CHƯƠNG 1. HỘI CHỨNG CHUYỂN HÓA – RỐI LOẠN LIPID MÁU VÀ MỐI LIÊN QUAN HỌ THỤ THỂ PPARS 1. Giới thiệu Ngày nay, với sự thay đổi của mức sống và lối sống, rối loạn chuyển hóa như rối loạn lipid máu (hoặc thường tăng lipid máu), béo phì, và bệnh đái tháo đường,… được xem như trình trạng bị hội chứng chuyển hóa (metabolic syndrome hay MetS) xảy ra phổ biến và đã trở thành vấn đề sức khỏe nghiêm trọng trên toàn cầu [20]. Lipid máu bao gồm nhiều thành phần khác nhau như cholesterol toàn phần, cholesterol xấu (LDL hay cholesterol tỷ trọng thấp- Low Density Lipoprotein Cholesterol), cholesterol tốt (HDL hay cholesterol tỷ trọng cao - High Density Lipoprotein Cholesterol), triglycerid,.
Có nhiều kiểu rối loạn lipid máu, thường là tăng nhiều cholesterol hay vừa tăng LDL và giảm HDL, hay kèm theo tăng triglycerid,…[21]. Theo Tổ chức Y tế Thế giới, có khoảng 50% bệnh nhân thiếu máu cơ tim liên quan đến rối loạn lipid máu và hơn 4 triệu ca tử vong hàng năm [22]. Hơn một tỷ người hiện nay bị ảnh hưởng bởi hội chứng chuyển hóa [23]. MetS làm gia tăng tỷ lệ mắc bệnh đái tháo đường tuýp 2 (Type 2 Diabetes hay T2D) và các bệnh tim mạch (Cardiovascular Disease hay CVD), là mối đe dọa lớn đối với sức khỏe cộng đồng và toàn bộ nền kinh tế xã hội [23].
- MetS thường xảy ra ở những người hấp thụ quá nhiều chất dinh dưỡng và không hoạt động thể chất, hoặc sự nhạy cảm về chuyển hóa và di truyền cũng là những nguy cơ chính tiềm ẩn đối với MetS [24]. Tích tụ mỡ bụng, điều hòa triglycerid và glucose huyết, tăng huyết áp, rối loạn điều hòa lipoprotein tỷ trọng thấp và cao là những đặc điểm phổ biến nhất của MetS [25]. - Chẩn đoán MetS yêu cầu 3 tiêu chuẩn trở lên: (i) vòng bụng > 102 cm ở nam và > 88 cm ở nữ; (ii) cholesterol có tỷ trọng cao HDL-c < 40 mg/ dL (< 1,04 mmol/ L) ở nam và < 50 mg/ dL (< 1,29 mmol/ L) ở nữ; (iii) Triglycerid ≥ 150 mg/ dL (≥ 1,7 mmol/ L); (iv) huyết áp ≥ 130/85 mmHg và (v) đường huyết lúc đói ≥ 110 mg/ dL (≥ 6,1 mmol/ L) [26]. 3 Khóa luận tốt nghiệp Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu 1.
Vai trò của PPARs trong các rối loạn lipid máu Trong những biến đổi về chuyển hóa của MetS bao gồm rối loạn lipid máu, các thụ thể kích hoạt chất tăng sinh peroxisome PPARs đóng vai trò điều hòa cân bằng nội môi, chuyển hóa trong cơ thể. Khi PPARs được kích hoạt bởi phối tử nội sinh như acid béo, acid eicosanoic; hay phối tử tổng hợp như fibrat trên PPARα, GW501516 trên PPARδ, hay glitazones trên PPARγ, các tác động có lợi được ghi nhận như sau: - PPARα làm trung gian cho chức năng hạ natri máu của fibrat trong điều trị tăng triglycerid máu [27], đóng vai trò điều hòa chính chuyển hóa lipid trong và ngoài tế bào. Hơn nữa, hoạt hóa PPARα làm tăng HDL-c huyết tương thông qua cảm ứng biểu hiện apolipoprotein A-II ở người [28]. - PPARγ khi được hoạt bởi glitazones có tác dụng hạ đường huyết và tăng biểu hiện insulin với tế bào [29].
Ngoài ra, PPAR-γ liên kết trực tiếp với promoter của hầu hết tất cả các gen tạo mỡ, chẳng hạn như các yếu tố liên quan đến chuyển hóa glucose và acid béo, cho thấy vai trò quan trọng của thụ thể này đến việc kích hoạt các chu trình trao đổi chất trong quá trình tạo mỡ [30]. - Sự hoạt hóa PPARδ dẫn đến tăng mức độ oxy hóa acid béo [12]. Ngoài ra PPARδ liên quan đến việc tăng sự phát triển của tế bào ung thư trong ống nghiệm và in vivo, hỗ trợ sự sống sót của tế bào ung thư bằng con đường trao đổi chất [31]. Điều trị Việc điều trị MetS hay rối loạn lipid máu có thể bao gồm: (1) thực hiện các thay đổi lối sống và chế độ ăn uống để giảm cân, (2) điều trị bằng thuốc.
Hiện nay, có 2 loại thuốc trên thị trường được ghi nhận hiệu quả trong việc điều trị và có đích tác động trên PPARs. - Fibrat (clofibrat, benzafibrat, ciprofibrat, clofibrat, fenofibrat, gemfibrozil…): khi hoạt hóa PPARα, fibrat làm giảm TG tới 50% và tăng HDL-c lên đến 20%. Tỷ lệ bệnh tim mạch giảm đã được báo cáo khi điều trị bằng fibrate ở nhóm bệnh nhân có mức HDL-c thấp và triglycerid (TG) tăng cao (ví dụ TG > 2,3 mmol/ L (200 mg/ dL) [32]. 4 Khóa luận tốt nghiệp Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu - Thiazolidinedion (glitazon, pioglitazon, rosiglitazon…): Thuốc làm tăng nhạy cảm của cơ và tổ chức mỡ với insulin bằng cách hoạt hoá PPAR vì vậy làm tăng thu nạp glucose từ máu.
Thuốc làm tăng nhạy cảm của insulin ở cơ vân, mô mỡ đồng thời ngăn cản quá trình sản xuất glucose từ gan. Thiazolidinedion còn có hiệu quả trong ngăn ngừa đột quỵ hoặc một cơn thiếu máu cục bộ thoáng qua, ổn định các mảng xơ vữa động mạch [33]. Ngoài ra còn có các loại thuốc khác điều trị MetS như: - Statin ức chế 3-hydroxy-3-metyl-glutaryl-coenzyme A (HMG-CoA) ảnh hưởng đến tốc độ sinh tổng hợp cholesterol giúp giảm cholestertol có tỷ trọng thấp (Low Density Lipoprotein Cholesterol hay LDL-c) [34]. Hay thuốc ức chế hấp thu cholesterol: Ezetimib; hoặc phối hợp statin và các niacin (acid nicotinic) tác động qua trung gian gan khi tổng hợp chất béo, giúp làm tăng HDL;… - Thuốc ức chế hệ thống angiotensin là thường được sử dụng để chống tăng huyết áp liên quan đến bệnh chuyển hóa.
Thuốc ức chế men chuyển angiotensin hoặc angiotensin thuốc chẹn thụ thể không chỉ làm giảm huyết áp mà còn có thể giảm sự tiến triển của bệnh tim và thận ở bệnh tiểu đường [35]. - Các tác nhân chống bệnh tiểu đường ngoài các chất kích hoạt PPARγ làm tăng nhạy cảm insulin còn có chất chủ vận thụ thể peptide-1 (GLP-1) giống glucagon, dipeptidyl chất ức chế peptidase-4 (DPP4) và chất ức chế natri-glucose cotransporter-2 (SGLT-2). Những chất chống tiểu đường này có hiệu quả trong việc hạ huyết áp nồng độ glucose và hemoglobin A1c (HbA1c) [36]. THỤ THỂ PPARS Các thụ thể kích hoạt chất tăng sinh peroxisome (The peroxisome proliferator- activated receptors hay PPAR) là các thụ thể nhân liên quan đến việc điều hòa cân bằng nội môi chuyển hóa, trở thành mục tiêu hiệu quả trong điều trị MetS [37].
Cấu tạo thụ thể PPARs Phân họ PPARs bao gồm ba thụ thể (isotype): PPARα (NR1C1), PPARβ/δ (NR1C2) và PPARγ (NR1C3), được mã hóa bởi các gen riêng biệt [38]. Tương tự với các thụ thể nhân khác, PPARs gồm một số miền chính [39] (Hình 1. Đầu tận 5 Khóa luận tốt nghiệp Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu cùng NH2, (miền A/B) có chức năng phiên mã độc lập với phối tử (AF-1) và chịu trách nhiệm phiên mã kiểu phụ của PPAR với gen đích khi không có phối tử. Miền liên kết với ADN (DNA Binding Domain hay DBD hay miền C) chứa 2 ion kẽm được bảo tồn cao; vùng nhận diện chuyên biệt (ZinC finger) thúc đẩy thụ thể liên kết với vùng khởi động gen mục tiêu (peroxisome proliferator response element (PPRE)).
Vùng bản lề (miền D) hoạt động như khoang gắn với chất đồng kích hoạt (co-activator) và cũng liên quan đến DBD gắn với miền liên kết phối tử (ligand- binding domain hay LBD). Miền tận cùng C (C-terminal) với miền E/F (hay LBD) là miền lớn nhất trong thụ thể, và có cấu trúc được bảo tồn cao giữa cả ba thụ thể PPAR. Sự khác biệt nhỏ là về tính năng khoang gắn kết giữa các thụ thể đóng vai trò quan trọng trong xác định độ chọn lọc của phối tử chủ vận [40]. Phối tử sẽ liên kết với LBD để quyết định kích hoạt hay kìm hãm thụ thể.
Hơn nữa miền LBD rất quan trọng đối với quá trình dị hóa và tương tác với các yếu tố đồng phiên mã [41] (Hình 1. Các miền chính của thụ thể PPARs: miền A/B liên quan đến phiên mã không phụ thuộc phối tử, miền C: miền gắn kết PPREs của ADN mục tiêu, miền D là miền bản lề kết nối miền C và miền E/F, miền E/F liên kết với phối tử [42] Ba loại thụ thể PPARα, PPARγ hay PPARδ có cấu trúc chung bao gồm 13 vòng xoắn và các nhánh β (β-sheet). Cấu trúc thứ cấp gồm ba lớp bánh sandwich xoắn α không song song, được đánh số H1-H12, vòng xoắn H2’ và β-sheet (S1-S4) (Hình 1. Ba vòng xoắn mở rộng (H3, H7 và H10/H11) tạo thành hai lớp bên ngoài, (H4, 6 Khóa luận tốt nghiệp Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu H5, H8 và H9) tạo thành lớp trung tâm của bánh sandwich.
Khoang gắn kết lớn (~ 1400 Å3) có hình chữ Y với ba nhánh có thể liên kết nhiều phối tử có chức năng khác nhau (Hình 1. - Nhánh I hay gọi là nhánh Y1, mở rộng về phía AF-2 trên xoắn H12 và nhánh II, nằm giữa chuỗi xoắn H3 và β-sheet (Hình 1. Mỗi nhánh có chiều dài khoảng 12 Å. Nhánh Y1 về cơ bản là khoang PPAR duy nhất phân cực.
Bốn acid amin phân cực trong nhánh Y1 của PPAR được bảo tồn qua các loại thụ thể PPARs, với Thr289 (H3), His323 (H5), His449 (H11) và Tyr473 (H12) của PPARδ [43- 45] (tương ứng là Ser280, Tyr314, His440 và Tyr464 củaPPARα và Ser289, His323, His449 và Tyr473 của PPARγ). Những acid amin này là một phần của mạng lưới liên kết hydro quan trọng liên quan đến tác dụng ủ vận của các thụ thể PPARs [46-47]. - Nhánh II và III hay gọi là nhánh Y2 và Y3 chủ yếu kỵ nước, phù hợp tính chất kỵ nước của các phối tử tự nhiên [48-49]. Ba mươi bốn acid amin được xác định tạo thành khoang liên kết, khoảng 80% acid amin này được bảo tồn qua ba isotypes (Hình 1.
Cấu trúc của PPARs và khoang gắn kết (A) Cấu trúc gồm 13 vòng xoắn (H1 đến H12) và 4 β-sheet (S1 đến S4) (B) khoang gắn của PPARs [50] 7 Khóa luận tốt nghiệp Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu Hình 1. Cấu trúc của PPARs và các acid amin quan trọng khoang gắn kết: (A) khoang gắn kết chữ Y với 3 nhánh I (Arm I), II (Arm II), III (Arm III) của thụ thể PPARs [51]. Cơ chế tác động thụ thể PPARs - Khi không có phối tử (ức chế độc lập phối tử), PPARs gắn kết với vùng khởi động của gen mục tiêu và ngăn chặn quá trình phiên mã bằng cách thu nhận các phức chất đồng ức chế (NCoR và SMRT). - Khi hoạt hóa bởi phối tử (hoạt hóa phụ thuộc phối tử), các PPAR thay đổi về cấu dạng, gây ra sự thay thế các chất đồng ức chế (co-repressor) và thu nhận các chất đồng kích hoạt như (p300/CBP và SRC) tạo ra sự phiên mã [52].