Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung về dioxin Dioxin có 75 đồng phân poly-chloro-dibenzo-dioxines (PCDD) và 135 đồng phân poly - chloro -dibenzo - furanes (PCDF) với độc tính khác nhau, thường là các sản phẩm biến đổi các chất từ việc đốt các chất thải công nghiệp hay nông nghiệp, cháy rừng, sử dụng khí đốt. Ngoài ra, dioxin còn bao gồm nhóm các polychlorinated biphenyls (PCBs), là các chất tương tự dioxin, bao gồm 419 chất hóa học trong đó có 29 chất đặc biệt nguy hiểm thường được sản xuất có chủ định, sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Khi các hợp chất dioxin phát tán ra môi trường thường để lại những hậu quả rất nghiêm trọng đến sinh thái và sức khỏe con người [20,61,63].
Dioxin chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ trên 750oC và không tác dụng với kiềm hay acid ngay cả khi bị đun nóng. Dioxin có tính ái mỡ (lipophilic) và kỵ nước (hydrophobic); hai đặc tính này của dioxin liên quan chặt chẽ với độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên và sự phân bố của chúng trong các cơ quan của cơ thể. Hàm lượng của TCDD trong cơ thể như sau: mô mỡ: 300 ppt; da: 30 ppt; gan: 25 ppt; sữa mẹ: 13 ppt; thành ruột: 10 ppt; máu: 10 ppt; thận: 7 ppt; bắp thịt: 4 ppt; mật: 0,5 ppt; nước tiểu: 0,00005 ppt. Vì vậy, khi nghiên cứu đánh giá độ tồn lưu của dioxin trong cơ thể người, thường lấy mỡ, máu và sữa mẹ.
Trong sữa mẹ có khoảng 3-4% mỡ, còn trong máu khoảng 0,3-0,7% mỡ [64]. Theo cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) thời gian bán hủy của dioxin trong cơ thể con người có thể là 3-5 năm, 10 năm hoặc có khi kéo dài đến 30 năm, do đó dioxin có khả năng gây ung thư rất cao, đặc biệt là ung thư gan và da [17]. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Độ độc của các đồng phân Dioxin [8,9] 2,3,7,8-TCDD là chất độc mạnh nhất trong các hóa chất, được quy ước là 1 đương lượng độc (toxic equivalency factor – TEF); các đồng phân còn lại của dioxin có độ 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com độc nằm trong khoảng 0-1 (Bảng 1.
TCDD độc gấp 1 triệu lần so với tất cả các chất độc đã có trong tự nhiên và tồn tại lâu bền nhất. Năm 1997, Tổ chức quốc tế về nghiên cứu ung thư (IARC) thuộc WHO đã công bố 2,3,7,8-TCDD là chất gây ung thư nhóm 1. Trong một nghiên cứu kiểm định năm 2003, các nhà khoa học cũng khẳng định không có một liều lượng hoặc ngưỡng dioxin nào là an toàn mà dưới nó thì không gây ung thư [16]. Ảnh hưởng của dioxin tới sức khỏe con người Con người tiếp xúc với mức độ thấp của các hợp chất dioxin, chủ yếu thông qua tiêu thụ thực phẩm [13,22].
Đặc điểm nguy cơ phơi nhiễm dioxin vẫn khó thiết lập, mặc dù đây là một vấn đề ảnh hưởng rộng rãi đến các quyết định chính sách y tế công cộng quan trọng [22]. Do đó, phơi nhiễm mãn tính với liều lượng dioxin thấp hoặc trung bình có thể không chỉ liên quan đến độc tính của dioxin ở một số cá thể di truyền dễ mắc bệnh [6] mà còn liên quan tới vai trò mới được xác định của các hợp chất này trong các tế bào T gây bệnh tự miễn [10,36]. Các nhà khoa học chứng minh rằng ở nồng độ cao TCDD làm giảm số lượng các tế bào lympho, đặc biệt trong tuyến ức. Bên cạnh đó, sự thay đổi chức năng hệ thống miễn dịch cũng xảy ra khi tế bào tiếp xúc với nồng độ TCDD thấp, như sự mất cân bằng Th17/Treg và rối loạn sản xuất cytokine [19,49].
Dioxin còn gây một số rối loạn chuyển hóa glucose, insulin, glycogen, hormon tuyến giáp, tuyến yên… TCDD đã được chứng minh là gây ức chế các enzym sinh tổng hợp glucose, giảm hormon corticosteron – hormon tổng hợp glucose cũng như rối loạn tổng hợp hormone tuyến thượng thận ở bà mẹ mang thai và trẻ sơ sinh cũng như trên các động vật thí nghiệm [14,23,24]. Hơn thế nữa, các thương tổn của dioxin trên da thường liên quan đến thay đổi tế bào keratin, dẫn đến các dạng trứng cá như bệnh chloracne điển hình [12]. Tiếp xúc với TCDD được chứng minh là chất gây rối loạn nội tiết, làm gián đoạn tín hiệu nội tiết ở những công nhân làm việc trong môi trường chứa TCDD [25], dẫn đến sự thay đổi trong phát triển buồng trứng, ức chế sự phát triển nang trứng ở cá ngựa vằn [27]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ đã công nhận một số bệnh có liên quan với dioxin, trong đó có bốn bệnh đã được xác định là có bằng chứng liên quan chắc chắn với dioxin (Ung thư phần mềm-sarcoma, non-Hodgkin lymphoma, Hodgkin lymphoma và bệnh trứng cá do clor-cloracne) và chín bệnh được coi là có bằng chứng liên quan với dioxin (Ung thư đường hô hấp gồm ung thư thanh quản, ung thư phổi, ung thư khí phế quản, ung thư tiền liệt tuyến, bệnh đa u tuỷ ác tính - multiple myeloma, bệnh gai sống chẻ đôi - spina bifida, bệnh porphyria cutanea tarda, bệnh rối loạn thần kinh ngoại biên và bệnh đái tháo đường).
Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây cho thấy dioxin còn có liên quan đến một số bệnh của hệ thống hô hấp, hệ thống miễn dịch, bệnh da liễu, bệnh di truyền. Một số nghiên cứu ở Việt Nam đã cho thấy có mối liên hệ của nhiễm dioxin với các bệnh liên quan đến hệ thống miễn dịch và thần kinh như ung thư phần mềm, Hodgkin lymphoma, non- Hodgkin lymphoma, đau tủy xương ác tính, đa u tủy ác tính, rối loạn thần kinh ngoại biên, ung thư đường hô hấp, ung thư tuyến tiền liệt. Theo quyết định của Bộ Y tế , các bệnh tật dị dạng, dị tật có liên quan đến phơi nhiễm chất độc hoá học/dioxin bao gồm: ung thư phần mềm, u lympho không Hodgkin, u lympho Hodgkin, ung thư phế quản - phổi, ung thư khí quản, ung thư thanh quản, ung thư tiền liệt tuyến, ung thư gan nguyên phát, bệnh đau tuỷ xương ác tính, bệnh thần kinh ngoại biên cấp tính và bán cấp tính, tật gai sống chẻ đôi, bệnh trứng cá do Clo, bệnh đái tháo đường type 2, bệnh porphyrin xuất hiện chậm, các bất thường sinh sản, các dị dạng, dị tật bẩm sinh (đối với con của người bị nhiễm chất độc hóa học/dioxin) và rối loạn tâm thần [1]. Cơ chế hoạt hóa dioxin trong tế bào Aryl hydrocarbon receptor (Ahr) là một thụ thể tiếp nhận dioxin, điều khiển rất nhiều các phản ứng của tế bào chống lại các độc tố và các tác nhân gây hại xâm nhập từ ngoài môi trường cũng như hình thành bên trong cơ thể.
Đồng thời, Ahr còn đóng vai trò điều hoà trong nhiều phản ứng miễn dịch bao gồm các phản ứng miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch đáp ứng. Ahr có thể được kích hoạt bởi 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), bezo[a]pyrene (BaP), 6-formylindolo[3,2- 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b]carbazole (FICZ), kynurenine (KYN) và 2-(1'H-indole-3'-carbonyl)-thiazole-4- carboxylic acid methyl ester (ITE) [23,60] (hình 1. Ngoài ra, khi các toll-like receptor (TLR) được kích thích bởi các tác nhân đặc hiệu, ví dụ lypopolysaccharide (LPS) hoặc unmethylated deoxycytidyl-deoxyguanosine (CpG), Ahr sẽ được cảm ứng, hoạt hóa và tương tác với các protein để điều khiển sự sản xuất các cytokine viêm [7,40,44]. Trong điều kiện bình thường không có sự có mặt của các chất kích hoạt, Ahr ở trạng thái bất hoạt trong tế bào chất, hình thành phức hợp cùng với các protein khác như heat shock protein 90 (HSP90), Ahr-interacting protein (AIP), p23 cùng một số các protein chaperone khác [32,48].
Khi Ahr được hoạt hoá bởi các chất kích hoạt như TCDD, nó di chuyển vào trong nhân tế bào. Tại nhân tế bào, Ahr được giải phóng khỏi hệ thống phức hợp và gắn với nhân tố dẫn truyền nhân của Ahr (Ahr nuclear translocator-Arnt). Phức hợp Ahr-Arnt sẽ gắn với các nhân tố đáp ứng dioxin (dioxin receptor element-DRE) trên promoter của các gen đích trong họ cytochrome P450 (CYP), tạo ra sự phiên mã của các gen đích bao gồm các gen như Cyp1a1, Cyp1a2, Cyp1b1 và Ahr repressor (AhrR) [38,55,59]. Tín hiệu của Ahr được kiểm soát bởi 3 con đường bao gồm (i) sự thoái hóa proteasome của Ahr, (ii) sự phân hủy phối tử bởi Cyp1a1 và (iii) sự phân hủy phức hợp Ahr-ArnT bởi AhrR (Hình 1.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) Kynurenine (KYN) 6-formylindolo[3,2-b]carbazole (FICZ) Hình 1. Cấu trúc hóa học của một số phối tử điển hình của Ahr [15,57] Hình 1. Cơ chế hoạt hóa Ahr dưới sự cảm ứng của phối tử [47] Bên cạnh đó, khi các toll-like receptor (TLR) được kích thích bởi các tác nhân đặc hiệu, ví dụ: TLR-4 được kích thích bởi lypopolysaccharide (LPS), Ahr sẽ được cảm ứng, hoạt hóa và tương tác với các protein trong con đường NF-κB để điều khiển sự sản xuất các cytokine viêm [7,40,44]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Vai trò của Cyp1b1 và Cyp1a1 trong con đường hoạt hóa dioxin (dioxin – Ahr – Cyp). Ở động vật và người, enzym này có ở gan, tim, phổi, thận nhưng tập trung chủ yếu ở gan. Trong các microsome gan, họ enzyme này tham gia vào một lộ trình vận chuyển electron phụ thuộc vào Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH). Nó oxy hóa một loạt các hợp chất, bao gồm steroid, axit béo, retinoid và các chất gây ô nhiễm như dioxin và polychlorinated biphenyls [56] (hình 1.
CYP là nhóm enzym chính tham gia chuyển hóa thuốc ở gan góp phần giải độc các chất có hại trước khi chúng được phân phối vào hệ thống tuần hoàn. Một loạt các enzyme thuộc CYP đã được chứng minh là có liên quan đến quá trình quan trọng này (hình 1. Kích hoạt chuyển hóa các chất gây ung thư dibenzo[a,l]pyrene (DB[a, l]P) (A) và 7,12-Dimethyl benzanthracene (7, 12-DMBA) (B) thành vùng epoxides bằng P450 và edoxides hydrolase [56]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Sự tham gia của các enzyme thuộc họ P450 trong pha I của quá trình chuyển hóa thuốc ở người [18]. Cytochrome P450 1A1 (Cyp1a1) là một enzyme thuộc họ cytochrome P450 tham gia vào quá trình chuyển hoá thuốc và các chất nội sinh, đào thải các xenobiotic, trong đó có các chất gây ung thư và chất gây ô nhiễm từ môi trường. Khi tăng hoạt tính Cyp1a1 có thể làm tăng nguy cơ bị ung thư [35,54]. Cyp1a1 ở điều kiện bình thường biểu hiện ở mức thấp nhưng lại có thể được cảm ứng rất mạnh nhờ sự tương tác giữa các cơ chất của nó (như các hydrocarbon đa vòng thơm hoặc các amine dị vòng) với thụ thể Ahr.
Cyp1a1 thường chiếm tỉ lệ biểu hiện cao trong các mô ung thư [42,43]. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Vị trí và cấu trúc gen Cyp1a1 của người [65].