Chương 1: TONG QUAN 1. KHÁI QUAT VE GOC TỰ DO 1. Khái niệm Các gốc tự do gôm các loại gốc chứa oxygen (Reactive Oxygen Species — ROS) và nitrogen (Reactive Nitrogen Species — RNS). Một số gốc tự do phô biến là: hydroxyl (-OH'), superoxide (-O2*>), nitric oxide (-NO*), nitrogen dioxide (-NO2"), peroxyl (- ROO’), lipid peroxyl (-LOO'), hydrogen peroxide (H2O2), ozone (O3), oxygene don ('O2), hypochlorous acid (HOCI), nitrous acid (HNO2), peroxynitrite (-ONOO ), dinitrogen trioxide (N203), lipid peroxide (LOOH) [7].
O cấp độ tế bao, các gốc tự do ở nông độ thấp có vai trò quan trọng trong nhiều chức năng sinh học như điều hòa huyết dp [8], chức năng nhận thức [9] và hệ miễn dịch [10]. Ở nông độ thấp hoặc trung bình, ROS và RNS đóng vai trò cần thiết trong quá trình hình thành các cau trúc tẻ bào và có thé tham gia vào cơ chế phòng chồng vi khuân gây bệnh như một phần của hệ miễn dich, do các tế bảo miễn dịch như bạch cầu trung tính, đại thực bào và bạch cầu đơn nhân giải phóng các gốc tự do dé tiêu diệt vi khuẩn[I 1, 12]. Tâm quan trọng của việc sản xuất ROS bởi hệ thông miễn dịch được chứng minh bởi những bệnh nhân mắc bệnh u hạt. Những bệnh nhân này thường mắc phải sự khuyết thiếu liên quan đến hệ thống NADPH oxidase, gây ra sự thiểu hụt trong việc sản xuất gốc anion superoxide (-O”), dẫn đến nhiều van dé nhiễm trùng tái phát [11, 13].
Một số anh hưởng tích cực của ROS và RNS liên quan đến vai trỏ sinh lý của chúng trong các hệ thông truyền tin tế bao [14-16]. Việc sản xuất chủng thông qua các đồng phân NADPH oxidase thực bào đóng một vai trò quan trọng trong việc điều hòa các tang tín hiệu nội bao trong một loạt các loại tế bảo khác nhau bao gồm nguyên bảo sợi, tế bào nội mô, tế bào cơ trơn mạch máu, tế bào cơ tim và mô tuyến giáp. Ví dụ, nitric oxide (NO) đóng vai trỏ là một chất truyền tin giữa các tế bao dé điều hòa lưu lượng máu, huyết khối và hoạt động thần kinh [14]. Một ảnh hưởng tích cực khác của các gốc tự do là khả năng kích thích nguyên phân [14, 15].
Tóm lại, ROS/RNS ở mức thấp hoặc trung bình rat quan trọng đôi với sức khỏe con người. Nguồn gốc Về nội sinh, ROS là sản phẩm của quá trình trao đôi chất của ty thể, cụ thể là trong chuỗi chuyên điện tử. Mặc dù chuỗi chuyền điện tử trong ty thé tạo ra nhiều gốc tự do superoxide nhưng hệ enzyme xúc tác cho các phản ứng oxy hoá-khử (oxidase) như xanthine oxidase, cytochrome P450, lipoxygenase và nitric oxide synthase cũng góp phan tao ra chúng. Bên cạnh đó, các tình trạng rồi loạn như viêm, stress; bệnh, tat: ung thư, nhiễm trùng, thiểu máu cục bộ.
cũng có thé tạo ra ROS. Về ngoại sinh, ROS/RNS có thé xuất phát từ 6 nhiễm môi trường như không khí và nước. Các tác nhân như: khói thuốc lá. kim loại nặng hoặc kim loại chuyên tiếp (Cd, Hg, Pb, Fe, As), các loại thuốc (cyclosporine, tacrolimus, gentamycin, bleomycin), hoa chat công nghiệp.
hoá chat công nghiệp. Sau khi tiếp xúc với cơ thể thông qua các kênh khác nhau, các tác nhân từ môi trường này có thê bị phân hủy hoặc chuyên hoá thành các gốc tự do [17] (hình 1. kr _ SỰ SƯHÌNH THÀNH THÀNH ˆ Jee CA CÁC GOCC TỰ DO ms Ve Hình 1. Nguén gắc tự do nội sinh và ngoại sinh [18] Theo hình 1.1 gốc tự do -OH có nguồn gốc từ tia cực tím, 6 nhiễm không khí, bức xạ ion hoa, khói thuốc lá, ty thé.
Gốc -NO có trong khói thuốc lá và gốc oxygen đơn có từ tỉa cực tím và quá trính kháng viêm. Tác hai Stress oxy hoá phát sinh do sự mat cân bằng giữa sự tăng nòng độ gốc tự do và giảm nông độ chất kháng oxy hoá trong cơ thể. Khi nồng độ gốc tự do tăng cao, chúng có kha nang dé dàng nhận electron từ các phân tử khác, dẫn đến quá trình oxy hoá, làm biến tính các đại phân tử sinh học như protein, lipid va nucleic aicd. Sự tích tụ của các sản phẩm của oxy hoá trong cau trúc tế bao góp phần vào quá trình lão hoá sớm [19].
Các ROS và RNS cũng được biết đến là các nhân tô tham gia vào quá trình gây ra các bệnh suy giảm hệ thần kinh như Alzheimer bệnh Parkinson, bệnh đa xơ cứng, xơ cứng teo cơ bên (ALS), mat trí nhớ, tram cảm [20-23]. Trong trường hợp của căn bệnh Alzheimer, nhiều nghiên cứu thực nghiệm va lâm sàng đã chứng minh rằng tôn thương oxy hoá đóng một vai trò quan trong trong việc mat tế bao thân kinh và tiến triển thành chứng mắt trí nhớ [36]. Sự sản xuất 8-amyloid, một peptide gây hại thường được tìm thay trong não của bệnh nhân Alzheimer, chủ yếu là do stress oxy hoáhoá và đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình thoái hoá thần kinh [23]. Trong bối cảnh nay, sự chết của các tế bảo thân kinh thường đi kẻm với hiện tượng phân li tế bào, ma các ROS va RNS chịu trách nhiệm gây ra [19].
Ngoài ra, tác hại của góc tự đo cũng đã được xác định rộng rãi trong nhiều trường hợp. bao gồm bệnh xơ vữa động mach, viêm nhiễm, một số bệnh ung thư va quá trình lão hoá. Stress oxy hoá đã được nhận thức la một yếu tô quan trọng trong nhiều bệnh viêm nhiễm như viêm khớp. viêm cau thận, lupus ban do, hội chứng bệnh hô hap ở người lớn, cũng như các bệnh thiếu máu cục bộ như bệnh tim, đột quy và thiếu máu cục bộ đường ruột vả nhiều bệnh khác [24].
sự dư thừa của ROS có thé gây ra quá trình oxy hoá lipid và protein, gây ra những thay đổi trong cấu trúc va chức năng của chúng. Bên cạnh đó, các gốc hydroxyl va peroxynitrite ở nồng độ cao cũng có khả năng tắn công và làm hỏng màng tế bào và lipoprotein thông qua quá trình gọi là peroxid hoá lipid. Kết quả của quá trình này là sự hình thành malondialdehyde (MDA) va các hợp chat diene liên hợp. gây tôn thương tế bảo và gây ra đột biến.
Quá trình peroxid hoá lipid có thé diễn ra nhanh chóng và ảnh hưởng đến một số lượng lớn các phan tử lipid [25]. Protein cũng có thé bị tôn thương bởi ROS/RNS, dẫn đến thay đôi cấu trúc và làm bất hoạt enzyme [26, 27]. Sự oxy hoá DNA cũng dẫn đến sự hình thành các tôn thương DNA khác nhau, có thể gây đột biến. Cơ thé có một số cơ chế tự bao vệ chong lai cac tác động của các gốc tự do thông qua các enzyme sửa chữa DNA hoặc các chat kháng oxy hoá [7, 27, 28].
Tuy nhiên, nếu không được stra chữa đúng cách, stress oxy hoá có thê gây ra nhiều loại bệnh mãn tinh và làm tăng quá trình lão hoá cũng như một số bệnh lý cấp tính. Đề bảo vệ cơ thé khỏi tác động xấu của các ROS va RNS, tế bao được trang bị một hệ thống bảo vệ bao gồm các chất kháng oxy hoá [20]. CO CHE KHÁNG OXY HOÁ Cơ thê có những cơ chế tự nhiên dé đối phó với stress oxy hoá bằng cách sản xuất các chất kháng oxy hoá. Các chất này có thể được tổng hợp trong cơ thẻ (gọi là chất kháng oxy hoá nội sinh) hoặc được cung cấp từ bên ngoài thông qua thực pham (gọi là chất kháng oxy hoá ngoại sinh).
Chức năng chính của các chất kháng oxy hoá là trung hoà các gốc tự do, bảo vệ tế bảo khỏi tôn thương và giúp ngăn ngừa bệnh, tật. Khi một chất kháng oxy hoá trung hoà một gốc tự do, chính bản thân nó cũng sẽ bị oxy hoá. Vì vậy, việc tạo ra các chất kháng oxy hoá phải liên tục được duy trì trong cơ thẻ [30]. Cơ chế kháng oxy hoá của tế bào Trong tế bảo, các hợp chất kháng oxy hoá nội sinh được phân thành hai loại chính, enzyme và không enzyme.
Các enzyme kháng oxy hoá trực tiếp than gia vao việc trung hòa ROS và RNS bao gồm superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx) va glutathione reductase (GRx) [27-29]. SOD là enzyme dau tiên chống lại các gốc tự do bằng cách biến đổi gốc anion superoxide (0?) thành hydro peroxide (HạO›) bằng cách khử chúng. H2O2 sau đó được chuyên hoá thành nước và oxygene bởi catalase (CAT) hoặc glutathione peroxidase (GPx). GPx loại bó H202 bing cách sử dung nó dé oxy hoa glutathione dạng khử (GSH) thành glutathione bị oxy hoá (GSSG).
Glutathione reductase tái tạo GSH từ GSSG, sử dụng NADPH là nguồn giảm sức mạnh. Ngoai hydrogen peroxide, GPx cũng làm giảm lipid hoặc hydroperoxide không lipid trong qua trình oxy hoa glutathione (GSH) [31-33]. Các chat khang oxy hoa không enzyme cũng được chia thành các chất khang oxy hoá nội sinh (tạo ra từ quá trình trao đôi chất) và chất kháng oxy hoá ngoại sinh (được bô sung, cung cấp từ các nguồn đỉnh dưỡng, thực phẩm). Các chất kháng oxy hoá không enzyme nội sinh, được tạo ra bởi quá trình trao đôi chất trong cơ thé, chang hạn như lipoid acid, glutathione, L-ariginine, coenzyme Q10, melatonin, uric acid, bilirubin, metal-chelating proteins, transferrin.
Chat kháng oxy hoá tự nhiên Chat kháng oxy hoá có nguồn gốc tit thực phẩm đóng vai trỏ quan trọng trong việc cung cấp các hợp chất dé trung hòa các gốc tự do. Sự thiêu hụt chất kháng oxy hoá trong chế độ đỉnh dưỡng là một trong những nguyên nhân chính của nhiều bệnh lý thoái hoá và mãn tính. Mỗi chất đinh dưỡng mang lại một chức năng kháng oxy hoá riêng biệt [27, 35]. Các chất kháng oxy hoá từ thực phẩm có thê được chia thành hai loại chính là tự nhiên và tổng hợp bao gồm vitamin E, vitamin C, các carotenoid và các hợp chất phenolic [36-39].
Các chất nảy có nhiều trong rau vả quả. Chúng được coi là các chất kháng oxy hoá tự nhiên. An nhiều ra quả là một cách đơn giản và hiệu quả nhất dé hỗ trợ hoạt động cho hệ thông kháng oxy hoá và ngăn ngừa các bệnh có liên quan đến stress oxy hoá [40]. Chat kháng oxy hoá tổng hợp và tự nhiên được sử đụng rộng rãi trong thực phẩm và thuốc men, đặc biệt là trong các thực phẩm có chứa dầu và chất béo dé bảo vệ thực phẩm khỏi quá trình oxy hoá.
Một số chat kháng oxy hoá tong hợp nỗi bật như butylated hydroxytoluene (BHT) va butylated hydroxyanisole (BHA) đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực pham, mỹ phâm và công nghiệp trị liệu. Tuy nhiên, do tính độc hai của chúng đã day sự chú ý của các nhà sản xuất từ tông hợp sang các chat kháng oxy hoá tự nhiên [41].