Luận án nghiên cứu phân lập, chuyển hóa steroid từ sao biển Acanthaster planci - Đánh giá hoạt tính sinh học

1 MỞ ĐẦU Bề mặt trái đất có đến 70% diện tích là biển và các Đại dương, nơi chứa đựng nguồn tài nguyên sinh vật biển vô cùng đa dạng và phong phú với hàng trăm ngàn loài thực vật, động vật và vi sinh vật khác nhau. Với sự đa dạng này, nguồn lợi mang lại từ biển là vô cùng dồi dào và quý báu, cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp chủ lực, như chế biến hải sản, hóa mỹ phẩm, dược phẩm và rất nhiều nhóm ngành khác.Tuy nhiên, trước đây, giá trị mang lại từ nguồn lợi biển chủ yếu cho các ngành chế biến thực phẩm, trong khi đó, các giá trị cung cấp về nguồn dược liệu ứng dụng cho y học và dược học vẫn còn rất hạn chế. Ngày nay, các giá trị về dược, y học của tài nguyên biển đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu, và ưu tiên phát triển. Đã có nhiều hợp chất từ sinh vật biển được phân lập, xác định cấu trúc và thử nghiệm hoạt tính sinh học.

Trong đó, đã có các hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học phong phú, có thể cung cấp hình mẫu cho các thế hệ thuốc mới. Đồng thời, khi tìm ra các hoạt chất từ sinh vật biển còn có đóng góp vô cùng quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp và bán tổng hợp hữu cơ. Trên mô hình hoạt chất phân lập được có thể nghiên cứu tổng hợp ra lượng lớn các hoạt chất đi từ nguyên liệu đầu phổ biến hoặc chuyển hóa các dẫn xuất của chúng để có thể đánh giá chi tiết, và tối ưu hơn đối với một thế hệ thuốc có các cấu trúc tương tự nhau (analogous) [1-4]. Việt Nam có dải bờ biển trên 3.260 km, diện tích trên 1 triệu km2, với khí hậu nhiệt đới gió mùa là điều kiện lý tưởng cho hệ sinh thái biển đa dạng về chủng loại và giàu về trữ lượng.

Cho đến nay, đã xác định được danh mục gần 12.000 loài sinh vật biển ở Việt Nam bao gồm cả động vật và thực vật [5]. Từ những năm 1970, đã có một vài công trình nghiên cứu về các hợp chất thiên nhiên từ sinh vật biển. Những năm gần đây, với mục tiêu nghiên cứu và thăm dò nguồn dược liệu quý từ sinh vật biển, các nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài sinh vật biển đã được tiến hành nghiên cứu. Tuy nhiên, so với nguồn tiềm năng sinh vật biển ở nước ta thì đến nay những công trình nghiên cứu này vẫn chưa đánh giá một cách đầy đủ, và toàn diện về nguồn tài nguyên này, đặc biệt là các sinh vật thuộc ngành Da gai.

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

Chưa có công trình nghiên cứu tổng thể nào đi vào nghiên cứu phân lập, chuyển hóa hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của steroid phân lập từ sao biển. Với mục đích tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển thuộc ngành Da gai, và chuyển hóa thành các dẫn xuất polyhydroxysteroid và hydroxyminosteroid từ steroid phổ biến trong sinh vật biển nhằm đóng góp cơ sở nghiên cứu cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực phát triển dược phẩm, luận án này tập trung nghiên cứu phân lập, chuyển hóa hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của steroid từ một loài sao biển phổ biến ở vùng biển Việt Nam. Đối tượng được tập trung nghiên cứu là loài sao biển Acanthaster planci, một loài sao biển đe dọa đến sự tồn tại của các rạn san hô do chúng ăn các mầm san hô sống. Chính vì vậy luận án: “Nghiên cứu phân lập, chuyển hóa và đánh giá tác dụng sinh học của steroid từ loài sao biển Acanthaster planci” được thực hiện với những nội dung chính như sau:  Phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài sao biển Acanthaster planci, đặc biệt là các steroid  Chuyển hóa các dẫn xuất theo định hướng hydroxyl hóa và oxime hóa từ 1 steroid có hàm lượng lớn trong sao biển Acanthaster planci.

 Thử nghiệm một số hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập và tổng hợp được. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về sao biển (Asteroidea) Sao biển là loài động vật không xương sống, thuộc ngành Da gai (Echinodermata), lớp Asteroidea. Sao biển phân bố rộng trên khắp các Đại dương, nhưng tập trung nhiều nhất ở khu vực Bắc Thái Bình Dương.

Chúng sống ở đáy biển, thích nghi với những khu vực đáy có cát, bùn cát, đá nhỏ và các khu vực có rạn san hô. Cơ thể sao biển dẹp theo chiều lưng bụng và có đối xứng tỏa tròn bậc năm, gồm một đĩa trung tâm ở giữa và có 5 hay nhiều cánh (có thể lên tới 45 cánh) xếp xung quanh. Cánh sao biển ở mỗi loài có độ dài ngắn tương đối khác nhau. Lỗ miệng có màu sặc sỡ, khi bò trên bề mặt giá thì miệng hướng về phía dưới, hậu môn ở về phía đối diện.

Bên trong quanh miệng là vòng ống nước, từ đó phát ra các ống nước nhánh hình nan quạt tỏa ra đến tận đỉnh của mỗi cánh. Bao bên ngoài mỗi ống nước nhánh có hai dãy chân ống. Sao biển không có đầu và việc di chuyển được thực hiện nhờ hoạt động nhịp nhàng của hai hàng chân ống nằm phía dưới mỗi cánh. Tốc độ di chuyển của sao biển rất chậm từ 5 đến 10 cm trong 1 phút, chúng nhạy cảm với ánh sáng và độ mặn nước biển [6].

Theo Blacke (1987), lớp Asteroidea được chia thành 7 bộ (order) bao gồm: Brisingida, Forcipulatida, Notomyotida, Paxillosida, Spinulosida, Valvatida và Velatida. Đến nay người ta đã thống kê có khoảng 1900 loài sao biển, được nhóm vào 370 chi phân bố ở tất cả các Đại dương trên thế giới [7]. Những nơi có nhiều sao biển phải kể đến các vùng biển Australia, Đông Thái Bình Dương và Bắc Mỹ, đặc biệt vùng biển nhiệt đới Ấn Độ - Thái Bình Dương là nơi tập trung đại đa số các loài sao biển [6, 8]. Ở Việt Nam có khoảng 78 loài sao biển khác nhau, phân bố dọc bờ biển từ Bắc đến Nam.

Loài sao biển Acanthaster planci thuộc chi Acanthaster, họ Acanthasteridae trong bộ Valvatida. Theo Mah và Hansson (2013), bộ này có 17 họ (Acanthasteridae, Archasteridae, Asterinidae, Asterodiscididae, Asteropseidae, Chaetasteridae, Ganeriidae, Goniasteridae, Leilasteridae, Mithrodiidae, Odontasteridae, Ophidiasteridae, Oreasteridae, Podosphaerasteridae, Poraniidae, Solasteridae, Sphaerasteridae), 165 chi với khoảng 695 loài. Theo Đăng ký thế giới về các loài sinh vật biển (World Register of Marine Species), chi Acanthaster chỉ có 2 loài là Acanthaster planci (Linnaeus, 1758) và Acanthaster brevispinus (Fisher, 1917). Cho đến nay, theo thống kê của tác giả Guang Dong và cs [9] trong giai đoạn từ năm 1977-2007 đã có khoảng 98 loài sao biển được nghiên cứu về thành phần hóa học.

Các hợp chất phân lập được từ các loài sao biển chủ yếu là các hợp chất thuộc lớp chất 4 steroid và các hợp chất ceramide. Ngoài ra, sao biển còn chứa một số lớp chất khác như: carotenoid, nucleoside, alkaloid, acid béo, peptide. Trong đó, các hợp chất steroid là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp chính của sao biển. Hiện nay, đã có hơn 800 hợp chất steroid phân cực được phân lập từ các loài sao biển khác nhau, và sự đa dạng về cấu trúc của các hợp chất này dường như là vô tận [10].

Trong số các loài sao biển được nghiên cứu, có một số loài được quan tâm nghiên cứu khá chi tiết như các loài Asterina pectinifera, Culcita novaeguineae, Certonardoa semiregularis và Linckia laevigata. Các nghiên cứu về lớp chất steroid phân cực từ các loài sao biển Lớp chất steroid từ sao biển, đặc biệt là các steroid phân cực, thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới bởi các hoạt tính thú vị của chúng như: hoạt tính gây độc tế bào, chống ung thư, chống virus, kháng viêm, giảm đau, tán huyết… Dựa vào cấu trúc hóa học của các steroid đã phân lập được từ tự nhiên có thể chia chúng thành các nhóm chất chính như sau: polyhydroxysteroid, steroid sulfate, steroid glycoside [11]. Polyhydroxysteroid Các polydydroxysteroid từ sao biển là các hợp chất có chứa từ 4 đến 9 nhóm hydroxyl (-OH) trong phần nhân tetracyclic steroid của chúng và cả trong phần mạch nhánh liên kết với nhân steroid ở vị trí C-17. Điều đặc biệt, các nhóm –OH này thường chỉ được tìm thấy ở một số vị trí xác định.

Chúng thường có mặt ở các vị trí như 3β, 6(α hoặc β), 8β, 15(α hoặc β) và 16β trong nhân steroid. Đôi khi các nhóm –OH cũng được tìm thấy ở các vị trí 4β, 5α, 7(α hoặc β), và hiếm khi được tìm thấy ở vị trí 14α. Phần mạch nhánh của các hợp chất này khá đa dạng, tuy nhiên trong phần lớn các hợp chất polyhydroxysteroid có phần mạch nhánh như của cholestane với các nhóm –OH thường được tìm thấy ở các vị trí C-24 và C-26 (C-28 hoặc C-29 trong loại mạch nhánh giống của ergostane hoặc stigmastane) [11]. Các penta- và hexaol thường chiếm ưu thế hơn trong các polyhydroxysteroid.

Điển hình cho nhóm chất này, từ loài sao biển Certonardoa semiregularis thu thập được gần đảo Komun, Hàn Quốc, các nhà khoa học Hàn Quốc đã phân lập được 36 hợp chất polyhydroxysteroid (1-36) với sự đa dạng về cấu trúc mạch nhánh và vị trí các nhóm hydroxyl [12-17]. 5 6 Từ loài sao biển Asterina pectinifera, năm 2010, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã phân lập được 4 hợp chất polyhydroxysteroid (37-40), trong đó có hợp chất polyhydroxysteroid ester lần đầu được phân lập trong tự nhiên là (25S)-5α-cholestane- 3β,6α,7α,8,15α,16β-hexahydroxyl-26-O-14’Z-eicosenoate (37) [18]. Từ loài sao biển Archaster typicus thu thập được ở vùng biển Việt Nam, nhóm nghiên cứu của Ivanchina và cs đã phân lập được 2 hợp chất polyhydroxysteroid mới (41, 42) đều có nhóm -OH ở vị trí hiếm gặp là 14α [19]. Một loạt các dẫn xuất polyhydroxysteroid được phân lập từ các loài sao biển khác nhau cho thấy một lượng lớn các hợp chất tự nhiên có cấu trúc đa dạng có mặt trong lớp sao biển Asteroidea cũng như chỉ ra tầm quan trọng của các hợp chất này đối với sự tồn tại của sao biển.