Category Archives: Tài liệu tham khảo

GIỚI THIỆU VỀ MÔ MỠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Mô mỡ không chỉ đơn thuần là một cơ quan được thiết kế để dự trữ thụ động carbon dư thừa dưới dạng các acid béo glycerol ester (triacylglycerol). Những tế bào mỡ trưởng thành tổng hợp và tiết ra một số enzyme, các yếu tố tăng trưởng (growth factors), các cytokine và hormone có liên quan đến tổng cân bằng năng lượng nội môi. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo mỡ (adipogenesis) cũng liên quan đến các quá trình khác như cân bằng lipid nội môi và điều hòa phản ứng viêm. Ngoài ra, một lượng protein được tiết ra từ tế bào mỡ đóng vai trò quan trọng trong những quá trình tương tự. Thật vậy, những bằng chứng gần đây đã chứng minh rằng nhiều yếu tố được tiết ra từ tế bào mỡ là tiền chất trung gian của phản ứng viêm (pro-inflamlatory mediators) và những protein này được gọi là adipocytokines hay adipokines. Hiện có trên 50 adipokines khác nhau được  tiết ra từ mô mỡ. Những adipokines này liên quan đến sự điều khiển hàng loạt các phản ứng sinh lý bao gồm kiểm soát việc thèm ăn và cân bằng năng lượng. Quá trình trao đổi chất đặc biệt của mô mỡ bao gồm trao đổi lipid, cân bằng glucose nội môi , viêm nhiễm, hình thành mạch, cầm máu (theo quy định của đông máu) và huyết áp.

Hình 29.1: Tế bào mỡ và tình trạng bệnh lý

Dạng chủ yếu của mô mỡ ở động vật có vú (thường gọi là “mỡ”) là mỡ trắng, WAT (white adipose tissues). Mô mỡ biệt hóa có nhiệm vụ sinh nhiệt (thermogenesis), đặc biệt ở trẻ sơ sinh, là mỡ nâu, BAT (brown adipose tissues). BAT  được gọi như thế vì có màu đậm do mật độ ty thể cao trong cytochromes. BAT chuyên sản xuất nhiệt và oxy hóa lipid. WAT bao gồm các tế bào mỡ liên kết lỏng lẻo với nhau tập trung nhiều mạch máu vàcác dây thần kinh. Ngoài ra, WAT chứa các đại thực bào, bạch cầu, nguyên bào sợi, tế bào mầm của mô mỡ  (adipocyte progenitor cells), và tế bào nội mô. Các nguyên bào sợi, các đại thực bào, bạch cầu hiện diện cùng với các tế bào mỡ, có rất nhiều loại protein được tiết ra từ WAT trong các điều kiện khác nhau. Nơi tích lũy WAT cao nhất ​​là các vùng dưới da của cơ thể, xung quanh các nội tạng (nội tạng của ngực và bụng).

Hình 29.2: Sự hình thành mô mỡ

WAT có thể được tìm thấy ở một số cơ quan, nó không chỉ có vai tròcách nhiệt mà còn là một kho dự trữ để sản xuất năng lượng mà còn có nhiều chức năng khác. Tùy thuộc vào vị trí của nó, WAT có chức năng chuyên biệt. WAT ở các cơ quan bụng và ngực (không bao gồm tim), gọi là mỡ nội tạng, tiết cytokine viêm và do đó liên quan đến các quá trình viêm khu trú và viêm hệ thống. WAT ở cơ xương tiết ra acid béo tự do, interleukin-6 (IL-6) và yếu tố hoại tửu-α (tumor necrosis factor-α)(TNFα), đóng vai trò quan trọng trong sự đề kháng insulin.WAT ở mô tim tiết nhiều cytokine trong các phản ứng viêm khu trú và hóa hướng viêm, điều này có thể phát triển xơ vữa động mạch và tăng huyết áp tâm thu. WAT ở thận đóng vai trò trong việc tái hấp thu natri và do đó có thể ảnh hưởng đến thể tích máu nội mạch và cao huyết áp.

Trọng tâm chính của bài viết này tập trung vào các hoạt động sinh học liên quan đến WAT, tuy nhiên, BAT cũng sẽ được đề cập. WAT có nhiều chức năng bao gồm cách nhiệt, dự trữ năng lượng carbon dư thừa dưới dạng triacylglycerol và là trung gian cân bằng glucose nội môi. WAT cũng đóng vai trò quan trọng như một cơ quan nội tiết/miễn dịch bằng cách tiết adipokines như các cytokine viêm, yếu tố bổ trợ, chemokine, và protein giai đoạn cấp tính. Chức năng nội tiết của WAT ​​điều khiển sự thèm ăn, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa glucose và lipid, quá trình viêm, hình thành mạch, và các chức năng sinh sản.

Hình 29.3: Cơ chế dự trữ và huy động lipid của tế bào mỡ. Triglycerides được vận chuyển trong máu và bạch huyết từ ruột non về gan nhờ chylomicrons và VLDLs. Ở tế bào nội mô mao mạch của mô mỡ, các phức hợp lipoprotein trên sẽ được phân hủy bởi tác dụng của lipoprotein lipase, giải phóng acid béo và glycerol. Acid béo tự do khuếch tán từ mao mạch vào tế bào mỡ. Sau đó, acid béo sẽ được gắn trở lại vào glycerol phosphate để tạo thành triglyceride. Norepinephrine từ đầu tận của dây thần kinh sẽ hoạt hóa hệ thống tín hiệu cAMP (thụ thể β3) và hoạt hóa lipase nhạy cảm hormone để thủy phân các triglyceride dự trữ trở lại thành acid béo và glycerol. Các phân tử này sẽ khuếch tán trở lại vào mao mạch và tại đó, acid béo tự do sẽ gắn kết với albumin để chuyển tới các vị trí cần sử dụng năng lượng.

Điều hoà sự tạo mỡ

Các quá trình biệt hoá tế bào mỡ từ các tiền tế bào (precursor preadipocyte) thành tế bào mỡ hoàn toàn trưởng thành là một loạt các trật tự chính xác các sự kiện sắp xảy ra. Các tiền tế bào mỡ xuất hiện từ tế bào gốc trung mô (MSCs) có nguồn gốc từ lớp trung bì của phôi thai. MSCs toàn năng (pluripotent) nhận được tín hiệu ngoại bào dẫn đến các thông tin chắc chắn đối với dòng preadipocyte. Những tiền tế bào mỡ không được phân biệt về mặt hình thái từ các MSCs tiền thân của chúng, nhưng chúng đã mất khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác. Sự biệt hoá hay sự xác định các tế bào mỡlà bước đầu tiên và dẫn đến sự tăng về số lượng nhưng ngừng tăng trưởng các tiền tế bào mỡ. Sự ngừng tăng trưởng ban đầu xảy ra trùng khớp với các biểu hiện của hai nhân tố sao chép chính, CCAAT / protein liên kết tăng cường α (C/EBPα) và thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ (Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ). Kế tiếp sự cảm ứng của hai yếu tố phiên mã quan trọng đó là giai đoạn ngừng tăng trưởng, tiếp theo là biểu hiện của kiểu hình biệt hoá hoàn toàn tế bào mỡ. Giai đoạn sau của sự  tạo mỡ này là sự biệt hoá cuối cùng.

Mặc dù PPARγ và C / EBPα là những yếu tố quan trọng nhất điều hoà sự tạo mỡnhưng  yếu tố phiên mã bổ sung khác cũng được biết là có ảnh hưởng đến quá trình này. Những yếu tố bổ sung này bao gồm sterol-regulated element binding protein 1c (SREBP1c, còn được gọi là ADD1 for adipocyte differentiation -1), đầu dò tín hiệu,chất kích hoạt phiên mã 5 (STAT5), AP-1 và các thành phần giống như yếu tố Krüppel (Krüppel-like factor) (Klf4, KLF5, KLF15), C / EBPβ và C / EBPδ.  Mặc dù những yếu tố phiên mã này đã được chứng minh ảnh hưởng đến sự tạo mỡ, cách tích cực hay tiêu cực, PPARγ là yếu tố duy nhất cần thiết cho sự tạo mỡ diễn ra. Trong thực tế, nếu vắng mặt của PPARγ thì sự biệt hoá tế bào mỡ khôngxảy ra và không có yếu tố nào xác định có thể thay thế sự tạo mỡ trong sự vắng mặt của PPARγ. Mặc dù vậy nhưng PPARγ khôngphải là yếu tốbiểu hiện đầu tiên trong quá trình kích hoạt biệt hoá tế bào mỡ ,nó chỉ xảy ra sau khi đáp ứng bởisự tác dụng của STAT5, Klf4, KLF5, AP-1, SREBP1c, và C / EBPβ và C / EBPδ .

PPARγ ban đầu biểu hiện trong sự biệt hoá tế bào mỡ và bây giờ công nhận là hệ thống điều chỉnh sự tạo mỡ tổng thể. PPARγ được xác định là mục tiêu của các thiazolidinedione (TZD) lớp thuốc nhạy cảm insulin. Cơ chế hoạt động của các TZDs là kích hoạt các PPARγ và khởi phát chuyển kết quả cho các gen cần thiết cho sự biệt hoá tế bào mỡ. Gen PPARγ của người (biểu tượng PPARG) nằm trên nhiễm sắc thể 3p25 kéo dài hơn 100kb và bao gồm 9 exon mã hóa hai đồng dạng sinh học hoạt động như mRNA thay thế và sử dụng như một codon bắt đầu quá trình dịch mã. Các sản phẩm protein chủ yếu của gen PPARG được xác định là PPARγ1 và PPARγ2. PPARγ1 mã hóa bởi exon A1 và A2 exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2mã hóa bởi exon B và exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2 hầu như đặc biệt dành riêng cho các tế bào mỡ. Giống như tất cả các thụ thểnhân,các protein PPARγ chứa một DBD và LBD. Ngoài ra, như PPARα, các protein PPARγ chứa ligand-dependent activation function domain (được xác định là AF-2) và ligand-independent activation function domain (được xác định là AF-1). Vùng AF-2 nằm trong LBD và vùng AF-1 ở khu vực N-terminal của protein PPARγ.PPARγ2 protein chứa 30 acid amin ở N-terminal liên quan đến PPARγ1 và các acid amin bổ sung này tăng 5-6 lần trong quá trìnhkích hoạt sao mã (transcription-stimulating activity) của AF-1 khi so sánh với vùng tương tự trong protein PPARγ1. PPARγ1 hiện diện ở khắp nơi. PPARγ2 gần như dành riêng cho  mỡ trắng (WAT), liên quan đến dự trữ lipid và mỡ nâu (BAT), liên quan đến tiêu hao năng lượng.

Hình 29.4:  Minh họa một số quá trình tạo thành mô mỡ

Như đã nói ở trên, trong quá trình biệt hoá tế bào mỡ một số gen ngược dòng (upstream genes)  được yêu cầu để kích hoạt các gen PPARG. Chúng bao gồm C / EBPβ và C / EBPδ, SREBP-1c, KLF5, KLF15, proteinzinc-finger 423 (Zfp423), và các yếu tố tế bào B sớm (early B-cell factor)  (Ebf1). PPARγ kích hoạt hầu hết các gen cần thiết cho quá trình biệt hoá tế bào mỡ. Những gen này bao gồm aP2-cần thiết để vận chuyển các acid béo tự do (FFAs) và perilipin-một loại protein bao phủ bề mặt của các giọt lipid trưởng thành trong tế bào mỡ. Các gen quy định cho PPARγ có liên quan đến chuyển hóa lipid hay cân bằng glucose nội môi bao gồm lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase (ACS), acetyl-CoA acetyltransferase (ACAT), vài gen phospholipase A  (PLA) , adiponectin, enzyme gluconeogenic PEPCK, và glycerol-3 phosphate dehydrogenase (GPDH). PPARγ cũng có chức năng trong quá trình chuyển hóa lipid ở đại thực bào bằng cách gây ra sự biểu hiện của các macrophage scavenger receptor, CD36. Thụ thể CD36 cũng được gọi là translocase acid béo (FAT) và nó là một trong các thụ thể chịu trách nhiệm cho sự hấp thu các acid béo của tế bào.

Vai trò của SREBP-1c trong việc kích thích sự biệt hoá tế bào mỡ được cho là kết quả của yếu tố phiên mã này bắt đầu biểu hiện của gen đó, như là một phần hoạt động của mình, tạo ra các chất gắn PPARγ. Thực tế, sự biểu hiện của SREBP trước PPARγ là cần thiết. Mặc dù vậy, người ta chứng minh rằng những con chuột thiếu SREBP-1 không cho thấy việc giảm đáng kể WAT. Tuy nhiên, mức SREBP-2 tăng lên ở những động vật chỉ ra rằng điều này có thể là một cơ chế đền bù. Mặc dù mất SREBP-1 không dẫn đến một mức  thiếu hụt đáng kể trong phát triển mô mỡ, sự biểu hiện quá mức của SREBP-1c tăng cường hoạt động adipogenic của PPARγ.

Các yếu tố phiên mã họ C/EBP đóng vai trò đầu tiên trong sự biệt hoá tế bào mỡ. Ba thành viên của họ (C / EBPα, C / EBPβ và C / EBPδ) được bảo tồn các yếu tố leucine-cơ bản nơi chứa các yếu tố phiên mã. Tầm quan trọng của các yếu tố này trong sự tạo mỡ đã được chứng minh trong các con chuột biến đổi gen. Ví dụ như toàn bộ cơ thể gián đoạn sự biểu hiện của C / EBPα trong toàn bộ cơ thể bị gián đoạn dẫn đến cái chết ngay sau khi sinh do khiếm khuyết gan, hạ đường huyết, và không tích luỹ WAT ​​hoặc BAT. Sử dụng chuột biến đổi gen, người ta xác định vai trò của C / EBPβ và C / EBPδ tác dụng sớm trong quá trình biệt hoá tế bào mỡtrong khi C / EBPα tác dụng sau. Trong thực tế,  C / EBPα biểu hiện trễ hơn trong sự tạo mỡ và phong phú nhất trong các tế bào mỡ trưởng thành. Biểu hiện của  C / EBPα và PPARγ một phần được điều hoà bởi nhữnghoạt động của C / EBPβ và C / EBPδ. Một trong những tác động chủ yếu của sự biểu hiện C / EBPα trong tế bào mỡ là tăng cường độ nhạy cảm insulin của các mô mỡ. Thực tế này sau đó được chứng minh rằng biến đổi gen C / EBPα không phá huỷ sự tạo mỡ nhưng WAT không nhạy cảm với các hoạt động của insulin.

Mô hình chung của yếu tố phiên mã hoạt hoá sự tạo mỡ cho thấy rằng AP-1, STAT5, Klf4, và KLF5 được kích hoạt sớm và dẫn đếnviệc tăng sự biểu hiện gen trung gian qua phiên mã (transactivation) của C / EBPβ và C / EBPδ. Hai yếu tố này lần lượt hoạt hoá sự biểu hiện của SREPB-1 và KLF15 dẫn đến hoạt hoá PPARγ và C / EBPα. Điều quan trọng là phải giữ quan điểm rằng nó không chỉ là yếu tố sao chép kích hoạt các tiền tế bào mỡ điều khiển sự tạo mỡ. Ngoài ra còn có một sự cân bằng tác dụng ở mức độ ức chế yếu tố sao chép trung gian của sự tạo mỡ. Một số trong những yếu tố đang chống tạo mỡ (anti-adipogeneic) bao gồm các thành viên của họ yếu tố giống Krüppel (Krüppel-like factor family) như, KLF2 và KLF3.GATA2 và GATA3 cũng tác động chống tạo mỡ. Gọi là yếu tố GATA bởi vì chúng kết hợp các phân tử DNA có chứa một chuỗi GATA cốt lõi. Hai yếu tố sao chép của họ yếu tố điều hoà interferon, IRF3 và IRF4, chống lại quá trình tạo mỡ.

Những thay đổi trong biểu hiện của các yếu tố phiên mã điều khiển quá trình tạo mỡ tổng thể liên quan với những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc. Những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc liên quan đến việcmethyl hóa protein histone và methyl hóa DNA. Nhiễm sắc thể trong tế bào gốc đa năng hiển thị một tính chất rất năng động với một mức độ cao của DNA linh động “DNA decondensed”. Sự biệt hoá được cảm ứng là do có sự thay đổi trong mô hình tổng thể của gen methyl hóa. Các gen Lineage chuyên biệt được demethylated trong khi các gen đa năng bị methyl hóa dẫn đến kích hoạt phiên mã và im lặng tương ứng. Khi quá trình biệt hoá mỡ tiến hành mã hóa gen PPARγ và C / EBPα được quan sát thay đổi vị trí vào bên trong hạt nhân trùng với tỷ lệ tăng phiên mã. Kể từ khi MSCs có thể được cảm ứng để biệt hóa thành xương và cơ bắp, cũng nhưmỡ,các gen biệt hoá mỡ như PPARγ và C / EBPα không cần thiết biểu hiện  nếu con đường gây ra là xương hay cơ bắp.

Liên quan với không biểu hiện phiên mã là phức hợp protein gọi là đồng kìm hãm (co-repressors) và phức hợp kích hoạt phiên mã được gọi là đồng-kích hoạt (co-activators). Khi MSCs là do xương dòng  protein histone3 trong khu vực promoter PPARγ là methyl hóa lysine 9 (xác định là H3K9) bởi một phức tạp đồng kìm hãm bao gồm SETDB1 histone methyltransferase và các protein liên quan NLK (Nemo-kinase) và CHD7 (chromodomain helicase DNA gắn protein-7). Ngoài việc không biểu hiện của các promoter PPARg, hoạt động của protein PPARγ về gen đích của nó cũng bị hạn chế bởi liên kết với các phức hợp đồng kìm hãm. Trongtiền tế bào mỡ, hoạt động của PPARγ được ngăn chặn bởi liên kết với PRB và HDAC3 (histone deacetylase 3). Sự cảm ứng của quá trình biệt hoá kéo theo phản ứng phosphoryl hóa PRB giải phóng từ phức hợp ức chế. Điều này dẫn đếntăng hoạt động acetyltransferases histone (HATs) và đồng hoạt hóa protein CBP/p300 (CBP CREB gắn protein, CREB là cAMP- response element-binding protein) đến phức hợp PPARγ kết quả làhoạt hoá phiên mãgen mục tiêu PPARγ.

Nhiều thí nghiệm đã bắt đầu xác định các mảng lớn của việc sửa đổi histone điều hoà sự biểu hiện của gen liên quan đến tổng thể sự tạo mỡ đặc biệt là biểu hiện của PPARγ. Những thay đổi phức histone bao gồm HATs, HDACs, methyltransferases histone (HMTs), và demethylases histone (HDMs). Hậu quả chung sự hoạt hóa của HATs và HMTs là kích hoạt PPARγ biểu hiện và / hoặc tăng cường các hoạt động PPARγ trong chất hoạt hoá gen mục tiêu của nó. Ngược lại, như mong đợi, hoạt hoá HDAC dẫn đến ức chế hoạt động PPARγ tại chất ức chế gen mục tiêu  của nó.

Điều hoà trao đổi lipid trong tế bào mỡ

Các triacylglycerol (TAG) được tìm thấy trong WAT là nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể. Vùng chứa TAG là một vùng ổn định được điều hoà bởi lượng thức ăn vào, nhanh và bởi hậu quả của chế độ ăn uống trên mức hormon tuyến tuỵ. Ngoài ra, hồ chứa chất béo của mô mỡ thay đổi là kết quả của biến động hormon khác, quá trình viêm, và sinh lý bệnh. tổng thể quá trình hóa sinh trong  trao đổi chất củaTAG của được trình bày trong trang tổng hợp lipid và trang oxy hóa acid béo. Mục đích của phần này là để thảo luận chi tiết hơn về các hoạt động enzyme điều hoà tổng cân bằng TAG nội môi của mô mỡ cũng như sự điều hoà hormon và các quá trình sinh lý

Ban đầu người ta tin rằng việc giải phóng các acid béo từ nơi dự trữ TAG của mô mỡ được kích hoạt riêng biệt thông qua hoạt hoá hormone nhạy cảm lipase (hormone-sensitive lipase) (HSL). Tuy nhiên, khi HSL-null của chuột được tạo ra người ta đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến việc thêm adipocyte HSL-independent TAG lipase. Nghiên cứu sau đó đã dẫn đến việc xác định ít nhất là năm lipases TAG của mô mỡ ngoài HSL ra. HSL là chất xúc tác hoạt động đa dạng bao gồm TAG, diacylglycerols (DAG), và este cholesterol (CES). Khi khảo nghiệm  in vitro hoạt động của HSL ít nhất là 10 lần cao hơn so với DAG hơn TAG. Khi tác động trên TAG hoặc DAG, HSL có hoạt động mạnh nhất chống lại các acid béo có trong vị trí sn-1 hoặc sn-3 của xương sống glycerol. Cho đến khi những thí nghiệm trên chuột biến đổi gen gần đây đã chứng minh rằng, HSL được cho là enzyme cơ bản liên quan đến TAG mỡvà thủy phân DAG cũng như hoạt động chính của  neutral cholesteryl ester hydrolase (NCEH) .

Mặc dù chuột HSL-null vẫn còn biểu hiện hoạt động hydrolase TAG, kết quả từ các nghiên cứu ở những con chuột này cho thấy rằng sự phân giải lipid qua trung gian HSL có đóng góp đáng kể cho tổng thể giải phóng acid béo từ các tế bào mỡ. Ở những con chuột thiếu HSL có thấy giảm mức độ lưu thông acid béo tự do và TAG cũng như giảm lưu trữ TAG trong gan. Những kết quả này chỉ ra rằng nếu thiếu HSL thì sẽ không đủ phân giải lipid từ  mô mỡ để hỗ trợ các nhu cầu năng lượng của tế bào từ các acid béo và cũng không để tổng hợp VLDL đầy đủ trong gan. Kết quả các nghiên cứu về vai trò của HSL trong phân giải lipid tổng thể ở mô mỡ chứng minh rằng nó không hoàn toàn cần thiết cho sự thủy phân TAG như suy nghĩ ban đầu. Tuy nhiên, những con chuột HSL-null có tích luỹ DAG chỉ ra rằng vai trò quan trọng đối với HSL là giải phóng acid béo từ DAG lần lượt tạo ra monoacylglycerols (MAGs). Tỷ lệ giải phóng acid béo từ DAG là khoảng 10 – 30 lần so với tỷ lệ giải phóng từ TAG. Cho đến nay chỉ DAG lipase được xác định trong mô mỡ là HSL.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

Giải mã chất làm trái cây chín mau, tươi lâu

Việc xử lý trái cây sau thu hoạch bằng hóa chất được nhiều nước trên thế giới áp dụng nhằm tạo sản phẩm có độ chín đồng đều cao, chín đồng loạt, mẫu mã hàng hóa bóng đẹp, bắt mắt người tiêu dùng, có số lượng trái chín lớn đáp ứng trong kinh doanh. Trái cây qua xử lý bảo quản được lâu hơn, bảo đảm được chất lượng, giảm tỷ lệ hao hụt, đặc biệt có thể điều tiết sản phẩm trên thị trường để có được giá bán tốt hơn.

Trong xử lý trái cây sau thu hoạch có rất nhiều công đoạn và phương pháp khác nhau. Trong bài viết này chúng tôi quan tâm đến hai công đoạn có sử dụng hóa chất để xử lý trái cây mà hiện nay thương lái thu mua trái cây đang thực hiện rộng rãi ở nước ta. Một số trái cây nhập khẩu từ Trung Quốc vào nước ta có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) cao quá liều cho phép mà cơ quan bảo vệ thực vật và vệ sinh an toàn thực phẩm kiểm tra đã phát hiện, gây nên nỗi lo ngộ độc cho người tiêu dùng.

Một số trái cây nhập khẩu từ Trung Quốc vào nước ta có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật cao quá liều cho phép (ảnh chỉ mang tính minh họa).

Chất giúp trái cây mau chín

Ở nước ta là nước nhiệt đới chủng loại trái cây rất phong phú. Công việc xử lý, bảo quản trái cây chưa được thực hiện nhiều. Các doanh nghiệp xuất khẩu có điều kiện bảo quản tốt, có sử dụng hóa chất xử lý trái cây ở các công đoạn sau thu hoạch nên tỷ lệ hư hỏng ít. Đa phần trái cây còn lại chưa được xử lý nên tỷ lệ hư hỏng rất cao có đánh giá đến 25%. Một số hóa chất xử lý trái chín đang trôi nổi trên thị trường nước ta có nguồn gốc từ Trung Quốc hoặc một số hãng của nước ngoài có đăng ký ở Việt Nam được bộ NN&PTNT chấp nhận và một số công ty của Việt Nam đã nhập về dạng nguyên liệu đóng gói, đóng chai để bán. Các thuốc lấy tên khác nhau như “Hoa quả thúc chín tố” (Trung Quốc), “Trái chín” (Việt Nam),… nhưng thành phần chính vẫn là ethrel.

Nguyên nhân làm trái cây chín đã được các nhà khoa học phát hiện từ lâu, một trong những chất tham gia vào quá trình làm chín trái cây trong tự nhiên đó là ethylen (C2H4). Ethylen là một hormon thực vật ở dạng khí, hormon sinh trưởng tự nhiên này được hình thành ngay từ trong cây, với vai trò chính kích thích gây chín, làm già hóa và rụng hoa quả.

Ở một số loại quả khi đã lìa khỏi cây nhưng vẫn tiếp tục chín, bởi loại quả này hô hấp rất mạnh, tạo ra ethylen. Lợi dụng đặc tính thúc đẩy quá trình chín của ethylen người ta sản xuất chất ethylen nhân tạo để xử lý làm cho trái cây mau chín.

Người ta thường dùng ethylen ở dạng khí để xử lý trái cây cho mau chín. Mới đây giáo sư Bhesh Bhandari và các cộng sự tại trường đại học Queenland Úc đã biến khí ethylen thành dạng bột cho phép làm chín trái cây trong quá trình vận chuyển về siêu thị. Với 40g bột ethylen đủ để làm chín khoảng 20 tấn xoài. Ethylen bột an toàn, ổn định, có giá thành hạ hơn ethylen dạng khí. Ethylen có ảnh hưởng đến hệ thần kinh, làm xót mắt, da, phổi, trí nhớ, có thể đưa đến tình trạng thiếu oxy trong cơ thể.

Chất khác là Ethephon (tên chung Ethephon, tên hóa học 2 Chloroethyl phosphonic acid, được viết tắt CEPA hoặc ACEP). Hay tên khác là Ethrel, Bromeflor, Arvest… trong thương mại có rất nhiều tên khác nhau tùy theo hãng sản xuất. Ethephon dạng lỏng, không màu đến hổ phách nhạt, tan dễ dàng trong nước được xếp vào nhóm hóa chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Hiện nay ethephon được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại trái cây mau chín.

Trong thực vật, ethephon kết hợp với nước sẽ chuyển hóa thành khí ethylen. Chất ethylen thúc đẩy quá trình chín nhanh của quả, kích thích mủ cao su… Cơ quan Quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) cho phép sử dụng ethrel với liều lượng thích hợp để thúc chín trái cây như cà chua, dâu, táo… Úc, New Zealand và Hà Lan cũng cho phép tương tự nhằm rút ngắn thời gian chín và giảm tổn thất sau thu hoạch. Cục Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) đã xác định ethrel đi vào cơ thể qua thực phẩm chỉ an toàn nếu liều lượng mỗi ngày không vượt quá mức cho phép 0,05mg/kg cân nặng cơ thể. Ethrel có những độc tính nhất định và chỉ xếp vào loại chất độc nhẹ, không phải là một chất “cực độc” hay “cực nguy hiểm” như một số thông tin đã đưa…

Chất LD50 cấp tính qua đường miệng đối với chuột là 3.400-4.229mg/kg thể trọng, LD50 tiếp xúc qua da lớn hơn 5g/kg thể trọng, LC50 qua đường hô hấp lớn hơn 5mg/lít không khí. (chú thích LD50 Các nhà sản xuất thuốc BVTV luôn ghi rõ độc tính của từng loại. Đơn vị đo lường được biểu thị dưới dạng LD50 (Lethal Dose 50) và tính bằng mg/kg thể trọng. LD50 là lượng hoạt chất ít nhất gây chết 50% cá thể trên các động vật thí nghiệm như chuột, thỏ, chó, chim hoặc cá, chỉ số LD50 càng cao thì tính độc càng thấp). Các nghiên cứu trên người về độc tính của ethrel cho thấy: đối với mắt, ethrel gây kích ứng, xót mắt, gây đỏ mắt; với da, nếu tiếp xúc trực tiếp sẽ có hiện tượng ăn mòn, gây sưng đỏ. Khi dùng ethrel cần đeo găng tay và đeo kính để tránh tác hại cho cơ thể.

Trước đây bà con nông dân thường dùng đất đèn để dú trái cây. Khi đất đèn gặp nước sẽ sản sinh khí Acetylen (C2H2) giúp trái cây mau chín. Tuy nhiên trong đất đèn có chứa Arsenic và phosphorus độc, khi gặp nước đất đèn tạo mùi hôi khó chịu, dễ cháy, nổ. Đất đèn cũng gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, nhức đầu, chóng mặt… nên nhiều nước cấm sử dụng…

Hoá chất kéo dài tuổi thọ trái cây

Bên cạnh việc xử lý trái cây mau chín, chín đều, đồng loạt. Việc xử lý bằng hóa chất nhằm kéo dài thời gian bảo quản trái cây có thể hàng tháng đến hàng năm mà trái cây không bị hư. Người ta sử dụng các thuốc BVTV) để chống côn trùng, vi khuẩn, nấm mốc xâm nhiễn giữ trái cây lâu hư. Các chất này có thể được dùng để phòng trừ sâu bệnh trước khi thu hoạch mà chưa hết thời gian cách ly khi sử dụng thuốc hoặc đã xử lý trong quá trình bảo quản nên khi kiểm tra dư lượng thuốc BVTV trên sản phẩm vẫn còn tồn tại. Có những loại thuốc rất độc bị các nước trên thế giới cấm sử dụng, với nồng độ thuốc rất cao cực kỳ nguy hiểm có thể gây ngộ độc cấp tính với liều lượng chất độc lớn, nếu liều lượng chất độc thấp hơn thì chất độc có thể tích lũy dần trong cơ thể và gây độc mạn tính, ung thư, sẩy thai…

Cục Bảo vệ thực vật đã kiểm tra một số trái cây nhập từ Trung Quốc được bày bán ở Việt Nam và phát hiện một số hoá chất, gồm: Carbendazim, Tebuconazole, Aldicarb sulfone, 2,4D , Agri-fos 400. Trong đó, Carbendazim thuộc nhóm hóa học benzimidazol, thuốc diệt nấm nội hấp, phổ rộng. Hoạt chất carbendazim, tên hóa học 2-(methyoxyl carbolamino)-benzimidazol. Tên thương mại khác carbendazol, mecarzol, derosal, vicarben, carosal, carbenzim… Nhóm độc IV, LD50 qua miệng 15.000mg/kg, LD50 qua da 2.000mg/kg

Trong khi đó, Tebuconazole là thuốc diệt nấm nhóm Triazole. Nhóm độc III, , LD50 qua miệng 1.700mg/kg, LD50 qua da >2.000mg/kg, LC50 qua hô hấp>0,82mg/l. Cục Bảo vệ Thực vật, bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn cho biết, qua các mẫu nho, mận và lựu nhập khẩu từ Trung Quốc kiểm nghiệm cũng phát hiện chứa carbendazim và chất tebuconazole với dư lượng vượt mức cho phép từ 1,5 – 5 lần. Carbendazim và tebuconazole đều là hóa chất diệt nấm trên rau, củ, quả. Carbendazim là một chuyển hóa chất của benomyl được sử dụng rộng rãi như một loại thuốc diệt nấm. Có trường hợp nông dân dùng carbendazim pha nước sền sệt bôi vào cuống trái sầu riêng để bảo quản, đây là việc làm không đúng thuốc có thể thấm sâu vào trái sầu riêng không tốt cho sức khỏe người tiêu dùng.

Nếu tiếp xúc thời gian dài với hai hóa chất trên theo cục Quản lý dược và thực phẩm Mỹ xác định có thể gây ra rủi ro với liều dùng cao, gây hại cho gan và đặc biệt kích ứng mắt, rất độc khi bị nhiễm qua đường miệng và mắt. Riêng Thuốc diệt nấm tebuconazole được cục Quản lý Dược và Thực phẩm Hoa Kỳ xác định có thể gây ra rủi ro với liều dùng cao, gây hại cho gan và đặc biệt kích ứng mắt, khá độc khi bị nhiễm qua đường miệng và mắt. Đồng thời, văn phòng cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ cho rằng, tebuconazole được liệt kê như là một chất gây ung thư có trong danh sách thuốc trừ sâu chứa chất gây ung thư với đánh giá thuộc loại C.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới phân loại độc tính, tebuconazole được liệt kê thuộc độc tính nhóm III. Do khả năng tác dụng phá vỡ nội tiết của tebuconazole, nên hóa chất này được xem xét loại bỏ ra khỏi thị trường châu Âu.

Một số chất khác như Aldicarb sulfone thuộc nhóm Carbamate (các tên khác Aldoxycarb, sulfocarb) trong khoa học còn có tên gọi khác là Methyl-2-(methyl-sulfonyl)propa-nal-O-[(methylamino)carbonyl)]oxime. Là thuốc trừ sâu và tuyến trùng nội hấp, là chất kết tinh màu trắng, rất độc – nhóm độc I, LD50 qua đường miệng 25mg/kg, LD50 qua da 200mg/kg. Theo liên minh châu Âu aldicarb được coi là chất cực độc, nguy hiểm với môi trường và sức khỏe con người. Thuốc được dùng để trừ sâu, tuyến trùng và xử lý đất trồng. Ở Việt Nam vừa qua aldicarb được phát hiện trên củ gừng nhập khẩu từ Trung Quốc.

Chất 2,4D là loại thuốc diệt cỏ nội hấp, chọn lọc, có tác dụng kích thích sự phát triển quá mức của tế bào, làm cho cây cỏ chết ở nồng độ cao, nhưng ở nồng độ thấp lại là chất kích thích sinh trưởng. Tên thương mại khác: Zico, AK, Amine, Anco, Co, Desormorne, OK. Thuộc nhóm độc II, LD 50 qua miệng =800 mg/kg. Thời gian cách ly 20-40 ngày. Thuốc trừ cỏ hoạt chất 2,4 D thường sử dụng ở dạng muối Natri (Na), amine và ester. Muối 2,4 D-dimethyl amine độc với mắt, xếp vào nhóm độc I, các 2,4 D khác xếp vào nhóm độc II. Về độ độc cấp tính đối với động vật máu nóng, trị số LD50 của acid 2,4 D là 699mg/kg; muối Na là 500-805 mg/kg; muối dimethyl amine là 949 mg/kg; các ester khác là 896 mg/kg. Dư lượng tối đa cho phép của 2,4 D mà không gây hại đến cơ thể người và vật nuôi khi ăn hạt lúa là 0,5 mg/kg. Thời gian cách ly của 2,4 D được quy định từ ngày phun thuốc lần cuối đến ngày thu hoạch đối với hạt lúa là 42 ngày.

Agri-fos 400 là thuốc diệt nấm nội hấp thế hệ mới. Thuốc ít độc LD50 >5000mg/kg. Dung dịch có màu xanh nhạt. Hoạt chất: Phosphorus acid

Dùng hoá chất sao cho đúng?

Đối với hóa chất làm chín trái cây như các chất đã nêu trên là có thể sử dụng được nhưng phải tuân thủ các điều kiện cụ thể.

Thu hoạch trái cây đạt độ chín công nghiệp (trái cây chưa chín hoàn toàn để dễ vận chuyển đến nơi bảo quản, tiêu thụ và khi xử lý trái chín công nghiệp không làm thay đổi nhiều chất lượng trái so với trái cây để chín tự nhiên), tránh thu hoạch trái non. Phải nghiêm ngặt trong việc sử dụng thuốc: thuốc phải được Cục Bảo vệ Thực vật cho phép, sử dụng đúng nồng độ, liều lượng được hướng dẫn trên bao bì. Không sử dụng thuốc trôi nổi, không rõ nguồn gốc, nhãn mác, không rõ chất phụ gia trong thuốc…Phải bảo đảm thời gian cách ly sau khi sử dụng thuốc.

Đối với bảo quản trái cây không nên sử dụng hóa chất diệt nấm bệnh đặc biệt là thuốc lưu dẫn, thuốc thuộc nhóm độc, phân hủy chậm, có nguy cơ gây quái thai, ung thư, vô sinh… Hiện nay có rất nhiều phương pháp bảo quản trái cây không dùng hóa chất như: bảo quản điều kiện lạnh, thay đổi thành phần không khí, xử lý bằng hơi nước nóng, chiếu xạ, bao bọc bằng màng sinh học, xử lý bằng chất chitosan,…Phải nghiêm túc trong quy trình canh tác, xử lý hóa chất phòng trừ dịch bệnh trong quá trình canh tác phải bảo đảm thời gian cách ly, tránh để dư lượng thuốc BVTV vượt quá ngưỡng cho phép.

Để có được trái cây an toàn vệ sinh thực phẩm đặc biệt là trái cây có nguồn gốc từ Trung Quốc, Nhà nước nên nhập hàng chính ngạch, đặt ra hàng rào kỹ thuật. Hạn chế, ngăn chặn nhập theo đường tiểu ngạch và phải chống buôn lậu có hiệu quả. Đối với nông dân trong nước, các thương lái Việt Nam và Trung Quốc đang kinh doanh phải tăng cường công tác quản lý. Các cơ quan nhà nước cấp địa phương phải phối hợp làm việc tích cực. Với nông dân hướng dẫn họ sản xuất trái cây theo hướng GAP, phải kiểm tra thuốc và thương lái sử dụng hóa chất xử lý trái cây.

THS. NGUYỄN VĂN HẾT

BAN QUẢN LÝ KHU NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO TP.HCM

SGTT

Nitric oxide và cơ thể sinh học

Tổng quan về Nitric oxide

cPhùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Từ lâu loài người đã tin rằng các tín hiệu giữ vai trò liên lạc giữa các tế bào với nhau là các phân tử phức tạp như protein hay peptide, lipid,… Ngày nay, đã có nhiều bằng chứng rõ ràng rằng có một nhóm phân tử tín hiệu khác, đơn giản hơn nhiều và tồn tại ở dạng khí đóng vai trò thông tin quan trọng trong hầu hết các loại mô của cơ thể.

Nhóm phân tử này bao gồm NO, CO và H2S. Các mục tiêu đặc hiệu của nhóm phân tử này là tế bào cơ trơn, neurons và hệ thống dạ dày ruột. Người ta tin rằng vẫn còn những phân tử tín hiệu khác trong nhóm này sẽ được tìm thấy. Tuy nhiên, khi các lộ trình tín hiệu của các phân tử khác còn đang bỏ ngỏ, cơ chế hoạt động của NO đã được nghiên cứu rất nhiều (hơn 100000 báo cáo riêng lẻ) và người ta đã biết rằng nó là một phân tử thông tin rất quan trọng trong cơ thể.

NO là một phân tử tín hiệu mới được phát hiện (1980s) trong hệ thống sinh học của cơ thể người. Các nhà khoa học phát hiện ra nó bao gồm R. Furchgott, L. Ignarro và F. Murad đã được giải Nobel sinh lý học năm 1998. Nó đóng vai trò quan trọng trong cơ chế cầm máu và trong tế bào cơ trơn (đặc biệt là cơ trơn mạch máu), neuron và hệ thống dạ dày ruột. Do vậy, NO tham gia hầu hết các quá trình sống của chúng ta như sự tỉnh thức, tiêu hóa, chức năng sinh dục, cảm giác đau, cảm giác hài lòng, gợi kí ức và giấc ngủ. Quan trọng hơn cả, cách thức hoạt động của nó sẽ quyết định đến quá trình lão hóa của chúng ta. Nó gần như đóng vai trò quan trọng trong các trường hợp chúng ta chết do bệnh tim mạch, đột quỵ, tiểu đường và ung thư. Các triển vọng mới trong khả năng kiểm soát khả năng của NO mang lại kì vọng cho khả năng nâng cao chất lượng sống của con người trong tương lai.

Hình 36.1: Minh họa sự liên hệ giữa cách hoạt động và nồng độ của NO.

Nhìn ngược lại quá khứ, các nghiên cứu về NO tập trung vào thuộc tính hóa học và hóa sinh học của nó trong cơ thể sống. Tuy nhiên, khi hiểu biết của loài người về hoạt động sinh học và sinh lý học của NO đạt được một số thành tựu, người ta đã xác định được rằng hoạt tính hóa học của NO trên các đáp ứng sinh học đặc hiệu phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ của nó. Dựa vào sự kiểm tra nhiều protein được biết đến như là các chất điều biến post-translational bởi NO/RNS, người ta phát hiện ra rằng NO hoạt động theo nguyên tắc oxi hóa khử. Ví dụ, khi nồng độ NO vào khoảng 10-30 nM, nó hoạt động thông qua lộ trình tín hiệu cGMP của ERK trong cả MCF7 và tế bào nội mô. Ở nồng độ 30-60 nM, NO tham gia lộ trình tín hiệu phosphoryl hóa của Akt. Khi nồng độ lên đến khoảng 100 nM, nó làm cho hoạt tính của yếu tố hypoxia inducible factor (HIF-1α) ổn định. Ở nồng độ trên 400 nM, p53 có thể bị phosphoryl hóa và acetyl hóa. Khi nồng độ của NO vào khoảng đơn vị µM, các quá trình nitro hóa protein (như PARP, poly ADP-ribose polymerase) và các enzyme caspase xảy ra. Nồng độ NO cao như vậy sẽ ức chế hoạt động hô hấp của ti thể.

Yếu tố động học và sự tương tác với các phân tử đích

Hình 36.2: Sự tác động của yếu tố động học đến các hoạt động phụ thuộc vào nồng độ của NO

Có nhiều yếu tố khác nhau trong cơ thể điều hòa nồng độ của NO và vì vậy quyết định sự hoạt hóa các lộ trình tín hiệu khác nhau một cách chọn lọc. Nồng độ NO nội sinh dao động từ mức cơ sở như trong tế bào nội mô (<2 nM) đến mức hoạt hóa toàn bộ đại thực bào (> 1µM). Mức độ dao động nồng độ rộng và thuộc tính hóa học của NO khiến nó trở thành một tác nhân truyền tín hiệu rất linh động trong hệ thống tín hiệu của cơ thể. Trong các tác động phụ thuộc vào nồng độ, các yếu tố tế bào và yếu tố hóa sinh tham gia cùng lộ trình tín hiệu của NO cần phải được tìm hiểu nhiều hơn để có thể hiểu trọn vẹn sự phức tạp và đa dạng về hoạt động của NO. Các yếu tố này liên quan đến lượng NO được tạo thành, khả năng khuếch tán, mức độ hoạt động của các gốc tự do liên quan đến NO (RNS) với phân tử đích.

Cơ chế hình thành NO

Mặc dù có nhiều cơ chế giải thích sự hình thành NO (liên quan đến hoạt động của acid HNO2, HNO3 và sự khử các nitrite nói chung), sự hình thành NO trong động vật có vú là quá trình có sự tham gia của enzyme NO synthase (NOS). Họ enzyme này chuyển arginine thành citrulline và NO trong phản ứng có sự tham gia của NADPH và Oxygen. Cơ chế cụ thể của quá trình tổng hợp NO sẽ được trình bày trong chương “Lộ trình tín hiệu”.

Hình 36.3: Các thành phần cấu thành NOS được mô tả trên sơ đồ trên. Domain có chức reductase trên hình trên được biểu thị kèm với vị trí gắn của hai phân tử flavin. Calmodulin gắn ion Ca2+ và có chức năng hoạt hóa NOS. Cơ chế hoạt hóa NOS bằng calmodulin vẫn còn được nghiên cứu thêm.

Các yếu tố (factors)tín hiệu RNS

NO và các RNS (NO2, ONOO, N2O3,…) được tạo ra từ NO là các tác nhân tín hiệu quan trọng trong tế bào. RNS có nhiều tác đích trong tế bào, bao gồm các thiols, lipiad và các acmino acid thơm. Quá trình nhiễm độc tế bào nặng (severe cytotoxicity) có thể xảy ra nếu hoạt tính hóa sinh học của các tính hiệu bình thường bị suy yếu do sự biến đổi kết cấu hóa học của các phân tử trên bởi tác dụng của RNS. Do vậy, nồng độ NO cao sẽ làm tăng xác suất của các tương tác hóa học không như ý, khiến tế bào dễ bị nhiễm độc hơn.

Sự hình thành các RNS bởi phản ứng NO/O2 hay NO/O2 xảy ra tại các vị trí khác nhau trong tế bào. Các phân tử hoạt động trung gian có tính ái điện tử, do vậy pKa của các cơ chất có vai trò quyết định yếu tố nhiệt động học của phản ứng. Các RNS cơ bản là N2O3, NO2 và peroxynitrite (ONOO). Trong đó, peroxynitrite là sản phẩm sinh ra chủ yếu trong quá trình hoạt động của NO, còn N2O3 và NO2 có thể được sinh ra bởi sự tự oxi hóa khử của NO và phản ứng NO/O2.

Phản ứng NO/O2 tạo thành peroxynitrite là một trong những phản ứng hóa học nhanh nhất trong tự nhiên. Khi O2 có thời gian sống ngắn, phản ứng này xảy ra trong môi trường dung dịch nước của mô. Trong cơ thể, peroxynitrite phản ứng nhanh với CO2, và chỉ trong vài mili giây, nó tạo thành ONOOCO2 và phản ứng tiếp tục xảy ra theo thứ tự sau đây:

Xem thêm bài viết hoàn chỉnh tại đây.

Ca2+/TI THỂ VÀ HOẠT ĐỘNG TẾ BÀO

Ca2+/TI THỂ VÀ HOẠT ĐỘNG TẾ BÀO

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Đại cương

Tế bào Eukaryote dự trữ Ca2+ trong lòng sarco/endoplasmic reticulum (SR/ER) và ở trong bộ Golgi. Ca2+ trong các bào quan cần thiết cho quá trình thủy phân ATP dưới xúc tác của SR/ER ATPase (SERCA) và Secretory pathway Ca2+-ATPase (SPCA), do vậy nồng độ của Ca2+ rất dao động, từ  µM đến mM, đủ tạo ra thêm một thành phần gradient điện thế nội bào. Sự phóng thích Ca2+ được thực hiện bởi các kênh ion không đặc hiệu, bao gồm thụ thể của 1,4,5 trisphosphate (InsP3R) và thụ thể ryanodine (RyR, đặc biệt là ở cơ vân và cơ tim) trong lộ trình tín hiệu của inSP3 (một phân tử truyền tin thứ 2) hoặc cADP ribose, cADPR đối với RyR và cuối cùng là bởi các kênh Ca2+ cảm ứng điện thế nằm trên màng (tế bào cơ). Các bào quan khác như ti thể, peroxisomes, các túi tiết, nhân, cùng với các Ca2+ binding protein ở trong bào tương hiệp đồng tạo ra sự biến đổi nồng độ của Ca2+ nội bào, tạo ra các quá trình điều hòa Ca2+ rất chặt chẽ. Những tri thức cơ bản về lộ trình tín hiệu của Ca2+ đã được đề cập ở một chương riêng. Ở chương này, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến vai trò của Ca2+/ti thể mà thôi.

Hình 39.1: Na+/Ca2+ exchanger (NCX) và uniporter ti thể là các bơm Ca2+ hiệu quả khi nồng độ Ca2+ bào tương tăng cao do có năng lực bơm cao và ái lực với Ca2+ thấp. PMCA (plasma membrane Ca2+-ATPase) và SERCA (sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase) có khả năng bơm thấp hơn nhưng ái lực lại cao hơn nên có thể đưa Ca2+ về lại nồng độ của trạng thái nghỉ.

Như chúng ta đã biết, ti thể là một bào quan có khả năng “thiên bẩm” trong việc đáp ứng với các lộ trình tín hiệu Ca2+ và cả góp phần kiểm soát hay giải mã (decode) nó. Do vậy, Ca2+ tự thân nó rất cần thiết cho chức năng của ti thể: 3 enzyme dehydrogenase của vòng Krebs (pyruvate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase và isocytrate dehydrogenase) đều được hoạt hóa bởi Ca2+. Trong chuỗi truyền điện tử, F1F0 ATPase và ATP translocator được điều hòa bởi Ca2+. Vì chức năng của Ca2+ quan trọng như vậy, nên các cơ chế nhằm kiểm soát Ca2+ là cần thiết để tạo ra các đáp ứng khác nhau, đôi khi ngược hẳn nhau: tạo ra năng lượng hay tham gây ra apoptosis. Điều cuối cùng ta cần biết ở đây nữa là ti thể không phải chịu sự chi phối hoàn toàn của Ca2+ mà ngược lại, nó sử dụng Ca2+ như phương tiện giao tiếp với các thành phần khác của tế bào. Vậy nên ta có thể xem Ca2+ là ngôn ngữ chung của chúng.

Chúng ta sẽ cùng nhau nói về vai trò của Ca2+ trên cương vị phân tử điều biến hoạt động của ti thể và vai trò của ti thể như một bào quan điều biến hoạt động của tế bào phụ thuộc Ca2+.

Hình 39.2: Ti thể được năng lượng hóa nhờ pyruvate – phân tử khi vào ti thể sẽ chuyển hóa theo chu trình TCA và qua chuỗi truyền điện tử tạo năng lượng. Như chúng ta đã thảo luận ở một chương riêng, sự chênh lệch điện thế giữa màng ngoài và màng trong ti thể là từ -150 đến -180 mV, tạo thuận lợi để tạo ATP và hấp thu Ca2+. Sơ đồ trên mô tả khái quát mối liên hệ giữa chuyển hóa của ti thể và lộ trình tín hiệu Ca2+.

 

Các diễn viên chính trong vở kịch của Ca2+ ti thể

Từ những năm 60 của thế kỉ trước, hàng loạt các nghiên cứu về vai trò của ti thể được tiến hành. Mục tiêu cuối cùng, lớn nhất, là tìm cho bằng được các protein tải Ca2+ của ti thể. Trong suốt 50 năm nghiên cứu, người ta đã xác định được cơ chế Ca2+ đưa vào và đẩy ra ngoài ti thể một cách bao quát, chi tiết cách Ca2+ đi vào. Nhưng, mãi đến năm 2011, người ta mới biết được sự hiện diện của Na+/Ca2+ exchanger (một trong 2 hệ thống đưa Ca2+ ra ngoài). Trong suốt chặn đường từ trong chất nền ti thể đi ra ngoài bào tương hay ngược lại, Ca2+ phải vượt qua 2 chướng ngại làm giảm tính thấm của ion, đó là: lớp màng ngoài (OMM) và lớp màng trong (IMM).Màng ngoài có nhiều lỗ kênh (porines) và ngày trước, người ta cho rằng nó thấm tự do với Ca2+, nhưng theo các nghiên cứu từ năm 2006 trở lại đây, người ta ghi nhận được có sự hiện diện của các kênh chọn lọc anion phụ thuộc điện thế và sự tác động nhất định của nó đến tính thấm của Ca2+. Màng trong ti thể, như chúng ta đã biết, là một lớp màng không có tính thấm với ion và các phân tử chuyển hóa. Nó là nơi các phản ứng phosphoryl hóa oxi hóa xảy ra (vì nó có các phức hợp tham gia chuỗi truyền hô hấp) và cũng có các protein đảm bảo cho Ca2+ có thể đi vào và đi ra khỏi chất nền bên trong.

Hình 39.3: Cân bằng nội môi của Ca2+ ti thể ở trạng thái nghỉ. (a) Theo sau sự kích thích, sự mở kênh InsP3R và RyR. Các “diễn viên” tham gia quá trình tải Ca2+ được đề cập. VDAC – voltage-dependent anion channel; RaM – rapid mode of uptake, GRP75-glucose regulated protein 75, MPTP – mitochondrial permeability transition pore.

Quá trình đưa Ca2+ vào ti thể là một quá trình điện tính không phụ thuộc vào sự cân bằng gradient điện hóa. Bằng chứng là sự chuyển vị của H+ từ chất nền đến khoảng gian màng liên quan tới chuỗi truyền điện tử ở màng trong, nơi mà điện thế màng tế bào ở mức -180mV. Mức điện thế này tạo một lực để cho Ca2+ xâm nhập vào bên trong. Do vậy, ta cũng cần biết rằng, nếu không duy trì được nồng độ H+ cần thiết xuyên qua lớp màng trong, nghĩa là không tạo ra được sự chênh lệch điện thế đủ cao, quá trình hấp thu Ca2+ cũng sẽ không thể xảy ra.

Protein tải Ca2+ đơn độc (Ca2+ uniporter, MCU) được phát hiện năm 2004 và mãi đến năm 2011 mới xác định được nó có cấu trúc dạng lỗ (pore-forming channel), được cho là một cổng ion chọn lọc, có cơ chế hấp thu nhanh (rapid mode, RaM) – đóng vai trò cơ bản trong quá trình hấp thu Ca2+ của ti thể. Cơ chế đưa Ca2+ ra ngoài bao gồm 2 thành phần, có và không phụ thuộc vào Ca2+, biểu hiện bởi 2 loại protein tải là 3Na+/Ca2+ và 2H+/Ca2+ antiporter; đồng bộ với lực gây ra bởi sự di chuyển của H+ trong chuỗi hô hấp tế bào.

Hình 39.4: Nhiệt động học Ca2+ của ti thể và sự hoạt hóa chu trình TCA & phản ứng phosphoryl hóa oxy hóa.

Sự hấp thu Ca2+ ti thể

Năm 2004, người ta đã xác định được MCU là một kênh Ca2+ có tính chọn lọc rất cao với hằng số bán hoạt K0.5 là 19mM Ca2+, và vị trí hoạt hóa cũng chính là vùng tải. Chuỗi thứ tự tính thấm của protein này lần lượt làCa2+>Sr2+>Mn2+>Ba2+>Fe2+>La3+. Điểm thú vị là Ca2+ tự thân nó hoạt hóa MCU trong khi La, Mg2+, Ru đỏ (RR), KB-R7943 lại có vai trò ức chế. Một lần nữa ta lại nhìn thấy sự “đối đầu” của Mg2+ và Ca2+– một hiện tượng góp phần đáng kể trong quá trình điều hòa tác động của Ca2+. Ngoài ra, các polyamine được tin là đóng vai trò sinh lý quan trọng đối với Ca2+ vì nó giúp khởi động quá trình hấp thu Ca2+ của ti thể khi nồng độ Ca2+ tại đây ở mức thấp. Taurine ở mức mM cũng có thể hoạt hóa MCU. Điểm kì lạ nhất liên quan tới quá trình này liên quan đến các nucleotides, nó vừa có thể hoạt hóa, vừa có thể ức chế MCU và người ta cũng chưa rõ cơ chế tác động của nó như thế nào.

Hình 39.5: Ion calcium được vận chuyển trực tiếp giữa ER và ti thể tại “khớp nối” giữa 2 bào quan này. Quá trình chuyển đổi được điều hòa bởi thụ thể IP3 và các uniporter.

Khi nghiên cứu về các lộ trình tín hiệu có liên quan đến Ca2+, cụ thể là trường hợp của các phân tử ức chế p38 MAPK, người ta cũng đã phát hiện được rằng lộ trình tín hiệu phụ thuộc vào các protein kinase (tyrosine kinase, serine/threonine kinase,…) có vai trò điều biến dòng Ca2+ đi vào.

Như chúng ta đã biết, sự vận chuyển Ca2+ có liên quan đến sự vận động của H+. Vào năm 2007, người ta lại ghi nhận được sự vận chuyển của các ion H+ có liên quan đến các protein tải ion âm – trường hợp này là các acid hữu cơ, theo chiều từ chất nền ti thể ra khoảng gian màng. Vậy, cơ chế này cũng ảnh hưởng gián tiếp tới sự vận chuyển của Ca2+.

Đọc trọn vẹn bài viết tại đây.

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

Nguyễn Phước Long – Phùng Trung Hùng

Tổng quan

Như ta đã biết, lộ trình tín hiệu “on” có vai trò sản sinh ra các tín hiệu nội bào, ngược lại, các tín hiệu “off” có chức năng hủy bỏ các tín hiệu đó và giúp tế bào ‘trở lại trạng thái nghỉ’. Chúng ta sẽ quan tâm chủ yếu đến hiện tượng bằng cách nào các phân tử truyền tin thứ hai và các effector (protein tác hiệu) bị bất hoạt.

Các phân tử truyền tin thứ hai như cAMP, cGMP đều bị bất hoạt bởi phosphodiesterase (PDE). Lộ trình của inositol trisphosphate (InsP3) không diễn ra được nữa nếu có sự hiện diện của inositol trisphosphatase và inositol phosphatase. Trường hợp tín hiệu của Ca2+ phụ thuộc nhiều vào các kênh và các tải Ca2+ (là cách nói tắt, hay phải gọi chính xác hơn là protein tải vận Ca2+)  trong đó ti thể chiếm vai trò quan trọng (đã đề cập ở một chương khác).

Một nguyên lý chung cần nhớ là, rất nhiều các phân tử truyền tin thứ hai và effector hoạt hóa nhờ hiện tượng phosphoryl hóa bởi các kinase/phosphorylase, bị bất hoạt bởi hiện tượng khử phosphoryl với hóa xúc tác là các phosphatase.

Tuy nhiên, có những gốc phosphate được gắn vào có chức năng bất hoạt protein. Do vậy không nên hiểu một cách cứng nhắc rằng loại bỏ gốc phosphate chỉ có vai trò bất hoạt.

Protein phosphatase

Bộ gene người tổng hợp được khoảng 2000 loại protein kinase khác nhau có vai trò trong rất nhiều lộ trình tín hiệu. Đối kháng lại tác dụng của nó là một lực lượng cân xứng phosphatase. Các phân tử này được chia làm 2 nhóm chính.

Protein tyrosine phosphatase (PTPs)

Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine thường hữu của protein chỉ chiếm khoảng 0.1% tổng số khả năng phosphoryl hóa protein trong tế bào.  Tuy nhiên, nó lại chiếm vai trò lớn vì tham gia vào các lộ trình tín hiệu chính, điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine tăng lên từ 10 – 20 lần khi tế bào bị kích thích bởi các growth factor hoặc trải qua quá trình biến đổi ung thư hóa. Chính điểm này làm nổi bật lên vai trò của PTPs.

Cấu trúc và chức năng của PTPs cho thấy rằng các enzyme này thuộc về họ heterogeneous. Siêu họ protein này được chia làm 2 họ nhỏ hơn là PTPs cổ điển và DSPs (dual-specificity phosphatase).

Cấu trúc và chức năng

Các thành viên có cấu trúc rất khác nhau. PTP cổ điển còn được phân chia thêm thành các PTPs không xuyên màng (non-transmembrane PTPs) và PTPs loại thụ thể (receptor-type PTPs). Tuy nhiên, tất cả các phosphatase đều có chung một motif là H-C-X-X-G-X-X-R nằm ở domain xúc tác. Các thành tố cấu trúc khác (SH2, PDZ và immunoglobin-like domain) có vai trò điều hòa hoạt động của enzyme và giúp enzyme hiện hữu ở gần nơi có cơ chất đặc hiệu của nó.

Hình 42.1: Tổng quan về siêu họ PTP.

Tất cả các PTPs đều dùng chung một cơ chế xúc tác. Trong quá trình, gốc phosphate ở cơ chất đầu tiên được chuyển đến tiểu phân cysteine ở motif xúc tác trước khi bị thủy phân bởi nước để giải phóng anion phosphate. Cách thức hoạt động này của tiểu phân cysteine trong phản ứng chuyển đổi phosphate này là một ví dụ của quá trình nhạy cảm oxi hóa (oxidation-sensivite process) – vốn là mục tiêu của lộ trình tín hiệu redox. Một vài phân tử tín hiệu thuộc họ ROS thực hiện chức năng được là nhờ vào sự bất hoạt các PTPs này.

Trong lộ trình tín hiệu redox, cysteine bị oxy hóa và làm giảm hoạt tính của PTPs. Quá trình bất hoạt phosphatase do cảm ứng oxi hóa góp phần tăng cường luồng tín hiệu xuôi dòng của tyrosine như MAPK và Ca2+ chẳng hạn.

PTP cổ điển

PTP không xuyên màng

Các protein này thuộc họ heterogeneous có chung domain PTP nhưng có thêm các thành tố khác quyết định vị trí hiện diện cũng như chức năng của nó trong tế bào. Một vài thành viên thuộc nhóm này là:

–          Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B). Protein này có domain PTP tiêu biểu ở đầu N và vùng điều hòa ở đầu C. Đầu C có chứa một vùng kị nước – là thành phần giúp gắn enzyme vào ER. Mặc dù được cố định vào ER, một vài cơ chất chính của PTP1B là các thụ thể tyrosine kinase (như thụ thể EGF, thụ thể insulin và non-receptor tyrosine kinase c-Src). PTP1B cũng là thành phần của JAK/STAT như STAT5a và STAT5b. PTP1B đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định hóa các phức hợp cadherin vì chúng loại nhoscm phosphate của tyrosine trên β-catenin. Để gắn được vào cadherin, PTP1B phải được phosphoryl hóa ở tiểu phân Tyr-152 bởi protein tyrosine kinase không thuộc loại thụ thể.

Hình 42.2: Cơ chế xúc tác của protein tyrosine phosphatase. Vùng xúc tác có chứa 3 tiểu phân (cysteine, aspatate và glycine) – là 3 amino acid cần thiết cho quá trình xúc tác. A) đoạn peptide có chứa phosphotyrosine đi vào vị trí. Tiểu phân aspatate có vai trò cho proton (gốc phenolate là nơi nhận và nó cũng là nhóm rời khỏi cấu trúc cơ chất). B) Khi gốc phosphate đã được chuyển đến gốc cystein, cơ chất rời khỏi enzyme và bước cuối cùng là sự thủy phân gốc phosphate. Sự liên hợp của một phân tử nước và glycine giúp sự thủy phân gốc phosphate xảy ra dễ dàng hơn. Khi gốc phosphate rời khỏi, vị trí tác động sẵn sàng để tiếp tục xúc tác cho phản ứng tiếp theo.

–          T cell protein tyrosine phosphatase (TC-PTP) có cấu trúc tương tự PTP1B nhưng tác dụng lên loại cơ chất khác. TC-48 có một domain kị nước giống với  PTP1B và cũng gắn kết vào ER. Mặt khác, TC-45 không có domain kị nước nhưng có một tín hiệu định vị nhân (nuclear localization signal, NLS) đưa nó trực tiếp vào nhân. Khi tế bào được hoạt hóa bởi EGF, TC-45 rời khỏi nhân và tương tác với phức hợp thụ thể của EGF để tác dụng lên Shc.

Hình 42.3: Cấu trúc của SHP-1 và SHP-2. Cấu trúc của 2 phân tử này rất giống nhau. Cả 2 đều có 2 domain SH2 ở đầu N. Đầu C có 2 tyrosine. Đặc biệt, SHP-2 có một domain rất giàu prolyl.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-1 (SHP-1) có chứa 2 domain SH2 ở đầu N. Cần phân biệt phân tử này với SH2 domain-containing inositol phosphatase (SHIPs) – có vai trò trong việc hình thành nên inositol polyphosphate 5-phosphatase type 2. Chức năng cơ bản của SHP-1 là ức chế lộ trình tín hiệu của tyrosine được phosphoryl hóa. Hầu hết các hoạt động của nó trực tiếp đối kháng lại các lộ trình tín hiệu của các tế bào tạo máu. Nó tự gắn mình vào phức hợp truyền tin ở domain SH2, do vậy cho phép domain PTP khử phosphoryl hóa phosphotyrosine. Ngoài ra, SHP-1 có thể gắn kết vào nhiều thụ thể bất hoạt (inhibitory receptor), góp phần ức chế lộ trình tín hiệu của kháng nguyên và integrin. Ví dụ, SHP-1 cùng với thụ thể FcγRIII bất hoạt thụ thể FcεRI ở tế bào mast. Cuối cùng ta cần biết rằng SHP-1 còn tham gia vào quai tác hồi quan trọng tồn tại giữa ROS và Ca2+.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP-2) có cấu trúc tương tự SHP-1 nhưng có chức năng rất khác. Thay vì có tác dụng ức chế, nó thường có tác dụng hoạt hóa hoạt động của nhiều thụ thể cho growth factor (như EGF, FGF, insulin, integrin và có thể là PDGF).

Hình 42.4: Sơ đồ không gian và thời gian trong cơ chế hoạt hóa tế bào T. Tín hiệu bắt đầu ở vị trí trên bên trái với hiện tượng gắn kết kháng nguyên/MHCII đến phức hợp TCR. Thông tin được truyền vào trong nhân để hoạt hóa phiên mã. IL-2 được tạo ra tạo thành vòng tự tiết hoạt hóa lộ trình tín hiệu của thụ thể IL-2 và hoạt hóa sự tổng hợp DNA.

PTP loại thụ thể (RPTPs)

Chúng là loại protein có domain xuyên màng do vậy được gắn vào màng tế bào. Mặc dù những enzyme này được gọi là loại thụ thể, người ta không xác định được nhiều lắm ligand của nó. Hầu hết chúng là các phân tử kết dính và do vậy được hoạt hóa bởi các phân tử trên bề mặt tế bào từ tế bào lân cận. RPTPμ và RPTPκ tạo tương tác ưa nước với các phân tử đối diện với tế bào. Các thành viên chính của loại này là:

–          CD45 là một PTP điển hình có một domain ngoại bào được glycosyl hóa. Ở nội bào, nó có 2 PTP domain nhưng domain thứ 2 không có hoạt tính xúc tác. CD45 có chức năng chính trong lộ trình tín hiệu của tế bào T. Cụ thể nó hoạt hóa Lck (một phân tử truyền tin của tế bào T) bằng cách loại bỏ một gốc phosphotae ức chế ở vị trí tyr-505. Ngoài ra, CD45 còn có chức năng hoạt hóa BCR bằng cách kích hoạt Lyn.

–          Protein tyrosine phosphatase α (PTPα) hoạt hóa họ Src không phải thụ thể (non-receptor Src family) bởi việc loại bỏ gốc phosphate ức chế.

–          Leucocyte common antigen-related (LAR) có nhiều chức năng phát triển đặc hiệu. Ví dụ như biệt hóa phế nang chẳng hạn. Ngoài ra nó còn giúp phát triển vùng não trước và hippocampus.

Dual-specificity phosphatase (DSP)

Hình 42.5: Mô hình hoạt động của DSP. Trong đó T là threonine và Y là tyrosine. MEK1/2 có chức năng phosphoryl hóa. Sự tương tác giữa ERK2 và MKP-3 phụ thuộc vào kinase interaction motif (KIM) ở vị trí đặc biệt trên ERK. Ví dụ này cho ta thấy rằng, để thiết lập một đáp ứng tín hiệu xuôi dòng là không phải đơn giản.

Như tên gọi của chúng, DSP là một phosphatase đặc hiệu kép. Nghĩa là, nó có thể khử gốc phosphate của cả phosphotyrosine (pTyr) và phosphoserine/phosphothreonine (pSer/pThr). Các thành viên trong nhóm này gồm:

–          Cdc25 ở người được chia làm 3 loại là Cdc25A, Cdc25B và Cdc25C. Enzyme này lần đầu tiên được mô tả là phân tử điều hòa chu kì tế bào ở tảo. 3 isoform ở người cũng đóng vai trò điều hòa chu kì tế bào bằng cơ chế kiểm soát giai đoạn đi vào pha S (Cdc25A) và giai đoạn đi vào nguyên phân (Cdc25B và C). Nồng độ của Cdc25A tăng ở giai đoạn trễ của G1 và giữ vững suốt giai đoạn nghỉ của chu kì tế bào. Nồng độ Cdc25B được tăng trong suốt pha S để hoạt hóa tế bào đi vào nguyên phân rồi trở về bình thường sau khi nguyên phân hoàn thành. Nồng độ Cdc25C thì giữ ở mức cao suốt chu kì tế bào. Cả 3 isoform đều có vùng C xúc tác chung, đầu N điều hòa khác nhau giữa từng thành phần. Hoạt tính của Cdc25 được điều hòa bởi cả sự phosphoryl hóa hoạt hóa và ức chế. Cả 3 isoform đều chứa 1 vị trí gắn gốc phosphate để điều hòa sự gắn của protein 14-3-3 – có vai trò ức chế enzyme này. Vị trí bất hoạt này được phosphoryl hóa bởi các enzyme được hoạt hóa bởi stress tế bào, thường là trong trường hợp tổn thương DNA. Đây là cơ chế ức chế Cdc25 quan trọng cho cả G1 và G2/M có vai trò gây ngừng chu kì tế bào (cell cycle arrest).

Hình 42.6: Tóm tắt vai trò của Cdc25 trong kiểm soát chu kì tế bào. Khác với thành phần B và C, Cdc25A do tăng sự tổng hợp DNA, nó được gọi là một oncogen, do vậy phải được điều hòa chặt chẽ bởi  trục các yếu tố p53-p21-Cdk.

  • Sự biểu hiện của Cdc25A được kiểm soát bởi E2F. Khi Cdc25A biểu hiện ở bào tương, nó có khả năng kích hoạt CDK2 (cyclin-dependent kinase 2) để tăng tổng hợp DNA. Hoạt năng của Cdc25A rất nhạy cảm với sự tổn thương của DNA (khi bị tổn thương, DNA kích hoạt CHK1 và CHK2 (checkpoint kinase) để phosphoryl hóa Ser-123, kết quả là dừng nguyên phân do Cdc25A bị ubiquitin hóa và phân giải. CHK1 cũng phosphoryl hóa thr-507 của Cdc25A để nó liên kết với protein 14-3-3 và bị bất hoạt cho đến khi nào tế bào cần nó.
  • Cdc25B đóng vai trò quan trọng đối với quá trình nguyên phân được kiểm soát bởi cyclin B. Phân tử này loại bỏ gốc phosphate của Cdc2 do vậy cần thiết để giúp tế bào đi vào nguyên phân. Cũng giống như các Cdc25B khác, Cdc25B bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở vị trí Ser-323/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Vị trí này được phosphoryl hóa bởi lộ trình của p38 và cung cấp điều kiện cho lộ trình tín hiệu của MAPK làm dừng chu kì tế bào.
  • Cdc25C bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở Ser-216/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Trong quá trình đi vào nguyên phân, phosphate ức chế này được loại bỏ và làm cho Polo-like kinase phosphoryl hóa vị trí khác của vùng điều hòa, cho phép Cdc25C khử gốc phosphate của CDK1-activating kinase.

–          Mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphatase (MKPs) gồm 10 thành viên có chức năng chuyên biệt trong lộ trình tín hiệu của MAPK. Một trong những sự kiện cuối cùng của lộ trình tín hiệu này là sự phosphoryl hóa MAPK bởi một dual-specificity MAPK kinase – gắn gốc phosphate vào cả tyrosine và Threonine. Trong pha phục hồi, các gốc phosphate này phải được loại bỏ bởi MAPK phosphatase. Trong 10 thành viên MAPKP, chỉ có vài thành phần cơ hữu, các thành viên còn lại được cảm ứng sinh ra khi tế bào được kích thích và đều góp phần vào quai tác hồi âm. Một ví dụ của trường hợp này là lộ trình tín hiệu đi qua ERK (extracellular-signal-regulated kinase). Các phosphatase này còn thường có độ đặc hiệu cao với một số phân tử đích. Ví dụ điển hình là MKP-3, đặc hiệu cho ERK2. Ở neuron, như neuron sống giữa (medium spiny neurons) ở thể vân (striatum) chẳng hạn, có biểu hiện STEP (striatal-enriched protein tyrosine phosphatase), chúng đóng vai trò đặc hiệu trong lộ trình tín hiệu MAPK của neuron. Trong đáp ứng với kích thích của NMDA, dòng Ca2+ tăng lên tác động vào calcineurin (CaN) để khử gốc phosphate và hoạt hóa STEP để hiệp đồng ức chế lộ trình tín hiệu của phospho-ERK. Ngược lại, sự tăng nồng độ của Ca2+bởi VOCs (voltage-operated channel) hoặc giải phóng Ca2+ nội bào không có tác động gì của STEP, điều đó chứng tỏ rằng STEP và NMDA có sự liên hệ chặt chẽ.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

Trịnh Hoàng Kim Tú – Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tín hiệu ngoại lai cần được chuyển đổi thành tín hiệu nội bào

Có một câu hỏi rất thú vị là: “Một tế bào “nói” (talking cell) sẽ bảo gì với một tế bào “nghe” (listening cell) – để sau đó tế bào nghe bằng cách nào trả lời lại thông điệp đó?”

Đầu tiên, chúng ta hãy tiếp cận với câu hỏi này bằng cách nhìn vào sự giao tiếp trong số những vi sinh vật – những vi khuẩn hiện đại hé mở của sổ về vai trò của dòng thác tín hiệu tế bào trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.

Sự tiến hóa của dòng thác lộ trình tín hiệu tế bào

Hình 43.1: Quá trình tương tác giữa các tế bào men giao phối. Tế bào Saccharomyces cerevisiae sử dụng chất tín hiệuhóa học để định dạng tế bào có “mating type” đối lập, và khởi đầu quá trình giao phối này. 2 loại tế bào giao phối và phân tử tín hiệu hóa học tương ứng của chúng, hoặc các yếu tố giao phối, được gọi là  a.

Một chủ đề lớn của “cuộc trò chuyện giữa các tế bào” (cell conversation) là vấn đề “tình dục” (sex) – ít nhất đối với loài Saccharomyces cerevisiae, mà, người ta đã sử dụng để làm bánh mì, rượu, bia trong suốt thiên niên kỷ qua. Các nhà nghiên cứu đã biết rằng những tế bào này tìm “bạn tình” của mình bằng dòng thác tín hiệu hóa học (chemical signaling).

Có 2 loại “giới tính” của những “bạn tình” (cell of mating) này, được gọi là a và a. Tế bào loại a tiết ra phân tử tín hiệu (signaling molecule) được gọi là yếu tố a – có thể gắn kết với những thụ thể protein đặc hiệu gần tế bàoa. Cùng lúc đó, tế bào a tiết ra yếu tố a – gắn với thụ thể trên tế bào. Thật sự, không cần phải vào bên trong tế bào, 2 loại “mating factors” này khiến cho tế bào phát triển nghiêng về phía tế bào khác, và mang lại sự thay đổi cho tế bào khác. Kết quả tất yếu sẽ dẫn đến sự kết hợp, hay còn gọi là sự giao phối của 2 tế bào khác loại. Tế bào a/a  này chứa đựng tất cả các loại gene của 2 tế bào nguyên gốc, đây chính là sự kết hợp nguồn tài nguyên di truyền – mang lại những lợi ích cho các thế hệ tế bào sau ra đời từ quá trình phân chia tế bào.

Hình 43.2: Hoạt hóa lộ trình của NFkB bằng TNFa – Minh họa bước “xử lý tín hiệu sau giao tiếp tế bào”. Cả hai TNFa và thụ thể của nó đều là trimers. Sự gắn kết của TNFa gây nên sự atại sắp xếp (rearrangement) cuả các đuôi tế bào  kết cụm lại (clustered cytosolic tail) của thụ thể, bây giờ, thúc đẩy (recruit) đa dạng nhiều loại tín hiệu protein, đưa đến kết quả là sự hoạt hóa serine/threonine protein kinase có vai trò phosphoryl hóa (phosphorylate) và kích hoạt IkB kinase (IKK). IKK là một heterodimer bao gồm hai dưới đơn vị  kinase (IKKa và IKKb), và một dưới đơn vị điều hòa (regulatory subunit) có tên gọi là NEMO. IKKbsau đó phosphoryl hóa (phosphorylated) IkB trên 2 serine, đánh dấu protein cho sự “ubiquitin hóa” (ubiquitylation) và giáng cấp (degradation) trong proteasomes. NFkB được phóng thích ra và di chuyển vào trong nhân, ở đây, khi kết hợp với protein đồng hoạt hóa, nó kích hoạt sự sao chép xảy ra ở những gene đích.

Vậy thì, có phải tín hiệu giao phối (mating signal) của bề mặt tế bào men được thay đổi, hay còn gọi là chuyển đổi thành dạng chứa đựng những đáp ứng tế bào với việc giao phối?

Quá trình mà từ đó tín hiệu trên bề mặt tế bào được chuyển đổi thành đáp ứng đặc hiệu tế bào (bao gồm một chuỗi các bước) được gọi là lộ trình truyền tín hiệuNhiều lộ trình đã được nghiên cứu kỹ lưỡng với đối tượng là men và cả tế bào động vật. Kỳ diệu thay, khi xét đến chi tiết về mặt phân tử, lộ trình tín hiệu chuyên đổi của men và động vật có vú có những điểm tương tự đáng chú ý, mặc dù tổ tiên chung cuối cùng của 2 nhóm này đã sống cách đây hàng tỷ năm. Những điểm tương tự này và một số mới được phát hiện gần đây giữa hệ thống tín hiệu (signaling system) ở vi khuẩn và thực vật gợi ý rằng phiên bản mới nhất của cơ chế tín hiệu tế bào (cell-signaling mechanisms) được sử dụng ngày nay đã tiến triển tốt trước khi các sinh vật đa phân tử đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất.

Các nhà khoa học nghĩ rằng những cơ chế tín hiệu đã phát triển đầu tiên hết ở các loài prokaryote cổ đại (sinh vật nguyên sinh). Sau đó được kế tục bởi các thế hệ sinh vật đa phân tử tiếp nối. Trong lúc ấy, tín hiệu tế bào (cell signaling) giữ vững vị trí quan trọng trong thế giới vi khuẩn. Tế bào của nhiều lòai vi khuẩn tiết ra các phân tử nhỏ – mà các phân tử này có thể được phát hiện bởi tế bào khác của vi khuẩn. Sự tập trung của các phần tử tín hiệu này cho phép vi khuẩn cảm giác được mật độ hiện tại của tế bào vi khuẩn, hiện tượng được gọi là quorum sensing (giao tiếp và biểu lộ hành vi thông qua phân tử tín hiệu). Sâu hơn nữa, tín hiệu giữa các thành viên trong quần thể vi khuẩn có thể dẫn đến việc kết hợp họat động của chúng lại với nhau. Đáp lại tín hiệu, tế bào vi khuẩn có thể đến gần nhau, tạo nên     biofilms – là sự tập hợp của vi khuẩn thường tạo nên các cấu trúc có thể nhận biết được và chứa đựng những vùng chức năng chuyên biệt. Ta sẽ có một hình cho thấy sự kết tập tiêu biểu khi đáp ứng với tín hiệu của một lọai vi khuẩn sau đây.

Tín hiệu tại chỗ (cục bộ) và khoảng cách dài

Giống như những tế bào nấm men, trong cơ thể đa bào, các tế bào thường giao tiếp thông qua các chất truyền tín hiệu hóa học (chemical messenger) nhắm đến các tế bào có thể hoặc không liền kề nhau gần như ngay lập tức. Các tế bào còn có thể truyền tin bằng tiếp xúc trực tiếp. Cả hai lọai động vật và thực vật có những cấu trúc liên kết tế bào (cell junction), kết nối trực tiếp tế bào chất của những tế bào kề cận nhau. Trong những trường hợp này, những chất dẫn truyền tín hiệu (signaling substance) hòa tan trong bào tương có thể vượt qua giữa các tế bào nằm sát nhau một cách tự do. Hơn nữa, tế bào động vật có thể truyền thông tin thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa màng – ranh giới tế bào – các phân tử bề mặt, sự tiếp xúc này xảy ra trong một quá trình được gọi là quá trình nhận diện tế bào – tế bào (cell – cell recognition). Lọai tín hiệu này quan trọng trong các quá trình, như là quá trình phát triển của phôi và đáp ứng miễn dịch.

Hình 43.3: Quá trình giao tiếp giữa vi khuẩn, lọai vi khuẩn sống trong đất được gọi là myxobacteria sử dụng những tín hiệu hóa học để chia sẻ thông tin về khả năng dinh dưỡng. Khi thức ăn khan hiếm, những tế bào bị đói sẽ tiết ra một phân tử – phân tử này tiếp cận các tế bào lân cận và kích họat các vi khuẩn tập hợp lại. Các tế bào hình thành nên một cấu trúc được gọi là bào tử (fruiting body), hình dạng này sản xuất nên một bào tử thành dày có thể sống sót đến khi môi trường cải thiện. Vi khuẩn được cho thấy ở đây là Myxococcus xanthus.

Trong nhiều trường hợp khác, phân tử truyền tín hiệu (messenger molecule) được tiết ra bởi tế bào truyền tín hiệu (signaling cell). Một số di chuyển chỉ trong khoảng cách ngắn, như phân tử điều hòa cục bộ (local regulator)ảnh hưởng các tế bào trong vùng lân cận. Một loại chất điều hòa tại chỗ ở động vật quan trọng là yếu tố tăng trưởng (growth factor), nó bao gồm các hợp chất kích hoạt tế bào đích gần kề phát triển và phân chia. Đông đảo các tế bào có thể nhận và đáp ứng đồng thời các yếu tố tăng trưởng (GF), mà các GF này được sản xuất từ một tế bào duy nhất lân cận. Lọai truyền tín hiệu tại chỗ này ở động vật được gọi là “truyền tín hiệu cận tiết” (paracrine signaling).

Hình 43.4: Giao tiếp bằng tiếp xúc trực tiếp giữa các tế bào.

Hơn nữa, có nhiều loại hệ thống truyền tín hiệu tại chỗ khác (local signaling), một trong số đó là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua khe synapse” (synaptic signaling) xảy ra ở hệ thần kinh của động vật. Hệ thống truyền tín hiệu điện dọc theo sợi thần kinh khởi động sự tiết tín hiệu hóa học (chemical signal) – được mang lại bởi các phân tử của chất dẫn truyền thần kinh. Các phân tử này khuếch tán xuyên qua khe synapse, khoảng hẹp giữa tế bào thần kinh và tế bào đích của nó (một tế bào thần kinh khác). Chính chất dẫn truyền thần kinh sẽ kích hoạt tế bào đích.

Cả động vật lẫn thực vật sử dụng các chất hóa học đựoc gọi là hormones cho hệ thống truyền tín hiệu khoảng cách dài (long – distance signaling). Trong hệ thống truyền tín hiệu bằng hormone (hormone signaling) ở động vật, còn được biết như là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua con đường nội tiết” (endocrine signaling), các tế bào biệt hóa phóng thích các phân tử hormone, các phân tử này theo hệ tuần hoàn đến các tế bào đích trong cơ thể. Các hormones dao động rất lớn về kích thước và lọai phân tử, bởi vì đóng vai trò như những chất điều hòa tại chỗ (local regulator). Ví dụ, cây hormone ethylene (the plant hormone ethylene), chất khí thúc đẩy trái cây chín và giúp điều hòa sự tăng trưởng, là một loại hydrocarbon chỉ có sáu nguyên tử (C2H4), đủ nhỏ để xuyên qua thành tế bào. Ngược lại, hormone insulin của động vật có vú, điều hòa đường huyết, là một proteine với hàng ngàn nguyên tử.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

Một số ebook Nội Thận tuyển chọn – DSYS

Sau đây là mục lục một số quyển sách về Thận – Tiết niệu mà mình có. Link download các bạn xem ở các post phía dưới.

1. ABC of Kidney Disease 2007
2. ABC of Urology 2nd
3. Atlas of Diseases of Kidney
4. Brenner and Rector’s The Kidney 9th
5. Chronic Kidney Disease, Dialysis, and Transplantation – A Companion to Brenner and Rector’s The Kidney
6. Comprehensive Clinical Nephrology 4th
7. CURRENT Diagnosis & Treatment Nephrology & Hypertension
8. Diseases of the Kidney & Urinary Tract, 8th 2007
9. Evidence-based Nephrology, 2009
10. Fundamentals of Renal Pathology
11. Graff’s Textbook of Routine Urinalysis and Body Fluids 2nd 2011
12. Handbook of Fluid, Electrolyte, and Acid-Base Imbalances 3rd
13. Hepinstall’s Pathology of the Kidney 6th
14. Manual of Nephrology 7th
15. Molecular and Genetic Basis of Renal Disease – A Companion to Brenner and Rector’s The Kidney
16. Nephrology Secrets 3rd 2012
17. Pocket Companion to Brenner and Rector’s The Kidney
18. Primer on Kidney Diseases 5th 2009
19. Smith’s General Urology 17th
20. The Renal System at a Glance 3rd
21. Urinary Stone Disease
22. Urology Board Review 3rd
23. Vander’s Renal Physiology 7th

Các bạn vui lòng đăng kí thành viên diễn đàn và vào đây để download nhé!

CÁC KHIẾM KHUYẾT TÍN HIỆU VÀ BỆNH TẬT

CÁC KHIẾM KHUYẾT TÍN HIỆU VÀ BỆNH TẬT

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long 

Tổng quan

Có nhiều bệnh tật sinh ra do các khiếm khuyết về lộ trình tín hiệu trong tế bào và biểu hiện cũng vô cùng phong phú. Các sinh vật gây bệnh hay virus có thể can thiệp vào các quá trình truyền tin và gây ra sự rối loạn sau đó. Mục “Hiện tượng tái cấu trúc hệ thông tin và bệnh tật” sẽ cho chúng ta cái nhìn tổng quan về cơ chế gây ra sự khiếm khuyết thông tin và các bệnh tương ứng. Các bệnh nặng ở người như cao huyết áp, bệnh tim mạch, đái tháo đường và các thể rối loạn tâm thần  đều có liên quan đến sự nảy sinh của các lộ trình điều chỉnh kiểu hình  một cách tinh vi (phenotypic modification of signaling pathways). Khi sự điều chỉnh này xảy ra, hiện tượng tái cấu trúc kiểu hình gây ra các biến đổi hoạt động chức năng của tế bào và rồi dẫn đến tình trạng bệnh tật. Thật sự rất khó để có thể thiết lập được chính xác mối quan hệ giữa các khiếm khuyết thông tin dẫn đến bệnh tật. Tuy nhiên, đã có một số ít các quá trình được hiểu tương đối có hệ thống và đã mang lại thành công trong các phương pháp điều trị tương ứng.

Ngoài ra người ta còn quan tâm đến hiện tượng điều chỉnh kiểu gene (genotypic modifications) đến từ quá trình đột biến các tế bào sinh dưỡng (somatic) và tế bào mầm (germline). Các nghiên cứu dần hé lộ triển vọng trong chẩn đoán sớm và điều trị. Tuy nhiên, rất khó có thể chữa dứt điểm các bệnh tật có sự liên hợp đột biến của nhiều gene.

Từ những điều trên, chúng ta cũng đã phần nào hiểu được sự quan trọng và cần kíp của việc phải tìm hiểu nhiều hơn những tình trạng bệnh này ở mức độ phân tử để có thể tạo ra các phương pháp chữa trị hiệu quả.

Chương này tập trung vào việc phân loại và giới thiệu một số hình ảnh minh họa điển hình.

Các vi sinh vật gây bệnh và virus

Các vi sinh vật và virus gây bệnh này sử dụng tác nhân gây độc của nó tác động vào các quá trình tín hiệu, gây ra biến đổi chức năng ở các tế bào đặc hiệu:

–          Bệnh lỵ khuẩn que (bacillary dysentery) gây ra bởi Shigella flexneri. Chất độc của vi khuẩn này ngăn cản quá trình tái cấu trúc sợi actin bởi tác động của PtdIns4,5P2 và còn có khả năng hoạt hóa lộ trình tín hiệu PtdIns 3-kinase.

Shigella flexneri gây ra sự xáo trộn các lộ trình tín hiệu của tế bào chủ để giúp nó dễ dàng xâm nhập vào tế bào và sinh độc tố. S. flexneri xâm nhập vào tế bào chủ cùng với protein tác hiệu IpgD (Có chức năng thủy phân PtdIns 4,5P2 thành PtdIns5P). Quá trình xâm nhập của vi khuẩn vào tế bào trở nên dễ dàng khi nồng độ PtdIns4,5P2 giảm xuống đến mức kiệt quệ (vì nó là chất điều hòa sự tái cấu trúc của sợi actin). Hơn nữa, PtdIns5P sau khi tạo ra sẽ hoạt hóa lộ trình PtdIns5P – có thể điều hòa một số hoạt động của tế bào chủ, cụ thể như hoạt hóa PtdIns 3-kinase lớp IA và hậu quả là tế bào không có apoptosis. (Nên nhớ rằng lộ trình PtdIns 3-kinase là một quá trình điều hòa apoptosis liên quan đến hormone rất mạnh)

–          Bệnh tả (cholera) gây ra bởi vi khuẩn Gram (-) Vibrio cholerae. Vi khuẩn này tiết độc tố tả (cholera toxin, CT), nó gây ra hiện tượng mất nước nhiều, nôn ói và chuột rút (muscle cramps) vì CT hoạt hóa lộ trình tín hiệu cAMP.

CT có một tiểu đơn vị xúc tác A và năm tiểu đơn vị B. Các tiểu đơn vị B gắn độc tố tả vào bề mặt của tế bào với gangliosode GM1 và nhờ vậy tiểu đơn vị A được đưa vào bên trong tế bào biểu mô ruột non. Tiểu đơn vị A xúc tác chuyển ADP-ribose từ NAD tới amino acid arginine ở tiểu đơn vị α của Gs. Sự ADP ribosyl hóa này làm cho Gs không thể thủy phân GTP được nữa, do vậy G protein bị khóa lại và nó luôn ở trong trạng thái hoạt hóa nên kích thích quá trình tiết của ruột non không ngừng.

–          Bệnh Chlamydia gây ra bởi Chlamydia trachomatis do nó có khả năng ức chế hiện tượng thực bào của macrophages.

–          Bệnh Listeriosis gây ra bởi Listeria monocytogenes – một vi khuẩn grame (+) có khả năng sống trong macrophages vì có khả năng “trốn” khỏi màng của lysosome của macrophages.

–          Loét dạ dày gây ra bởi Helicobacter pylori.

Loét dạ dày do acid sinh ra quá mức và hủy hoại lớp niêm mạc dạ dày. HP gắn vào bề mặt của tế bào biểu mô bởi nhiều protein kết dính. Ligand của CagA (CagL)có motif RGD giúp nó gắn được với phức hợp integrin α5β1 trên bề mặt màng tế bào, do vậy hoạt hóa được lộ trình tín hiệu của integrin tạo điều kiện cho CagA (một oncoprotein) được đưa vào tế bào và được hoạt hóa tại đây.

Khi vào được tế bào biểu mô, CagA tương tác với  các protein điều hòa tại đó, phá vỡ các liên kết vòng bịt bằng cách liên kết với ZO-1, JAM và họ enzyem serine-threonine kinase: “partitioning-defective 1 (PAR1)/microtubule affinity-regulating kinase” (MARK). Quá trình này dẫn đến mất tính phân cực của tế bào, gây loét, viêm và có thể dẫn đến ung thư dạ dày.

Cơ chế gây tăng tiết acid của HP vẫn còn chưa rõ ràng. Người ta tìm được bằng chứng về các tác động của nó đến quá trình tiết gastrin, ảnh hưởng đến quá trình điều hòa của tế bào D, tế bào G đối với sự tiết acid của tế bào thành.

–          Bệnh lao (tuberculosis) gây ra bởi Mycobacterium tuberculosis vì nó có khả năng ức chế quá trình trưởng thành của thể thực bào (phagosome maturation).

Khi một tác nhân gây bệnh bị chuyển vào túi thực bào, nó sẽ bị giết bởi các enzyme thủy phân. M. tuberculosis phá vỡ quá trình này bằng cách tắt dòng tín hiệu Ca2+. Sự ức chế này được cho là có phụ thuộc vào lipoarabinomannan (LAM, cũng thuộc PAMPs) được giải phóng từ vi khuẩn. LAM hoạt động thông qua thụ thể Toll-like 2 (TLR2), tác động trực tiếp tới hoạt động của phospholipase D trong giai đoạn sinh ra chất truyền tin huy động Ca2+ có tên là sphingosine 1-phosphate (S1P). tuy nhiên, vi khuẩn lao cũng có thể bị giết bởi đại thực bào nếu ATP hoạt hóa các hệ thống thông tin Ca2+ có nguồn gốc ngoại bào qua thụ thể P2x7.

 

Hiện tượng tái cấu trúc hệ thông tin và bệnh tật

Tất cả các tế bào đã biệt hóa đều có một hệ thông tin (signalsome) có vai trò tạo ra các tín hiệu đầu ra bình thường để duy trì chức năng của nó. Tình trạng bệnh lý có thể là hậu quả của một quá trình tái cấu trúc hệ thông tin cả về kiểu hình (phenotypic) và kiểu gene (genotypic).

Một trong những điều quan trọng khi tìm hiểu về mối quan hệ giữa hiện tượng tái cấu trúc hệ thông tin và bệnh tật là giải thích cho được câu hỏi “làm sao hệ thông tin đáp ứng với một sự thay đổi cường độ kích thích?”. Vì khi các thành phần của hệ thông tin bị tái cấu trúc, khoảng tác dụng (operational range) của nó sẽ bị tác động, gây ra hiện tượng tăng hay giảm nhạy với kích thích rồi dẫn tới tình trạng bệnh lý.

Tái cấu trúc kiểu hình hệ thông tin

Trong suốt quá trình phát triển, quá trình biểu hiện hệ thông tin (signalsome expression) sẽ tạo ra hệ thông tin đặc trưng cho từng loại tế bào, phù hợp với chức năng của nó. Những hệ thông tin đặc hiệu này được duy trì liên tục nhờ quá trình phiên mã, sự ổn định của hệ thông tin (signalsome stability),… tuy nhiên, sự tái cấu trúc có nhiều vai trò như:

–          Tăng lực co bóp cơ tim xảy ra khi gắng sức. Đáp ứng inotropic này có được nhờ vào lộ trình tín hiệu Ca2+ ở tâm thất và quá trình phosphoryl hóa thuận nghịch các phân tử tín hiệu sẽ giúp tế bào cơ tim có thể sinh ra lượng Ca2+ lớn hơn.

–          Hiện tượng synaptic plasticity xảy ra trong trí nhớ tạm thời là kết quả của quá trình phosphoryl hóa phụ thuộc Ca2+ của thụ thể AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid) trên tủy tiếp hợp (synaptic spine).

–          Trong quá trình co cơ bám xương, yếu tố nhân (nuclear factor) của tế bào T hoạt hóa (NFAT) duy trì tình trạng của nó và quá trình ức chế này có thể làm biến đổi sợi cơ. Đây là ví dụ của hiện tượng tái cấu trúc, các sợi cơ bám xương trải qua sự thay đổi kiểu hình như là một phản ứng đáp ứng với sự thay đổi các yếu tố tác động vào chức năng của nó.

–          Trong quá trình mang thai, tế bào cơ tử cung trải qua các quá trình thay đổi hệ thống lộ trình tín hiệu của nó để hoạt hóa các phân tử dao động trên màng tế bào (oscillator). Nhờ vậy, nó có thể sinh ra các tín hiệu điện để có thể co thắt mạnh trong suốt quá trình lâm bồn.

Các ví dụ trên đều có một đặc điểm chung là sự thay đổi kiểu hình tín hiệu là một phản ứng bình thường. Bằng cách đó, tế bào có thể thực hiện được chức năng của mình. Tuy nhiên, khi quá trình tái cấu trúc này trở nên bất thường, nó có thể sinh ra các hệ tín hiệu bất thường và do vậy cho ra các tín hiệu không phù hợp, gây ra nhiều tình trạng bệnh lý khác nhau.

Một trong những vấn đề chính hiện nay này là hiện tượng tái cấu trúc thuận nghịch tìm ẩn. Đây là lý do tại sao nhiều công ty Dược nỗ lực nghiên cứu các loại thuốc, nhất là loại khóa thụ thể và bất hoạt protein kinase sao cho chúng phù hợp với các quá trình biến đổi kiểu hình này.

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số rối loạn bệnh lý thường gặp có liên quan đến quá trình này. Ở đây chỉ trình bày một cách hết sức sơ khai với mục đích định hướng cho người đọc tự tìm hiểu trong các sách chuyên khảo cho từng loại bệnh một.

Bệnh hen

 

Hình 44.1: Sinh lý – bệnh của bệnh hen rất phức tạp. Nó gồm có sự tham gia của một số tế bào viêm tương tác lẫn nhau dẫn đến các đáp ứng viêm cấp tính và mãn tính của đường dẫn khí.

Đây là tình trạng bệnh gây ra do sự thay đổi đường dẫn khí bởi các phản ứng viêm, hiện tượng quá nhạy cảm của phế quản, sự tắt nghẽn đường dẫn khí do co thắt quá mức và phì đại các tế bào cơ trơn phế quản. Quá trình co thắt có thể được hoạt hóa do các tác nhân như acetylcholine (Ach), serotonin,…

Khả năng co thắt của các tế bào cơ này có thể tăng lên khi các phân tử dao động trên màng tế bào (oscillator) thay đổi chức năng kiểm soát tình trạng co của chúng. Ngoài ra, sự thay đổi hoạt động của PDE4D hay cơ chế tín hiệu Rho cũng là các nhân tố góp phần vào hiện tượng này vì nó có chức năng kiểm soát sự nhạy cảm của MLCK đối với Ca2+.

Các chất kích thích như (yếu tố tăng trưởng, agonist, cytokines và protein trong dịch ngoại bào,…) có thể kích hoạt sự tăng sinh của tế bào cơ trơn. Ngoài ra, tăng biểu hiện của kênh transient receptor potential 1 (TRPC1) cũng có thể góp phần làm hẹp phế quản và tăng sinh SMC.

Kênh Cl nhạy cảm với Ca2+ 1 (CLCA1) có mặt ở biểu mô phế quản và tế bào đài có hiện tượng quá điều hòa (up-regulated) trong các bệnh nhân bị hen. Do tế bào đài sản xuất chất nhày, nên nó có thể góp phần làm tình trạng hen nặng hơn.

Hình 44.2: Mô tả suy tim sung huyết từ quá trình tái cấu trúc hệ thông tin tế bào tim. Tình trạng phì đại (quá tải), suy giảm tế bào cơ và các yếu tố nội tiết sẽ dẫn đến hiện tượng tái cấu trúc mà đầu tiên hết là sự phì đại bù trừ (compensated hypertrophy) rồi sau đó tiến triển thành tình trạng phì đại không bù trừ trong suy tim sung huyết.

gan

Xơ gan là hậu quả của rất nhiều yếu tố gây hại ở người lạm dụng rượu, bị nhiễm virus viêm gan siêu vi và các chất độc khác. Một trong các biểu hiện ở giai đoạn sớm của xơ gan là hiện tượng sinh tế bào sợi (fibrogenesis) được hoạt hóa ở tác tế bào sao gan (hepatic stellate). Hoạt tính của các tế bào này giảm trong quá trình lão hóa (senescence), làm giảm bớt tác động của nó tới xơ gan.

Lộ trình tín hiệu của các tế bào gan trong xơ gan có liên quan đến hệ thống tín hiệu Smad, TGFβ, MAPK và PI3K/Akt.

Rối loạn hưng trầm cảm

Ở nước Anh có hơn hai người bị bệnh này mỗi năm. Họ thường mất khả năng tương tác với cuộc sống thật và rơi vào trạng thái ảo giác, lơ ngơ (euphoria).

Hiện tượng này đã được mô tả kĩ ở chương trước.

Hình 44.3: Mô tả lý thuyết kiểm soát chứng rối loạn hưng trầm cảm với tác dụng của Li+ và valproate.

Hội chứng Cushing’s

Đây là một bệnh nội tiết gây ra bởi sự tăng tiết quá mức cortisol ở lớp bó (zona fasciculata) tủy thượng thận. Béo phì là triệu chứng thường gặp nhất, bệnh nhân tăng cân nhanh, phân bố mỡ không đồng đều chủ yếu ở mặt làm cho bệnh nhân có bộ mặt “tròn như mặt trăng rằm”, sau gáy có bờm mỡ dưới da trông giống lưng lạc đà, tăng tích mỡ ở ngực, bụng. Ngược lại, chân tay nhỏ, khẳng khiu (mỡ ít tập trung ở vùng này làm cho cơ thể mất cân đối (béo từ mông lên đến mặt, chân tay khẳng khiu). Tuy nhiên có một số trường hợp tăng cân ít hoặc không tăng cân.

Ngoài ra, đái tháo đường, đái tháo nhạt (diabetes insipidus), tiêu chảy, động kinh, rối loạn cương dương, bệnh tim mạch, tăng huyết áp, rối loạn lưỡng cực, béo phì, loãng xương, viêm khớp dạng thấp, hội chứng Zollinger-Ellison’s,… cũng là các rối loạn bệnh lý có liên quan đến hiện tượng này.

Xem bài viết đầy đủ tại đây.

Nhược giáp – Hypothyroidism

GIẢI THÍCH CĂN BẢN SINH LÝ BỆNH HỌC NỘI TIẾT

Nhược giáp – Hypothyroidism

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tình trạng thiếu iodine là nguyên nhân hàng đầu gây ra tình trạng nhược giáp trên toàn thế giới. Bên cạnh đó, bệnh lý tự miễn (như viêm giáp Hashimoto’s) và nguyên nhân đến từ trị liệu (iatrogenic cause) là 2 nguyên nhân phổ biến nhất.

Bảng 1: Các nguyên nhân gây ra nhược giáp

Xét một trường hợp phụ nữ 48 tuổi. Có:

Triệu chứng cơ năng

–          Fatigue – mệt mỏi, cảm giác kiệt sức.

–          Weakness – suy nhược.

–          Weight gain – tăng cân.

–          Muscle cramping – vọt bẻ (chuột rút).

–          Always feel cold – luôn cảm thấy lạnh, nhạy cảm với môi trường lạnh.

–          Constipation and headache during the past 2 months – Táo bón và đau đầu tiếp diễn suốt 2 tháng nay.

Triệu chứng thực thể

–          T = 36oC, P = 50, R = 16, BMI = 32.

–          Overweight postmenopausal female – Phụ nữ mãn kinh béo phì.

–          Skin is pale, dry and thin – Da tái nhợt, khô và mỏng.

–          Hair is brittle – Tóc dễ gãy.

Cận lâm sàng

–          RBC = 3.9 Mcell/µL (normal: 4.2 – 5.4)

–          Serum TSH 6.4 mIU/mL (normal: 0.4 – 6.0)

–          Thyroxine (T43.9 µg/dL (normal 4.5 – 11.2)

–          Triiodothydronine (T380 ng/dL (normal 95 – 190)

–          TSH receptor antibody: Negative.

–          Thyroid antibodies: Positive.

Chẩn đoán xác định

Hypothyroidism caused by Hashimoto’s thyroiditis

(Nhược giáp do viêm giáp Hashimoto’s)

Bảng 2: Triệu chứng cơ năng và triệu chứng thực thể của nhược giáp theo thứ tự giảm dần sự phổ biến.

Sinh lý bệnh các triệu chứng chính

Sinh lý tuyến giáp

Hormone tuyến giáp có bản chất là amino acid nhưng thụ thể của nó nằm bên trong nhân tế bào. Sinh lý quá trình sản xuất hormone tuyến giáp được mô tả qua hình sau:

Hình 1: Tuyến giáp có rất nhiều nang chứa chất keo bao xung quanh các tế bào nang tuyến. Các tế bào nang tuyến hấp thu iodide thông qua NIS (sodium-iodide co-transporter) và sau đó dự trữ nó ở chất keo (qua pendrin, tên đầy đủ là sodium-independent chloride/iodide transporter). Tế bào nang tuyến còn tổng hợp thyroglobulin và các enzyme khác cần thiết cho quá trình gắn iodide vào tyrosine. Cần nhớ rằng tyrosine gắn kết với thyroglobulin và sau đó iodinate hóa ở trong chất keo chứ không phải trong tế bào. Mỗi tyrosine sẽ gắn 1 hoặc 2 iodide rồi dimer hóa để tạo thành T3 hay T4 một cách ngẫu nhiên rồi được ẩm bảo trở lại vào trong tế bào, sau đó được tiết vào máu.

Các chức năng của hormone tuyến giáp, cần lưu ý dạng hoạt động của hormone tuyến giáp là T(xúc tác với 5’-deiodinase type 2):

–          Cần thiết cho sự trưởng thành của tế bào não trong giai đoạn bào thai.

–          Cần thiết cho sự biệt hóa – phát triển của tế bào cũng như sự tăng trưởng của cơ thể.

–          Cần thiết cho sự tăng trưởng mô (cơ vân, tim, gan,…) và xương. Quá trình này bao gồm khả năng khởi động các quá trình tổng hợp nhiều protein cấu trúc và enzyme của tế bào. Lưu ý là vai trò của hormone tuyến giáp đối với sự tăng trưởng của xương được thực hiện trung gian qua việc tổng hợp GH/IGF-1.

–          Là thành phần quyết định mức chuyển hóa cơ bản của cơ thể. Thực hiện quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, tiêu thụ oxygen,… để cân bằng tỉ lệ ATP/ADP cần thiết cho các hoạt động bình thường của cơ thể. Do vậy tình trạng nhược giáp gây nên một sự thiếu năng lượng toàn thể, khiến người bệnh rơi vào trạng thái mệt mỏi, suy nhược, không muốn vận động.

–          Sinh nhiệt. Trong tế bào mỡ, T3 hoạt hóa phiên mã tạo UCP1 (uncoupling protein 1). Protein này làm thất thoát H+ trong màng trong ti thể, khiến năng lượng phần lớn chuyển thành nhiệt năng thay vì đưa về dạng sử dụng chủ động ATP.

–          Điều hòa sự chuyển hóa carbohydrate, mỡ và protein.

–          Thực hiện vai trò tác hồi âm đến sự sản xuất TRH và TSH.

–    Da khô, tái nhợt, mỏng. Thiếu hormone tuyến giáp làm giảm tổng hợp protein và lipid, do vậy các thành phần của da bị giảm sút, gây ra biểu hiện trên. Xem thêm tại đây.

Hình 2: Sự chế tiết TSH bởi TRH phụ thuộc vào sự hoạt hóa PLC để tạo InsP3. Sau đó, InsP3 sẽ hoạt hóa phóng thích Ca2+ ở ER nhằm kích hoạt quá trình xuất bào của các túi tiết có chứa TSH. Ngoài ra, Ca2+ còn có thể bật đèn xanh cho sự biểu hiện của β-TSH gene. Cuối cùng, TSH chịu sự ức chế của T3 (khi phân tử này gắn vào thụ thể của nó ở nhân tế bào, nó sẽ ức chế quá trình phiên mã của gene mã hóa TSH).

 

Chức năng cụ thể được tóm lại trong bảng sau đây, cần đọc thêm các tài liệu về sinh học phân tử tế bào để nắm rõ cơ chế:

Bảng 3: Chức năng hormone tuyến giáp

Sinh lý bệnh

–          Chẩn đoán nguyên nhân nhược giáp là do viêm giáp Hashimoto’s dựa trên cơ sở là sự hiện diện của kháng thể kháng tuyến giáp.

Viêm giáp hay bệnh Hashimoto’s là một đáp ứng tự miễn trực tiếp chống lại mô tuyến giáp. Sự phá hủy cấu trúc nang làm giải phóng T3 và T4 từ chất keo có thể gây ra tình trạng cường giáp thoáng qua (hashitoxicosis). Tuy nhiên, sự phá hủy này sẽ khiến các vùng đó không còn khả năng tổng hợp hormone tuyến giáp nữa. Do vậy, nồng độ hormone tuyến giáp giảm xuống gây ra các biểu hiện nhược giáp như ta đã thấy.

–          Cần biết rằng tình trạng nhược giáp này sẽ làm tăng sản xuất TRH và TSH (do không còn đủ thành phần ức chế là T3 và T4 nữa). Nồng độ TSH tăng chính là nguyên nhân gây phì đại tuyến giáp trong trường hợp bướu cổ ở giai đoạn trễ.

–          Tăng cân trong nhược giáp là do giảm các quá trình chuyển hóa của cơ thể.

–          Như đã trình bày, T3 tạo UCP1 làm giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt, khi không còn đủ T3 nữa, quá trình sinh nhiệt của cơ thể bị gián đoạn và làm hạ thân nhiệt.

–          Nhịp tim chậm. Sự điều hòa nhịp tim của hormone tuyến giáp không phải là một vấn đề đơn giản, ở đây ta đề cập đến khía cạnh bản thân tế bào cơ tim, ngoài ra các bạn cần tìm hiểu thêm ảnh hưởng của hormone tuyến giáp đối với sự kiểm soát của hệ thần kinh nữa (sẽ được nói đến ở một phần khác). Hormone tuyến giáp, với khả năng kiểm soát sự tổng hợp protein, nó đóng vai trò duy trì trạng thái năng lượng cho các tế bào cơ nói chung và cơ tim nói riêng. Hormone này điều hòa biểu hiện của myosin, Ca-ATPase, kênh Na-K và hoạt động của một số enzyme khác trong sự phân giải đường cũng như chuyển hóa của ti thể để đảm bảo cả về mặt năng lượng lẫn điện thế và cơ chế gây co cơ. Khi tình trạng nhược giáp diễn ra, nó khiến cho chuyển hóa của cơ tim bị đình trệ, thiếu hụt các thành phần cần thiết cho quá trình co cơ, dẫn đến giảm hoạt động của cơ tim, biểu hiện trên lâm sàng là nhịp tim chậm. Tham khảo thêm  tại đây

Hình 3: Quan hệ giữa hệ thần kinh và các cơ quan tác động của hệ tiêu hóa.

–          Tình trạng táo bón xảy ra do rối loạn nhu động ruột. Nhu động ruột giảm vừa do giảm hoạt chức năng của cơ trơn ruột và không kém phần quan trọng là sự chi phối của hệ thống thần kinh.

Để tóm lại, chúng ta cùng xem hình ảnh minh họa sự khác nhau giữa nhược giáp và cường giáp:

Hội chứng Cushing’s

GIẢI THÍCH CĂN BẢN SINH LÝ BỆNH HỌC NỘI TIẾT

Hội chứng Cushing’s

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Hội chứng Cushing’s xuất hiện ở nhiều bệnh lý khác nhau của hệ thống nội tiết, ở đây chỉ giới hạn giải thích các triệu chứng, không đào sâu nguyên nhân. Hội chứng này thường gặp ở nữ nhiều hơn nam từ khoảng 5 – 10 lần.

Xét trường hợp một phụ nữ 35 tuổi. Có:

Triệu chứng cơ năng

–          Rapid weight gain – tăng cân nhanh.

–          Excessive sweating – ra mồ hôi nhiều quá mức.

–          Recent panic attack – san chấn tâm lý gần đây.

–          The face looks swollen – plethoric moon face – Mặt “sưng” hay khuôn mặt hình mặt trăng.

–          Weakness, backaches, headaches – suy nhược, đau lưng, đau đầu.

–          Irregular periods – chukinh nguyệt không đều.

–          Frequent bruising – thường xuất hiện vết bầm/thâm tím.

Hình 1: a) Béo phì và gù lưng. b) Khuôn mặt hình mặt trăng. c) Lông nhiều hơn bình thường ở mặt và nách. Xem thêm vết rạn da ở hình g) và vết bầm tím ở hình h).

Triệu chứng thực thể

–          BP 130/86 mmHg.

–          BMI = 33.

–          The face and trunk is swollen but the arms and legs are thin – kích thước tay và chân không cân xứng với kích thước cơ thể và bị teo.

–          Depression – trầm cảm.

–          Supraclavicular fat pads – mảng mỡ thượng đòn.

Cận lâm sàng

–          Glucose tolerance: Abnormal, consistent with insulin resistance.

–          Plasma cortisol levels – 4 PM: 25 µg/dL (normal: 3-15 µg/dL).

–          24-hour urine collection for free cortisol: Abnormally high.

–          Plasma ACTH: 7 pg/mL (normal: > 20 pg/mL).

–          MRI of the pituitary: Normal.

–          CT of abdomen and chest: Adrenal tumor.

Chẩn đoán xác định

Cường cortisol nguyên phát do khối u thượng thận.

Sinh lý bệnh các triệu chứng chính

Cortisol còn được gọi là hormone đáp ứng với stress chủ đạo của cơ thể. Bình thường nó ức chế hoạt động của hệ thống miễn dịch; tăng đường huyết nhưng không thủy phân glycogen ở gan, tăng tân tạo đường ở gan và chuyển hóa amino acid; thoái giáng protein; tái phân bố mỡ vào thân và cổ.

CRH ở vùng hạ đồi hoạt hóa ACTH và sau đó ACTH sẽ hoạt hóa chế tiết cortisol. Khi nồng độ cortisol tăng lên, nó tạo thành vòng tác hồi âm ức chế cả sự tạo thành của CRH và ACTH.

Hình 2: Minh họa bệnh nhân bị Cushing’s được xác định đầu tiên ở tuổi 23 tại bệnh viện Hopkins năm 1932.

Từ các dữ kiện trên ta có thể giải thích triệu chứng chính như sau:

–          Cortisol thoái giáng protein, do vậy gây giảm khối lượng cơ và thành phần cấu trúc của da. Điều này giải thích triệu chứng teo cơ ở chi (chủ yếu ở đầu gần) và dễ bị bầm tím bởi lực cơ học ở da.

–          Cortisol tăng hấp thụ amino acid ở gan và tăng quá trình tân tạo đường. Quá trình này làm tăng nồng độ glucose, do vậy hoạt hóa sự tổng hợp glycogen ở gan. Đây là nguyên nhân gây nên béo phì, “thể” mập thânvà mập bụng.

–          Các glucocorticoids nói chung ức chế sử dụng glucose và giữ đường huyết ở mức cao, giảm đáp ứng của insulin. Các điều kiện này làm mức glucose trong máu tăng đạt ngưỡng như trong trường hợp của bệnh đái tháo đường type 2.

–          Cortisol giảm dự trữ mỡ ở chi nhưng tăng tổng hợp và dự trữ mở ở thân, cổ, mặt và vai, giải thích triệu chứng “khuôn mặt hình mặt trăng” và/hoặc các bướu mỡ ở vùng này.

Ta cần biết rằng, test ức chế dùng dexamethasone được sử dụng để đánh giá chức năng tuyến yên và vỏ thượng thận. Bình thường thì khi tăng steroid ngoại sinh (dexamethasone) thì sẽ làm giảm lượng ACTH được phóng thích.

Bảng 1: Liệt kê một số triệu chứng có mặt trong hội chứng Cushing (mọi lứa tuổi).

Ngoài ra, các androgen vỏ thượng thận và các mirenalocorticoids có chung một vài bước tổng hợp với cortisol. Do vậy ở trường hợp cụ thể này, khối u thượng thận có thể làm tăng quá mức lượng androgen và mirenalocorticoid, điều này giải thích cho các triệu chứng liên quan khác đã đề cập ở trên.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.