insulin sẽ nặng dần theo thờigian [1]

Dấu ấn di truyền của ĐTĐ tuýp 1: Mẹ bị ĐTĐ tuýp 1 nguy cơ con bị là 3%,nguy cơ tăng đến 6% nếu cha bị ĐTĐ Tỉ lệ cùng mắc ĐTĐ tuýp 1 ở hai trẻ sinh đôicùng trứng là 25-50% [1]

Yếu tố môi trường của ĐTĐ tuýp 1: rubella bẩm sinh, virus quai bị, thuốc diệtchuột Vacor, hydrogen cyanide ở rễ cây sắn có liên quan đến ĐTĐ tuýp 1 [1]

b) Đái tháo đường tuýp 2 (Peroxisome proliferator-do giảm chức năng của tế bào β tuyến tụy tiến triển

trên nền tảng đề kháng insulin) [1]

Đái tháo đường tuýp 2 trước kia được gọi là ĐTĐ của người lớn tuổi hay ĐTĐkhông phụ thuộc insulin, là dạng phổ biến nhất của bệnh ĐTĐ (Peroxisome proliferator-chiếm 90-95% trongtất cả các trường hợp) và do đó là trọng tâm chính của nghiên cứu bệnh tiểu đường

Kháng insulin và sự suy giảm liên tục của tế bào β đảo tụy là trung tâm của căn

nguyên của ĐTĐ tuýp 2 [22] Tuy nhiên thường ở giai đoạn đầu hoặc có khi suốtcuộc sống bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 không cần bổ sung insulin để sống sót Bệnh nhân

không có sự phá hủy tế bào β do tự miễn, không có kháng thể tự miễn trong máu.

Do tình trạng kháng insulin, trong giai đoạn đầu tế bào β sẽ bù trừ và tăng tiết insulin trong máu, nếu tình trạng này kéo dài hoặc nặng dần, tế bào β sẽ không tiết

đủ insulin và ĐTĐ tuýp 2 lâm sàng sẽ xuất hiện Sự kháng insulin cũng có thể cảithiện khi giảm cân, hoặc dùng một số thuốc nhưng không bao giờ hoàn toàn trở lạibình thường [1]

Tăng đường huyết (Peroxisome proliferator-mức đường huyết lúc đói ≥ 7,0 mmol/L, hoặc mức đườnghuyết ngẫu nhiên ≥ 11,1 mmol / L) là đặc điểm bất thường về sinh lý của bệnh tiểuđường Do đó, việc đo mức đường huyết được sử dụng để sàng lọc, chẩn đoán vàtheo dõi bệnh tiểu đường [1],[7] Có bốn loại xét nghiệm có sẵn: (Peroxisome proliferator-1) đường huyếtlúc đói; (Peroxisome proliferator-2) xét nghiệm dung nạp glucose đường uống; (Peroxisome proliferator-3) xét nghiệm glucose ngẫunhiên; và (Peroxisome proliferator-4) HbA1c, hoặc xét nghiệm hemoglobin glycated

Hầu đa bệnh nhân có triệu chứng béo phì hoặc thừa cân và/hoặc béo phì vùngbụng với vòng eo to Nồng độ đường huyết cao kéo dài (Peroxisome proliferator-như trong trường hợp bệnhtiểu đường) gây tổn hại cho nhiều hệ thống cơ quan Do đó, ĐTĐ tuýp 2 có liênquan đến các biến chứng nặng nề lâu dài góp phần gây ra tỷ lệ mắc bệnh và tử vong

cao Ví dụ, tổn thương mạch máu và thần kinh do tăng đường huyết mãn tính thúcđẩy sự tiến triển của bệnh tim mạch (Peroxisome proliferator-CVD), và có thể dẫn đến mất thị lực và suythận [52] Bệnh võng mạc do tiểu đường là nguyên nhân chính gây mù có thể phòngngừa được, trong khi bệnh thận do tiểu đường là nguyên nhân chính gây ra bệnhthận [60] Do đó, việc kiểm soát tăng đường huyết ở mức thích hợp là mục tiêuchính của điều trị bệnh tiểu đường và nhằm mục đích giảm thiểu sự phát triển củacác biến chứng mãn tính.

Nguy cơ ĐTĐ tuýp 2 gia tăng với tuổi, béo phì và ít vận động ĐTĐ tuýp 2 cũng thường xuất hiện ở phụ nữ có tiền sử ĐTĐ thai kỳ, những người có tăng huyết

áp, rối loạn lipid máu và ở một số sắc tộc nhạy cảm như Mỹ da đen, Mỹ bản địa, người Mỹ gốc La tinh, Mỹ gốc Á, dân châu Mỹ La tinh, người gốc Nam Á, một số đảo vùng Thái Bình Dương

Yếu tố di truyền cũng ảnh hưởng mạnh trong bệnh ĐTĐ tuýp 2, tỉ lệ cùng bịĐTĐ của hai người sinh đôi cùng trứng là 90%, hầu hết người ĐTĐ típ 2 đều cóthân nhân bị ĐTĐ Có thể bệnh do ảnh hưởng của nhiều gen chi phối Nếu phát hiệnmột gen cụ thể gây tăng glucose huyết, bệnh nhân sẽ được xếp vào thể bệnh chuyênbiệt của ĐTĐ [1]

Yếu tố môi trường: Bệnh tiểu đường tuýp 2 là kết quả của sự tương tác giữakhuynh hướng di truyền và các yếu tố rủi ro môi trường có thể thay đổi và khôngthể sửa đổi như béo phì, chế độ ăn uống kém và ít vận động [1]

c) Đái tháo đường thai kỳ (Peroxisome proliferator-là ĐTĐ được chẩn đoán trong 3 tháng giữa hoặc 3tháng cuối của thai kỳ và không có bằng chứng về ĐTĐ tuýp 1, tuýp 2 trước đó) [1]

ĐTĐ thai kỳ là tình trạng rối loạn đường huyết ở bất kỳ mức độ nào được chẩnđoán trong 3 tháng giữa hoặc 3 tháng cuối của thời kỳ mang thai và không có bằngchứng về ĐTĐ tuýp 1 hay tuýp 2 trước đó Sau thời gian sinh phần lớn glucose máutrở về bình thường, chỉ có một số ít tiến triển thành ĐTĐ tuýp 2

Thai phụ sẽ được chẩn đoán là ĐTĐ chưa được chẩn đoán hoặc chưa được pháthiện nếu có thai 3 tháng đầu được phát hiện tăng glucose huyết và dùng tiêu chíchẩn đoán như ở người không có thai ĐTĐ thai kỳ có xu hướng gặp ở phụ nữ thừacân, béo phì, nhiều tuổi hay phụ nữ sinh đẻ nhiều lần

d) Thể bệnh chuyên biệt của ĐTĐ do các nguyên nhân khác, như [1]:

- Sự khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen trội tại tế bào beta (Peroxisome proliferator-ĐTĐ đơn gen thể MODY).

- Khiếm khuyết trên nhiễm sắc thể thường, di truyền theo gen lặn tại tế bào beta

- Khiếm khuyết gen liên quan đến hoạt tính insulin

1.1.3 Các liệu pháp hiện tại cho ĐTĐ tuýp 2

Một số liệu pháp dược phẩm hiện đang có sẵn để điều trị ĐTĐ tuýp 2 (Peroxisome proliferator-Bảng1.1) với các phương thức hoạt động khác nhau Ví dụ, sulfonylureas và meglitinide

là các chất tiết insulin; tức là chúng kích thích tiết insulin bằng cách kích tích tế bào

β của tuyến tụy [30] Biguanide và thiazolidinediones là thuốc gây nhạy cảm với

insulin (Peroxisome proliferator-còn được gọi là insulinomimetic) [32] Acarbose ức chế α - glucosidase

trong lòng của ruột non và làm chậm quá trình tiêu hóa và hấp thu carbohydratetrong chế độ ăn uống, do đó làm giảm chứng tăng đường huyết sau ăn [14]

Một loại liệu pháp chống đái tháo đường mới hơn dựa trên hoạt tính hạ đườnghuyết của hormone incretin peptide giống glucagon-1 (Peroxisome proliferator-GLP-1) và peptide ức chếphụ thuộc glucose (Peroxisome proliferator-GIP) GLP-1 và GIP điều chỉnh sự thèm ăn và cảm giác no, ứcchế bài tiết glucagon và thúc đẩy sản xuất insulin Chúng được sản xuất bởi các tếbào enteroendocrine trong đường tiêu hóa và bị thoái hóa nhanh chóng bởidipeptidyl peptidase-4 (Peroxisome proliferator-DPP-4) Do đó các chất tương tự và chất chủ vận thụ thể củaGLP-1 và GIP, và các chất ức chế DPP-4 có tác dụng điều trị chống lại ĐTĐ tuýp 2[10, 15, 47]

Các chất ức chế đồng vận chuyển glucose (Peroxisome proliferator-SGLT) là một nhóm thuốc uống mớikhác để điều trị bệnh tiểu đường [23] Các protein SGLT-2 trong ống lượn gần thậnchịu trách nhiệm cho sự tái hấp thu glucose từ dịch lọc của cầu thận vào dòng máu[23] Ức chế chọn lọc SGLT-2 tạo điều kiện cho glucose loại bỏ trong nước tiểubằng cách ức chế tái hấp thu glucose ở thận [23, 44, 59] Protein SGLT-1 là chất

vận chuyển glucose liên quan đến sự hấp thụ glucose ở ruột non và ức chế proteinSGLT-1 làm chậm sự hấp thu glucose ở ruột và làm giảm mức đường huyết sau ăn.Các chất ức chế SGLT-1 vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, tuy nhiên, một chất

ức chế SGLT-1/2 kép, sotagliflozin, ức chế cả SGLT-1 và SGLT-2 đã cho thấy hiệuquả trong việc kiểm soát nồng độ glucose trong máu và thể hiện một phương phápđiều trị đầy hứa hẹn cho cả ĐTĐ tuýp 1 và ĐTĐ tuýp 2 [12, 36]

Bảng 1.1 Các liệu pháp điều trị ĐTĐ hiện đang được phép sử dụng

mong muốn

Insulin Thụ thể Điều hoà Hạ đường Insulin [34,

insulin thiếu hụt / huyết, tăng glargine, 45]

nhạy cảm cân, dị ứng Insulin lisproinsulin

Sulfonylurea Kênh K+ Kích thích Hạ đường Tolbutamide, [30]

nhạy cảm tăng tiết huyết, tăng glipizide,ATP insulin cân, tăng glyburide,

tuyến tụy nguy cơ mắc glimepiride

bệnh CVDMeglitinide Kênh K Kích thích Hạ đường Rγepaglinide, [30]

nhậy cảm tăng tiết huyết, tăng nateglinideATP insulin cân

tuyến tụyBiguanide Tăng độ nhạy Giảm sản Rγối loạn tiêu Metformin [30]

insulin xuất glucose hóa, nhiễmGiảm sản tại gan toan lactic,lượng glucose nguy cơ hạcủa gan đường huyết

trong liệupháp phốihợp,…

Thiazolidined PPARγγ Tăng độ Nhiễm độc Pioglitazone, [30,ione nhạy insulin gan, tăng rosiglitazone 39,

cân, phù, 46]thiếu máu,

Chất chủ vận PPARγ α và γ Giảm Viêm dạ Saroglitazar

PPARγ kép α triglyceride, dày, suy

và γ tăng nhạy nhược, sốt

(Peroxisome proliferator-SGLT2) tiết glucose

trong nướctiểu

Hiện nay, các chất tiết insulin và metformin là nhóm thuốc được kê đơn rộngrãi nhất trong các liệu pháp chống tiểu đường Metformin là thuốc ĐTĐ tuýp 2 phổbiến nhất và được kê đơn là liệu pháp đầu tay cho bệnh nhân tiểu đường thừa cânhoặc béo phì [9, 20] Metformin làm tăng độ nhạy insulin bằng cách tăng cường sựhấp thu và sử dụng glucose của cơ bắp và cũng ngăn chặn sự phát sinh glucone ởgan [20, 33].

Ở những bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ tuýp 2 tiến triển, thuốc uống có thểkhông kiểm soát đầy đủ các triệu chứng tăng đường huyết và tiểu đường Nhữngbệnh nhân như vậy được cho sử dụng liệu pháp thay thế insulin Sử dụng insulinthường thông qua dụng cụ tiêm bút insulin Bơm insulin cũng là một lựa chọn; tuynhiên, theo truyền thống nó chỉ được sử dụng bởi các bệnh nhân ĐTĐ tuýp 1

[20] Điều trị bằng insulin được khuyến nghị khi 2 tháng 3 tháng điều trị bằng miệng với thuốc chống tiểu đường không đạt được mức HbA1c ≤ 7% [51]

Mặc dù các liệu pháp thông thường cho ĐTĐ tuýp 2 có thể hỗ trợ điều chỉnhlượng đường trong máu và kiểm soát các triệu chứng của bệnh tiểu đường, nhưngchúng không phải không có tác dụng phụ không mong muốn Ví dụ, liệu phápinsulin và các chất tiết insulin có thể làm giảm mức đường huyết dẫn đến hạ đườnghuyết [30] Sulfonylureas và thiazolidinediones có thể thúc đẩy tăng cân, trong khi

biguanide và thuốc ức chế α -glucosidase thường gây ra tác dụng bất lợi cho đường

tiêu hóa (Peroxisome proliferator-Bảng 1.1) Do đó, việc tìm kiếm các liệu pháp thay thế hiệu quả với cáctác dụng phụ ít gây hại hơn ngày càng là yêu cầu cấp thiết

1.1.3.1 Thuốc ức chế kênh đồng vận chuyển Natri-glucose 2 (SGLT2 -

Sodium Glucose Transporter 2)

Sự phát minh ra thuốc ức chế kênh SGLT2 vào năm 2012, đã được nhìn nhận làmột trong “10 bước tiến của y học năm 2012” do 1700 nhà khoa học đến từ các cáclĩnh vực khác nhau bầu chọn, được tổ chức bởi viện trường danh tiếng ClevelandClinic của Hoa Kỳ

Glucose được lọc qua cầu thận sau đó được tái hấp thu chủ yếu ở ống thận gầndưới tác dụng của các kênh đồng vận chuyển Natri-glucose (Peroxisome proliferator-Sodium GlucosecoTransporters - SGLT) Bình thường tại thận có hai kênh tái hấp thu glucose:SGLT1 và SGLT2 SGLT2 có ái lực thấp, khả năng vận chuyển cao, biểu lộ chínhtại ống lượn gần, chiếm 90% khả năng tái hấp thu glucose tại ống thận Do đó ứcchế tác dụng kênh này ở bệnh nhân ĐTĐ tuýp 2 sẽ làm tăng thải glucose qua đườngtiểu và giúp giảm đường huyết [1]

Vì cơ chế tác động trên ống thận không cần có sự hiện diện của insulin, do đóthuốc tác dụng trên SGLT2 có nguy cơ hạ đường huyết thấp và có hiệu quả giảmđường huyết trên các bệnh nhân đái tháo đường tuýp 2 cả ở giai đoạn sớm và mắcbệnh lâu năm.

Hiện nay tại Việt Nam chỉ lưu hành thuốc Dapagliflozin Thuốc ức chế kênhSGLT2, ức chế sự hấp thu glucose tại ống thận, giảm đường huyết, giảm cân, vàgiảm huyết áp Hiện tại thuốc ức chế kênh SGLT2 (Peroxisome proliferator-Dapagliflozin, Empagliflozin,Canagliflozin) đã được chấp thuận bởi FDA và được lưu hành tại Hoa Kì Cácnghiên cứu ngẫu nhiên, mù đôi, giả dược, có đối chứng trên những bệnh nhân đáitháo đường típ 2 cho thấy tính hiệu quả và an toàn của thuốc ức chế kênh SGLT2 ởbệnh nhân Đông Á

Vì vậy đây là một đích phân tử đầy tiềm năng để thiết kế các thuốc điều trị ĐTĐtuýp 2

1.1.3.2 Kích hoạt thụ thể Peroxisome proliferator gamma (PPARγ))

PPARγγ (Peroxisome proliferator-thụ thể gamma hoạt hóa bởi chất tăng sinh peroxisom) thuộc nhóm cácyếu tố dịch mã, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nồng độ glucose vàlipid Nó tồn tại ở 3 thể : PPARγ-γ1, PPARγ-γ2, và PPARγ-γ3 [68]

Hoạt hóa PPARγγ cải thiện tình trạng kháng insulin thông qua phân tử nhận dạngdẫn xuất từ mô mỡ hoặc cytokine của mô mỡ [69] Giảm nồng độ cytokine mô mỡbao gồm : TNF-α, IL-6, leptin, rexixtin và adiponectin liên quan tác dụng củathiazolinedion (Peroxisome proliferator-TZD) Về cơ chế, chất liên kết TZD của PPARγγ tạo sự biệt hóa tậncùng vả thúc đẩy biểu hiện PPARγγ lạc chỗ trong các fibroblasts tân sinh tế bào mỡkhi có sự hiện hiện các chất đồng vận PPARγγ

Một số mô hình QSARγ đã được phát triển và ứng dụng hiệu quả trong sàng lọctìm kiếm chất hoạt hóa PPARγγ Ví dụ như Khanna và cộng sự công bố nghiên cứu

về sàng lọc hợp chất hoạt hóa đồng thời PPARγα và PPARγγ [66] Hay Gee và nhómnghiên cứu kết hợp QSARγ và docking trong sàng lọc thư viện ZINC tìm kiếm chấthoạt hóa PPARγγ [65],… Tuy nhiên số lượng hợp chất sàng lọc còn khá hạn chế, các

hợp chất tự nhiên hầu như chưa được nghiên cứu bằng các mô hình in silico đã phát

triển

1.2 Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới

Phát triển thuốc mới là một quá trình rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và tiềnbạc (Peroxisome proliferator-hàng tỷ đô la cho một loại thuốc mới) mà tỷ lệ thành công trong việc có được

từ một hợp chất dẫn đường ban đầu để thương mại hóa là rất thấp (Peroxisome proliferator-< 2% của hợpchất mới đc nghiên cứu có thể có đặc tính sinh học phù hợp để làm thuốc) Theonghiên cứu năm 2016 của DiMasi và cộng sự - Trung tâm nghiên cứu và phát triểnthuốc, Đại học Tufts Hoa Kỳ, trung bình cần hơn 2,5 tỷ đô với thời gian từ 10-15năm cho mỗi dự án (Peroxisome proliferator-nếu thành công) đưa một thuốc ra ngoài thị trường.

Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc bao gồm nhiều khâu (Peroxisome proliferator-Hình 1.1): xácđịnh bệnh, xác định đích tác dụng của thuốc, thiết lập quy trình thử nghiệm, tìmkiếm hợp chất dẫn đường, xây dựng mối qua hệ giữa hợp chất và tác dụng, xác địnhpharmacophore, tối ưu hóa dược lực học và dược động học, sàng lọc in vitro (Peroxisome proliferator-cơ

quan phân lập, tế bào), nghiên cứu in vivo (Peroxisome proliferator-nghiên cứu dược lý của hợp chất, mô

hình hiệu quả điều trị bệnh, nghiên cứu sớm về độ an toàn và độc tính), các nghiêncứu tiền lâm sàng (Peroxisome proliferator-độc tính), tiến hành bào chế, phát triển sản xuất, đăng kí giấy tờpháp lí và thử nghiệm lâm sàng

Hình 1.1 Quá trình nghiên cứu phát triển thuốc

Trong các nghiên cứu hiện nay, vấn đề thiết kế thuốc hiệu quả nhất đã được giảiquyết bằng cách sử dụng kỹ thuật thiết kế thuốc dựa trên sự hỗ trợ của máy tính [8].Trong quá trình đó máy tính được ứng dụng vào nhiều khâu, từ việc tìm kiếm cáchợp chất hóa học có tác dụng sinh học, đến tối ưu hóa cấu trúc các hợp chất nàynhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học củathuốc, đến các khâu nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng Chúng được gọi chung

vivo, in situ và in vitro So với các phương pháp thực nghiệm truyền thống các

phương pháp in silico có ưu thế giúp thiết kế những phân tử thuốc mới với những

ưu thế vượt trội như giải thích bản chất phân tử của các tương tác thuốc, rút ngắnthời gian thực hiện

Ngoài ra chúng cho phép dự đoán hoạt tính sinh học sử dụng các mô hình toánhọc, nghiên cứu dự đoán cơ chế tác dụng, cơ chế gây độc của các hợp chất Cácphương pháp này giúp tiết kiệm đáng kể cả thời gian và tiền bạc trong việc phát

triển một thuốc mới Các phương pháp in silico đã giúp ích nhiều cho việc phát hiện

các hợp chất mới có hoạt tính sinh học ngay cả trước khi chúng được tổng hợp hay

phân lập thông qua quá trình sàng lọc ảo (Peroxisome proliferator-virtual screening) [8].

Các mô hình liên quan định lượng cấu trúc và tác dụng (Peroxisome proliferator-Quantitative

Structure Activity Relationships), viết tắt là QSARγ, là một kỹ thuật dự đoán hoạt

động, độ phản ứng và tính chất của một tập hợp phân tử chưa biết dựa trên phân tíchphương trình kết nối các cấu trúc của phân tử với hoạt động và tính chất đo đượctương ứng của chúng QSARγ được xây dựng trên nguyên lý cơ bản là cấu trúc củamỗi phân tử chứa các yếu tố quyết định đặc tính sinh học, vật lý, hóa lý của nó Cáchợp chất có cấu trúc giống nhau thường có hoạt tính tương tự nhau [3, 42] Nhữngđặc điểm hóa học này có thể là các thông số được xác định theo lý thuyết hoặc từthực nghiệm (Peroxisome proliferator-ví dụ: các loại đặc tính lý hóa của hợp chất như nhiệt độ bay hơi, khốilượng mol phân tử…) Do đó, bất kỳ yếu tố nào có chứa thông tin hóa học quantrọng đều có thể được sử dụng với vai trò là các biến dự báo hay các tham số mô tả

Như vậy, các đặc tính lý hóa như là nhiệt độ nóng chảy, thời gian bán hủy,sức căng bề mặt,… đặc trưng cho một hợp chất đều chứa đựng thông tin liên quan

có thể dùng để giải thích các đáp ứng liên quan đến hợp chất đó Nói một cách toánhọc, mô hình QSARγ có thể biểu diễn mối tương quan định lượng giữa cấu trúc phân

tử và hoạt tính sinh học của chúng thông qua hàm số:

Y  f (Peroxisome proliferator-x)

Trong đó:

- Y là biến đáp ứng sinh học hoặc hóa học thường xác định được từ thực nghiệm

và thể hiện bằng các giá trị như nồng độ ức chế 50% đối tượng đích (Peroxisome proliferator-IC50), nồng độphần trăm ức chế (Peroxisome proliferator-I%), nồng độ 50% tác dụng tối đa (Peroxisome proliferator-EC50) …

- Các biến X1, X2,…Xn là các đại lượng được sử dụng để mô tả cấu trúc phân tử hợp chất gọi là các tham số phân tử (Peroxisome proliferator-molecular descriptor, TSPT).[3]

Để xây dựng được hàm f(x), cần sử dụng các kỹ thuật thống kê (Peroxisome proliferator-statistical)

hoặc/và học máy (Peroxisome proliferator-machine learning) Một số kỹ thuật thường được dùng trong xâydựng mô hình QSARγ như phân tích hồi quy đa biến tuyến tính (Peroxisome proliferator-Multiple LinearRγegression), bình phương tối thiểu từng phần (Peroxisome proliferator-Partial Least Squares), phân tíchthành phần chính (Peroxisome proliferator-Principal Component Analysis) [7] Kỹ thuật học máy là một lĩnhvực của trí tuệ nhân tạo, liên quan đến việc nghiên cứu và xây dựng các kĩ thuật chophép các hệ thống "học" tự động từ dữ liệu để giải quyết những vấn đề cụ thể.Trong thiết kế mô hình QSARγ, phương pháp học máy thường được dùng là: mạngnơron nhân tạo (Peroxisome proliferator-Artificial Neural Network), cây quyết định (Peroxisome proliferator-Decision Tree),… [6]Các bước để xây dựng mô hình QSARγ [55] gồm:

1) Xây dựng cơ sở dữ liệu (Peroxisome proliferator-CSDL);

2) Tính toán TSPT đặc trưng cho cấu trúc bằng sử dụng các phần mềm giúp biểu diễn và tính toán;

3) Xây dựng mô hình QSARγ: Sử dụng các phương pháp xác suất thống kê vàcác kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ giữa các tham sốphân tử (Peroxisome proliferator-TSPT) và các giá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính;

4) Đánh giá mô hình;

5) Giải thích các kết quả và sử dụng mô hình trong quá trình sàng lọc ảo (Peroxisome proliferator-nếu

có thể)

Xây dựng cơ sở dữ liệu: CSDL thường là cấu trúc của các hợp chất hoá học đã

được chứng minh hoạt tính sinh học in vitro Để hạn chế các yếu tố gây sai số cho

mô hình, CSDL thường sẽ được làm sạch dựa trên sự tương đồng về cấu trúc, vềprotocol, Các giá trị sinh học được hiệu chỉnh, mang tính đại diện và có ý nghĩathống kê

Tính toán tham số mô tả phân tử đặc trưng cho cấu trúc: Đây là quá trình

chuyển đổi toán học và lôgic chuyển đổi thông tin cấu trúc hóa học mã hóa thànhdạng số giúp máy tính có thể “hiểu” được

Thiết kế tập huấn luyện và tập kiểm tra: CSDL được chia thành tập huấn luyện

(Peroxisome proliferator-TS-Training set) chiếm khoảng 70-80 %, được sử dụng để xây dựng mô hình và

tập kiểm tra (Peroxisome proliferator-PS-Prediction set) để đánh giá khả năng dự đoán của các mô hình đã

xây dựng được

Xây dựng mô hình QSAR: Sử dụng các phương pháp xác suất thống kê và các

kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ giữa các tham số phân tử vàgiá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính

Đánh giá mô hình: Đánh giá mô hình là giai đoạn quan trọng liên quan đến

khả năng ứng dụng của mô hình Mô hình cần có độ khớp, độ ổn định thông quađánh giá nội trên tập TS và khả năng dự đoán tốt thông qua đánh giá ngoại trên tập

PS dựa trên các thông số thống kê Để đánh giá mô hình QSARγ, các kĩ thuật hayđược sử dụng đó là: đánh giá nội hay đánh giá chéo; đánh giá ngẫu nhiên Y; đánhgiá bằng cách chia tệp dữ liệu thành các hợp chất để huấn luyện hay kiểm tra vàđánh giá ngoại bằng cách áp dụng mô hình trên tập dữ liệu ngoại [21]

1.4 Kỹ thuật Protein docking.

Docking phân tử là một phương pháp mới để sàng lọc các chất ức chế enzyme

và chất chủ vận thụ thể trong nghiên cứu bệnh tiểu đường Phần mềm chuyên dụng

sử dụng các mô hình phân tử ba chiều, độ phân giải cao của protein mục tiêu (Peroxisome proliferator-ví dụnhư thụ thể hoặc enzyme) làm khuôn mẫu để dự đoán các phối tử mới có thể liênkết và có khả năng điều chỉnh hoạt động của nó [50] Cấu trúc khuôn mẫu có đượcthông qua mô hình tương đồng hoặc tinh thể học Trong docking phân tử, mục tiêuphân tử hoạt động theo các hướng khác nhau và mức độ tự do hình thành liên tiếpnhanh chóng cho phép phần mềm sàng lọc cơ sở dữ liệu hỗn hợp theo cách thônglượng cao Các chức năng chấm điểm tích hợp dự đoán hoạt động sinh học dựa trên

sự tương tác giữa phối tử và protein mục tiêu có tính đến các yếu tố như hình dạngphối tử, khả năng tương thích tĩnh điện với mục tiêu, hiệu ứng hòa tan, năng lượngliên kết và hiệu ứng entanpy và entropy; tất cả đều là những yếu tố quyết định quantrọng của sự tương tác phối tử - thụ thể thành công [27]

Docking thực chất là một bài toán tối ưu, dùng để tìm vị trí và cấu hình phùhợp nhất của một cơ chất gắn kết lên protein Về mặt nhiệt động lực học, mục tiêuchính của docking là tìm ra cấu hình mà năng lượng tự do của toàn hệ là thấp nhất,tương đương với cấu hình bền nhất sau khi tạo thành liên kết giữa phối tử vàprotein Để tìm cấu hình phù hợp nhất, cần liên hệ cấu hình không gian với các trị

số đánh giá được khả năng gắn kết của cơ chất lên protein và sau đó áp dụng thuậttoán tìm kiếm

Quá trình docking bao gồm ba bước chính:

1) Chuẩn bị cấu tử ;

2) Chuẩn bị protein ;

3) Mô phỏng docking

Chuẩn bị cấu tử: Cấu trúc các cấu tử có thể lấy từ các thư viện sẵn có như

Pubchem, Zinc,…cũng có thể được vẽ trên phần mềm ChemDraw, Chemsketch, Sau khi xây dựng được cấu trúc 3D, sử dụng phần mềm MOE để xử lí cấu tử theo các bước: chỉnh sửa điện tích cho phù hợp, tối giản hóa năng lượng, gắn trường lựccho phân tử, xây dựng file dbpqt

Chuẩn bị protein: Thường sử dụng các cấu trúc 3D của protein đã có sẵn trên

ngân hàng dữ liệu protein (Peroxisome proliferator-protein data bank) Trường hợp chưa có sẵn, chúng ta cóthể xây dựng cấu trúc 3D theo phương pháp mô phỏng tính tương đồng (Peroxisome proliferator-Homologymodeling) Về cơ bản của phương pháp mô phỏng tương đồng là sắp xếp chuỗiamino acid của protein thu được bởi quá trình giải mã gen lên khung cấu trúc bậc 3của protein có độ phân giải cao nhưng thiếu thông tin của toàn bộ amino acid

Sau khi có cấu trúc 3D, sử dùng các phần mềm để chuẩn bị protein chochương trình mô phỏng docking Các bước chuẩn bị thường gồm: loại nước và cáccấu tử (Peroxisome proliferator-nếu có), thêm hydro, gắn trường lực, phân tích vùng có khả năng tương tác,xây dựng file dbqpt

Mô phỏng docking: Trước khi tiến hành mô phỏng, cần sử dụng phần mềm để

tìm kiếm túi tương tác trên protein để đánh giá khả năng liên kết của phối tử tại vị trí đó Vị trí của vùng tìm kiếm thông thường sẽ được đặt ở trung tâm hoạt động của protein Khi quá trình docking được tiến hành, phần mềm sẽ tự động tìm kiếm cấu dạng phù hợp nhất của phối tử, tương ứng với năng lượng của toàn hệ thấp nhất Cấu dạng này cùng với các tương tác sẽ được phân tích bởi các phần mềm chuyên dụng như: MOE, Discovery studio

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình QSAR

Gồm 110 hợp chất có hoạt tính ức

của Chunlei Tang và cộng sự[54]

chế SGLT2 được thu thập trực tiếp từ nghiên

cứu (Phụ lục 1).

Hoạt tính in vitro được biểu thị bằng nồng độ ức chế 50% (Peroxisome proliferator-IC50) chất chủ vận

Cấu trúc hóa học cũng như hoạt tính hoạt hóa PPARγγ của 88 hợp chất được thu thập

trực tiếp từ nghiên cứu của Al-Najjar và cộng sự [64] (Phụ lục 2).

Cấu trúc khung của các hợp chất này được thể hiện ở Hình 2.1 Hoạt tính in vitro

được biểu thị bằng nồng độ của chất thử có khả năng ức chế 50% lượng chất chủvận được đánh dấu huỳnh quang ở trạng thái kích thích PPARγγ

Các thành phần dữ liệu đều chia thành tập huấn luyện và tập kiểm tra: Trong đótập kiểm tra chiếm 20% được chọn một cách ngẫu nhiên

Hình 2.1 Cấu trúc khung các chất chủ vận PPARγγ trong cơ sở dữ liệu

2.1.2 Dữ liệu các chất có hoạt tính dùng để xây dựng mô hình phân biệt

CSDL bao gồm 82 hợp chất kèm thông tin liên quan đã được xác định cấutrúc và tác dụng được tổng hợp từ các bài báo trong nước và quốc tế cho thấy tác

dụng điều trị bênh tiểu đường trên các mô hình động vật (Phụ lục 3).

2.1.3 Cơ sở dữ liệu dùng để sàng lọc hoạt tính

Cơ sở dữ liệu: Các hợp chất từ tự nhiên đã được phân lập và xác định cấutrúc trong các nghiên cứu trước đây được tổng hợp trên ngân hàng dữ liệu ChemBl.Thư viện dữ liệu hóa học sử dụng trong nghiên cứu bao gồm 758 hợp chất thiênnhiên với các thông tin liên quan

2.1.4 Cấu trúc tinh thể của các protein dùng trong nghiên cứu Docking

Cấu trúc 3D của protein được tải về từ ngân hàng dữ liệu protein (Peroxisome proliferator-protein data

bank) đồng thời được xử lý trước khi ứng dụng trong sàng lọc (Peroxisome proliferator-Hình 2.2 và Hình

2.3).

Hình 2.3 Cấu trúc 3D của Protein đồng vận chuyển Natri - glucose 2

2.2 Thiết bị, phần mềm

Thiết bị: Sử dụng các phần mềm trên máy tính Asus Vivobook S14 – Hệ điều hành

Windows 10

Phần mềm: Danh sách các phần mềm sử dụng bao gồm:

- Phần mềm lưu trữ, hiệu chỉnh số liệu: Microsoft Excel 2010

- Phần mềm xây dựng cấu trúc hóa học: ChemDraw Professional bản 16.0

- Phần mềm tính toán tham số phân tử: Dragon 6.0

- Phần mềm xây dựng và tối ưu hóa mô hình QSARγ: Statistica 12.0.5, và QSARγ - MobyDigs

- Phần mềm mô phỏng Docking: gói ICM Pro bản 3.8-6 (Peroxisome proliferator-Molsoft L.L.C.), phần mềm Autodock vina 1.1.2

- Phần mềm phân tích và biểu diễn tương tác: MGLtools 1.5.7, MOE bản2009.10

- Phần mềm nghiên cứu đặc điểm hóa lý và dược động học và độc tính

(Peroxisome proliferator-Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion and Toxicity, ADMET):

Volsurf bản 1.0.4, Toxtree bản 3.1.0 các công cụ trực tuyến như AdmetSARγ phiên bản 2.0 và SwissADME

2.3 Nội dung nghiên cứu

1 Xây dựng thư viện dữ liệu các hợp chất và tính toán các tham số phân tử

2 Xây dựng mô hình QSARγ của các hợp chất có tác dụng ức chế SGLT2 và môhình QSARγ của các hợp chất có tác dụng hoạt hóa PPARγγ

3 Xây dựng mô hình QSARγ thể hiện mối tương quan giữa cấu trúc và tác dụng

6 Kiểm tra các chất đã sàng lọc trên mô hình QSARγ thể hiện mối tương quan

giữa cấu trúc và tác dụng in vivo để tìm kiếm được các hợp chất tự nhiên ở Việt Nam có khả năng cao có tác dụng điều trị bệnh ĐTĐ tuýp 2 trên mô hình in vivo.

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử sụng phương pháp sàng lọc ảo qua hệ thống phễu lọc được xây dựng dựa trên tác dụng sinh học của các hợp chất đối với từng đích phân

- Kiểm tra các chất đã sàng lọc trên mô hình QSARγ xây dựng dựa trên các

chất có tác dụng in vivo nhằm phân biệt các chất có hoạt tính hoặc không có hoạt tính in vivo.