CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Stress oxy hóa Stress oxy hóa là một thuật ngữ chỉ trạng thái mất cân bằng giữa sự sản xuất, hoạt động của các "gốc tự do có nguồn gốc oxy" hay còn được gọi là các "hình thái oxy hóa hoạt động" (Reactive oxygen species - ROS) và khả năng của cơ thể sống trong việc khử các hợp chất trung gian hoạt tính cao, cũng như sửa chữa hư hại do những chất này gây nên. Ngày nay, stress oxy hóa được ghi nhận là một đặc điểm nổi bật của nhiều bệnh lý cấp và mãn tính, cũng như các bệnh gây ra do quá trình lão hóa như bệnh tim mạch, ung thư, rối loạn thần kinh, đái tháo đường [17, 41]. Gốc tự do có thể được định nghĩa là các phân tử hoặc mảnh vỡ phân tử có chứa một hoặc nhiều electron độc thân trong orbital nguyên tử hoặc phân tử.
Các gốc tự do ROS là một trong các “gốc hình thái hoạt động” quan trọng nhất trong cơ thể sống [41]. ROS có thể được tạo thành từ nguồn gốc ngoại sinh hoặc nội sinh. Nguồn gốc ngoại sinh như tia UV, tia X, tia γ hoặc do các chất ô nhiễm trong khí quyển. Nguồn gốc nội sinh như: là sản phẩm phụ của chuỗi truyền điện tử trong ty thể; hay được sản xuất bởi bạch cầu trung tính, đại thực bào trong viêm; hoặc là sản phẩm của các phản ứng được xúc tác bởi kim loại hay các enzymeví dụ NADPH oxidases (NOXs), xanthine oxidase (XO) [42].
Peroxit hóa lipid Một trong các tác động phá hủy của ROS lên các đại phân tử sinh h ọc đ ặc bi ệt phải chú ý đến là sự peroxit hóa lipid (Lipid peroxidation – LPO). Sự peroxit hóa lipid màng gây thay đổi các đặc tính sinh học của màng, làm bất hoạt các thụ th ể liên kết màng hay các enzyme dẫn đến làm giảm chức năng của các tế bào bình thường và tăng tính thấm của màng. Hơn nữa, sự peroxit hóa lipid còn có th ể gây ra và “khuếch đại” các tổn thương tế bào do tạo ra các sản phẩm oxi hóa th ứ cấp [43]. Khác với các gốc tự do có thời gian tồn tại ngắn, các sản phẩm th ứ cấp của quá trình peroxit hóa lipid có thời gian bán hủy dài hơn và có kh ả năng khu ếch tán qua màng tế bào, tấn công tới các đích ở xa nơi chúng được hình thành.
Các sản ph ẩm thứ cấp của quá trình peroxit hóa lipid là các aldehyde như malonaldehyde (MDA), hexanal, 4-hydroxynonenal (HNE) hay acrolein đã được chứng minh có thể phản ứng với các đại phân tử sinh học như ADN, Protein và Phospholipid [17, 23]. Hiện nay, peroxit hóa lipid được xem là nguyên nhân chính liên quan đ ến việc oxy hóa, phá vỡ cấu trúc màng và tạo ra các ch ất đ ộc có th ể làm t ổn h ại hay gây chết tế bào. Peroxit hóa lipid là một quá trình phức tạp xảy ra ở cả thực vật và động vật. Nó liên quan đến sự hình thành và phát tán các gốc lipid dư thừa điện tử, sự sắp xếp lại các liên kết đôi trong chất béo không bão hòa (PUFA) d ẫn đến phá hủy màng lipid, cũng như sản xuất một loạt các sản phẩm phụ gây đ ộc, trong có các gốc rượu, xeton, andehyde và ete [13].
Sự peroxit hóa các lipid chứa gốc acid béo có thể dẫn đến một chuỗi các “phản ứng dây chuyền phân nhánh” tạo ra thêm gốc tự do mới. Sở dĩ như v ậy b ởi vì t ừ một gốc tự do kích thích ban đầu (R°) có thể dẫn đến s ự hình thành c ủa r ất nhi ều các gốc tự do bên cạnh lipid hydroperoxyde (LOOH) như là: LO°, °OH và LOO° [18]. Các gốc LOO° & LO° được gọi là các “sản phẩm sơ cấp” của quá trình peroxit hóa lipid, chúng có thể phân hủy theo nhiều cơ chế khác nhau tạo ra vô s ố các s ản phẩm thứ cấp ổn định hơn và gây độc cho tế bào. Sự peroxit hóa của các PUFAs là rất phức tạp vì có rất nhiều các loại axit béo có mặt trong cơ th ể của đ ộng v ật có vú.
Ngoài ra sự phức tạp này còn do vị trí của các g ốc peroxyl. Esterbauer ước tình rằng có khoảng 120-150 sản phẩm có thể tạo ra từ quá trình peroxit hóa lipid, chẳng hạn như các gốc lipid alkoxyl (LO°) tiếp theo có th ể phân cắt beta t ạo ra các sản phẩm ngắn hơn (từ C2 đến C12 với một dải các nhóm chức khác nhau) ho ặc b ị biến đổi phần carboxylic của nó (phân cắt tạo HNE); các gốc lipid peroxyl (LOO°) có thể tạo sản phẩm trung gian bicyclic endoperoxide rồi từ đó tạo ra MDA [23, 42]. Các “sản phẩm thứ cấp” của quá trình peroxit hóa lipid có th ể là aldehyde, alkane, isoprostane, alkene, ketone, alcohol và furane dưới các điều kiện phản ứng khác nhau. Các sản phẩm aldehyde đặc biệt được chú ý bởi chúng là các s ản ph ẩm hoạt động và có độc tính với tế bào.
Trong các aldehyde thì MDA được xem như ch ỉ thị sinh học của sự peroxit hóa các axit béo omega-3, omega-6 và được sử dụng nhiều nhất để đánh giá mức độ peroxit hóa lipid [18, 23]. Đặc điểm, tính chất của MDA Malondialdehyde (MDA) là một trong những sản phẩm cuối của quá trình peroxit hóa lipid đang được quan tâm hàng đầu hiện nay. MDA là chỉ thị của mức độ tổn thương lOMoARcPSD|11346942 oxy hóa ở các tế bào và mô. MDA cũng được sử dụng như một chỉ thị của tổn thương màng tế bào.
MDA có thể được tìm thấy trong hầu hết các mẫu sinh học bao gồm huyết tương, huyết thanh, mô và nước tiểu. MDA có bản chất hóa học một hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp (M=72,04 g/mol), có công thức cấu tạo là C3H4O2, với hai nhóm aldehyde ở vị trí C1 và C3 và có tính axit yếu, pKa=4,46. MDA là một chất dễ bay hơi, ổn định dưới điều kiện trung tính. Trong dung dịch và pha khí, MDA bị enol hóa hoàn toàn và nhanh chóng giữa các dạng liên kết Hidro nội phân tử không đối xứng (Hình 1.b và d) với một hàng rào thấp để biến đổi lẫn nhau thông qua cấu trúc cộng hưởng liên kết Hidro đối xứng (Hình 1.
Các dạng cấu hình của MDA [27] Trong các dung môi hữu cơ, MDA tồn tại ở dạng cấu hình cis (Hình 1. Tuy nhiên trong nước, MDA tồn tại ở dạng cấu hình trans, dưới dạng bazo liên hợp (Hình 1. MDA hấp thụ bước sóng ở vùng tử ngoại với dung môi là nước có tính axit, chúng hấp thụ cực đại ở bước sóng 245 nm với hằng số hấp thụ điện tử ε = 13. MDA được xem là sản phẩm có khả năng đột biến cao [3].
MDA có độ ổn định hóa học cao và khả năng thấm qua màng tốt hơn các gốc tự do chứa oxy (ROS) khác, đồng thời MDA cũng không độc như 4-HNE và methyl glyoxal (MG) [20]. Một số nghiên cứu lOMoARcPSD|11346942 cũng đã ghi nhận MDA có thể hoạt động như một phân tử tín hiệu và điều hòa biểu hiện gen: (i) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra MDA hoạt động như một phân tử tín hiệu và điều hòa hoạt động tiết insulin khi có kích thích của glucose (GSIS) thông qua con đường Wnt, đây là tập hợp các con đường dẫn truyền tín hiệu tế bào khởi đầu bằng loại protein Wnt và sẽ kết thúc khi protein Wnt này được tiếp nhận bởi thụ thể bề mặt tế bào. Cả Sp1 và Sp3 có thể tương tác với các protein trong hệ thống kiểm soát phiên mã của gene, các enzyme kiểm soát histone và các phức hệ cấu trúc nhiễm sắc thể, các ảnh hưởng này minh chứng cho việc Sp1 và Sp3 là các yếu tố phiên mã quan trọng, tham gia tái cấu trúc lại nhiễm sắc thể và điều hòa biểu hiện gen [28]. Vì MDA là một aldehyde ưa điện tử, độ hoạt động của MDA phụ thuộc nhiều vào pH.
Ở pH sinh lí, MDA tồn tại ở dạng ion enolate và có hoạt độ thấp. Khi pH giảm, MDA tồn tại ở dạng beta-hydroxyacrolein và hoạt độ của nó tăng lên. Hoạt độ của MDA cao chủ yếu dựa vào tính điện, dẫn đến MDA có xu hướng phản ứng mạnh mẽ với các nucleophile [3]. MDA có thể hoạt động như một nucleophile hoặc electrophile và tạo thành các sản phẩm đa sắc [11, 31].
Aldehyde nói chung có khả năng phản ứng hình thành các sản phẩm cộng và phức hợp trong hệ thống sinh học và MDA cũng không ngoại lệ, mặc dù, ở pH sinh lý MDA có độ hoạt động thấp. Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh MDA đóng vai trò quan trọng trong nhiều phản ứng sinh học. Các thống kê gần đây cho thấy có tới 33 protein bị biến đổi bởi MDA, trong đó có cả các enzyme, protein vận chuyển, protein khung xương tế bào, các protein của ty thể và protein chống oxy hóa [20]. Những thay đổi DNA do MDA gây ra có thể là nguyên nhân đáng kể cho bệnh ung thư và các bệnh lý liên quan đến di truyền khác [3].
Nguồn gốc phát sinh MDA 1. Nguồn gốc nội sinh MDA là sản phẩm cuối của quá trình peroxit hóa arachidonic và các phân tử PUFA lớn [20] thông qua các con đường có enzyme hoặc không có enzyme (Hình 2). Quá trình hình thành và chuyển hóa MDA (Chú thích: MDA được tạo ra theo con đường có enzyme (màu xanh nước biển), MDA được tạo ra theo con đường không có enzyme (màu cam. Các enzyme chính liên quan đến sự hình thành MDA: cyclooxygenase (1), prostacyclin hydroperoxidase (2), thromboxanesynthase (3)).
i) Sản xuất MDA theo con đường có enzyme Trong điều kiện in vivo, MDA có thể được sinh ra theo con đường có enzyme trong quá trình tổng hợp thromboxane A2 (TXA2) [25, 36, 39]. TXA2 là một chất chuyển hóa có hoạt tính sinh học của axit arachidonic (AA) được hình thành từ prostaglandin endoperoxide hoặc prostaglandin H2 (PGH2) dưới sự Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 xúc tác của thromboxane A2 synthase [5, 19], trong đó PGH2 được hình thành từ AA khi có xúc tác của cyclooxygenase [5, 7]. ii) Sản xuất MDA theo con đường không có enzyme Lipid hydroperoxide được hình thành trong quá trình peroxit hóa lipid. Gốc peroxyl của hydroperoxide có một liên kết đôi có thể kết hợp với một gốc nữa, tại vị trí liên kết đôi để tạo ra một gốc tự do mới.
Các gốc tự do trung gian được hình thành sau khi đóng vòng, có thể tiếp tục đóng vòng nữa để tạo thành endoperoxide bi-cycle, có cấu trúc tương tự như prostaglandin, và tạo ra MDA. Ở con đường không có enzyme, quá trình hình thành MDA sẽ phụ thuộc gốc tự do oxy gen.