Pharmacophylogeny là một lĩnh vực khá mới mẻ được phát triển từ thực tiễn nghiên cứu dược liệu, phân loại thực vật, hoá thực vật, dược lý và tin sinh học. Đối tượng nghiên cứu chính của lĩnh vực này là tìm mối liên hệ nội tại bên trong các loài thực vật dược – phân loại dựa trên di truyền/tiến hoá, thành phần hoá học, khả năng phòng/chữa bệnh không ngoài mục đích phát triển thuốc.
Hình mẫu về pharmacophylogeny được đưa ra lần đầu bởi Pei-gen Xiao vào năm 1980. Vào lúc đó, với khá ít thành tựu về di truyền trong lĩnh vực dược liệu, mối quan hệ giữa các loài gần gũi về di truyền với khả năng sản sinh các chất chuyển hoá giống nhau chưa được định hình rõ như hiện nay. Phương pháp phân loại thực vật truyền thống dựa trên mô tả hình thái vẫn là chính yếu cho đến năm 2000 khi các nghiên cứu về ADN đánh dấu đã đưa ra những thay đổi trong phân loại thực vật dựa trên cây di truyền. Sự ra đời của pharmacophylogeny nhằm mục đích kết hợp giữa hình thái học, ADN đánh dấu và chất đánh dấu vào việc phân loại thực vật, đặc biệt trong ngành dược.
Phân loại dựa trên hoá học
Hiện tại, có hai nhánh hệ thống phân loại thực vật: dựa trên các phân tử lớn như protein, enzym và dựa trên các phân tử nhỏ như các chất chuyển hoá bậc hai: alkaloid, terpen,… Ví dụ, thành phần chất hữu cơ bay hơi có thể được sử dụng để phân biệt 12 loài thuộc họ Cải, tương ứng với sự khác biệt về mô tả hình thái. Tuy nhiên, sự phân biệt dựa trên hoá học cũng có những hạn chế nhất định, khi chất chuyển hoá thứ cấp có vai trò bảo vệ loài cây đó, chúng sẽ thay đổi theo điều kiện môi trường sinh sống. Các alkaloid của Canh-ki-na chỉ được sản sinh trong một số vị trí địa lý nhất định. Ví dụ về việc sử dụng phân tử lớn để phân loại thực vật là dựa trên hoạt tính diterpen synthase trong chi Bạc hà hay phân biệt cyclopeptid kiểu Rubiaceae trên 20 loài thuộc chi Rubia bằng LC-MS/MS.
Một số trường hợp điển hình
Dược liệu Đan sâm, Salvia miltiorrhia từ lâu đã được sử dụng trong y học cổ truyền với thành phần tanshinon IIA được cho là có liên quan đến tác dụng điều trị bệnh mạch vành trong khi cryptotanshinon có tác dụng kháng khuẩn. Khảo sát trên 50 loài thuộc chi Salvia (Hao & Xiao, 2017) cho thấy trên 20 loài chứa trong đó có 8 loài chứa hàm lượng từ 0,3% – 1,01%. S. leiaometiensis chứa 1,01% tanshinon IIA, S. miltiorrhiza f. alba 0,73%, S. trijuga 0,65%, S. aerea 0,51% và S. przewalskee var. alba 0.37%. Tanshinon IIA chứa nhiều trong Subgen. Salvia, một số loài thuộc Subgen. Sclarea cũng có hiện diện. Chất này hầu như không được tìm thấy trong Subgen. Jungia và Subgen. Allagospadonops (subgen: dưới chi). Các kết quả này có thể mang lại giá trị khi cần tìm dược liệu để chiết xuất hoạt chất quan tâm.
Khái quát hơn, trên toàn thế giới có khoảng 1000 loài Salvia, trong đó Trung Quốc có 84 loài, 43 loài được xem có tác dụng y học và có đến 23 loài được gọi là Đan sâm (S. miltiorrhiza). Khi phân loại dựa trên dược tính, chi Salvia có thể chia làm ba nhóm: nhóm thứ nhất được gọi chung là nhóm Đan sâm liên quan đến tác động điều hoà tuần hoàn máu, nhóm này chứa nhiều diterpen abietan và dẫn xuất acid caffeic. Như vậy, các loài trong cùng nhóm có thể được sử dụng thay thế cho Đan sâm. Nhóm thứ hai có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, lợi tiểu, nhóm này giàu các thành phần triterpen và diterpen kiểu royleanon. Nhóm thứ ba phân bố tại Nam Mỹ và Châu Âu chứa các diterpen kiểu clerodan.
Điều thú vị là đôi khi các loài trong cùng họ, cùng chi có chứa các hoạt chất với hàm lượng khác hẳn nhau. Ví dụ hàm lượng flavonoid toàn phần từ rễ các loài thuộc chi Sắn dây, Pueraria rất khác biệt, nhiều nhất ở Pueraria lobata, tức Sắn dây, và kết quả này cũng khác nhau nhiều dựa theo nơi thu hái.
Ứng dụng pharmacophylogeny vào phân biệt, kiểm nghiệm dược liệu
Bạch thược (Radix Paeoniae Alba), Xích thược (Radix Paeoniae Rubra) và Mẫu đơn bì (Cortex Paeoniae) đều là những dược liệu từ chi Mẫu đơn, Paeonia. Mẫu đơn bì chủ yếu có nguồn gốc từ nhóm Mẫu đơn thân gỗ, chứa nhiều thành phần paeonol. Bạch thược và Xích thược sau quá trình chế biến đã bị biến đổi thành phần, không còn chứa paeonol nhưng lại có nhiều paeoniflorin, tuy nhiên hàm lượng này giảm đi đáng kể sau khi chế biến thành dược liệu Bạch thược. Các đặc điểm trên có thể được sử dụng để phân biệt các nguồn “Paeony” khác nhau.
Một ví dụ khác là hai dược liệu Thương truật (Rhizoma Atractylodis) Bạch truật (Rhizoma Atractylodis Macrocephalae) đều thuộc chi Atractylodes nhưng khác biệt về hình thái lẫn thành phần hợp chất bay hơi. Bạch truật chứa nhiều atractylon nhưng lại không tìm thấy atractylodin. Trong khi đó, Thương truật chứa nhiều atractylodin, β-eudesmol và hinesol. Loài A. koreana chứa atractylodin nhưng có ít atractylon, eudesmol và hinesol. Loài A. japonica chứa nhiều butenolid A và nhiều selina-4(14), 7(11)-dien-8-on, nhưng chỉ lượng nhỏ hinesol và β-eudesmol cho thấy loài này có hình thái giống với Bạch truật nhưng thành phần hoá học lại giống với Thương truật.
Ứng dụng pharmacophylogeny vào tìm kiếm thuốc mới
Trong một nghiên cứu chiết xuất berberin, vấn đề gặp phải là lượng tồn dư trong dịch chiết dược liệu. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với nhóm khác để thử tác dụng dược lý của berbamin, kết quả cho thấy hợp chất này làm gia tăng bạch cầu của bệnh nhân sau 6 tuần sử dụng, gợi ý đến hợp chất có cấu trúc tương tự cepharanthin từ chi Stephania thuộc họ Menispermaceae gần gũi về mặt di truyền với Berberidaceae, cùng bộ Ranunculales. Từ đó, berbamin đã được thử nghiệm lâm sàng về hiệu quả trong bệnh hạ bạch cầu.
Một số loài trong chi Đỗ quyên, Rhododendron được nghiên cứu tác dụng chữa viêm khí quản. Các hoạt chất có tính chống ho được phân lập bao gồm: farrerol, hyperin, quercetin, astragalin, kaempferol, myricetin thuộc nhóm flavonoid. Các coumarin có tác dụng chữa hen suyễn. Tuy nhiên, một hợp chất có độc tính được tìm thấy là andromedotoxin 1. Để tìm dược liệu tốt hơn (có hiệu quả trị liệu và ít độc), 33 loài thuộc chi Rhododendron đã được phân tích và tìm ra được hai dược liệu không chứa andromedotoxin là R. racemosum và R. rubiginosum. Qua nhiều thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh rằng chúng có tác dụng chữa bệnh viêm khí quản mãn tính và được nghiên cứu để ứng dụng trên thực tiễn.
Ứng dụng tin sinh học trong phân loại thực vật
Các thông tin về các loại thực vật thường rất đa dạng và đồ sộ, nhất là trong bối cảnh sinh học phân tử có nhiều thành tựu mới. Hiện nay, có một số cơ sở dữ liệu trên thế giới được xây dựng bao gồm thông tin về hình ảnh, mô tả, dữ liêụ di truyền bao gồm cả metabolomic, transcriptomic. Chỉ máy tính mới có thể lưu trữ và xử lý khối lượng thông tin khổng lồ như thế, tạo tiền đề cho các công trình về sau, ví dụ như “phân tích đa biến về mối tương quan giữa hình thái, thành phần hoá học với tác dụng nhuận trường của Đại hoàng”.
Lời kết
Pharmacophylogeny là một ngành liên quan đến nhiều lĩnh vực với nhiệm vụ trước mắt là tìm ra mối liên quan giữa bộ mã di truyền với thành phần hoá học và tác dụng dược học của các loài/hạ loài khác nhau. Cùng sự phát triển về cả lý thuyết và thực hành của ngành nghiên cứu này hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng vào công cuộc phát triển dược phẩm mới. Không những thế, nó còn giúp hiểu sâu hơn về tính đa dạng phân loài của thực vật dựa trên các yếu tố khác nhau.
NML
Tài liệu tham khảo:
1. Gong X, Yang M, He C, et al. Plant Pharmacophylogeny: Review and Future Directions. Chinese Journal of Integrative Medicine. Published online November 10, 2020. doi:10.1007/s11655-020-3270-9
2. Hao D, Xiao P. Pharmaceutical resource discovery from traditional medicinal plants: Pharmacophylogeny and pharmacophylogenomics. Chinese Herbal Medicines. Published online March 2020. doi:10.1016/j.chmed.2020.03.002
