Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư

Luận án tiến sĩ y học Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư.Thiết kế cấu trúc dựa trên mục tiêu phân tử đang trở thành hướng đi chủ yếu trong nghiên cứu thuốc điều trị ung thư. Trong số các mục tiêu phân tử tiềm năng, enzym histon deacetylase (HDAC) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học do chúng có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển tế bào ung thư. Nhiều hợp chất mới đã được phát hiện và nghiên cứu hoạt tính ức chế HDAC, trong đó nổi bật nhất là nhóm các dẫn xuất của acid hydroxamic, với bốn thuốc đã được cấp phép điều trị gồm vorinostat, belinostat, panobinostat và givinostat.

Các dẫn chất hydroxamic có chung cấu trúc khung, bao gồm ba phần: (1) nhóm acid hydroxamic gắn kết với ion kẽm tại trung tâm hoạt động của các enzym HDAC, (2) cầu nối là mạch hydrocarbon thân dầu, và (3) nhóm nhận diện bề mặt là nhân phenyl và/ hoặc dị vòng, gắn với cầu nối qua liên kết amid hoặc amin, có khả năng tương tác với các acid amin tại bề mặt của enzym. Các kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy phần nhận diện bề mặt là các cấu trúc dị vòng thơm giàu electron như benzothiazol, arylthiadiazol, indolin, oxoindolin, … có tiềm năng mang lại hiệu quả ức chế HDAC và độc tính cao đối với tế bào ung thư. Quinazolin là một cấu trúc dị vòng như vậy. Khung quinazolin có đặc điểm giàu điện tử, rất phù hợp với vai trò là nhóm nhận diện bề mặt.
Nó có mặt trong nhiều hợp chất mang hoạt tính sinh học đa dạng, như ức chế vi nấm (albaconazol), virus (luotonin A), kháng ung thư (raltitrexed) và chống viêm (rutaecarpin). Cấu trúc này đã được ứng dụng trong thiết kế kháng sinh mới, các thuốc chống viêm, giảm đau, thuốc tác động lên hệ thần kinh hoặc tế bào ung thư. Nhiều dẫn chất quinazolin đã được chứng minh là có tác dụng kháng tế bào ung thư theo các cơ chế khác nhau thông qua ức chế tổng hợp thymidylat, hệ enzym chỉnh sửa ADN, thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì, tubulin polymerase hay tyrosin kinase. Tuy nhiên, hiện chưa có nhiều nghiên cứu khai thác khung quinazolin trong thiết kế chất ức chế HDAC mới.
Từ những phân tích nêu trên, luận án “Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư” đã được thực hiện với hai mục tiêu chính như sau:
(1) Thiết kế và tổng hợp được khoảng 50 acid hydroxamic mới mang khung quinazolin hướng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư.
(2) Đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được

MỤC LỤC Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chương 1. TỔNG QUAN 2
1.1. HISTON DEACETYLASE VÀ CÁC CHẤTỨC CHẾ HISTON
DEACETYLASE 2
1.1.1. Histon deacetylase và vai trò đối với ung thư 2
1.1.2. Các chất ức chế histon deacetylase 8
1.2. QUINAZOLIN VÀ DẪN CHẤT 19
1.2.1. Cấu trúc, tính chất 19
1.2.2. Hoạt tính sinh học 20
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp 25
1.3. PROTEIN DOCKING VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ
THUỐC 41
1.3.1. Giới thiệu về protein docking và ứng dụng trong thiết kế thuốc 41
1.3.2. Qui trình docking 42
Chương 2. NGUYÊN LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43
2.1. NGUYÊN LIỆU 43
2.1.1. Nguyên liệu cho nghiên cứu docking, dự đoán dược động học – độc
tính
43
2.1.2. Nguyên liệu sử dụng cho tổng hợp hóa học 43
2.1.3. Nguyên liệu sử dụng cho thử hoạt tính sinh học 44
2.2. TRANG THIẾT BỊ 44
2.2.1. Trang thiết bị cho nghiên cứu docking, dự đoán dược động học –
độc tính
44
2.2.2. Trang thiết bị cho tổng hợp hóa học và xác định cấu trúc 44
2.2.3. Trang thiết bị cho thử hoạt tính sinh học 452.3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
2.3.1. Nội dung nghiên cứu 45
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu 46
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55
3.1. KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤU TRÚC, DỰ ĐOÁN TƯƠNG TÁC,
TỔNG HỢP HÓA HỌC VÀ KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC 55
3.1.1. Kết quả thiết kế cấu trúc và dự đoán tương tác của các chất với
HDAC2 55
3.1.2. Kết quả tổng hợp hóa học 60
3.1.3. Kết quả phân tích dữ liệu phổ 83
3.2. KẾT QUẢ THỬ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM, ĐỘC TÍNH TẾ
BÀO VÀ DỰ ĐOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ DƯỢC ĐỘNG HỌC – ĐỘC
TÍNH 102
3.2.1. Kết quả thử tác dụng ức chế enzym và gây độc tế bào 102
3.2.2. Kết quả dự đoán một số thông số dược động học và độc tính 104
Chương 4. BÀN LUẬN 105
4.1. BÀN LUẬN VỀ TỔNG HỢP HÓA HỌC VÀ KHẲNG ĐỊNH CẤU
TRÚC 105
4.1.1. Tổng hợp hóa học 105
4.1.2. Khẳng định cấu trúc 111
4.2. BÀN LUẬN VỀ LIÊN QUAN CẤU TRÚC – TÁC DỤNG 121
4.2.1. Hoạt tính sinh học của các dãy chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d 121
4.2.2. Hoạt tính sinh học của các dãy chất IVa-i, Va-i và VIa-c 126
4.2.3. Hoạt tính sinh học của các dãy chất VIIa-i và VIIIa-i 130
4.2.4. Liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất 133
4.3. BÀN LUẬN VỀ CÁC HỢP CHẤT TIỀM NĂNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU 142
4.3.1. Bàn luận về các hợp chất tiềm năng 142
4.3.2. Bàn luận về phương pháp nghiên cứu 145
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 148
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các nguyên liệu sử dụng trong tổng hợp hóa học. 43
Bảng 2.2. Tỷ lệ các thành phần trong dung dịch định lượng tác dụng ức chế HDAC. 51
Bảng 3.1. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 57
Bảng 3.2. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất IVa-i, Va-i và VIa-c. 59
Bảng 3.3. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất VIIa-i và VIIIa-i. 60
Bảng 3.4. Tác dụng ức chế HDAC và gây độc tế bào của các dẫn chất. 102
Bảng 4.1. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 122
Bảng 4.2. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của IVa-i, Va-i và VIa-c. 127
Bảng 4.3. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất VIIa-i và VIIIa-i. 131
Bảng 4.4. Năng lượng liên kết với HDAC6 của các chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và VIIIa-i. 140
Bảng 4.5. Tóm tắt liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất. 142
Bảng 4.6. Kết quả dự đoán một số thông số lý hóa, thông số dược động học và
độc tính của các chất VIIc, VIIg, VIIIc và VIIIh. 143DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Phản ứng oxy hóa quinazolin (a) và phản ứng khử hóa quinazolin (b). 20
Sơ đồ 1.2. Phản ứng thế ái nhân/thế ái điện tử của quinazolin. 20
Sơ đồ 1.3. Phản ứng alkyl hóa quinazolin. 20
Sơ đồ 1.4. Phản ứng Niementowski. 26
Sơ đồ 1.5. Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Besson T.). 26
Sơ đồ 1.6. Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Vanelle P.). 26
Sơ đồ 1.7. Phản ứng Niementowski dùng ion lỏng (theo Kathiravan M. K.). 27
Sơ đồ 1.8. Tổng hợp piriqualon (theo El-Bayouki K. A. M.). 27
Sơ đồ 1.9. Tổng hợp quinazolinon-PBD (theo Farag A.A.). 28
Sơ đồ 1.10. Tổng hợp dẫn chất quinazolinon có sử dụng vi sóng (theo Liu J. F.). 28
Sơ đồ 1.11. Tổng hợp dẫn chất 2,3-diaryl-4(3H)-quinazolinon (theo Giridhar R.). 29
Sơ đồ 1.12. Tổng hợp dẫn chất thế ở C4 của quinazolinon (theo Boyapati S.). 29
Sơ đồ 1.13. Tổng hợp dẫn chất thế ở N3 của quinazolinon (theo Gupta D.). 29
Sơ đồ 1.14. Tổng hợp dẫn chất thế 2,3 của quinazolin-4(3H)-on. 30
Sơ đồ 1.15. Phản ứng ngưng tụ đóng vòng từ acid anthranilic, ortho ester (hoặc
acid formic) và amin. 30
Sơ đồ 1.16. Phản ứng oxy hóa đóng vòng tạo quinazolinon (theo Bakavoli M.). 31
Sơ đồ 1.17. Tổng hợp deoxyvasicinon và rutaecarpin. 31
Sơ đồ 1.18. Phản ứng oxy hóa đóng vòng có xúc tác Darko KB. 32
Sơ đồ 1.19. Tổng hợp 5-arylpyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7(6H)-on có xúc tác InCl3. 32
Sơ đồ 1.20. Tổng hợp dẫn chất quinazolinon (theo Shariff M.). 32
Sơ đồ 1.21. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Ir (theo Zhou J.). 33
Sơ đồ 1.22. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo YokoyamaY.). 33
Sơ đồ 1.23. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Fe (theo Deng G. J.). 33
Sơ đồ 1.24. Tổng hợp (-)-benzomalvin A bằng phản ứng aza-Wittig. 34
Sơ đồ 1.25. Phản ứng aza-Wittig có xúc tác Cu(I) (theo Molina P.). 34
Sơ đồ 1.26. Phản ứng aza-Wittig tạo dẫn chất amin của quinazolinon (theo Wu M. H.). 35
Sơ đồ 1.27. Phản ứng aza-Wittig sử dụng kỹ thuật tổng hợp pha rắn (theo Ding M.W.). 35
Sơ đồ 1.28. Tổng hợp toàn phần luotonin A (theo Malacria M.). 35
Sơ đồ 1.29. Tổng hợp quinazolinon bằng chuỗi phản ứng gốc (theo Chiba S.). 36
Sơ đồ 1.30. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Fu H.). 36
Sơ đồ 1.31. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Ma D.). 37
Sơ đồ 1.32. Tổng hợp quinazolinon không có xúc tác kim loại (theo Iqbal M. A.). 37
Sơ đồ 1.33. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo Li B.). 37Sơ đồ 1.34. Carbonyl hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Alper H.). 38
Sơ đồ 1.35. Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Zhu Q.). 38
Sơ đồ 1.36. Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Willis M.C.). 38
Sơ đồ 1.37. Phản ứng carbonyl hóa 3 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.). 39
Sơ đồ 1.38. Phản ứng carbonyl hóa 4 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.). 39
Sơ đồ 1.39. Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Soghra). 39
Sơ đồ 1.40. Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Shireen) 40
Sơ đồ 1.41. Cơ chế phản ứng tổng hợp quinazolinon qua trung gian Vilsmeier. 40
Sơ đồ 1.42. Tổng hợp quinazolinon từ anhydrid isatoic. 40
Sơ đồ 2.1. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy I. 48
Sơ đồ 2.2. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy II. 48
Sơ đồ 2.3. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy VII. 49
Sơ đồ 3.1. Qui trình tổng hợp dãy chất Ia-h. 61
Sơ đồ 3.2. Qui trình tổng hợp dãy chất IIa-d. 64
Sơ đồ 3.3. Qui trình tổng hợp dãy chất IIIa-d. 67
Sơ đồ 3.4. Qui trình tổng hợp dãy chất IVa-i và Va-i. 69
Sơ đồ 3.5. Qui trình tổng hợp dãy chất VIa-c. 75
Sơ đồ 3.6. Qui trình tổng hợp dãy chất VIIa-i. 76
Sơ đồ 3.7. Qui trình tổng hợp dãy chất VIIIa-i. 80
Sơ đồ 4.1. Cơ chế phản ứng Niementowski ngưng tụ tạo vòng quinazolin-4(3H)-on. 105
Sơ đồ 4.2. Cơ chế phản ứng tạo vòng 2-methylquinazolin-4(3H)-on qua trung
gian benzoxazinon. 106
Sơ đồ 4.3. Cơ chế phản ứng N-alkyl hóa dẫn chất quinazolin-4(3H)-on. 107
Sơ đồ 4.4. Cơ chế phản ứng C4-amin hóa khung quinazolin-4(3H)-on. 109
Sơ đồ 4.5. Cơ chế phản ứng N-acyl hóa tạo acid hydroxamic. 11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc vi tinh thể của các HDAC nhóm I và HDAC6. 3
Hình 1.2. Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân acetyl-Lysin của HDAC. 5
Hình 1.3. Ảnh hưởng của các HDAC đến chu trình phát triển của tế bào ung thư. 8
Hình 1.4. Cấu trúc ba phần chính của các chất ức chế HDAC. 9
Hình 1.5. Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đã được phê duyệt cho
điều trị hoặc đang thử nghiệm lâm sàng. 10
Hình 1.6.A. Các chất ức chế chọn lọc HDAC1-2 cấu trúc benzamid. 12
Hình 1.6. B. Các chất ức chế chọn lọc HDAC3 cấu trúc benzamid. 12
Hình 1.7. Tương tác của SAHA với HDAC8 (A-C) và vùng xúc tác của HDAC3 (D). 13
Hình 1.8. Cấu trúc và tương tác của 20 (PCI34051) với HDAC8. 13
Hình 1.9. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tetrahydroisoquinolin. 14
Hình 1.10. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tripeptidomimetic và sulfur. 14
Hình 1.11. Chất ức chế HDAC8 cấu trúc pyrazol. 15
Hình 1.12. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc vòng thơm và dị vòng thơm. 15
Hình 1.13. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc triazol (theo Suzuki T. và Ingham O. J.). 16
Hình 1.14. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc O-aryl N-hydroxycinnamid. 17
Hình 1.15. Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC6. 18
Hình 1.16. Cấu trúc của một số khung quinazolin và quinazolinon. 19
Hình 1.17 Cấu trúc của raltitrexed (35) và 2-(cinnamylthio)-6-(methyl/nitro)-
3-phenyl-2,3-dihydroquinazolin-4(1H)-on (36). 21
Hình 1.18. Cấu trúc của 2-((2-aminothiazol-5-yl)thio)-6-methyl-3-
phenylquinazolin-4(3H)-on (37). 21
Hình 1.19. Cấu trúc của các dẫn chất pyrrolo[1,2-a]quinazolin-5(4H)-on. 21
Hình 1.20. Cấu trúc của 2-(3-(4-(4-fluorophenyl)-3,6-dihydropyridin-1(2H)-
yl)propyl)-8-methylquinazolin-4(3H)-on (40). 22
Hình 1.21. Cấu trúc của các dẫn chất 4-aminoquinazolin ức chế EGFR. 22
Hình 1.22. Cấu trúc của dẫn chất thế ở 4- của 6-alkoxy-4-aminoquinazolin. 22
Hình 1.23. Cấu trúc của dẫn chất -halopropionamid ở vị trí 6 của quinazolinon. 23
Hình 1.24. Cấu trúc của dẫn chất 2-(thiophen-2-yl)quinazolin-4(3H)-on. 23
Hình 1.25. Cấu trúc của (E)-6-chloro-3-(pyrimidin-2-yl)-2-styrylquinazolin-4(3H)-on. 23
Hình 1.26. Cấu trúc của 2-(3-methoxyphenyl)quinazolin-4(3H)-on. 24
Hình 1.27. Cấu trúc của dẫn 2-phenyl-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on. 24
Hình 1.28. Cấu trúc của 2-(naphthalen-1-yl)-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on. 24
Hình 1.29. Cấu trúc của albaconazol. 25Hình 1.30. Cấu trúc chung của các quinazolinon có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. 25
Hình 2.1. Cấu trúc dự kiến của các dẫn chất dãy I-VIII. 48
Hình 3.1. Khung cấu trúc dự kiến của các dẫn chất. 55
Hình 3.2 Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy I, II và III. 56
Hình 3.3. Mô phỏng docking SAHA, Ia-h, IIa-d và IIIa-d vào HDAC2. 57
Hình 3.4. Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy IV, V và VI. 58
Hình 3.5. Mô phỏng docking SAHA (A) và IVa-i, Va-i, VIa-c (B) vào
HDAC2. 58
Hình 3.6. Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy VII và VIII. 60
Hình 4.1. Cấu trúc của các dẫn chất dãy Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 113
Hình 4.2. Cấu trúc của các dẫn chất dãy IVa-i, Va-i và VIa-c. 116
Hình 4.3. Cấu trúc của các dẫn chất dãy VIIa-i và VIIIa-i. 118
Hình 4.4. Mô phỏng docking các chất Ie, IIb và IIIc vào HDAC2. 125
Hình 4.5. Mô phỏng docking các chất IVb, Vh và VIb vào HDAC2. 129
Hình 4.6. Mô phỏng docking các chất VIIb, VIIc, VIIg và VIIh vào
HDAC2. 132
Hình 4.7. Mô phỏng docking các chất VIIIc và VIIIh vào HDAC2. 133
Hình 4.8. Đồ thị so sánh nồng độ ức chế HDAC của các dẫn chất. 134
Hình 4.9. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào SW620 của các dẫn chất. 134
Hình 4.10. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào PC3 của các dẫn chất. 135
Hình 4.11. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào NCI-H23 của các dẫn chất. 135
Hình 4.12. Tương tác với bề mặt HDAC2 của các chất Ic và VIIIc. 136
Hình 4.13. Tương tác với HDAC2 của các chất Ic, IIc, IVc và VIb. 137
Hình 4.14. Tóm tắt ảnh hưởng của các nhóm thế trên khung quinazolin trong
phần nhận diện bề mặt của các dẫn chất. 139
Hình 4.15. Tương tác với HDAC6 của các chất SAHA, Ie, IIb, IIIc và VIIIh. 141
Hình 4.16. Đồ thị tương quan giữa các giá trị IC50 thực nghiệm và điểm
docking của các dẫn chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và SAHA. 14