Saponin là gì? Các công bố nghiên cứu khoa học về Saponin

Định nghĩa và phân loại

Saponin là nhóm hợp chất glycoside tự nhiên, bao gồm phần aglycon là steroid hoặc triterpenoid liên kết với một hoặc nhiều đơn vị đường khử (monosaccharide). Khi hòa tan trong nước, saponin tạo bọt ổn định và có khả năng hạ thấp sức căng bề mặt, tương tự như xà phòng.

Dựa trên khung aglycon, saponin được phân thành hai phân nhóm chính:

• Saponin steroid: aglycon có cấu trúc cholestane (4 vòng cyclopentanoperhydrophenanthrene), ví dụ diosgenin glycoside và tigogenin glycoside. Thường gặp trong các loài Dioscorea (khoai mỡ) và Tribulus terrestris.
• Saponin triterpenoid: aglycon mẫu oleanane, ursane hoặc lupane với 30 cacbon, như ginsenoside (Panax ginseng), saikosaponin (Bupleurum falcatum) và soyasaponin (đậu nành).

Saponin còn được chia theo số lượng và vị trí liên kết đường:

• Monodesmosidic: một chuỗi đường gắn tại vị trí C-3 hoặc C-28 của aglycon.
• Bidesmosidic: hai chuỗi đường gắn tại C-3 và C-28, thường có tính hoạt động bề mặt mạnh hơn.

Cấu trúc hóa học và tính chất vật lý – hóa học

Cấu trúc chung của saponin tuân theo công thức:

$Aglycon–O–(Sugar)_n$

Trong đó, ‘Sugar’ có thể là glucose, rhamnose, xylose, arabinose hoặc galactose; n dao động từ 1 đến 4 tùy loại. Aglycon thường có khung carbon 27 (steroid) hoặc 30 (triterpenoid).

• Phần đường (hydrophilic): tạo liên kết hydro với nước, giúp hòa tan trong môi trường nước và ổn định bọt.
• Phần aglycon (hydrophobic): tương tác với lipid màng tế bào, tác động lên tính thấm và tính chất màng.

Loại saponin	Khung aglycon	Đường gắn	Tính chất bọt
Monodesmosidic steroid	Cholestane	1 chuỗi tại C-3	Bọt vừa
Bidesmosidic triterpenoid	Oleanane	Chuỗi C-3 & C-28	Bọt dày, ổn định

Về phổ hấp thụ, saponin thể hiện phổ UV-Vis tại 205–210 nm do liên kết đôi trong khung aglycon; phổ IR cho đỉnh OH (3200–3500 cm⁻¹) và phù hợp C–O glycoside (1020–1150 cm⁻¹).

Nguồn gốc và phân bố tự nhiên

Saponin có mặt rộng rãi trong thực vật bậc cao, đặc biệt phong phú ở họ Đậu (Fabaceae), Nhân sâm (Araliaceae), Nhân sâm Mỹ (Vitaceae) và Cúc (Asteraceae). Một số loài động vật biển như hải sâm cũng chứa saponin triterpenoid độc đáo.

• Panax ginseng: chứa >30 loại ginsenoside, tổng hàm lượng 1–3 % khối lượng khô lá và rễ (NCBI).
• Quillaja saponaria: nguồn chính QS-21 dùng làm adjuvant vaccine, hàm lượng saponin ~10 % vỏ thân.
• Soybean (Glycine max): chứa soyasaponin với hàm lượng 0,2–0,4 % hạt khô.

Sự phân bố saponin không đồng đều giữa các bộ phận cây: rễ và vỏ thường giàu hơn lá, hoa và hạt. Điều này liên quan đến vai trò bảo vệ chống vi khuẩn, nấm và côn trùng, cũng như hỗ trợ cây ứng phó stress sinh học.

Con đường sinh tổng hợp

Saponin sinh tổng hợp chủ yếu qua mevalonate pathway (MVA) trong tế bào thực vật:

1. Acetyl-CoA → mevalonate → isopentenyl diphosphate (IPP).
2. IPP kết hợp → squalene → cyclization → aglycon (β-amyrin, cycloartenol).
3. Oxy hóa aglycon qua cytochrome P450 → hydroxyl hóa, tạo chức năng cho glycosyl hóa.
4. UDP-glycosyltransferase (UGT) gắn đường từ UDP-sugar vào aglycon → saponin.

Phản ứng glycosyl hóa tổng quát:

$Aglycon{-}OH + UDP{-}Glucose \xrightarrow{UGT} Saponin + UDP$

Hoạt tính của các enzyme UGT và P450 được điều hòa bởi tín hiệu môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, tổn thương cơ học) và nội bào (hormone, stress oxy hóa), dẫn đến sự đa dạng hóa cấu trúc saponin trong cùng một loài.

Phương pháp phân tích và định lượng

Chiết tách saponin thường dùng dung môi phân cực như ethanol 70–90 % hoặc methanol, ngâm đun nóng ở 60–80 °C trong 2–4 giờ, lặp lại 2–3 lần để tối ưu độ thu hồi. Dung dịch chiết thu được cô quay chân không, phân đoạn với n-butanol để tách nhóm glycoside khỏi tạp chất polyphenol và protein.

Thanh lọc và phân tích định tính thường kết hợp sắc ký cột silica gel và HPLC-MS/MS. Ví dụ, bước elution trên cột C18 với gradient acetonitrile–water (30 % → 70 %) trong 30 phút, phát hiện UV tại 205 nm. Độ tuyến tính cao (R² > 0,998), độ lặp lại RSD <2 %.

• Chiết: ethanol 80 %, 70 °C, 3 chu kỳ.
• Phân đoạn: n-butanol–nước (1:1).
• HPLC-UV: cột C18, 1.0 mL/phút, 205 nm.

Hoạt tính sinh học

Saponin đã chứng minh nhiều hoạt tính dược lý quan trọng:

• Chống viêm: ức chế COX-2 và iNOS, giảm sản xuất PGE₂ và NO trong tế bào RAW264.7 kích thích LPS (IC₅₀ ~20 μM).
• Chống ung thư: ức chế tế bào HepG2, MCF-7, A549 với IC₅₀ 15–40 μM, khởi động apoptosis qua tăng tỉ lệ Bax/Bcl-2 và hoạt hóa caspase-3.
• Kháng khuẩn, kháng virus: ngăn chặn HSV-1, HIV-1 in vitro (EC₅₀ ~10–30 μg/mL) bằng cách ngăn liên kết virus–thụ thể tế bào.
• Giảm cholesterol: ức chế hấp thu cholesterol ở ruột kết hợp với tá dược cholesterol-binding, giảm tổng hợp mạch máu xơ vữa.

Các nghiên cứu in vivo trên chuột viêm khớp cho thấy liều 50 mg/kg/ngày kéo dài 14 ngày giảm sưng khớp 60 % so với nhóm đối chứng (-denomethasone 0,5 mg/kg).

Cơ chế tác dụng

Cơ chế chính của saponin liên quan đến:

• Điều hòa NF-κB: ngăn phosphoryl hóa IκBα, giảm chuyển p65 vào nhân, làm giảm tổng hợp TNF-α, IL-1β, IL-6.
• Ức chế MAPK: giảm hoạt hóa ERK1/2, JNK và p38, kìm hãm tín hiệu sinh viêm.
• Kích hoạt Nrf2: tăng biểu hiện HO-1, NQO1, bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa.
• Thay đổi tính thấm màng: tương tác với cholesterol, hình thành lỗ màng tế bào, hỗ trợ đưa thuốc vào nội bào.

Trong mô hình ung thư, saponin gây rối loạn tiểu thể ty thể, giải phóng cytochrome c và kích hoạt caspase cascade dẫn đến apoptosis theo con đường nội sinh.

Công nghiệp và ứng dụng thực tiễn

Saponin ứng dụng rộng rãi:

• Dược phẩm: QS-21 dùng làm adjuvant trong vaccine chống COVID-19 và ung thư, tăng đáp ứng miễn dịch tế bào và kháng thể (NCBI).
• Thực phẩm chức năng: chiết xuất saponin từ nhân sâm, đậu nành dùng tăng cường sức khỏe tim mạch, giảm mỡ máu.
• Mỹ phẩm: saponin làm chất hoạt động bề mặt tự nhiên, tạo bọt và tăng thẩm thấu dưỡng chất.
• Nông nghiệp: phun saponin tự nhiên lên cây trồng để phòng bệnh nấm và sâu hại, giảm sử dụng thuốc hóa học.

Sản phẩm thương mại như chiết xuất Quillaja saponaria (Horny) dùng trong ngành thực phẩm và dược phẩm, đạt chứng nhận GRAS (Generally Recognized As Safe) của FDA.

An toàn và độc tính

Độc tính cấp trên chuột LD₅₀ đường uống >500 mg/kg với saponin triterpenoid; tuy nhiên liều cao có thể gây ly giải hồng cầu (hemolysis) do tương tác màng hồng cầu. Ames test âm tính, không gây đột biến gen. Độc tính mạn tính ở liều 50 mg/kg/ngày không ảnh hưởng men gan, chức năng thận hay hematology sau 28 ngày điều trị.

Cần cảnh báo khi dùng phối hợp với thuốc hấp thu qua liposome hoặc thuốc kháng đông do tương tác tiềm ẩn với màng tế bào và protein huyết tương.

Triển vọng nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu hiện nay tập trung vào:

• Nano-formulation: tạo liposome hoặc nanoparticle phức hợp saponin để tăng sinh khả dụng và giảm độc tính hemolytic.
• Saponin bán tổng hợp: thay đổi nhóm đường hoặc aglycon để cải thiện chọn lọc tế bào khối u, tăng hoạt tính sinh học.
• Công nghệ sinh học: dùng vi sinh vật biến đổi gen (E. coli, yeast) để sản xuất saponin thuần chủng với năng suất cao.

Các thử nghiệm lâm sàng pha I/II đang đánh giá tính an toàn và hiệu quả của saponin dạng tiêm adjuvant trong vaccine chống ung thư da và ung thư phổi giai đoạn đầu.

Tài liệu tham khảo

1. Francis G., et al. The biological action of saponins in animal systems: a review. Br J Nutr. 2002.
2. Zhao J., et al. Saponins from Panax notoginseng: chemistry, pharmacology, and applications. Phytochemistry. 2014.
3. Bolland RM., et al. QS-21: a spinal cord vaccine adjuvant. Vaccine. 2005.
4. Hostettmann K., Marston A. Saponins. Cambridge University Press. 2005.
5. OECD. Guidance Document on the Validation of (Quantitative) Structure-Activity Relationship Models. 2007.