Các hoạt chất chính trong nấm Cordyceps militaris

Cordycepin có cấu trúc 3’-deoxyadenosin là một purin alkaloid có dạng của nucleosid adenosin bị mất một oxy ở vị trí 3’ phần đường ribose. Cordycepin được phân lập lần đầu vào năm 1950 từ Cordyceps militaris. Bằng phân tích phổ NMR (nuclear magnetic resonance) và IR (infrared), cordycepin được xem như là một hợp chất có hoạt tính sinh học được ly trích từ quả thể và sợi nấm. Cordycepin có công thức C10H13N5O3 và có phân tử lượng 251, điểm nóng chảy tại 230-231OC, độ hấp thu cực đại tại 259 nm. Có thể hoà tan trong dung dịch đệm muối, methanol hay ethanol, nhưng không hoà tan trong benzen, ether hay chloroform, do vậy nhiều nghiên cứu đã sử dụng dung dịch muối khử trùng và đệm phosphat làm dung môi.

Cordycepin
Cordycepin có cấu trúc 3’-deoxyadenosin là một purin alkaloid có dạng của nucleosid adenosin bị mất một oxy ở vị trí 3’ phần đường ribose. Cordycepin được phân lập lần đầu vào năm 1950 từ Cordyceps militaris. Bằng phân tích phổ NMR (nuclear magnetic resonance) và IR (infrared), cordycepin được xem như là một hợp chất có hoạt tính sinh học được ly trích từ quả thể và sợi nấm. Cordycepin có công thức C10H13N5O3 và có phân tử lượng 251, điểm nóng chảy tại 230-231OC, độ hấp thu cực đại tại 259 nm. Có thể hoà tan trong dung dịch đệm muối, methanol hay ethanol, nhưng không hoà tan trong benzen, ether hay chloroform, do vậy nhiều nghiên cứu đã sử dụng dung dịch muối khử trùng và đệm phosphat làm dung môi.
Vì cordycepin có cấu trúc tương tự adenosin nên RNA polymerase không thể phân biệt. Khi tham gia tổng hợp nên phân tử RNA, cordycepin ngăn chặn quá trình kéo dài thêm các RNA và tạo ra các phân tử RNA kết thúc sớm. Do đó, cordycepin được xem như chất kháng ung thư hiệu quả. Năm 2003, Sun và cs đã chứng minh hàm lượng cordycepin với hoạt tính kháng khối u ở Cordyceps kyushuensis cao hơn Cordyceps sinensis và Cordyceps militaris, ở Cordyceps nuôi cấy cao hơn tự nhiên, và trong sợi nấm cao hơn ấu trùng chủ. Tác giả cũng khẳng định rằng đây là hợp chất có tiềm năng dược học cao. Năm 2007, Noriko Yoshikawa và cs chứng minh cordycepin có hoạt tính kháng ung thư hiệu quả thông qua việc ức chế quá trình methyl hóa acid nucleic và polyadenin hóa. Đồng dạng của cordycepin là 2’,5’- oligoadenin có tác dụng kháng virus thông qua việc ức chế reverse transcriptase. Tác giả cũng chứng minh rằng tiền chất của cordycepin là adenosin cũng có hoạt tính kháng ung thư.

Acid cordyceptic
Acid cordyceptic, một isomer của acid quinic, được nghiên cứu đầu tiên ở Cordyceps sinensis năm 1957. Cấu trúc tinh thể của acid cordyceptic được xác định là D-mannitol. Mannitol là hợp chất sinh học chính có nhiều hoạt tính quan trọng như kháng gốc tự do, lợi tiểu, trị ho. Chất này tồn tại trong tự nhiên chủ yếu ở rễ, thân và lá cây; được tìm thấy nhiều trong nấm ăn, cà rốt và rêu. Hàm lượng acid cordyceptic trong Cordyceps khoảng 7-29%. Mannitol có cấu tạo gồm một alcohol và một đường, hoặc một polyol; tương tự như xylitol hay sorbitol. Tuy nhiên, mannitol có xu hướng loại bỏ ion hydrogen trong nước làm dung dịch trở nên acid. Công thức hóa học của mannitol là C6H14O6, trọng lượng phân tử 182, nhiệt độ nóng chảy 166oC, tỷ trọng 1,489 (20oC) và nhiệt độ sôi 290-295oC (467 kPa). Mannitol có nhiều đặc tính quan trọng đã được sử dụng trong y học và thực phẩm, hàm lượng mannitol có trong quả thể nấm Cordyceps vào khoảng 29-85 mg/g, sợi nấm có hàm lượng acid cordyceptic cao hơn so với trong quả thể.

Polysaccharid
Cordyceps chứa một lượng lớn polysaccharid, khoảng 3-8% khối lượng, đây là một trong những hợp chất sinh học chính. Từ năm 1977, nhiều nghiên cứu khoa học tại Trung Quốc và Nhật Bản đã chứng minh được những ích lợi từ polysaccharid trong việc kháng ung thư, kháng oxy hóa, kháng viêm cũng như tác động điều hòa miễn dịch. Các hợp chất polysaccharid ở Cordyceps là một galactomannan nhiều nhánh. Các hợp chất này bao gồm D-mannose và D-galactose với tỷ lệ 3:5, thường chứa một tỷ lệ nhỏ protein. Nó là một cấu trúc phân nhánh gồm các liên kết (1-6) và (1-2) liên kết các gốc α-D-mannopyranosyl ở mạch chính, có các liên kết đa dạng giữa các monosaccharid kế cận tạo thành các cấu trúc xoắn và vòng nhỏ. Tuy nhiên, một mannoglucan với trọng lượng phân tử xấp xỉ 7700 g/mol được phân tách gần đây chỉ chứa các đơn vị mannose và glactose với tỷ lệ 1:9. Các phân tích cho thấy nó có một khung sườn α-D-glucan với các liên kết (1-4) và (1-3); và các mạch nhánh của α-D-(1-6)-mannopyranose (Manp) được gắn vào khung sườn qua vị trí O-6 của gốc α-(1-3)-glucopyranosyl (Glcp). Nghiên cứu này cũng cho thấy dược tính của polysaccharid là từ các đặc tính của nó như trọng lượng phân tử, ví dụ như các polyglucan có trọng lượng phân tử lớn hơn (10-1000 kDa) có xu hướng tan trong nước tốt hơn và vì thế có hoạt tính kháng khối u hiệu quả hơn. Tuy nhiên, hoạt tính kháng ung thư là do sự tăng cường miễn dịch cho cơ thể hơn là hiệu ứng gây chết tế bào trực tiếp.

Ergosterol
Ergosterol là tiền chất quan trọng cho vitamin D. Hàm lượng ergosterol ở Cordyceps militaris nuôi cấy rất cao, chỉ đứng sau Cordyceps sinensis tự nhiên phân lập ở Tây Tạng. Các ergosterol và các chất đồng dạng của nó có hoạt tính kháng virus, điều hoà tim mạch, điều trị bệnh thận do giảm immunoglobin A.
Protein và acid amin
Hàm lượng protein trong Cordyceps vào khoảng 29,1 – 33% bao gồm 18 acid amin: acid aspartic, threonin, serin, glutamat, prolin, glycin, valin, methionin, isoleucin, leucin, tyrosin, phenylalanin, lysin, histidin, cystin, cystein và tryptophan. Các acid amin có hàm lượng cao nhất là glutamat, arginin và acid aspartic và có dược tính cao nhất là arginin, glutamat, tryptophan và tyrosin. Năm 2011, Zheng và cs đã nghiên cứu họ protein trong Cordyceps militaris. Kết quả cho thấy bộ gen Cordyceps militaris chứa 61 họ protease nhưng hầu hết là serin protease và metallopeptidase, 12 gen mã hóa trypsin, 167 gen mã hóa protein kinase, 105 gen mã hóa glycosid hydrolase. Hơn nữa, Cordyceps militaris sở hữu hầu hết các gen cần thiết cho hoạt động biến dưỡng adenin và adenosin, ngoại trừ việc thiếu ribonucleotid triphosphat reductase và deoxyadenosin kinase.

Nucleotid
Nucleotid là chất có nhiều trong Cordyceps, có tác dụng kháng khối u, phóng thích các tín hiệu dẫn truyền thần kinh, chống co giật… Trong đó, hàm lượng guanosin thường cao nhất. Hàm lượng nucleotid trong Cordyceps nuôi cấy cao hơn hẳn Cordyceps tự nhiên, điều này có thể liên quan đến hoạt động biến dưỡng nhanh trong quá trình nuôi cấy. Hàm lượng các nucleotid trong tự nhiên thấp có thể do sự thoái biến các nucleotid trong quá trình ủ đông. Khí hậu ấm và ẩm ướt là điều kiện làm tăng nucleotid trong Cordyceps. Năm 2003, Sun và cs nghiên cứu thấy có ít nhất 8 loại nucleosid hoặc nitrogen base có trong Cordyceps kyushuensis. Năm 2010, Xie Jian Wei và cs đã tách và xác định được các loại thymin, adenosin, adenin và cordycepin có trong Cordyceps sinensis, nghiên cứu cho thấy hàm lượng các nucleotid khác nhau tùy theo vị trí phân lập.
SOD (Superoxide dismutase)
SOD là một enzym đặc biệt ổn định có thể chuyển đổi các gốc superoxide phá hoại thành một dạng ít nguy hiểm hơn, hydrogen peroxide (mà sẽ lần lượt được chuyển hóa thành nước và oxi tiêu chuẩn bởi các enzyme catalase). Các gốc superoxide được hình thành trong một số phản ứng chuyển hóa, kể cả peroxide hóa lipid khởi phát bởi các ion kim loại hoặc ánh sáng. Quá trình này là nguyên nhân gây ra mùi hôi dầu, nhưng nó cũng xảy ra ở các mô sống và có thể là một nguyên nhân gây ra bệnh ung thư, các bệnh viêm da, xơ vữa động mạch, và lão hóa. Một trong những lý do mà các gốc superoxide rất nguy hiểm là vì chúng bắt đầu phản ứng dây chuyền tại nơi mà ngày càng có nhiều gốc tự do được hình thành, phản ứng với tất cả các thành phần tế bào và gây sự tàn phá ở bất cứ nơi nàochúng đi qua. Trong cơ thể người, các chất chống oxi hóa phân giải dây chuyền chính là những Superoxide Dismutase (SOD) hòa tan trong nước và alpha-D-Tocopherol (vitamin E) hòa tan trong lipid. SOD là enzyme có tính chất chống nhăn và chống lão hóa, có thể loại bỏ các gốc tự do và ngăn chặn thiệt hại đến các cơ quan bằng cách ngăn chặn quá trình oxy hóa của chất béo. Hành động này giúp bảo vệ các tế bào và trì hoãn sự lão hóa.
Nghiên cứu tác dụng của nấm đông trùng hạ thảo Cordyceps
Các nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, các nghiên cứu về tác dụng của Cordyceps rất được các nhà khoa học quan tâm. Rất nhiều nghiên cứu đã được công bố chứng minh Cordyceps có hoạt tính kháng oxy rất cao, kháng ung thu, kháng một số virus, vi khuẩn và nấm.
Hoạt tính kháng oxy hóa của nấm Cordyceps là một trong những vấn đề được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Hui Mei Yu và cs (2006) đã so sánh về hiệu quả bảo vệ giữa Cordyceps militaris nuôi cấy và Cordyceps sinensis tự nhiên chống lại quá trình oxy hóa. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở Cordyceps militaris, khả năng ức chế sự oxy hóa ở liposom thì cao hơn nhưng ở protein thì thấp hơn Cordyceps sinensis, hàm lượng polyphenolic và các hoạt chất sinh học như cordycepin và adenosin thì cao hơn Cordyceps sinensis. Tiếp tục nghiên cứu trên polysaccharid và polyphenol, kết quả cho thấy mặc dù polyphenol có hoạt tính kháng oxy hóa nhưng hiệu quả bảo vệ thì không thể chỉ được tạo ra bởi chúng vì hàm lượng quá thấp. Hơn nữa, hàm lượng polyphenol ở Cordyceps militaris cao hơn Cordyceps sinenis nhưng hiệu quả bảo vệ tránh khỏi sự oxy hóa protein và LDL ở Cordyceps militaris lại thấp hơn, chứng tỏ các hợp chất polyphenol không phải là hợp chất duy nhất gây ra khả năng kháng oxy hóa ở Cordyceps. Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của polysaccharid lấy từ 2 chủng trên bằng phương pháp TEAC, kết quả cho thấy các polysaccharid này có hoạt tính, nên có thể kết luận hoạt tính kháng oxy hóa ở 2 chủng trên một phần có từ polysaccharid. Lý giải cho hoạt tính kháng oxy hóa của polysaccharid, Leung và cs (2009) nghiên cứu cho tháy sự tồn tại các nhóm hydroxyl trong polysaccharid ly trích từ Cordyceps có liên quan đến việc nhận electron để khử điện tử tạo thành dạng ổn định hơn hoặc phản ứng với các gốc tự do để kết thúc phản ứng chuỗi điện tử tự do. Zhang và cs (2010) cho rằng các chất khử có trong Cordyceps biểu hiện hoạt tính kháng oxy hóa bằng cách bẻ gãy phản ứng chuỗi điện tử tự do bằng cách nhường hydrogen. Jung Nam Choi và cs (2010) đã sử dụng phương pháp kết hợp sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS) và sắc ký khí khối phổ (GC-MS) để xác định các thành phần trong hạt đậu nành nảy mầm có và không có Cordyceps militaris. Kết quả cho thấy trong canh trường đậu nành có nuôi Cordyceps militaris chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng và có hoạt tính kháng oxy hóa cao hơn hẳn canh trường đậu nành nảy mầm không chứa Cordyceps militaris. Liu và cs (2010) chứng minh dịch chiết từ Cordyceps sinensis có khả năng làm giảm hiện tượng thiếu máu não cục bộ thông qua hoạt tính kháng oxy hóa. Jiang và cs (2011) chứng minh rằng adenosin và 6,7,2′,4′,5′- pentamethoxyflavon ly trích từ Cordyceps militaris có khả năng ức chế HIV-1 protease. Xiao và cs (2011) đã nghiên cứu tiềm năng kháng oxy hóa trên các phân đoạn polysaccharid từ Cordyceps jiangxiensis, còn được gọi là “Cao Mu Wang”. Kết quả cho thấy Cordyceps jiangxiensis biểu hiện hoạt tính bắt các gốc tự do DPPH, hydroxyl, superoxid, năng lực khử và tạo phức với các ion Fe2+. Tác giả khẳng định rằng các phân đoạn polysaccharid của Cordyceps jiangxiensis đều có hoạt tính kháng oxy hóa cao, trong đó, các phân đoạn có trọng lượng phân tử khác nhau biểu hiện hoạt tính kháng oxy hóa khác nhau, chứng tỏ trọng lượng phân tử có ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính sinh học của polysaccharid. Cũng nghiên cứu về hoạt tính kháng oxy hóa trên các phân đoạn polysaccharid, Wu Fengyao và cs (2011) đã chỉ ra tỷ lệ monosaccharid trong phân đoạn polysaccharid tinh sạch từ Cordyceps militaris nuôi cấy gồm mannose : glucose : galactose với tỷ lệ là 1,35:8,34:1,00. Phân đoạn này cũng cho hoạt tính kháng oxy hóa cao, điều này có thể liên quan đến khả năng chuyển electron hoặc nhường hydrogen. Tác dụng kháng ung thư, chống rối loạn, kháng virus, vi khuẩn và nấm của Cordyceps cũng được đề cập tới rất nhiều trong các công bố của các nhà khoa học trên thế giới. Nan J.X. và cs (2001) chứng minh đông trùng hạ thảo chữa trị bệnh rối loạn chức năng gan rất có hiệu quả. Tác dụng chống ung thư được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả ở nhiều quốc gia trên thế giới. Dịch chiết từ thể quả có tác dụng chống ung thư, hiệu quả đối với hai loại tế bào màng trong tĩnh mạch rốn là HT1080 và B16-F10 do có khả năng chống lại sự tạo thành các mạch máu mới bằng cách giảm sự biểu hiện của bFGF, một trong những nhân tố kích thích quá trình này. Do có vai trò kìm hãm quá trình tạo thành các mạch máu mà có thể ngăn chặn được quá trình di căn và sự phát triển của tế bào ung thư. Dịch chiết bằng nước ấm có tác dụng kìm hãm sự phát triển của dòng tế bào ung thư máu ở người bằng cách gây ra hiện tượng tự chết của các tế bào thông qua sự hoạt hóa enzym caspase-3. Thí nghiệm của Kim G.Y. và cs (2006) cũng cho kết quả tương tự với khả năng điều trị ung thư máu của dịch chiết từ nấm. Các hoạt chất ergosterol peroxide và acetoxyscirpenediol tách chiết từ nấm Paecilomyces tenuipes nuôi cấy nhân tạo có khả năng ức chế các dòng tế bào ung thư ở người như tế bào khối u dạ dày, tế bào ung thư gan, tế bào ung thư ruột kết-ruột thẳng. Hoạt tính của acetoxyscirpenediol mạnh hơn cisplatin là hoạt chất đang được dùng điều trị cho các bệnh nhân ung thư hiện nay là 4 đến 6,6 lần.
Các nghiên cứu ở Việt Nam
So với thế giới, các nghiên cứu về tác dụng của của nấm đông trùng hạ thảo Cordyceps ở Việt Nam chưa được công bố nhiều. Phần lớn những gì mà các nhà nghiên cứu Việt Nam có được về nguồn dược liệu quý hiếm này đều chỉ dừng lại ở việc phát hiện các chủng của đông trùng hạ thảo sẵn có trong tự nhiên. Một trong số ít các nghiên cứu về tác dụng của nấm đông trùng hạ thảo Cordyceps ở Việt Nam là nghiên cứu của Đái Duy Ban và cs. Theo nghiên cứu của tác giả Đái Duy Ban và cs thì đông trùng hạ thảo là một loại dược liệu quý hiếm, có tác dụng hỗ trợ điều trị các bệnh virus, ung thư, HIV/AIDS, đái tháo đường và suy giảm tình dục . Trần Minh Trang và cs đã tiến hành nghiên cứu tách chiết exopolysaccharide từ dịch nuôi cấy nấm Cordyceps sinensis, kết quả nhóm tác giả đã chỉ ra exopolysaccharide có tiềm năng kích thích sự tăng sinh PBMC ( tế bào máu ngoại vi). Nghiên cứu này tạo cơ sở và tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về tác dụng miễn dịch ở mức in vitro. Đoàn Minh Quân và cs đã tiến hành nghiên cứu tách chiết ergosterol và thử nghiệm hoạt tính kháng phân bào của cao ether dầu hỏa từ sinh khối nấm Cordyceps spp. tại Việt Nam, kết quả cho thấy ergosterol dạng tinh thể và dạng cao PE có khả năng ức chế sự phân bào trên dòng tế bào ung thư vú MCF-7 .