ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC

NGUYỄN THỊ TRÀ

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT
XANTHONE CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM
ALPHA-GLUCOSIDASE ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU
TRỊ ĐÁI THÁO ĐƯỜNG TYP 2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC

HÀ NỘI – 2022


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC

Người thực hiện: Nguyễn Thị Trà

SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT
XANTHONE CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM
ALPHA-GLUCOSIDASE ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU
TRỊ ĐÁI THÁO ĐƯỜNG TYP 2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(NGÀNH DƯỢC HỌC)

Khóa:

QH.2017.Y

Người hướng dẫn: PGS.TS Bùi Thanh Tùng

HÀ NỘI – 2022


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân
thành tới PGS.TS. Bùi Thanh Tùng, Trưởng bộ môn Dược lý, Trường Đại học
Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội là người thầy đã tận tình chỉ bảo, động viên và
giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận này.
Tơi xin chân thành cảm ơn bạn Tạ Thị Thu Hằng, sinh viên lớp K62 Dược
học, Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình hỗ trợ tơi
trong q trình thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Trường Đại
học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi được học
tập, nghiên cứu, rèn luyện tại đây trong suốt 5 năm qua và thực hiện đề tài này.
Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em và bạn
bè ln sát cánh, đồng hành, ủng hộ, động viên tơi trong q trình học tập, nghiên
cứu hồn thành khóa luận.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song với kiến thức, kỹ năng và thời gian cịn
hạn chế, luận văn của tơi khó tránh khỏi những thiếu sót. Tơi rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp của các thầy cơ để khóa luận của tơi được hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2022
Sinh viên
Nguyễn Thị Trà


ĐTĐ
ĐTĐ-T2
AG

AGG
AGi
ARG
SER
HIS
LYR
ASP
MET
PRO
PHE
THR
SBVB
NMR
ADMET
CSDL
RMSD
MW
HBD
HBA
LD50
GLP-1
SI

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Đái tháo đường
Đái tháo đường typ 2
Alpha-glucosidase
Acid alpha-glucosidase
Αlpha-glucosidase inhibitors
Chất ức chế alpha-glucosidase

Arginine
Serine
Histidin
Tyrosine
Acid aspartic
Methionin
Proline
Phenylalanine
Threonine
Structure-based virtual
Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc
screening
Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân
Absorption, Distribution,
Hấp thu, Phân bố, Chuyển hóa,
Metabolism, Excretion,
Thải trừ, Độc tính
Toxicity
Cơ sở dữ liệu
Độ lệch bình phương trung
Root mean square deviation
bình
Molecular weight
Trọng lượng phân tử
Hydro bond donor
Nhóm cho liên kết hydro
Hydro bond acceptor
Nhóm nhận liên kết hydro
Lethal dose 50%
Liều gây chết trung bình

Glucagonlike peptide -1
Sucrase - isomaltase


MGAM
NtMGAM
CtMGAM
ER

Endoplasmic reticulum

pNPG
O16G
SGLT2
DPP - 4
TZD
LVEF
GLP-1 RA
SGLT-2i
DNJ
GH

Left ventricular ejection
fraction
Glucagon-like peptide-1
receptor agonists
Sodium Glucose cotransporter
2 inhibitor

Maltase - glucoamylase

Vùng maltase của maltase glucoamylase
Vùng glucoamylase của
maltase - glucoamylase
Lưới nội chất
p-nitrophenyl α-Dglucopyranoside
Oligo-1,6- glucosidase
Sodium glucose cotransporter
2
Dipeptidyl peptidase 4
Pioglitazon
Phân suất tống máu thất trái
Thuốc đồng vận glucagonlike
peptide -1
Chất ức chế sodium glucose
cotransporter 2
Deoxynojirimycin
Glycoside hydrolase


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc khơng gian 3D của enzym α-glucosidase GH13 ..................... 8
Bảng 1.2. Cấu trúc không gian 3D của enzym α-glucosidase GH31 .................... 9
Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của các chất ức chế enzym AG tại niêm mạc ruột
non ....................................................................................................................... 10
Hình 1.4. Cấu trúc của acarbose, miglitol, voglibose và DNJ ............................. 11
Hình 1.5. Cấu trúc của xanthone (9 H -xanthen-9-one)....................................... 13
Hình 2.1. Cấu trúc 3D của enzym 3W37 được tải về từ CSDL Protein Data Bank
.............................................................................................................................. 19
Hình 2.2. Thực hiện dự đốn tính giống thuốc và các thông số ADMET bằng
công cụ trực tuyến pkCSM .................................................................................. 24

Hình 3.1. RMSD của alpha-acarbose đồng kết tinh trước và sau khi re-dock .... 26
Hình 3.2. Minh họa hai chiều các tương tác của acarbose tại vị trí hoạt động .... 27
Hình 3.3. Tương tác của mangostanol với alpha-glucosidase ............................. 34
Hình 3.4. Tương tác của isonormangostin với alpha-glucosidase ....................... 35
Hình 3.5. Tương tác của cudraxanthone B với alpha-glucosidase ...................... 36
Hình 3.6. Tương tác của isojacareubin với alpha-glucosidase ............................ 37


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Kết quả mô phỏng docking .................................................................. 28
Bảng 3.2. Kết quả các thông số quy tắc 5 Lipinski.............................................. 29
Bảng 3.3. Bảng thơng số các đặc tính hấp thu, phân bố và chuyển hóa .............. 30
Bảng 3.4. Bảng thơng số các đặc tính thải trừ và độc tính .................................. 31
Bảng 3.5. Bảng kết quả phân tích mơ phỏng docking ......................................... 38


MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................ 3
1.1. Tổng quan về bệnh đái tháo đường typ 2 .................................................... 3
1.1.1. Bệnh đái tháo đường typ 2 ..................................................................... 3
1.1.3. Điều trị bệnh đái tháo đường typ 2 ........................................................ 3
1.2. Tổng quan về enzym alpha-glucosidase .................................................... 5
1.2.1. Giới thiệu về enzym alpha-glucosidase ................................................ 5
1.2.2. Cấu trúc của enzym α-glucosidase ....................................................... 7
1.2.3. Cơ chế hoạt động của enzym α-glucosidase trong cơ thể .................... 9

1.2.4. Chất ức chế enzym α-glucosidase.......................................................... 9
1.3. Tổng quan về nhóm hợp chất xanthone .................................................. 12
1.4. Tổng quan về nghiên cứu in silico .......................................................... 13
1.4.1. Docking phân tử ................................................................................... 14
1.4.2. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc .................................... 16
1.4.3. Dự đốn ADMET các thơng số dược động học và độc tính ............... 16
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ..................................................................................................................... 18
2.1. Nguyên liệu, thiết bị ................................................................................... 18
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 20
2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 20
2.3.1. Sàng lọc bằng docking phân tử ............................................................ 20
2.3.2. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc ................................................. 22
2.3.3. Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính (ADMET) ......... 23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ .................................................................................... 25
3.1. Mô phỏng protein docking ......................................................................... 25


3.1.1. Đánh giá quy trình docking ................................................................. 25
3.2. Tìm kiếm các chất tiềm năng từ kết quả docking ...................................... 26
3.3. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc ............................................................ 27
3.4. Dự đốn các thơng số ADMET ................................................................. 28
CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ................................................................................. 37
4.1. Về kết quả .................................................................................................. 37
4.1.1. Mangostanol (ID: 10048103) .............................................................. 37
4.1.2. Isonormangostin (ID: 91884715) ........................................................ 38
4.1.3. Cudraxanthone B (ID: 91885224) ....................................................... 38
4.1.4. Isojacareubin (ID: 9996463) ................................................................ 38
4.2. Về phương pháp ......................................................................................... 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


ĐẶT VẤN ĐỀ
Đái tháo đường (ĐTĐ) là bệnh rối loạn chuyển hóa, có đặc điểm tăng
glucose huyết mạn tính 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 IDF (2019), thế giới hiện nay có khoảng 463 triệu người mắc bệnh
ĐTĐ, dự kiến tăng đến 700 triệu người vào năm 2045, được xem là một đại dịch
không lây nhiễm với tỷ lệ tử vong xếp hàng thứ 3 sau bệnh ung thư và tim mạch.
Tiêu tốn hàng tỉ đô la mỗi năm cho chăm sóc y tế, gây tàn phế và tăng gánh nặng
lên người thân [31]. Bệnh ĐTĐ gây nên nhiều biến chứng nguy hiểm như nhồi
máu cơ tim, suy tim, đột quỵ nhồi máu não, xơ vữa động mạch, bệnh võng mạc
ĐTĐ, bệnh thận ĐTĐ và bệnh lý thần kinh ngoại biên [5]. Những năm gần đây,
Hội đái tháo đường Hoa kỳ (ADA), Liên đoàn ĐTĐ Quốc tế (IDF) hay tổ chức Y
tế Thế giới (WHO) đã nhìn nhận ĐTĐ là một trong những nguyên nhân dẫn đến
tỷ lệ tử vong tim mạch hàng đầu so với các nguyên nhân khác [2,4].
Tại Việt Nam, theo nghiên cứu năm 2012 của Bệnh viện Nội tiết Trung
ương cho thấy: tỷ lệ mắc ĐTĐ trên toàn quốc ở người trưởng thành là 5,42%, tỷ
lệ ĐTĐ chưa được chẩn đoán trong cộng đồng là 63,6%. Theo kết 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 tuổi từ 18-69, cho thấy tỷ lệ ĐTĐ toàn quốc là 4,1%, tiền ĐTĐ
là 3,6%, tỷ lệ ĐTĐ chưa được chẩn đốn là 69,9%. Dữ liệu cập nhật của Liên đồn
Đái tháo đường Quốc tế (IDF) cho thấy năm 2019 Việt Nam có tỷ lệ 6% người
trưởng thành mắc ĐTĐ [1]. Điều đó cho thấy tỷ lệ mắc ĐTĐ ở Việt Nam tăng dần
theo các năm và tỷ lệ điều trị và hiệu quả điều trị cịn thấp.
Alpha-glucosidase (AG) đóng một vai trị quan trọng trong chuyển hóa

carbohydrate, việc ức chế AG sẽ làm chậm quá trình hấp thụ glucose vào máu,
ngăn chặn sự tăng đường huyết sau ăn do đó là một mục tiêu tuyệt vời để điều trị
bệnh tiểu đường, béo phì và các biến chứng liên quan khác. Hiện nay, bốn chất ức
chế AG được sử dụng trong điều trị: acarbose, miglitol, voglibose và
1


diiglitate. Tuy nhiên, đã có nhiều tài liệu chứng minh rằng việc sử dụng các chất
ức chế này gây ra các tác dụng khơng mong muốn trên tiêu hóa như đầy hơi, đau
bụng và tiêu chảy [11]. Ngày nay, với nhu cầu phát triển các loại thuốc có ít tác
dụng phụ hơn và cho hiệu quả tốt hơn, từ đó hướng tới các sản phẩm tự nhiên để
có thể phát triển một loại thuốc chống tiểu đường mới. Xanthone đang được nghiên
cứu và chúng đã cho thấy một số tác dụng chống tiểu đường và hoạt động trên một
số mục tiêu chống tiểu đường [22].
Trên cơ sở đó, đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất xanthone có tác dụng
ức chế enzym alpha-glucosidase định hướng điều trị đái tháo đường typ 2” được
tiến hành với 2 mục tiêu chính:
1. Sàng lọc các hợp chất xanthone có tác dụng ức chế enzym AG bằng
phương pháp docking phân tử.
2. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc và tính tốn các thơng số dược
động học và độc tính của các hợp chất tốt nhất thu được sau quá trình sàng lọc.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về bệnh đái tháo đường typ 2
1.1.1. Bệnh đái tháo đường typ 2
ĐTĐ typ 2 trước đây được gọi là “ĐTĐ không phụ thuộc insulin” hoặc
“ĐTĐ xảy ra ở người lớn”, chiếm 90-95% bệnh ĐTĐ [57]. Thể này gồm những

người có kháng insulin và thiếu hụt insulin tương đối (hơn là tuyệt đối). Lúc mới
bị bệnh, và có thể suốt đời khơng cần điều trị bằng insulin để duy trì sự sống [1].
Cơ chế bệnh sinh
Yếu tố di truyền kết hợp với môi trường tác động lên cơ thể gây ra tình trạng
kháng insulin và giảm bài tiết insulin, dần gây ra ĐTĐ typ 2. Kháng insulin là sự
hoạt động kém hiệu quả trong q trình truyền tín hiệu của insulin từ receptor tới
đích phân tử cuối cùng, dẫn tới giảm tác dụng của insulin. Gen mã hóa các enzym
và protein tham gia vào q trình truyền tín hiệu của insulin như: insulin receptor
substrate, phosphatidyl inositol-3-kinase hay tham gia vào quá trình bài tiết insulin
như capain 10, yếu tố phiên mã 7-like 2 (the transcription factor 7-like 2) có liên
quan tới bệnh ĐTĐ typ 2 [54].
Bên cạnh đó, các yếu tố mơi trường có thể làm tăng tiến triển của bệnh như
lối sống không lành mạnh gồm việc giảm các hoạt động thể lực; thay đổi chế độ
ăn uống theo hướng tăng tinh, giảm chất xơ gây dư thừa năng lượng. Ngoài ra,
chất lượng thực phẩm, các stress trong cuộc sống cũng tác động đến tình trạng
bệnh. Tuổi thọ càng tăng, nguy cơ mắc bệnh càng cao, đây là yếu tố không thể can
thiệp được. Hầu hết bệnh nhân béo phì hoặc thừa cân và béo phì vùng bụng với
vịng eo to trong khi đó béo phì vùng bụng có liên quan với tăng acid béo trong
máu, mô mỡ cũng tiết ra một số hormon làm giảm tác dụng của insulin ở các cơ
quan đích như gan, tế bào mỡ, tế bào cơ (kháng insulin tại các cơ quan đích). Do
hiện tượng kháng insulin, ở giai đoạn đầu xảy ra sự “bù” của các tế bào β đảo tụy
khiến nó tăng tiết insulin nhiều hơn và dần dẫn đến sự suy kiệt tế bào β đảo tụy
khiến tăng đường huyết và cuối cùng là bệnh nhân bắt đầu có những triệu chứng
lâm sàng của ĐTĐ-T2 [1].
1.1.3. Điều trị bệnh đái tháo đường typ 2
3


Các loại thuốc điều trị ĐTĐ [1,3]:
- Thuốc uống: Metformin, Sulfonylurea, ức chế enzym alpha glucosidase,

ức chế kênh SGLT2, ức chế enzym DPP- 4, TZD (Pioglitazon).
- Thuốc tiêm: Insulin, đồng vận thụ thể GLP-1.
Căn cứ vào hiệu quả điều trị trên lâm sàng, có sự phối hợp của các nhóm
thuốc trong điều trị để đạt được mục tiêu theo Hướng dẫn chẩn đoán và điều trị
đái tháo đường do Bộ Y tế (2020). Trong quá trình điều trị và theo dõi bệnh nhân,
các nghiên cứu cũng đưa ra khuyến cáo về một số yếu tố cần xem xét khi chọn lựa
thuốc điều trị cho bệnh nhân ĐTĐ gồm [1,6]:
i)
Hiệu quả giảm glucose huyết;
ii)
Nguy cơ hạ glucose máu: sulfonylurea, insulin;
iii) Tăng cân: Pioglitazon, insulin, sulfonylurea;
iv) Giảm cân: GLP-1 RA, ức chế SGLT2, ức chế DPP-4 (giảm cân ít);
v)
Khơng ảnh hưởng nhiều lên cân nặng: ức chế enzym DPP-4,
metformin, ức chế enzym α-glucosidase;
vi) Ảnh hưởng lên bệnh lý tim mạch do xơ vữa:
- Hiệu quả có lợi (bằng chứng rõ ràng: GLP-1 RA và ức chế SGLT-2 trừ
lixisenatide trung tính);
- Có thể có lợi pioglitazone và metformin;
vii) Ảnh hưởng lên các vấn đề về tim mạch, đặc biệt suy tim có phân suất
tống máu giảm LVEF 65 tuổi): Không cần chỉnh liều GLP-1 RA, SGLT-2i;
viii) Ảnh hưởng lên thận
- Tác động tốt, giúp phục hồi chức năng thận, giảm tiến triển bệnh thận mạn:
AECi, SGLT-2i. Nếu không dung nạp hoặc chống chỉ định với SGLT-2i hoặc mức
lọc cầu thận không phù hợp, bổ sung GLP-1 RA;
- Tác động khơng có lợi hoặc thận trọng, giảm liều khi suy thận: SU,
metformin;
ix) Các đối tượng bệnh nhân đặc biệt:
- Người cao tuổi (> 65 tuổi): Không cần chỉnh liều GLP-1 RA, SGLT-2i;


4


- Suy thận: Không cần chỉnh liều GLP-1 RA, linaglipin đối với suy thận
nhẹ, trung bình hay nặng. SGLT-2i được ưu tiên trên BN có eGFR 30-60
mL/phút/1,73 m2 da hoặc albumin niệu > 30 mg/g creatinin để giảm tiến triển
bệnh thận mạn;
- Suy gan: Không cần chỉnh liều GLP-1 RA, SGLT-2i đối với suy gan nhẹ
hoặc trung bình. Ở bệnh nhân suy gan nặng, dapagliflozin có thể khởi trị với liều
5 mg, nếu dung nạp có thể tăng lên 10 mg. Empagliflozin không khuyến cáo trên
bệnh nhân suy gan nặng;
x)
Giá thuốc, tính sẵn có, sự dung nạp và khả năng chi trả của bệnh nhân;
xi) Phác đồ sử dụng dễ nhớ, dễ thực hiện và khả năng tuân thủ điều trị
của người bệnh.
1.2.

Tổng quan về enzym alpha-glucosidase

1.2.1. Giới thiệu về enzym alpha-glucosidase
Alpha-glucosidase là một exoenzym hoạt động tương tự như glucoamylase
trên di- saccharide và oligo-saccharide và aryl glucosidase. Enzym AG là enzym
tham gia trong bước cuối cùng của quá trình chuyển hóa carbohydrate, tạo ra
glucose. Enzym này có nguồn gốc từ động vật, thực vật, vi khuẩn hoặc nấm. AG
thủy phân maltooligosaccharides, phenyl α-maltoside, nigerose, tinh bột hòa tan,
amylose, amylopectin và β-limit dextrins.
Axit α-glucosidase (GAA; EC 3. 2.1.20/3) là một exoglycosidase của
lysosome xúc tác quá trình thủy phân các liên kết α-1,4- và α-1,6-glucosidic của
glycogen, tạo ra glucose. Enzym này được mã hóa bởi gen GAA khu trú thành

17q25, và được tổng hợp dưới dạng protein gồm 952 axit amin bao gồm một peptit
tín hiệu đầu cuối amin để vận chuyển vào lòng của lưới nội chất (ER). Khi xâm
nhập vào ER, enzym là N-glycosyl hóa, tạo ra một dạng tiền chất có khối lượng
phân tử biểu kiến là 110 kDa. Sau đó, enzym được vận chuyển đến bộ máy Golgi,
trong đó xảy ra q trình biến đổi thêm các chuỗi đường. Quá trình phân giải
protein trong bộ máy trans-Golgi và trong lysosome, trong đó enzym thực hiện
chức năng của nó, dẫn đến dạng trung gian 95-kDa và cuối cùng là dạng trưởng
thành 76 và 70 kDa. Các peptit nhỏ bị phân cắt vẫn liên kết với lõi protein thông
5


qua các liên kết disulfua. Một số loại tế bào, chẳng hạn như nguyên bào sợi, tiết
ra một lượng nhỏ tiền chất AG của axit 110 kDa mới được hình thành [39].
AG (E.C.3.2.1.20) là một nhóm các enzym xúc tác thủy phân liên kết α-1,4glycosid bao gồm một số loại như maltase, glucoinvertase, glucosidosucrase, malt
ase-glucoamylase,
alpha-glucopyranosidase,
glucosidoinvertase,
α-Dglucosidase,
α-glucosid
hydrolase,
α-1,4-glucosidase,
α-D-glucosid
glucohydrolase. Đáng chú ý, các enzym này thủy phân oligosaccharid nhanh hơn
so với polysaccharid.
Enzym AG là một enzym họ exohydrolysis, có hoạt tính thủy phân liên kết
α-1,4-glycoside ở đầu tận cùng không khử của carbohydrate giải phóng các phân
tử α-D-glucose. Cơ chất phổ biến của enzym AG là oligosaccharide, disaccharide,
các aryl- và akyl-α-glucopyranoside… [30]. AG là một trong những enzym thuộc
lớp glycoside hydrolase (GH), một lớp gồm các enzym thường tách các liên kết
glycoside giữa hai phân tử carbohydrate – một trong những liên kết mạnh nhất

được tìm thấy trong các polymer tự nhiên. Tốc độ phân cắt các liên kết glycoside
được tăng lên gấp 1017 lần so với phản ứng thơng thường khơng có enzym xúc
tác [55]. Enzym AG phân bố trong các họ GH khác nhau như GH4, GH13, GH31,
GH63, GH97 [7,8], trong đó GH13 và GH31 là hai nhóm chủ yếu của enzym AG.
Những enzym AG thuộc nhóm GH13 được phát hiện nhiều ở vi khuẩn, còn những
sinh vật bậc cao hơn thường có enzym AG thuộc nhóm GH31.
Enzym AG có nguồn gốc rất phong phú, từ nhiều loài sinh vật (vi khuẩn,
nấm mốc, động vật và thực vật) nên tính đặc hiệu cơ chất của họ enzym cũng đa
dạng hơn. Các enzym AG được phân chia thành ba loại chính dựa trên tính đa
dạng đặc hiệu cơ chất này. Loại 1 là các enzym AG ưu tiên thủy phân các liên kết
heteroside (glycoside) chẳng hạn sucrose và các aryl α-glucoside (ví dụ như pnitrophenyl α-D-glucopyranoside - pNPG), hơn là các liên kết holoside, chẳng hạn
như các α-glucobiose, malto-oligosaccharide, and α-glucan). Enzym loại II và III
thì ngược lại, hoạt động mạnh hơn trên các holoside và có hoạt tính thấp đối với
các heteroside. Enzym loại III giống loại II, nhưng khác nhau trong quá trình thủy

6


phần polysaccharide: enzym loại II có hoạt tính khá thấp trên α-glucan, trong khi
loại III lại có hoạt tính cao [30].
Trong cơng nghiệp ứng dụng, sinh vật sản xuất chính enzym AG là vi khuẩn
và nấm (Lactobacillus, Bacillus và Aspergillus) [10,42]. Vi khuẩn ưa nhiệt tạo ra
các chất có hoạt tính AG hoạt động ngay cả ở các mơi trường pH trung tính và
kiềm, và ở nhiệt độ từ 20 – 40 °C [33].
1.2.2. Cấu trúc của Enzyme α-glucosidase
Enzym AG nhóm GH13 và GH31 có những đặc điểm về cấu trúc, hình thái
khơng gian và hoạt tính sinh học khác nhau, do chúng có sự khác biệt về nguồn
gốc và tính đặc hiệu cơ chất.
Đối với các enzym α-glucosidase GH13, chúng có cấu trúc tương đối giống
với oligo-1,6- glucosidase (EC 3.2.1.10; O16G) và dextran glucosidase (glucan

1,6-α-glucosidase; EC 3.2.1.70; DG). Cho đến nay, cấu trúc không gian của enzym
α-glucosidase GH13 đã được xác định qua nhiều nghiên cứu, và cấu trúc tổng thể
của chúng tương tự nhau, chủ yếu được hình thành từ 3 domain A, B và C [30]
(Hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc không gian 3D của enzym α-glucosidase GH13 [35]

7


A. Cấu trúc tổng quan của phức hợp Halomonas sp. α-glucosidase và
maltose; B. Cấu trúc tổng quan của phức hợp Streptococcus mutans
DG và isomaltotriose
Đối với các enzym AG nhóm GH31, hầu hết chúng phổ biến ở các sinh vật
phụ thuộc vào năng lượng lấy từ tinh bột. Ví dụ, sucrase–isomaltase (SI) và
maltase – glucoamylase (MGAM), được tiết ra tại ruột non của động vật có vú, có
liên quan đến sự phân hủy tinh bột trong khẩu phần ăn. SI và MGAM chịu trách
nhiệm thủy phân các oligo-saccharide thu được thành glucose. Mỗi polypeptit
MGAM và SI bao gồm 2 thành phần enzym khác nhau, tạo ra tổng số 4 AG trong
cấu trúc 2 enzym này. 4 enzym có cấu trúc liên quan chặt chẽ với nhau do phát
triển từ một nguồn gốc chung, đều được xếp vào họ glycoside hydrolase GH31 và
có quan hệ mật thiết với nhau theo cấu trúc nếp gấp. Về danh pháp, vùng maltase
của MGAM được gọi là NtMGAM (Hình 1.2) và vùng glucoamylase được gọi là
CtMGAM.

Hình 1.2. Cấu trúc không gian 3D của enzym α-glucosidase GH31 [30].
A. Mơ hình cấu trúc của NtMGAM; B. Vùng hoạt động của
NtMGAM
Đối với SI, vùng isomaltase là NtSI và vùng sucrase là CtSI [12]. NtMGAM
và CtMGAM giống nhau đều chịu trách nhiệm chính trong việc thủy phân các liên

kết α-(14) nhưng khác nhau ở chỗ chúng thể hiện các ưu tiên khác nhau đối với
các cơ chất có mức độ polyme hóa (DP) khác nhau: CtMGAM thích thủy phân
8


các cơ chất có giá trị DP cao hơn NtMGAM [25]. NtSI có xu hướng thủy phân của
các liên kết α-(1-6)- glucosidic [26]. CtSI có thể thủy phân các liên kết α (12)
trong sucrose [23].
1.2.3. Cơ chế hoạt động của enzym α-glucosidase trong cơ thể
Khi con người đưa thức ăn vào đường tiêu hóa, các phân tử cacbohydrate
trong thức ăn sẽ được thủy phân, chia cắt thành các phân tử nhỏ bởi hệ enzym
trong ống tiêu hóa. Cụ thể, các sản phẩm giàu tinh bột, dạng glucid chính trong
khẩu phần ăn sau khi qua dạ dày sẽ được enzym α-amylase tiết từ tuyến tụy và
nước bọt thủy phân thành các malto-oligosaccharid (Maltose, maltotriose, và các
malto-oligosaccharid mạch ngắn có các nhánh α-(1-6) glucosidic) [30]. Enzym
AG được tiết ra từ diềm bàn chải tế bào ruột non, lại tiếp tục phân hóa các
oligosaccharide thành các phân tử đường glucose nhỏ hơn rồi mới thẩm thấu qua
màng ruột vào hệ tuần hồn.
Chính nhờ cơ chế này, việc ức chế hoạt động của enzym AG có thể làm hạn
chế q trình thủy phân carbohydrate và làm giảm, làm chậm sự thẩm thấu glucose
vào máu [36].
1.2.4. Chất ức chế enzyme α-glucosidase
Chất ức chế enzym AG (α glucosidase inhibitors-AGIs) là các chất làm
giảm hoạt tính của enzym AG dẫn đến làm chậm q trình tiêu hóa các chất
carbohydrate thành đường đơn glucose ở ruột non, từ đó ngăn hiện tượng tăng
đường huyết sau ăn.

9



Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của các chất ức chế enzym AG tại niêm
mạc ruột non [43].
AG: α-glucosidase; AGI: chất ức chế enzym α-glucosidase.
Phần lớn AGIs có khả năng gắn vào vùng liên kết với carbohydrate của
enzym AG vì chúng có cấu trúc tương tự với các disaccharide hoặc
oligosaccharide. Các phức hợp này có ái lực lớn hơn phức hợp thơng thường
carbohydrate-glucosidase vì vậy hình thành cơ chế ức chế cạnh tranh enzym. Do
vậy, hoạt động của AG trong màng nhầy của ruột non bị ức chế. Khi carbohydrate
không được hấp thụ qua các lớp niêm mạc đường ruột, bị thủy phân dần dần ở tá
tràng, hỗng tràng và hồi tràng, làm giảm sự hấp thu đường tại niêm mạc ruột non
[59].
Theo nhiều nghiên cứu, các loại thuốc AGIs điển hình, chẳng hạn như
miglitol và acarbose, cịn có thể tăng cường bài tiết GLP-1 (glucagonlike peptide1), làm giảm cơn đói cũng như nhu cầu ăn [6,19]. Bên cạnh đó, cũng có bằng
chứng cho thấy rằng AGIs khơng ảnh hưởng đến bài tiết insulin. Ngày nay, có bốn
loại thuốc AGIs trên thị trường: acarbose, miglitol, voglibose và DNJ (hình 1.4).

10


Hình 1.4. Cấu trúc của acarbose, miglitol, voglibose và DNJ [20]
Tất cả các loại thuốc trên đều đã được đưa vào thị trường từ nhiều năm
trước, nhưng từ những năm 1990 thì khơng có thuốc AGI nào được chấp thuận sử
dụng trên lâm sàng. Các nghiên cứu lâm sàng về acarbose và miglitol chỉ ra rằng
AGIs có nhiều ưu điểm hơn các loại thuốc điều trị ĐTĐ dùng đường uống khác.
Chúng khơng có tác dụng đối với những kênh vận chuyển glucose phụ thuộc natri
hay sự bài tiết insulin, do đó khơng ảnh hưởng đến việc tiêu thụ glucose cũng như
gây hạ đường huyết. Hơn nữa, AGIs khơng có ảnh hưởng đáng kể đến trọng lượng
cơ thể. Tuy nhiên, chúng cũng có một số tác dụng phụ (chủ yếu trên đường tiêu
hóa), chẳng hạn như đầy hơi, co thắt ruột và đau bụng. Vì vậy, cần tìm một thuốc
AGIs mới có hiệu quả điều trị ĐTĐ và có ít phản ứng phụ hơn.

Dựa vào cấu trúc cấu tạo của các AGIs, chúng được chia thành 2 loại chính
là các hợp chất có cấu trúc giả đường và các hợp chất khác. Với các hợp chất có
cấu trúc giả đường, chúng thường là các dẫn xuất của monosaccharide như
glucose, galactose… Có nhiều phương pháp để thiết kế các dẫn chất mới của
mono-saccharide như biến đổi cấu trúc tại vị trí C1 hay gốc C1-OH, mở vòng
11


monosaccharide hoặc sự tái cấu trúc của glucose. Ngoài ra các cấu trúc azasugar
giống glucose hay các hợp chất thio-sugar cũng được xác định là nguồn nguyên
liệu tiềm năng để tạo ra các chất có hoạt tính ức chế enzym AG. Với các hợp chất
có cấu trúc khác, các nghiên cứu cũng đã tìm ra nhiều hợp chất khơng có cấu trúc
glycosyl nhưng cũng cho hoạt tính ức chế AG tốt. Các hợp chất này được phân
loại thành các nhóm nổi bật: imidazoles và pyrazole, chromones và macrocyclic
[59].
1.3.

Tổng quan về nhóm hợp chất xanthone
Trong tự nhiên, xanthone là một trong những loại hóa chất phong phú
nhất. Chúng là chất chuyển hóa thứ cấp được tìm thấy trong các họ thực vật bậc
cao, nấm, địa y và vi khuẩn, và chủ yếu được tìm thấy ở họ Gentianaceae,
Polygalaceae, Clusiaceae… [41].
Xanthone (9 H -xanthene-9-one) là một hợp chất dị vòng với cấu trúc chính
là dibenzo-γ-pyrone, với cơng thức phân tử là C13H8O2. Hợp chất hoạt động cơ
bản bao gồm một xương phẳng ba vòng với một vòng pyran được hợp nhất với
hai vòng phenyl ở cả hai bên [21]. Xanthone được phân loại thành sáu lớp dựa trên
sự thay thế cấu trúc cơ bản của xanthone: xanthone đơn giản, xanthone glucoside
(hoặc xanthone được glycosyl hóa), xanthone được phân loại trước,
xanthonolignoids, bis-xanthones, và xanthone khác. Những xanthone này có sự
phân bố khác nhau, vì xanthone tiền mã hóa được phân bố rộng rãi trong họ

Clusiaceae và hầu hết các hợp chất của xanthone đơn giản và xanthone glucoside
là từ họ Gentianaceae. Trong mỗi nhóm này các xanthone lại được chia thành các
nhóm phụ khác nhau bao gồm xanthones non, mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexavà hepta dựa trên mức độ oxy hóa [41].

12


Hình 1.5. Cấu trúc của xanthone (9 H -xanthen-9-one)
Xanthone có nhiều hoạt tính sinh học đa dạng, bao gồm các đặc tính chống
oxy hóa, chống vi khuẩn, chống sốt rét, chống lao và độc tế bào. Cấu trúc của
xanthone quyết định hoạt tính sinh học của nó, và các sự thay thế khác nhau có
thể dẫn đến hoạt tính sinh học thay đổi [41]. Các hợp chất xanthone tự nhiên được
báo cáo là có các hoạt tính dược lý khác nhau, bao gồm kháng khuẩn, chống virút, thuốc chống giun sán, thuốc chống động vật nguyên sinh, thuốc bảo vệ gan,
thuốc chống viêm, thuốc chống sốt rét, thuốc chống giun sán và các hoạt động
chống ung thư [21]. Hiện nay, đã có một số nghiên cứu cho thấy các hợp chất
xanthone có tác dụng chống ĐTĐ và hoạt động trên một số mục tiêu chống ĐTĐ,
các hợp chất xanthone còn có tác dụng điều trị một số biến chứng tiểu đường [22].
Từ đó cho thấy tiềm năng làm thuốc điều trị ĐTĐ của xanthone.
1.4.

Tổng quan về nghiên cứu in silico
Thuật ngữ in silico có nguồn gốc từ tiếng Latin, dùng để diễn đạt các công
việc được thực hiện trên máy tính thơng qua các chương trình giả lập dùng để mơ
phỏng các q trình tự nhiên và khơng đề cập đến các tính tốn được thực hiện bởi
máy tính nói chung. Sau đó, các nhà khoa học đã nhanh chóng mở rộng và ứng
dụng phương pháp này để dự đoán khả năng phát triển một hợp chất cho mục đích
y học, bao gồm tác dụng dược lý cũng như tác dụng phụ của chúng trên con người.
Một trong các ứng dụng đó là sàng lọc các ứng cử viên tiềm năng trở thành thuốc.
Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc (Structure-based virtual screening- SBVS)
đang trở thành một công cụ thiết yếu trong việc hỗ trợ phát hiện và tối ưu hóa hợp

13


chất tiềm năng nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Việc áp dụng thiết kế thuốc hợp
lý, dựa trên cấu trúc được chứng minh là hiệu quả hơn so với cách phát minh thuốc
truyền thống vì nó hướng đến việc hiểu biết cơ sở phân tử của bệnh lý và sử dụng
kiến thức về cấu trúc ba chiều của mục tiêu sinh học. SBVS dự đoán các liên kết
của hợp chất với protein đích thơng qua các phương pháp tính toán và cấu trúc 3D
tia X, tia NMR và lựa chọn ra một tập các hợp chất có điểm số tốt hơn điểm ngưỡng
làm cơ sở cho các thử nghiệm in vitro và in vivo [27].
1.4.1. Docking phân tử
Docking là một phương pháp dự đoán tư thế liên kết của một phân tử với
phân tử thứ hai để tạo thành một phức hợp ổn định với năng lượng liên kết thấp
nhất. Docking phân tử là một trong số các phương pháp phổ biến nhất trong thiết
kế thuốc dựa trên cấu trúc bởi độ chính xác khá cao khi dự đốn cấu trúc của các
phối tử phân tử nhỏ trong vị trí liên kết đích phù hợp [13].
Về cơ bản, mục đích của docking phân tử là đưa ra dự đốn về cấu trúc phức
hợp phối tử-thụ thể bằng cách sử dụng các phương pháp tính tốn. Docking thường
gồm hai phần có liên quan với nhau: lấy mẫu sự tương thích của phối tử trong vị
trí hoạt động của protein bằng các thuật tốn; sau đó xếp hạng các sự tương thích
này bằng cách cho điểm [31].
Nhiều thuật tốn lấy mẫu đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trong các
phần mềm docking phân tử có thể kể đến như: thuật toán so khớp (MA)- dựa trên
nguyên tắc về khoảng cách giữa các nhóm chức trong phân tử protein và phối tử;
các phương pháp xây dựng tăng dần (IC)- đưa phối tử vào vị trí hoạt động của
protein theo kiểu phân mảnh và thêm dần các mảnh; phương pháp Monte Carlo
(MC)- tạo ra các tư thế của phối tử thông qua chuyển động quay liên kết, tịnh tiến
thân cố định hoặc quay, các thuật toán di truyền (GA) với cảm hứng từ thuyết tiến
hóa của Darwin, tạo ra một tập các tư thế của phối tử bằng cách đột biến và trao
đổi chéo; mô phỏng động lực học phân tử (MD)- dự đoán sự di chuyển của từng

nguyên tử riêng biệt trong trường của các nguyên tử còn lại theo thời gian dựa trên
các phương trình động học, thể hiện tính linh hoạt của cả phối tử và protein hiệu
quả hơn các thuật toán khác [45].
14


Chức năng tính điểm được phát triển để mơ tả nhanh chóng và chính xác sự
tương tác giữa protein và phối tử. Ngoài việc xếp hạng các cấu trúc, định hướng
của phối tử khi liên kết với vị trí hoạt động thơng qua độ bền của liên kết, chức
năng tính điểm cịn dự đốn ái lực liên kết protein- phối tử, ứng dụng trong tối ưu
hóa hợp chất dẫn đường cũng như sàng lọc các hợp chất tiềm năng đối với một
đích trong các cơ sở dữ liệu lớn [18]. Năng lượng tự do của phức hợp protein- phối
tử được cho bởi hằng số liên kết (Kd) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG), trong đó
xét đến các tương tác như Van der Waals, liên kết kị nước, liên kết Hydro, liên kết
cộng hóa trị, liên kết tĩnh điện. Số lượng các tham số hóa lý càng lớn thì độ chính
xác càng cao. Tuy nhiên, thời gian tính tốn sẽ lâu nếu số lượng biến lớn. Vì vậy,
các hàm tính điểm cần cân bằng giữa độ chính xác và tốc độ để đạt được hiệu quả
khi làm việc với các cơ sở dữ liệu lớn.
Quy trình docking
Quá trình docking được thực hiện thông qua ba bước: chuẩn bị cấu tử, chuẩn
bị protein, mô phỏng docking.
Chuẩn bị cấu tử
Cấu trúc các cấu tử có thể được lấy từ hệ thống dữ liệu có sẵn như ZINC,
Pubchem, Asinex database. Trong trường hợp khơng có sẵn, chúng ta có thể xây
dựng cấu trúc cấu tử bởi các phần mềm chuyên dụng như ChemDraw,
ChemSketch, MarvinSketch...Sau khi xây dựng được cấu trúc 3D, cấu tử cần chỉnh
sửa điện tích, gắn trường lực và tối ưu hóa năng lượng để chuẩn bị cho docking.
Chuẩn bị protein
Cấu trúc 3D của protein thường có sẵn trên ngân hàng dữ liệu protein
(Protein data bank) “”. Có thể tự xây dựng cấu trúc 3D của

protein theo phương pháp mơ hình hóa tương đồng (Homology modeling) nếu cấu
trúc protein khơng có sẵn. Tiếp theo, chuẩn bị protein cho chương trình mơ phỏng
docking bằng các phần mềm chuyên dụng: loại nước và các cấu tử (nếu có), thêm
hydro, gắn trường lực và tạo file pdbqt.
Mô phỏng docking

15


Trước khi tiến hành mô phỏng docking, cần khoanh vùng tìm kiếm (grid
box) cho thuật tốn. Kích thước của vùng tìm kiếm cần được cân đối, khơng nên
q lớn gây tốn kém thời gian và độ lặp lại không cao, cũng khơng nên q nhỏ vì
phần mềm chỉ tìm kiếm được một vùng rất nhỏ, khơng có ý nghĩa. Thơng thường,
vị trí vùng tìm kiếm được đặt ở trung tâm hoạt động của protein. Khi thực hiện
docking, phần mềm sẽ tự động tìm kiếm và đưa ra cấu dạng phù hợp với năng
lượng thấp nhất. Việc phân tích các tương tác của các cấu dạng thu được thực hiện
trên các phần mềm chuyên dụng như MOE, Pymol, Discovery studio... [32].
1.4.2. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc
Hầu hết các ứng cử viên làm thuốc thất bại trong các thử nghiệm lâm sàng
bởi không đạt các chỉ tiêu về hiệu quả và độc tính. Năm 1997, Christopher Lipinski
và các cộng sự đã đưa ra bộ quy tắc số 5 (Rules of 5- RO5) về các hợp chất giống
thuốc, theo đó các loại thuốc dùng đường uống thường có đặc tính hóa lý và cấu
trúc trong một phạm vi giá trị nhất định. Một dược chất đường uống không vi
phạm quá một trong 4 tiêu chí sau:
Trọng lượng phân tử: MW < 500 Dalton.
Số lượng nhóm cho liên kết hydro (Số lượng các nhóm –NH và –
OH): HBD < 5.
Số lượng nhóm nhận liên kết hydro (Bao gồm nguyên tử O và N):
HBA < 10.
Hệ số phân bố octanol/nước: LogP < 5 [29].

Các thơng số hóa lý này liên quan đến khả năng hịa tan trong nước, tính
thấm ở ruột và bao gồm các bước đầu tiên trong sinh khả dụng đường uống. Nếu
một hợp chất không vượt qua quy tắc RO5, nó sẽ có nguy cơ gặp vấn đề khi sử
dụng đường uống. Tuy vậy một chất đáp ứng RO5 khơng đảm bảo nó sẽ trở thành
thuốc, vì RO5 khơng đề cập đến các đặc điểm cấu trúc hóa học cụ thể được tìm
thấy trong thuốc và hợp chất khơng phải thuốc [28].
1.4.3. Dự đốn ADMET các thơng số dược động học và độc tính
Trong các nghiên cứu in silico, việc dự đốn các thơng số dược động học
như hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính đã trở thành một phần quan
16