Nghiên cứu hoạt chất sinh học trong sao biển Astropecten Polyacanthus tạo thực phẩm chức năng cho vận động viên điền kinh

Nghiên cứu hoạt chất sinh học trong sao biển Astropecten Polyacanthus tạo thực phẩm chức năng cho vận động viên điền kinh Nghiên cứu hoạt chất sinh học trong sao biển Astropecten Polyacanthus tạo thực phẩm chức năng cho vận động viên điền kinh luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT

VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT

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

VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

H Nội - 2018

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

Tạ Thu Hằng

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC HẠ ĐƯỜNG HUYẾT

VÀ HẠ CHOLESTEROL MÁU CỦA MỘT SỐ NHÓM CHẤT

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

LỜI CAM ĐOAN

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

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

Nghiên cứu sinh

Tạ Thu Hằng

LỜI CẢM ƠN

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

bạn bè và người thân

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

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

thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện nghiên cứu và Phát triển

Vùng đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành những nghiên cứu của mình

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, Bộ môn sinh lý thực vật và hóa sinh, Bộ môn Tế bào-mô phôi -Lý sinh, khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên luôn ủng hộ và giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ phòng Hóa thực vật 2, Phòng Dược lý-Viện

Dược liệu đã giúp đỡ tôi về chuyên môn nghiên cứu

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, cán bộ phòng Công nghệ sinh học Nông nghiệp, Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng đã luôn ủng hộ và

giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án

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

và nghị lực thực hiện luận án này

Nghiên cứu sinh

NCS Tạ Thu Hằng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH 9

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 14

1.1 Cây xương rồng Nopal và một số nghiên cứu về chi Opuntia 14

1.1.1 Đặc điểm thực vật 14

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

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

1.1.3.2 Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia 24

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

1.3 Bệnh đái tháo đường 29

1.3.1 Định nghĩa, phân loại 29

1.3.2 Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) 30

1.4 Tình hình bệnh ĐTĐ và biến chứng của ĐTĐ 30

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

1.4.2 Biến chứng đái tháo đường 32

1.4.3 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường 34

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

1.4.3.2 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2 35

1.5 Một số đích tác dụng của một số thuốc điều trị ĐTĐ 41

1.5.1.Đích tác dụng làm giảm kháng insulin 41

1.5.2 Thuốc điều trị hiện nay 44

1.6 Một số phương pháp nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết 44

1.6.1 Mô hình nghiên cứu in vivo 44

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

1.6.1.2 Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết in vivo 45

1.6.2 Các mô hình nghiên cứu in vitro 46

1.7 Bệnh rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ 47

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

1.7.2 Hậu quả của rối loạn chuyển hóa lipid 50

1.7.3 Điều trị 50

1.7.3.1.Mục tiêu điều trị 50

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

1.7.3.3 Điều trị rối loạn lipid máu dùng thuốc 52

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53

2.1 Đối tượng nghiên cứu 53

2.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 53

2.1.2 Hóa chất và thiết bị thí nghiệm 53

2.1.2.1 Hóa chất 53

2.1.2.2 Thiết bị thí nghiệm 54

2.2 Phương pháp nghiên cứu 55

2.2.1 Nghiên cứu về thực vật học 55

2.2.1.1 Mô tả đặc điểm hình thái 55

2.2.1.2 Nghiên cứu giải phẫu 55

2.2.2 Nghiên cứu về hóa học 55

2.2.2.1.Phương pháp xác định thành phần dinh dưỡng 55

2.2.2.2 Phương pháp chiết phân đoạn 62

2.2.2.3 Phương pháp định tính 62

2.2.2.4 Phương pháp định lượng polyphenol toàn phần 65

2.2.2.5 Phương pháp phân lập các hợp chất 66

2.2.2.6 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 67

2.2.3 Nghiên cứu tác dụng sinh học 68

2.2.3.1 Xác định độc tính cấp 68

2.2.3.2 Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết 69

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

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thống kê 76

2.2.5 Sơ đồ nghiên cứu 76

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 78

3.1 Nghiên cứu về thực vật 78

3.1.1.Đặc điểm hình thái thực vật 78

3.1.2 Đặc điểm giải phẫu 81

3.1.2.1 Cấu tạo giải phẫu thân 82

3.1.2.2 Cấu tạo giải phẫu thân rễ 82

3.1.2.3 Đặc điểm bột 83

3.2 Nghiên cứu về hóa sinh học 84

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

AOAC Association of official Analytical Chemitsts

GLP-1 Aminoimidazol 4-carbonxamid ribosid

AMPK Adenosine Monophotphate Activated Protein Kinasae

ATP Adenosine triphosphate

BMI Body Mas Index (chỉ số khối cơ thể)

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

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

FAS Fatty acid synthase

GAD glutamin acid decarboxylase

GLP-1 Glucagonlike peptid-1

GLUT Hệ vận chuyển glucose (glucose transporter)

HbA1C Glycated hemoglobin (Hemoglobin gắn đường)

HDL High Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng cao)

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

HLA human leucocyte antigen

HMBC Heteronuclear Multiple Bond Connectivity

HSL Hormon –sensitive lipase

HSQC Heteronuclear Multiple Quantum Coherence

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

tính sinh học hoặc hóa sinh

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

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

LDL Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

MAPK mitogen-activated protein kinase

MS Mas Spectroscopy (Phổ khối lượng)

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

ND Normal diet

NMR Nuclear Magnetic Resonace Spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt

nhân)

PĐE Cao phân đoạn ethyl acetat

PĐH Cao phân đoạn n-hexan

PĐN Cao phân đoạn nước

CCT Cao tổng (cồn 70 %)

OFS Opuntia ficus-indica var.saboten

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

threonine 172 đã phosphoryl hóa

PKC Protein kinase C

PPAR Peroxisome proliferator – activated receptor

PDH Enzyme pyruvat dehydrogenase

UNESCO United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (Tổ

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

VLDL Very Low Density Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng thấp)

VOS Hỗn hợp lá vối, lá ổi, lá sen

WHO World Health Organization

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

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

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

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

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

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

Bảng 2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn 60

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal trồng tại Mêxicô 14

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

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

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

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

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

Hình 1.8 Sự ức chế lẫn nhau giữa chuyển hóa glucose và acid béo trong tế bào 39

Hình 1.9 Chức năng của mô mỡ 40

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

Hình 2.1 Đồ thị đường chuẩn 60

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

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 77

Hình 3.1 Cây xương rồng Nopal 78

Hình 3.2 Rễ xương rồng Nopal 79

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

Hình 3.4.Hoa của xương rồng Nopal 79

Hình 3.5 Quả của xương rồng Nopal 79

Hình 3.6 Vi phẫu thân xương rồng 82

Hình 3.7 Vi phẫu thân rễ 82

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

Hình 3.9 Một số đặc điểm bột thân rễ Nopal 83

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

Hình 3.11 Công thức cấu tạo của hợp chất OF1 115

Hình 3.12 Công thức cấu tạo của hợp chất OF2 116

Hình 3.13 Công thức cấu tạo của hợp chất OF3 117

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

Hình 3.15 Công thức cấu tạo của hợp chất OF4 119

Hình 3.16 Công thức cấu tạo của OF5 119

Hình 3.17 Công thức cấu tạo của OF6 120

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

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

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

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

MỞ ĐẦU

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

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

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

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

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

để điều trị bệnh đái tháo đường, béo phì Các nghiên cứu cho thấy loài Opuntia

ficus- indica có tác dụng hạ glucose huyết, giảm rối loạn lipid máu, làm tăng dịch

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

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

302 ngàn tỷ năm 2025 [118, 139]

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

quan đến bệnh ĐTĐ ở Việt Nam vào năm 2015 trung bình là 162,7 USD/người năm Mức lương trung bình hàng tháng ở Việt Nam là 150 USD [58]

Hiện nay trên thị trường các thuốc điều trị ĐTĐ có nguồn gốc tổng hợp hóa dược và dược liệu khá nhiều Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thuốc mới có nguồn gốc từ thiên nhiên, chủ yếu là từ thực vật, sau đó phát triển dược liệu, các chất tách từ các dược liệu có triển vọng nhất để dùng làm thuốc vẫn là hướng nghiên cứu chính trên thế giới hiện nay Các thuốc từ thảo dược có tác dụng hỗ trợ cho bệnh nhân trong quá trình điều trị kéo dài, giảm tác dụng phụ không mong muốn, đồng thời hạn chế chi phí điều trị

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

vấn đề có ý nghĩa vì vậy chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh

học hạ đường huyết v hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ

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

 Đóng góp mới của đề tài:

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

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

huyết

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

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

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

Chi: Opuntia Mill

Loài: Opuntia ficus-indica (L.)

Mill

Hình 1.1: Cây xương rồng Nopal

trồng tại Mêxicô

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

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

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

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

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

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

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

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

làm thức ăn cho gia súc, 6 loài cho quả, 3 loài cho rau Nopal, Opuntia

ficus-indica, Opuntia robusta và Nopalea cochellinifera là những loài chính được sử

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

sản xuất được 4000 tấn chất khô [49]

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

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

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

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

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

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

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

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

 Đặc điểm giải phẫu [135]

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

Opuntia

A Lát cắt ngang thân B Phần chất nhầy

Lớp biểu bì Lớp mô dày

Lớp nhu mô có

chứa diệp lục

Lớp nhu

mô chứa nước Kênh mucilage

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

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

Dầu thô (%)

Tro (%)

Acid phenolic a

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

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

mỡ máu, và chống oxy hóa [80, 94]

Trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia nguồn polyphenol trong đó flavonoid là thành phần chủ yếu và quan trọng nhất [99]

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

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

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

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

xương rồng thuộc chi Opuntia [135]

Giống/ nguồn gốc Chiều dài

3,4-Opuntia ficus-indica

Milpa Alta, Mexicô

17-20 cm Quercetin, kaempferol, isorhamnetin

isorhamnetin 3-O-(pentosylglucosid)-7-O- glucosid; 3-O-rutinosid; isorhamnetin 3-O-pentose

Opuntia ficus-indica

Gabes, Tunisia

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

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

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

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

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

hàm lượng phenol và flavonoid trong thân của cây xương rồng thuộc loài Oputia

ficus-indica thể hiện tại bảng 1.3

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

thuộc lo i Oputia ficus- indica [80]

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

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

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

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

µg [80]

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

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

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

1.1.3 Hoạt tính sinh học của chi Opuntia

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

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

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

huyết trên chuột bị tăng glucose huyết do Streptozotocin Sử dụng bột nhánh cây xương rồng Nopal trưởng thành và bột nhánh non với liều 50 mg/kg thể trọng có tác dụng giảm glucose máu sau ăn trên chuột bị tăng glucose huyết tương ứng là 46,0 và 23,6 % (p <0,05) so với nhóm đối chứng [91]

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

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

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

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

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

(c) [97]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

liên quan đến quá trình oxy hóa acid béo Nói chung, chất chiết xuất từ Opuntia

ficus-indica đã ngăn ngừa sự chuyển hóa bất thường liên quan đến béo phì Một

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

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

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

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

lượng

Nghiên cứu cho thấy khi sử dụng cây xương rồng thuộc loài Opuntia

ficus- indica, giống Milpa Alta với hàm lượng chất xơ, nồng độ polyphenol cao

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

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

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

lợn nái được chia thành hai nhóm: nhóm G1 ăn thức ăn thương phẩm và nhóm G2 ăn thức ăn thương phẩm bổ sung thêm 2,0 kg cây xương rồng thuộc loài

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Chiết xuất polysaccharides từ xương rồng thuộc loài Opuntia Stricta với

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

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

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

tại Việt Nam

1.1.3.2 Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia

 Hoạt tính kháng viêm

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

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

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

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

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

 Hoạt tính chống ung thư

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

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

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

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

Betanin, chiết xuất từ quả của cây xương rồng thuộc loài Opuntia

ficus-indica, có thể ức chế sự phát triển của dòng tế bào ung thư bạch cầu K562 mãn

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

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

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

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

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

 Bảo vệ tế bào thần kinh

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

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

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

 Giảm triệu chứng của bệnh táo bón

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

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

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

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

bón do loperamide gây ra [66]

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

mạch

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

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

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

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

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

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

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

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

Litramine, một phức hợp sợi tự nhiên có nguồn gốc từ loài Opuntia

ficus-indica, kết hợp với chế độ ăn kiêng, được thử nghiệm với 125 tình nguyện

viên béo phì kèm với hoạt động thể chất vừa phải (đi bộ 30 phút hoặc đi xe đạp), trong một cuộc điều trị kéo dài 12 tuần đã cho thấy kết quả giảm cân được ít nhất 5% trọng lượng cơ thể ban đầu của người tình nguyện so với tình nguyện viên không sử dụng litramine [61]

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

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

glucose huyết, hạ cholesterol từ các loài thực vật:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[130]

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

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

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

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

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

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

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

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

chóc máu Nam Bộ Salacia cochinchinensis [20], dây thìa canh Gymnema

sylvestre [17], dịch ép thân cây chuối tiêu Musa balbisiana [12], dịch chiết vỏ

quả hồng bì Clausena lansium [14], quả dứa dại Pandanus odoratissimus [28], câu kỳ tử Fructus lycii [10], huyền sâm Scrophularia ningpoensis Hemsl [23], thổ phục linh Smilax glabra [24], chè xanh Camella sinesis [22], cỏ ngọt Stevia

rebaudiana [25], dây đau xương Tinospora sinensis [21], dâu Morus alba [30],

mạch môn Radix Ophiopogonis japonica [32]…

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

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

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

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

[123]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.3 Bệnh đái tháo đường

1.3.1 Định nghĩa, phân loại

Theo định nghĩa về ĐTĐ của hiệp hội ĐTĐ Hoa Kỳ: ĐTĐ là một rối loạn mãn tính, có những thuộc tính như sau: tăng glucose máu, kết hợp với những bất thường về chuyển hóa cacbohydrate, lipid, protein, bệnh luôn gắn với xu hướng phát triển các bệnh lý về thận, đáy mắt, thần kinh và các bệnh tim mạch khác Bệnh ĐTĐ có thể được phân loại thành các loại chung sau đây [127]:

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

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

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

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

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

1.3.2 Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường

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

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

mmol/L) hoặc

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

hoặc

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

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

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

1.4 Tình hình bệnh ĐTĐ v biến chứng của ĐTĐ

1.4.1 Tình hình ĐTĐ trên thế giới và ở Việt Nam

ĐTĐ là bệnh nội tiết – chuyển hóa gây nên nhiều biến chứng, đặc biệt các biến chứng tim mạch, bệnh đang là vấn đề sức khỏe toàn cầu của thế kỷ XXI Bệnh

có chiều hướng gia tăng không chỉ ở các nước phát triển mà cả các nước đang phát triển Tỉ lệ bệnh nhân mắc bệnh ĐTĐ đang tăng lên một cách nhanh chóng cùng với

sự gia tăng của bệnh béo phì, thừa cân và lối sống ít vận động

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

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

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

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

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

Khu vực Tây Thái

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

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

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

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

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

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

tiểu đường cao nhất [46]

Đơn vị: triệu người

1.4.2 Biến chứng đái tháo đường

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

 Hôn mê do nhiễm toan ceton:

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

 Hôn mê tăng áp lực thẩm thấu:

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

 Hôn mê lactate huyết:

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

 Nhiễm khuẩn :

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

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

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

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

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

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

bị ĐTĐ [18]

 Vấn đề về bàn chân : Đau bàn chân do

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

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

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

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

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

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

1.4.3 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường

1.4.3.1.Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 1

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

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

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

- Có kháng thể tế bào đảo tụy

- Có tự kháng thể kháng isulin

- Tự kháng thể kháng glutamin acid decarboxylase (GAD)

- Tự kháng thể kháng tyrosin phosphatase IA2 và IA2 β

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

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

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

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

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

1.4.3.2 Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2

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

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

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

 Rối loạn tiết insulin :

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

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

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

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

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

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

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

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

- Vai trò của amylin;

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

 Kháng insulin

Kháng insulin là sự suy giảm hiệu quả sinh học của insulin, thường biểu hiện bằng tăng nồng độ insulin trong máu Insulin là hormone chính làm giảm lượng đường trong máu, do tế bào beta đảo tụy tiết ra, lưu hành trong máu và tác động đến tế bào đích [19] Kháng insulin chủ yếu được nghiên cứu nhiều ở hai cơ quan là cơ và gan

Các rối loạn chức năng trong con đường truyền tín hiệu insulin là một trong những yếu tố quan trọng tạo ra kháng insulin [78]

 Con đường tín hiệu insulin như sau:

Thụ thể insulin (IR) bao gồm hai tiểu đơn vị α và hai tiểu đơn vị β được liên kết bởi cầu disulfid Insulin liên kết với tiểu đơn vị α của thụ thể insulin và kích hoạt các enzyme tyrosine kinase trong tiểu đơn vị β Khi tyrosine kinase của thụ thể insulin được kích hoạt, nó kích thích sự tự phosphoryl hóa của tiểu đơn vị

β, dẫn đến phosphoryl hóa 3 nhóm tyrosine (Tyr-1158, Tyr-1162 và Tyr-1163)

để khuếch đại hoạt tính kinase Các thụ thể insulin phosphoryl hóa các protein thụ thể insulin (IRS) thông qua enzyme tyrosine kinase và trở thành các đích phân tử tốt để p85 điều khiển tiểu đơn vị của enzyme phosphatidylinositol 3-kinase (PI3) Các kích hoạt PI3-kinase tạo ra 3'-phosphoinositides [phosphatidyl-inositol-3,4-bisphosphate (PIP2) và phosphatidyl-inositol-3,4,5-trisphosphate (PIP3), để liên kết với enzym phosphoinositidedependent kinase (PDK1) Cơ chất của PDKs là protein kinase B (PKB) và các dạng không điển hình của protein kinase C (PKC) Con đường truyền tín hiệu insulin hiển thị gắn kết insulin với thụ thể insulin dẫn đến sự hoạt hóa chất vận chuyển GLUT4 đưa glucose vào tế bào Việc kết hợp insulin với IR kích hoạt PI3-k tạo PI4, 5P2 và PI3, 4, 5P3 Chúng hoạt động tạo vị trí cho PDK1 xuất hiện sau đó kích hoạt PKB PKB kích hoạt có thể điều chỉnh sao chép các gen đích PEPCK và G6Pase thông qua forkhead box protein (Foxo-1) Tăng acid béo tự do có thể gây phosphoryl hóa serine của các protein IRS, do đó làm giảm phosphoryl IRS-tyrosine [120] Con đường truyền tin hiệu insulin được thể hiện ở hình 1.7