Tổng hợp và lược dịch: Lưu Nguyệt Linh

Ung thư tuyến tụy là một trong những khối u ác tính mạnh nhất ở người và ban đầu thường không có triệu chứng, hầu hết bệnh nhân phát hiện bệnh khi đã có di căn. Do đó, phẫu thuật cắt bỏ thường không phát huy được hiệu quả. Các tác nhân hóa tị liệu thể hiện tác dụng lên các khối u khác lại có thể bị đề kháng bởi tế bào ung thư tuyến tụy. Hiện nay, gần như chưa có thuốc nào thể hiện hiệu quả thực sự trên bệnh ung thư tuyến tụy – Bệnh nhân ung thư tuyến tụy  có thời gian sống trung bình dưới 6 tháng và tỷ lệ sống 5 năm thấp nhất (5,5%) trong tất cả các loại ung thư. Cụ thể, 23.000 người ở Nhật Bản và 10.000 ở Anh chết vì ung thư tuyến tụy mỗi năm. Ở các nước châu Âu, ung thư tuyến tụy hiện đã vượt qua ung thư vú để trở thành nguyên nhân thứ ba gây tử vong liên quan đến ung thư. Mặc dù, liệu pháp sử dụng gemcitabin đơn độc đã được thay thế bằng các liệu pháp kết hợp, nhưng những liệu pháp kết hợp này cũng chỉ mang lại những tác động chưa đáng kể lên thời gian sống. Rõ ràng, nếu muốn tạo nên một bước đột phá lớn trong điều trị ung thư tuyến tụy, cần thiết phải sử dụng các chiến lược trị liệu hoàn toàn mới, khai thác các mục tiêu mới.

Hoạt tính ‘anti-austerity’

Hoạt tính ‘anti-austerity’ lần đầu tiên được mô tả bởi Esumi và cộng sự vào năm 2000. Ở các khối u tụy nhìn chung có sự giảm lưu lượng máu, hậu quả là môi trường vi mô trong khối u bị thiếu oxy và thiếu chất dinh dưỡng so với mô bình thường. Mặc dù vậy, tế bào ung thư tuyến tụy vẫn có thể sinh sôi nảy nở nhanh trong những điều kiện thiếu thốn này. Khả năng sống sót trong tình trạng thiếu dinh dưỡng của tế bào ung thư tuyến tụy lớn hơn rất nhiều so với các mô bình thường cũng như các dòng tế bào ung thư khác. Trong khi các tế bào người bình thường chết trong vòng 24 giờ nếu thiếu dinh dưỡng thì một số dòng tế bào ung thư tuyến tụy ở người có thể sống sót tới 72 giờ hoàn toàn không có chất dinh dưỡng như glucose, axit amin và huyết thanh (awale). Một chất ‘anti-austerity’ được định nghĩa là một loại thuốc có thể loại bỏ khả năng sống sót trong điều kiện thiếu dinh dưỡng của các tế bào ung thư, trong khi các tế bào có đủ dinh dưỡng không bị ảnh hưởng. Đây là phương tiện mới để tác động một cách có chọn lọc lên các khối u tụy. Cần lưu ý cơ chế này trái ngược với hầu hết các tác nhân hóa trị liệu khác, hiệu quả của các tác nhân này thường giảm trong điều kiện thiếu chất dinh dưỡng. Nghiên cứu ban đầu của Esumi và cộng sự đã xác định hai tác nhân là troglitazone và LY294002, có hoạt tính ‘anti-austerity’ như vậy trong tế bào PANC -1. Trong giai đoạn tiếp theo, nhiều tác nhân ‘anti-austerity’ được phát hiện. Đa số các tác nhân ‘anti-austerity’ là các hợp chất tự nhiên. Cho đến nay, ba tác nhân được xác định bằng phương pháp này đã được đánh giá in vitro và in vivo, pyrvinium pamoate, kigamicin D và (-) –arctigenin được nghiên cứu hoạt tính ngăn chặn sự phát triển của khối u trong các mô hình ở chuột. Cơ chế tác động cụ thể của các chất ‘anti-austerity’ vẫn chưa được làm sáng tỏ, nhưng các nghiên cứu gần đây cho thấy pyrvinium pamoate ức chế hệ thống khử năng lượng NADH-fumarate. Đây là hệ thống tạo năng lượng ty thể, hoạt động của hệ thống này tăng lên trong các tế bào PANC-1 được nuôi cấy trong điều kiện thiếu dinh dưỡng và cũng được giun sán ký sinh sử dụng để sống sót trong điều kiện thiếu oxy trong ruột vật chủ [2].

Grandifloracin

Với hoạt tính đáng chú ý ‘anti-austerity’, các nhà khoa học bắt đầu đi tìm kiếm những hợp chất có nguồn gốc từ tự nhiên thể hiện tác dụng này. Cụ thể là các loài thực vật từ Nhật Bản và các nước Đông Nam Á. Kết quả là vào năm 2013, các nhà khoa học chứng minh rằng dịch chiết dichloromethan của thân Uvaria dac có khả năng ức chế ung thư tuyến tụy ở người PANC-1  trong tình trạng thiếu hụt chất dinh dưỡng. Chiết xuất có hoạt tính sinh học này đã dẫn đến việc tìm ra (+) - grandifloracin (GF), một chất chống ung thư mạnh thể hiện độc tính chọn lọc lên tế bào PANC-1 với giá trị PC50 là 14,5 [4].

Báo cáo phân lập đầu tiên của (-) -grandifloracin, (-) -1 là vào năm 1997, từ cây hoa nhiệt đới Uvaria grandiflora, sau đó là các phân lập sau từ Uvaria rufa và Uvaria calamistrata. Mặc dù cấu trúc lập thể tương đối của (-) -1 đã được thiết lập, nhưng cấu hình tuyệt đối vẫn chưa được biết cho đến năm 2011.

Các nghiên cứu cho thấy, grandifloracin dường như không gây ra sự chết tế bào theo chương trình mà chỉ hoạt động cơ chế gây thực bào. Một sự kích hoạt của marker thực bào LC3-II đã được quan sát thấy sau khi điều trị với grandifloracin theo cơ chế phụ thuộc nồng độ và thời gian không chỉ trong điều kiện thiết dinh dưỡng mà cả trong điều kiện đủ dinh dưỡng. Tuy nhiên, tác dụng của grandifloracin trong môi trường thiếu chất dinh dưỡng được đánh giá là có ý nghĩa hơn so với việc môi trường dinh dưỡng trung bình ở nồng độ 25 PhaM và 50 PhaM trong vòng 6 giờ.

Con đường serine / threonine kinase Akt / mTOR được kích hoạt trong phần lớn các dòng tế bào ung thư tuyến tụy ở người. Kích hoạt con đường này đảm bảo cho  sự sống sót của các tế bào ung thư trong môi trường vi mô đồng thời tạo nên khả năng kháng hóa trị và xạ trị .14 Akt đã được phát hiện là tăng quá mức trong các tế bào ung thư tuyến tụy trong tình trạng thiếu chất dinh dưỡng. Akt tăng lên là một trong những “austesity” marker cho phép các tế bào khối u tồn tại và sinh sôi nảy nở trong môi trường vi mô thiếu dinh dưỡng. Do đó, ức chế con đường Akt có thể tạo tác dụng điều trị ở bệnh nhân ung thư. Một số tác nhân chống ung thư như arctigenin, kigamicin D và pyrvinium pamoate đã được nghiên cứu để ức chế hoạt hóa Akt, điều này cho thấy khả năng ức chế phosphoryl hóa Akt của các hợp chất này tạo nên khả năng gây độc tế bào khi thiếu chất dinh dưỡng. Trong nghiên cứu hiện tại, grandifloracin đã ức chế cả Akt và phospho(Ser473)Akt theo cách phụ thuộc thời gian cũng như phụ thuộc vào nồng độ.

Các nghiên cứu cho thấy mTOR thường được kích hoạt trong nhiều loại ung thư, và sự phát triển của các loại thuốc ức chế mTOR là một mục tiêu điều trị hấp dẫn trong điều trị ung thư. mTOR là một effector của con đường PI3K / AKT và bao gồm 2 phức hợp riêng biệt là  mTORC1 và mTORC2. Mặc dù tác dụng của grandifloracin đối với từng phức hợp đa protein không được làm rõ, sự ức chế hoàn toàn phosphoryl hóa mTOR tại Ser2448 đã được quan sát thấy. Các chất ức chế mTOR, chẳng hạn như temsirolimus và everolimus, đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chấp thuận để điều trị ung thư biểu mô tế bào thận, khối u thần kinh nguyên thủy và tế bào hình sao khổng lồ. Về mặt này, grandifloracin là một chất ức chế kép các yếu tố sống sót chính của khối u là Akt và mTOR. Bởi vì các khối u tụy có khả năng kháng cao với các tác nhân hóa trị liệu gây chết tế bào theo chương trình, nên việc tạo ra một cơ chế chết tế bào khác, không dựa trên quá trình gây chết tế bào theo chương trình như grandifloracin là một ứng cử viên mới đáng chú ý để đánh giá tiền lâm sàng [4].

Nghiên cứu tổng hợp hóa dược các hợp chất từ khung grandifloracin

Tác dụng của các tác nhân ‘anti-austerity’ đã thu hút sự chú ý của  các nhà tổng hợp hóa dược. Các chất tương tự grandifloracin từ (+) -12 đến (+) -17 và (+) -30, cũng như các sản phẩm phụ (+) -19, (+) -21 và (+) -27, được đánh giá trong thử nghiệm hoạt tính ‘anti-austerity’ chống lại các tế bào PANC-1.

                                                   (+) -12 và (+) -13 grandifloracin

Hoạt động của chúng được biểu thị bằng giá trị PC50, nồng độ mà 50% tế bào ung thư được tiêu diệt tốt nhất trong môi trường thiếu chất dinh dưỡng (NDM) mà không có độc tính rõ ràng trong môi trường giàu dinh dưỡng thông thường (DMEM). Trong số các hợp chất được thử nghiệm, (+) -12 và (+) -13 hiển thị hoạt động mạnh nhất với giá trị PC50 tương ứng là 4,8 μM và 7,0 μM, mạnh hơn sản phẩm tự nhiên (+) - grandifloracin (1, PC50 14,5 μM) . Một điểm thú vị, việc đưa một nhóm p-fluoro hoặc p-trifluoromethyl vào các nhóm phenyl đã làm tăng hoạt động tương ứng gấp 3 lần và 2 lần. (12> 13> 1) [1].

                                               (+) -19 và (+) -21 grandifloracin

Tuy nhiên, sự có mặt của một nhóm thế methoxy làm giảm hoạt động. Việc thay thế các nhóm phenyl bằng các vòng khác hoặc các nhóm isobutyl dẫn đến mất hoạt tính. Sản phẩm phụ (+) -19 và (+) -21 thể hiện hoạt tính yếu ở cả môi trường thiếu chất dinh dưỡng và môi trường bình thường, có khả năng là do epoxit của chúng đóng vai trò là điện di cho quá trình kiềm hóa không chọn lọc. Bằng chứng này cho thấy lõi grandifloracin rất cần thiết cho hoạt động chống ung thư và (+) -12 là một ứng cử viên lý tưởng để nghiên cứu thêm về hoạt động sinh học. Các tế bào PANC-1, ngay cả khi thiếu hụt chất dinh dưỡng hoàn toàn trong 24 giờ, vẫn còn sống và hiển thị hình thái tế bào nguyên vẹn. Mặt khác, việc điều trị bằng (+) -12 làm thay đổi đáng kể các tế bào ung thư về hình thái học, làm sưng các tế bào và rò rỉ tế bào chất vào môi trường. Sự khác biệt hình thái của các tế bào sống và tế bào sắp chết có thể được quan sát bằng xét nghiệm huỳnh quang nhuộm màu kép ethidium bromide (EB) - acridine (AO). AO là thuốc nhuộm thấm qua tế bào và phát ra huỳnh quang màu xanh lá cây tươi sáng trong các tế bào sống, trong khi EB chỉ thấm qua màng tế bào chết hoặc sắp chết và phát ra huỳnh quang màu đỏ. Trong nghiên cứu, các tế bào PANC-1 được xử lý bằng (+) -12 (10 M) và chất đối chứng được xử lý trong NDM được ủ trong 24 giờ và sau đó nhuộm bằng thuốc thử EB / AO. Các tế bào PANC-1 trong nhóm đối chứng cho thấy hình thái nguyên vẹn và phát ra huỳnh quang màu xanh lá cây sáng, cho thấy sự sống sót của tế bào 100% ngay cả trong điều kiện thiếu dinh dưỡng hoàn toàn. Tuy nhiên, các tế bào PANC-1, khi được xử lý bằng (+) -12 phát ra chủ yếu là huỳnh quang màu đỏ do EB, với đặc điểm hình thái tròn của các tế bào chết [1].

Hiệu quả của (+) -12 đối với các tế bào PANC-1 trong NDM đã được nghiên cứu thêm trong một thí nghiệm khác. Các tế bào PANC-1 đối chứng (chỉ có NDM) và được xử lý (+) -12 (25 μM)  trong NDM,  được ủ trong tủ ấm CO2 được trang bị hệ thống kính hiển vi thời gian thực. Hình ảnh được chụp cứ sau 15 phút trên hệ thống hình ảnh tế bào kỹ thuật số trong 24 giờ. Điều trị tế bào PANC-1 bằng (+) -12 ức chế sự di chuyển của tế bào trong vòng 30 phút và gây chết tế bào trong vòng 4 giờ, dẫn đến chết tế bào sau 8 giờ. Các tế bào PANC-1 được nuôi cấy trong cùng điều kiện trong NDM đối với nhóm đối chứng tiếp tục tồn tại cho đến khi kết thúc thí nghiệm (24 h). Do đó, nghiên cứu này đã chứng minh thêm bằng chứng đầu tiên về tiềm năng trị liệu chống ung thư của (+) -12. Ung thư tuyến tụy được biết đến với khả năng di căn cao. Hầu hết bệnh nhân tại thời điểm được chẩn đoán cho thấy các khuẩn lạc của khối u tụy di cư ở tá tràng, gan và các cơ quan khác nơi các tế bào khối u có đủ dinh dưỡng để phát triển thành khối u lớn. Các hợp chất có khả năng ức chế di căn như vậy có lợi ích điều trị chống lại bệnh ung thư khuẩn lạc. Do đó, tác dụng của (+) -12 đã được nghiên cứu về tác dụng chống lại sự hình thành khuẩn lạc tế bào PANC-1 trong môi trường giàu dinh dưỡng bình thường. Hợp chất (+) -12 được tiếp xúc với các tế bào PANC1 ở nồng độ 25, 50 và 100 μM trong môi trường DMEM dinh dưỡng trong 24 giờ. Môi trường sau đó được thay thế bằng DMEM mới và được ủ thêm 10 ngày nữa để cho phép hình thành khuẩn lạc. (+) -12 đã ức chế khả năng hình thành khuẩn lạc của các tế bào PANC-1, ngay cả khi tiếp xúc chỉ trong 24 giờ ở nồng độ không gây độc tế bào. Diện tích cụm khuẩn lạc trung bình của mỗi giếng trong 12 giếng cũng được tìm thấy là 60% đối với nhóm chứng, giảm đáng kể xuống còn 55%, 23% và 3% đối với những trường hợp được điều trị bằng (+) -12 ở 25, 50 và 100 M nồng độ.

Như vậy, (+) -12 thể hiện giá trị PC50 tốt nhất và do đó được đánh giá sinh học bổ sung. Nhìn chung, những kết quả này rất đáng khích lệ đối với các hoạt động khám phá thuốc liên quan đến khung cấu trúc grandifloracin [1].

Kết luận

Trong bối cảnh ung thư tuyến tụy đang trở thành một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong do ung thư. Thể hiện các triệu chứng khó phát hiện, đa số các trường hợp được chẩn đoán đều ở giai đoạn muộn và đã di căn. Đồng thời, có một cản trở trong điều trị ung thư tuyến tụy là các tế bào ung thư tuyến tụy đề kháng với hầu hết các thuốc điều trị ung thư với cơ chế thông thường như các thuốc gây chết tế bào theo chương trình. Do đó, việc tìm ra các tác nhân chống ung thư với cơ chế khác hẳn (anti-austerity) được đánh giá là một bước đi tiềm năng trong con đường nghiên cứu và phát triển các thuốc điều trị ung thư tuyến tụy trong tương lai. Các hợp chất có hoạt tính ‘anti-austerity’ được tìm thấy ở các loài thực vật nhiệt đới như Uvaria grandiflora, Uvaria rufa, và Uvaria calamistrata.

Tài liệu tham khảo

[1] Alexander, Benjamin E., et al. "Sidechain Diversification of Grandifloracin Allows Identification of Analogues with Enhanced Anti‐Austerity Activity against Human PANC‐1 Pancreatic Cancer Cells." ChemMedChem (2019).

[2] Khan, Monika Ali, et al. "The enone motif of (+)-grandifloracin is not essential for ‘anti-austerity’antiproliferative activity." Bioorganic & medicinal chemistry letters 24.13 (2014): 2815-2819.

 [3] Vincent, Audrey, et al. "Pancreatic cancer." The lancet 378.9791 (2011): 607-620.

 [4] Ueda, Jun-ya, et al. "(+)-Grandifloracin, an antiausterity agent, induces autophagic PANC-1 pancreatic cancer cell death." Drug design, development and therapy 8 (2014): 39.