Luận văn Nghiên cứu tình trạng stress oxi hóa ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng

cáo điều tra mối liên hệ giữa ROS và ung thư đã được công bố [26,76]. 1.3.1. ROS làm tổn thƣơng các đại phân tử sinh học trong tế bào Các dạng oxi hoạt động ROS có thể tham gia vào ung thư thông qua các cơ chế: cảm ứng đột biến gen, đây là kết quả của tổn thương tế bào và tác động đến con đường truyền tín hiệu và các yếu tố phiên mã [54, 33]. Sự hiện diện của ROS ở trạng thái stress oxi hóa trong hệ thống sinh học có thể dẫn đến biến đổi vật chất di truyền, đột biến và cuối cùng là ung thư [47]. ROS cảm ứng đột biến gen thông qua làm hư hại các đại phân tử trong tế bào như acid nucleic, phospholipid, protein và carbohydrate trên màng tế bào. Các telomere cũng rất dễ bị biến đổi trong sự hiện diện của ROS ở điều kiện stress oxi hóa. Các gen ức chế khối u như p53 và các gen liên quan đến chu kỳ tế bào cũng có thể bị tổn thương dưới tác động của ROS [54]. 11 ROS có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến DNA. Tác động trực tiếp của ROS có thể dẫn đến sự thay đổi DNA trong nhiều cách, trong đó bao gồm phá vỡ DNA đơn hoặc kép, oxi hóa và làm hư hại vòng purine, pyrimidine hoặc sửa đổi gốc đường [21]. Điều này có thể dẫn đến các đột biến làm thay đổi trình tự DNA từ đó dẫn đến các sai lệch trong quá trình phiên mã, dịch mã. ROS có thể tác động gián tiếp đến DNA thông qua các yếu tố phiên mã hay các enzyme tham gia vào quy định biểu hiện gen hoặc tham gia sửa chữa gen. Kết quả làm tăng nguy cơ đột biến gen, có thể dẫn đến gây chết tế bào, tổn thương mô và gây ung thư [77]. Sự hình thành của 8-OH-G là sản phẩm tổn thương DNA do stress oxi hóa được nhiều nghiên cứu quan tâm nhất và là một dấu ấn sinh học tiềm năng trong nghiên cứu ung thư [21]. Với phân tử ARN, oxi hóa ARN có thế làm ảnh hưởng đến điều hòa biểu hiện gen hoặc tạo ra các protein sai hỏng, không giữ đúng chức năng (nếu tác động đến mARN). Đã có các nghiên cứu cho thấy các ARN bị oxi hóa có liên quan đến một số bệnh như tim mạch, tiểu đường hay Alzheimer. Đối với protein, tác động của ROS có thể xảy ra ở nhiều cấp độ cấu trúc: từ acid amin đến cả thay đổi cấu trúc bậc 3 hoặc bậc 4, có thể tạo các liên kết chéo, làm sai lệch các cầu disulfides, làm mất các nhóm sulfhydryl quan trọngNgoài ra, tác động đến các acid amin có thể dẫn đến hình thành các gốc andehide hoặc xeton, phân cắt các vòng trong histidine, tryptophan ... ROS có thể gây ra sự phân mảnh của chuỗi peptide, thay đổi điện tích của các protein, tăng tính nhạy cảm với sự phân giải protein do sự thoái hóa của các protease. Cysteine và methionine trong các protein đặc biệt dễ bị oxi hóa [21]. Quá trình oxi hóa protein ảnh hưởng đến chức năng của phân tử protein, làm thay đổi cơ chế truyền tín hiệu, thay đổi hoạt động của enzyme, và có thể phân giải protein nhạy cảm, dẫn đến lão hóa [58]. Các dạng oxi hoạt động tác động đến lipid cuả màng tế bào gây ra quá trình peroxi hóa lipid. Chúng làm thay đổi cấu trúc màng tế bào, phá vỡ sự sắp xếp màng kép photpho lipid, có thể làm bất hoạt các thụ thể màng và các enzym, thay đổi tính lưu động của màng tế bào, làm giảm khả năng duy trì cân bằng gradient nồng độ, và 12 làm tăng tính thấm của màng và gây viêm [52]. Sản phẩm của peroxi hóa lipid như malondialdehyde (MDA), 4-hydroxy-2-nonenal (4 - HNE) còn có khả năng gây ảnh hưởng đến biểu hiện gen và phát triển bình thường của tế bào [21, 52, 54]. Quá trình peroxi hóa lipid xảy ra còn tạo ra nhiều sản phẩm oxi hóa, thậm chí có thể là các chất gây độc cho tế bào, chất gây đột biến gene [54]. MDA là một sản phẩm thứ sinh như vậy và là chỉ số sinh học dùng để đánh giá tình trạng peroxi hóa lipid cũng như stress oxi hóa ở nhóm đối tượng bệnh nhân nghiên cứu. MDA đóng vai trò như một promoter khối u và tác nhân gây ung thư vì gây độc cao và có tác động ức chế các enzym bảo vệ cơ thể [32, 54, 65]. 1.3.2. ROS ảnh hƣởng đến một số con đƣờng tín hiệu trong ung thƣ Stress oxi hóa đã được chứng minh là có liên quan đến đến ung thư thông qua tác động của ROS lên các protein có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và dẫn truyền tín hiệu tế bào - tế bào hay khoảng gian bào - tế bào trong các con đường tín hiệu trong ung thư như: tác động lên các tín hiệu sinh trưởng, tín hiệu phân chia tế bào, tín hiệu tự chết theo chương trình Cụ thể ROS tác động lên yếu tố NIK trong con đường NF-KB (nuclear factor κB) [24]; tác động lên ASK1 (Apoptosis Signalregulated Kinase 1), ASK2 (Apoptosis Signalregulated Kinase 2) trong con đường tín hiệu protein kinase hoạt hóa phân bào MAPK (mitogen activated protein kinase) [62,68]; a) ROS tham gia điều hòa con đường MAPK bằng cách hoạt hóa ASK1, ASK2 Trong chu trình MAPK, các tín hiệu được chuyển đến nhân tế bào và qua một loạt các phản ứng dây chuyền để tác động lên quá trình sao chép DNA, qua đó tham gia điều hoà sự tăng sinh và biệt hóa tế bào. Một thành viên trong họ protein MAPK là tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1, được kích hoạt trong điều kiện stress oxi hóa [35]. Sự hoạt hóa MAPK dẫn đến phosphoril hóa nhiều protein khác nhau, bao gồm cả các yếu tố phiên mã tham gia điều hòa sự biểu hiện gen. 13 Bình thường ASK1 bị bất hoạt nhờ gắn với Thioreducxin (TRX), nhưng khi có mặt của ROS với nồng độ cao, chúng sẽ oxi hóa TRX và điều này tạo ra cầu liên kết giữa Cys-32 và Cys-35, khiến cho TRX không còn khả năng liên kết với ASK1. Lúc này, 2 phân tử ASK1 liên kết với nhau sau đó được phosphoryl hóa threonine thứ 838 nhờ protein phosphatase 5 (PP5) [81]. Quá trình này giúp phân tử ASK1 được hoạt hóa (hình 1.4A). Hình 1.4. Cơ chế kích hoạt của ROS trong con đƣờng MAPK [73] A. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1 B. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK2 Ngoài ra ASK1 còn có thể bắt cặp với ASK2. Hai phân tử kép này sau khi được hoạt hóa sẽ liên kết với thụ thể hoại tử khối u TRAF (tumor receptor associated factors). Cùng với các protein khác trong các con đường tín hiệu, chúng sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình apoptosis của tế bào (hình 1.4B) [73] b) ROS tham gia vào chu trình phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) Con đường PI3K/AKT thường được kích hoạt trong các bệnh ung thư của con người và được công nhận như là một đích tiềm năng cho liệu pháp chống ung thư [15]. PI3K xúc tác cho quá trình tổng hợp phosphatidylinositol 3,4,5 triphosphate (PIP3) từ phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2). PIP3 được xem như một phân tử tín hiệu kích hoạt con đường tổng hợp các protein như: Phosphoinositide-dependent protein kinase (PDK), AKT (protein kinase B), serine/threonine kinases,... chúng là các chất trung gian của các con đường truyền tín hiệu khác nhau trong cơ thể [25]. Ngoài ra PIP2 còn được chuyển hóa ngược lại 14 thành PIP3 nhờ vào phân tử PTEN (phosphatase tensin). PTEN bình thường bị bất hoạt bởi peroxiredoxin. Khi có tín hiệu bởi ROS (nhiều chứng minh cho thấy là H2O2), peroxiredoxin bị oxy hóa tạo ra liên kết giữa Cys 124 – Cys 71 làm kích hoạt con đường PI3K [46]. Nói cách khác con đường PI3K chịu sự tác động của ROS giống như con đường ASK1. c) ROS điều hòa con đường NF-κB (nuclear factor κB) Ở nhiều loại ung thư, việc biến đổi yếu tố phiên mã NF-κB từ dạng bình thường có thể làm tăng hoạt độ của nó. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh chức năng quan trọng của NF-κB đối với khả năng sống của tế bào, điều hòa chu trình tế bào và phân bào [36]. Con đường NF-κB được điều hòa bằng phản ứng oxi hóa khử và hoạt hóa bằng một lượng nhỏ hydrogen peroxide. Ở trạng thái bất hoạt, NF-κB liên kết rất chặt với chất bất hoạt của nó là IκB. Theo đúng trình tự, để hoạt hóa được NF-κB cần thông qua sự có mặt của phức hợp NF-κB- inducing kinase (NIK) và IκB kinase (IKK), bao gồm IKKα, IKKβ. Sự hoạt hóa này thông qua các cytokine như TNFα hay IL-1, NIK-phosphoryl hóa và tác động đến các phân tử đích, các kinase IKKα và IKKβ. Phân tử IKK sau khi được hoạt hóa sẽ phosphoryl hóa IκB và thường kéo theo phản ứng ubuquitin hóa và phân hủy proteosome. Sự phân hủy IκB cũng làm chuyển NF-κB vào nhân, nơi mà phân tử này sẽ hoạt động như một yếu tố phiên mã, kích thích sự biểu hiện của các gen kháng apoptosis và kháng viêm (hình 1.5) [36]. Hình 1. 5. ROS kích hoạt các con đƣờng truyền tín hiệu của tế bào qua các chất trung gian [10]. 15 d) Ảnh hưởng của ROS trong quá trình apoptosis Mối tương quan giữa lượng cao ROS và apoptosis đã được các nghiên cứu khẳng định. Sự gia tăng lượng ROS ty thể đã giúp hoạt hóa NF-κB, dẫn đến sự điều hòa dương của các protein chống oxi hóa như MnSOD và các protein kháng apoptosis như A20. Một protein kháng apoptosis khác được hoạt hóa bằng ROS là protein kinaza B (PKB), còn được gọi là Akt - một serine/threonine kinase có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình tế bào như apoptosis, tăng sinh và phân chia tế bào [36]. Sự sản sinh H2O2 và NO của ty thế dẫn đến sự hoạt hóa c- Jun N-terminal kinase (JNK). Như một đáp ứng với ROS, JNK xúc tác phản ứng phosphoryl hóa và điều hòa các protein kháng apoptosis như Bcl-2 và Bcl-XL. Cả hai protein này đều có thể trung hòa sự hình thành ROS và bảo vệ tế bào khỏi quá trình apoptosis do ROS. JNK còn làm thay đổi cấu hình của phức hệ Bax/Bcl-2. P38, một thành viên khác của họ MAPK được xem là một tín hiệu apoptosis của tế bào khi lượng ROS tăng lên khác thường. Cả p38 và JNK đều được hoạt hóa thông qua ASK-1, hoạt động của phân tử này được điều hòa bằng các tương tác của nó với thioredoxin. Khi bị khử, nó liên kết và ức chế ASK-1 (hình 1.5). Hơn nữa, các protein tín hiệu khác như p53 cũng được chứng minh là kích thích apoptosis đáp ứng với ROS [36]. 1.3.3. ROS tác động vào quá trình viêm tiến triển thành ung thƣ ROS có vai trò rất quan trọng trong việc tiêu diệt các mầm bệnh trong quá trình viêm. Tuy nhiên nếu ROS không được kiểm soát bởi các cơ chế chống oxi hóa của cơ thể sẽ dẫn đến tổn thương mô viêm, thậm chí ROS kích hoạt các thụ thể gây chết tế bào, mà đỉnh cao là kích hoạt các caspases [49]. Thông qua tác động của ROS lên đại thực bào đã làm tiến tiển quá trình tổn thương mô viêm. Theo phân loại hiện hành, đại thực bào có hai nhóm riêng biệt là M1 và M2. Trong đó M1 đóng góp vào tổn thương mô bằng cách giải phóng một lượng lớn ROS gây độc tế bào. Đại thực bào M1 sản xuất ROS quá mức, tiết ra 16 cytokine gây viêm TNFα, IL-1, IL-6. Trong khi đó, đại thực bào M2 ngăn chặn tình trạng viêm và tổng hợp các phân tử chịu trách nhiệm sửa chữa mô như TGFβ, VEGF, và EGF và tiết ra các cytokine chống viêm IL-4, IL-10, và IL-13 [49]. Thực tế lâm sàng cho thấy ung thư liên quan đến các bệnh nhiễm trùng từ vi sinh vật (vi khuẩn và virus) hoặc các bệnh viêm không đặc hiệu, ROS làm cho tế bào mô viêm bị tổn thương. Đây là một minh chứng về sự tham gia mạnh mẽ của ROS hoạt động trong vai trò là chất sinh ung thư. Các nghiên cứu về các mối quan hệ giữa viêm gan B, C và ung thư gan; giữa H. pylori trong viêm dạ dày và ung thư dạ dày; giữa viêm loét đại tràng và ung thư đại trực tràng. Trong viêm dạ dày do H. pylori, H. pylori tự sản xuất ra super oxit (O2 . ) vì nó tham gia vào việc sản xuất hợp chất gây đột biến như peroxynitrite thông qua phản ứng với monoxide nitric trong dịch dạ dày. Hơn nữa, nó kích thích sản xuất nitric monoxide từ đại thực bào và sản xuất gốc tự do và bài tiết của cytokinesis từ dạ dày biểu mô niêm mạc. Đây là minh chứng cho mối quan hệ giữa bệnh viêm nhiễm do vi sinh vật và ung thư dạ dày. Rõ ràng là trong hình thành ung thư, có nhiều sự kiện khác nhau diễn ra và ROS có vai trò quan trọng trong quá trình này [54]. 1.3.4. ROS ảnh hƣởng đến một số oncogen ROS được chứng minh là có liên quan với một số oncogen (gen sinh ung thư) như RAS, c- My, catenin. a) ROS với oncogene Ras Protein Ras là một GTPase tham gia vào quá trình truyền tín hiệu tế bào. Gene Ras là họ đầu tiên được phát hiện của G-protein. Có 3 họ gene Ras phổ biến ở người là H, K, N – Ras. ROS điều khiển sự biến đổi tế bào thông qua RAS. Các nghiên cứu đã cho thấy sự gia tăng lượng ROS ty thể đã giúp hoạt hoác các oncogen như RAS, từ đó làm thay đổi quá trình sinh trưởng của tế bào ung thư. RAS đã kích thích các yếu tố phiên mã NRF-2, PGC-1α, TFAM biểu hiện mạnh mẽ, cùng với đó là sự gia tăng kích thước ty thể, thúc đẩy sản sản O2 -• ở ty thể. Từ 17 đó, các bất thường về chức năng của ty thể theo thời gian đã khởi động các quá trình biến đổi oncogen [70]. Rất nhiều nghiên cứu khác cũng ủng hộ quan điểm cho rằng sự thiếu oxi đã ức chế các hoạt động sửa chữa DNA, khiến cho chúng mất ổn định và dễ dàng hình thành khối u. Một trong những protein có liên quan đến sự hoạt hóa RAS là p66SHC. Tuy nhiên, p66SHC không ảnh hưởng trực tiếp đến RAS. Nhưng nó hoạt động như một phân tử cảm biến và giúp điều hòa hoạt động tế bào khi có ROS. Sự biểu hiện của protein p66SHC tăng lên và được hoạt hóa trong điều kiện stress oxi hóa [70]. b) ROS và oncogen MYC Họ gen MYC oncogene có vai trò quan trọng trong nhiều bệnh ung thư ở người. Rất nhiều nghiên cứu đã ghi nhận protein MYC xác định điều hòa các gen liên quan đến chuyển hóa, trong đó có cả những ảnh kích thích tế bào tăng sinh. Yếu tố chính kích thích hoạt động của MYC là TFAM, mã hóa cho các yếu tố điều hòa sinh tổng hợp ty thể. Hơn nữa, MYC cũng làm tăng biểu hiện của các gen điều khiển quá trình hấp thụ và chuyển hóa glutamine, kéo theo sự tăng cường tiêu thụ oxi và ATP. MYC còn hoạt hóa các gen có chức năng chống oxi hóa như SOD2 (mã hóa cho MnSOD) và các gen mã hóa cho peroxiredoxin, PRX6 và PRXIII. Sự hoạt hóa của các chu trình apoptosis ty thể có liên quan đến sự kích thích các gen sinh tổng hợp ty thể của c-My [70]. Ngoài ra, ROS còn kích hoạt các oncogene khác như các gen gây ung thư Fos và Jun [54]. 1.3.5. ROS kích thích sự phân bào ung thƣ Một số ROS có tác động tới sự phân bào ở tế bào ung thư. Ở liều lượng thấp, hydrogen peroxide và superoxide kích thích quá trình phân bào ở nhiều loại tế bào ung thư khác nhau. ROS nội bào ở tế bào ung thư vú tăng làm kích thích quá trình phân bào. ROS ty thể cũng tham gia điều hóa quá trình phân bào và có thể làm bất hoạt phân bào. Hiện tượng này xảy ra một phần do các hoạt động của MnSOD. Phân tử này vốn được xem là công tắc ROS ty thể. Sự suy giảm hoạt độ MnSOD sẽ kích thích quá trình phân bào do nó làm tăng lượng superoxide và giảm lượng 18 hydrogen peroxide. Trong khi đó, nếu hoạt độ của MnSOD tăng lên, nó sẽ khiến tế bào dừng phân bào và chuyển về trạng thái im lặng, do nó làm tăng hoạt động sản sinh hydrogen peroxide [70]. ROS có thể điều hòa dương hoạt động của cyclin, làm kích thích quá trình phân bào [70]. Kích thích hình thành ROS ở tế bào ung thư vú làm thúc đẩy pha S trong phân bào, từ đó dẫn đến quá trình phân bào. ATM (ataxia telangiectasia mutated kinase) là một trong các protein tham gia vào điều hòa chu trình tế bào và được hoạt hóa bởi ROS. Các bệnh nhân thiếu ATM có lượng thương tổn do ROS ở mức độ cao. Mặt khác, hiện tượng này cũng cho biết ROS có thể được xem là một chất điều hòa dương phân bào của tế bào ung thư thông qua việc điều chỉnh các protein quan trọng khác trong chu trình tế bào [70]. 1.3.6. ROS điều hòa quá trình di căn trong ung thƣ Các dạng oxi hoạt động ROS có thể làm tăng sự bài tiết metalloproteinase và collagenase cũng như sản xuất các yếu tố tạo mạch (ví dụ, VEGF và IL-8). Những yếu tố này có thể thúc đẩy không chỉ sự phát triển tại chỗ của khối u mà còn trong quá trình di căn [33]. Để làm tăng khả năng di động của tế bào ung thư, một nhóm các tế bào ung thư không có hoặc ít có khả năng di động có lượng ROS nội bào cao hơn các tế bào thông thường. Nhờ đó, các dòng tế bào này di căn đến các cơ quan khác: phổi, gan và lá lách [70]. Sự tăng lượng ROS ty thể có liên quan đến sự tương tác của tế bào với chất nền ngoại bào, và sự tăng lên này cũng một phần do sự tái cấu trúc của hệ thống khung xương tế bào. Quá trình sản xuất ROS tăng cường làm ảnh hưởng đến khả năng liên kết tế bào qua chất nền ngoại bào, khả năng lan rộng của tế bào cũng như phân bào. Khi mất đi sự liên kết qua hệ thống chất nền ngoại bào, các tế bào thường chuyển sang một dạng đặc biệt của apoptosis là anoikis. Các tế bào u thì ngược lại, chúng được bảo vệ khỏi quá trình anoikis và còn cho thấy sự gia tăng tốc độ phân 19 bào. Sự phản kháng lại anoikis cho phép tế bào u sống sót để đi ra ngoài phạm vi vi môi trường u, kéo theo đó là di căn và hình thành khối u mới ở vị trí xa hơn [70]. Ngoài ra, sự thay đổi lượng ROS nội bào còn làm tăng khả năng di động của các tế bào ung thư vú thông qua NF-κB. Sản xuất ROS do NOX-1 (NADPH oxidase) đươc chứng minh là cần thiết cho quá tình hình thành dạng actin cấu trúc mà tế bào u sử dụng để di căn. Việc làm tăng hoạt độ ROS ở các tế bào biểu mô cũng đồng thời làm mất đi liên kết liên bào, ảnh hưởng đến hoạt động của integron, phân tử điều khiển việc đi vào mạch của tế bào u trong quá trình di căn [70]. 1.4. Liên quan giữa stress oxi hóa và bệnh ung thƣ đại trực tràng Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là một trong những bệnh ung thư phổ biến nhất trên toàn thế giới, với tỷ lệ mắc cao nhất ở các nước phương Tây. Hầu hết các trường hợp xảy ra tự phát trong đời sống cá thể (70-80%), còn lại là các trường hợp UTĐTT phát triển như là kết quả của yếu tố di truyền [52]. Theo Tổ chức Y tế thế giới (2013), UTĐTT là loại ung thư hay gặp đứng hàng thứ 2 ở nữ (sau ung thư vú) và hàng thứ 3 ở nam giới (sau ung tuyến tiền liệt và phổi) trên thế giới. Tính riêng năm 2012, trên thế giới có đến 1,4 triệu ca chẩn đoán mắc mới (chiếm 9,7% tổng số các loại ung thư) và 693900 ca tử vong do UTĐTT [71]. Tế bào ung thư đại tràng có chứa hàm lượng cao ROS, có thể đóng một vai trò quan trọng trong cơ chế phân tử của UTĐTT [29]. Lượng ROS cao góp phần làm mất tính ổn định của bộ gene, gây bất hoạt các gene ức chế khối u, hoạt hóa một số oncogen như Ras, catenin dẫn đến sự phát triển của các khối u [51]. Tăng quá trình oxi hóa DNA là một yếu tố tiềm năng trong quá trình này. Sản phẩm stress oxi hóa trên phân tử DNA như 8–OHdG cũng đã được tìm thấy và kết luận là có liên quan trong ung thư đại trực tràng [52, 76]. Các nghiên cứu cho thấy: cùng với sự tăng dần mức độ rối loạn oxi hóa - chống oxi hóa là sự tiến triển của ung thư đại trực tràng [33, 55]. ROS tác động đến quá trình tiến triển thành UTĐTT từ viêm mạn tính đại tràng [54]. ROS được hình thành quá mức trong các bệnh viêm mạn tính và ung thư đường tiêu hóa. Sự mất cân bằng về ROS và chất chống oxi hóa được thể hiện rõ 20 theo tiến triển của bệnh [50]. Đây là kết quả của sản xuất quá mức và không kiểm soát được của ROS trong một thời gian dài trong chấn thương dai dẳng của các tế bào các mô viêm [52]. Bên cạnh đó, yếu tố nguy cơ của UTĐTT bao gồm cả môi trường và lối sống cũng như thói quen ăn uống (uống rượu, hút thuốc lá, tăng tiêu thụ thịt đỏ, các loại ngũ cốc tinh chế, tinh bột), béo phì và ít vận động [52, 24]. Chế độ ăn của phương Tây thường với phần lớn thịt đỏ được cho là một yếu tố nguy cơ ung thư. Sự hiện diện của nhân heme chứa sắt với số lượng đáng kể trong thịt đỏ đã thúc đẩy sự gia tăng các biến đổi tế bào và làm tăng thiệt hại DNA do tăng tạo ROS và stress oxi hóa trong tế bào [24]. 1.5. Chỉ thị sinh học (biomarker) để đánh giá tình trạng stress oxi hóa 1.5.1. Các chỉ thị sinh học phổ biến để đánh giá tình trạng stress oxi hóa Chỉ thị sinh học để đánh giá tình trạng stress oxi hóa trong cơ hể là cần thiết để chẩn đoán bệnh, kiểm tra sức khỏe, phát triển thuốc an toàn và đánh giá hiệu quả của các loại thuốc, thực phẩm, đồ uống và các chất bổ sung [53]. Do ROS có thể đồng thời tấn công lipid, protein và axit nucleic trong các tế bào sống, gây tổn thương DNA, lipid, và protein và tạo ra các sản phẩm đặc trưng (hình 1.6). Vì vậy, việc đo lường chính xác và đáng tin cậy về tổn thương oxi hóa lipid, protein và DNA thông qua các sản phẩm oxi hóa là quan trọng trong việc đánh giá mức độ thiệt hại mà ROS gây ra. 21 Hình 1.6: Các chỉ thị sinh học của stress oxi hóa thông qua các sản phẩm oxi hóa các phân tử sinh học [16] Các chỉ thị đáng tin cậy của stress oxi hóa được sử dụng phổ biến là: - Chỉ thị của stress oxi hóa DNA: 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) là sản phẩm của tổn thương oxi hóa nucleoside của DNA phổ biến nhất được phát hiện và nghiên cứu [47]. - Chỉ thị của stress oxi hóa protein: cacbonyl protein là một chỉ thị sinh học của oxi hóa protein [57] – được tạo thành tử carbonyl hóa Pro, Arg, Lys và Thr - sản phẩm phổ biến nhất của oxi hóa protein - Chỉ thị của stress oxi hóa lipid: Các sản phẩm peroxi hóa lipid được coi là chỉ thị sinh học tiềm năng. Các chỉ thị sinh học thường được sử dụng là Malondial dehyde – MDA (sản phẩm thứ cấp của peroxi hóa lipid chứa các axit béo axit béo ω3 và axit béo ω6 có nhiều liên kết đôi), 4- HNE và IsoProstanes (hình thành từ peroxi hóa lipid axit béo không bão hòa là arachidonic (20:4)), Oxysterols (hình thành từ oxi hóa cholesterol) [34,58]. Trong đó (MDA) là chỉ thị sinh học phổ biến của quá trình peroxi hóa lipid [53,57,80] Các ROS gây peroxi hóa lipid đóng một vai trò quan trọng trong quá trình bệnh lý. Gần đây, vai trò sinh học của sản phẩm peroxi lipid đã nhận được rất nhiều sự chú ý không chỉ trong việc làm sáng tỏ cơ chế bệnh lý mà còn cho các ứng dụng thực tế lâm sàng như là chỉ thị sinh học [80]. 22 1.5.2. Chỉ thị sinh học MDA MDA là một trong những sản phẩm thứ cấp của quá trình peroxi hóa lipid được quan tâm nghiên cứu hàng đầu hiện nay. MDA là chỉ thị của tổn thương oxi hóa ở các tế bào và mô. MDA cũng được sử dụng như một chỉ thị của tổn thương màng tế bào [54]. MDA có tính axit yếu, pKa = 4.46. Công thức phân tử: C3H4O2 Công thức cấu tạo: Khối lượng phân tử tương đối: 72.07 g.mol-1 Tính ổn định: Ổn định dưới điều kiện trung tính. MDA hấp thụ trong vùng tử ngoại với dung môi là nước. MDA hấp thụ cực đại ở bước sóng 245 nm với hằng số hấp thụ điện tử ε = 13.103(cm-1.M-1) ở môi trường acid, còn trong môi trường kiềm chúng hấp thụ cực đại ở 267 nm với ε = 30.103 (cm -1 .M -1 ) [42]. 1.5.2.1. MDA – sản phẩm thứ cấp của quá trình peroxi hóa lipid Sự peroxi hóa lipid hay nói cách khác là phản ứng của oxi với lipid không bão hòa tạo ra một lượng lớn các sản phẩm oxi hóa. Sản phẩm chính của quá trình là sự hình thành nên gốc lipid hydroperoxide (LOOH). Các sản phẩm thứ cấp của quá trình peroxi hóa lipid là các loại aldehydes như là MDA, propanal, hexanal, và 4-hydroxinonenal (4-HNE)[4]. MDA được hình thành chủ yếu trong quá trình peroxide hóa lipid của các lipid có chứa các gốc PUFA, tuy nhiên cơ chế chi tiết cho quá trình này vẫn chưa được rõ ràng. Có hai giả thiết chính về cơ chế hình thành MDA, cơ chế thứ nhất do Dahle và cộng sự cho rằng MDA được hình thành từ các gốc tự do peroxyl của các PUFA (có từ 3 nối đôi liên hợp trở lên) bằng quá trình đóng vòng đơn giữa các nguyên tử oxi của các peroxide, cơ chế thứ hai do Pryor và cộng sự cho rằng MDA được hình thành từ các gốc tự do dị vòng chứa gốc -O-O- của các PUFA bằng quá trình đóng vòng đôi [52]. Ngoài ra, một lượng 23 nhỏ MDA có thể được hình thành từ sự oxi hóa acid arachidonic và quá trình thoái hóa oxi hóa phụ thuộc sắt của amino acid, carbonhydrate, đường pentose và hexose [52]. 1.5.2.2. Các phƣơng pháp định lƣợng MDA Để định lượng MDA có thể sử dụng các phương pháp định lượng trực tiếp hoặc định lượng thông qua các dẫn xuất của MDA với các chất khác (Bảng 1.2). Bảng 1.2. Các phƣơng pháp định lƣợng MDA [42] Loại phƣơng pháp Chất phân tích Cách phân tách hoặc thu nhận chất Cách phát hiện, định lƣợng Định lƣợng trực tiếp MDA Sắc kí lọc gel Đo quang phổ UV Chưng cất bằng hơi nước sau đó dùng sắc kí pha đảo HPLC Siêu lọc sau đó dùng sắc kí lọc gel HPLC Sắc kí ái lực ion HPLC Siêu lọc sau đó dùng sắc kí ái lực ion HPLC Định lƣợng thông qua dẫn xuất Chất huỳnh quang 1-Amino-3-imino- propenes Chiết bằng dung môi Đo quang phổ huỳnh quang 1-Dansyl-pyrazole Chiết bằng dung môi sau đó dùng sắc kí thường HPLC Đo quang phổ huỳnh quang MDA-dianils Chiết bằng dung môi Đo quang phổ huỳnh quang Sản phẩm cộng MDA và TBA Chiết bằng dung môi Đo quang phổ huỳnh quang Sắc kí thường HPLC Sắc kí pha đảo HPLC Chiết bằng dung môi rồi dùng sắc kí ái lực HPLC Chất Dibenzanthrone Không dùng Đo quang 24 màu phổ khả kiến Sản phẩm cộng MDA và TBA Không dùng Đo quang phổ khả kiến Chiết bằng dung môi Sắc kí bản mỏng Sắc kí cột lọc gel Chiết bằng dung môi rồi dùng sắc kí pha đảo HPLC Sắc kí ái lực ion HPLC Sắc kí pha đảo HPLC 1-Methylpyrazole Chiết bằng dung môi rồi dùng sắc kí khí Detector Nitr