CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Đại cương bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát 1. Lịch sử nghiên cứu bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát Từ thời Hippocrates vào những năm 460-377 trước công nguyên, Celus thế kỷ thứ nhất và Galen năm 130-201 sau công nguyên đã ghi nhận bệnh mắt to (buphthalmos) bẩm sinh mặc dù thời điểm đó chưa ai biết có mối liên quan giữa mắt to và nhãn áp [12]. Cho đến thế kỷ 18, Berger (1744) đã đề cập đến vấn đề tăng nhãn áp và phân vào nhóm bệnh di truyền [1].
Năm 1896, Von Muralt xác định các trường hợp mắt to trong gia đình bệnh glôcôm [13]. Năm 1970, Shaffer và Weiss định nghĩa glôcôm bẩm sinh nguyên phát là "glôcôm di truyền phổ biến nhất ở trẻ em, di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường, với bất thường đặc biệt về góc là không có hiện tượng lùi điểm gắn chân mống mắt tạo góc tại vùng bè và không kèm những bất thường phát triển khác". Tăng nhãn áp là nguyên nhân gây giác mạc to, đục và chảy nước mắt do rạn màng Descemet [5]. Dịch tễ học bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát Glôcôm bẩm sinh nguyên phát là bệnh hiếm gặp, có tần suất khoảng 1/20.000 trẻ sinh sống ở các nước châu Âu và Mỹ.
Trong khi đó tỷ lệ này rất cao ở cộng đồng có cha mẹ cùng huyết thống như 1/3.500 ở Trung Đông và 1/2.250 ở Slovakia hay Rumani. Bệnh chiếm 55% tổng số glôcôm nguyên phát trẻ em. Ở Nhật Bản, trẻ nữ bị nhiều hơn nam trong khi ở Mỹ và châu Âu thì trẻ nam mắc nhiều hơn với tỷ lệ 3:2. Bệnh xảy ra trên khắp thế giới không ưu thế rõ rệt về chủng tộc, địa lý.
Hầu hết các trường hợp glôcôm bẩm sinh nguyên phát xảy ra ở cả hai mắt (65% - 80%) với mức độ bệnh thường không tương đương nhau. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Khoảng 25% khởi bệnh lúc sinh, 60% trẻ được chẩn đoán dưới 6 tháng tuổi và 80% xuất hiện trong năm tuổi đầu tiên [1]. Cơ chế bệnh sinh của bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát Qua nghiên cứu quá trình phát triển phôi thai học và giải phẫu học góc tiền phòng cho thấy cơ chế tăng nhãn áp trong glôcôm bẩm sinh khác hoàn toàn với cơ chế glôcôm góc đóng và glôcôm góc mở ở người trưởng thành. Các nghiên cứu sớm nhất của Von Hippel (1897), Gros (1897), Parson (1904), Siegrist (1905), Reis (1905–1911), Seefelder (1906 - 1920) đã phát hiện những bất thường bẩm sinh ở cấu trúc góc tiền phòng và ống Schlemm [14].
Barkan năm 1949 cho rằng có sự tồn tại một màng phôi thai ở lưới bè [15] và năm 1966 Worst đã khẳng định điều này, gọi đó là màng Barkan [16]. Tuy nhiên nghiên cứu của Anderson, Hansson, Maumenee đã không tìm thấy bằng chứng nào về màng Barkan bằng ánh sáng đèn hoặc sinh hiển vi điện tử nhưng lại phát hiện mặt trước của mống mắt bám cao vào vùng bè (Hình 1. Smelser và Ozanics lại cho rằng cơ chế bệnh là do sự thay đổi mạng lưới bè màng bồ đào, đồng thời có một chất vô định tạo thành lớp dày trong nội mô thành ống Schlemm [17], [18], [19], [20], [21]. Phát triển một phần mống mắt trên bề mặt vùng bè [22] Ngày nay, thuyết di truyền trong glôcôm bẩm sinh nguyên phát ngày càng được đề cập đến nhiều hơn và sáng tỏ qua các nghiên cứu.
Người ta cho rằng các gen CYP1B1, LTBP2, MYOC bị đột biến sẽ làm rối loạn sản xuất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 men, thay đổi phản ứng hóa sinh nội bào, tạo nên bất thường cấu trúc mạng lưới vùng bè, dẫn đến ứ trệ thủy dịch làm tăng nhãn áp [6], [23]. Gen MYOC nằm trên nhánh dài nhiễm sắc thể 1 tại vị trí 1q24.3, còn có tên gọi là GLC1A được cho là giúp duy trì cấu trúc góc tiền phòng, thể mi và mạng lưới bè củng giác mạc tuy nhiên các nghiên cứu đã đưa ra tỷ lệ đột biến của gen MYOC rất thấp trong bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát. Theo nghiên cứu của Kim tỷ lệ này là 2,4%, nghiên cứu của Kaur là 5,5% và nhiều nghiên cứu khác không tìm ra đột biến gen MYOC trong bệnh này [24], [25]. Vị trí của gen MYOC trên nhánh dài nhiễm sắc thể 1 [26] Gen LTBP2 hay còn gọi là GLC3D nằm trên nhánh dài nhiễm sắc thể 14 tại vị trí 14q24.
Gen LTBP2 không có đột biến gây bệnh mà chỉ ở dạng đa hình gen độc lập hoặc phối hợp với đột biến gen CYP1B1. Nghiên cứu ở Trung Quốc, Ả Rập và Thổ Nhĩ Kỳ đều cho tỷ lệ đột biến của gen LTBP2 là 0% [27], [28], [29]. Vị trí của gen LTBP2 trên nhánh dài nhiễm sắc thể 14 [26] Trong số 3 gen nói trên, chỉ có đột biến gen CYP1B1 được chứng minh gây bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát với tỷ lệ đột biến là cao từ 10% đến 100% tùy theo vùng lãnh thổ [30], [31]. Vì vậy, chúng tôi đi sâu vào nghiên cứu đặc điểm và cơ chế gây bệnh của gen CYP1B1.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cấu trúc và vị trí gen CYP1B1 Tên khoa học chính thức của gen CYP1B1 là "cytochrome P450, family 1, subfamily B, polypeptide 1”. Ngoài ra gen CYP1B1 còn được gọi với các tên khác như: aryl hydrocarbon hydroxylase, CP1B, CP1B1_HUMAN, cytochrome P450-subfamily I (dioxin-inducible) -polypeptide 1, flavoprotein - linked monooxygenas, microsomal monooxygenase, xenobiotic monooxygenase. Năm 1994, Sutter và cộng sự đã xác định được gen CYP1B1 gồm 543 acid amin và là một phân họ gen mới của cytochrome P450, P4501B1.
Bằng cách phân tích tế bào sinh dưỡng của người và động vật gặm nhấm, tác giả đã lập bản đồ gen CYP1B1 và xác định gen nằm trên nhiễm sắc thể 2 [32]. Năm 1996, Tang và cộng sự đã phát hiện ra gen CYP1B1 nằm trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 2 tại vị trí 2p22.2 và bao gồm 3 exon, phần mã hóa gen bắt đầu từ exon thứ 2, chiều dài gen là 1629 cặp base [33]. Từ việc xác định vị trí nối intron/exon của gen CYP1B1, Stoilov và cộng sự (1997) đã chỉ ra gen CYP1B1 có 3 exon và 2 intron, dài 12kb, mã hóa phân tử mRNA gồm 1. Cụ thể hơn nữa, các gen CYP1B1 nằm từ cặp base số 38.
Trong một loạt nghiên cứu về nhiễm sắc thể 2, vùng chứa gen CYP1B1 đã được xác định là GLC3A [35]. Vị trí của gen CYP1B1 trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 2 [26] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Năm 1998, Ivaylo Stoilov và cộng sự đã xây dựng mô hình ba chiều về vùng C' tận (C-terminal) của protein CYP1B1. Cấu trúc này gồm bốn vùng I, L, J và K cùng với vùng gắn heme mô tả 3 đột biến dẫn đến thiếu một sản phẩm giữa acid amin 189 và 254, acid amin từ vùng C là Glu387, Arg390 và Cys470. Hình ảnh không gian 3 chiều vùng C' tận của protein CYP1B1 [36] 1.
Chức năng, cơ chế gây bệnh của gen CYP1B1 Gen CYP1B1 là một phân họ của cytochrome P450. Các cytochrome của dòng P450 được biết đến chủ yếu với khả năng chuyển hóa các chất lạ sinh học (xenobiotics) và có chức năng giống như bất kỳ phân tử men nào. Các cytochrome tham gia vào các phản ứng oxy hóa như: sinh tổng hợp, sản xuất hormon cần thiết hoặc đóng vai trò là các hợp chất trao đổi chất trung gian trong hầu hết các sinh vật sống. Đột biến ảnh hưởng đến men thường tạo ra các đột biến lặn.
Đối với đột biến lặn dạng dị hợp tử, alen bình thường có khả năng bù đắp chức năng cho alen bị đột biến. Từ quan điểm này, một kiểu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 hình lặn như glôcôm bẩm sinh nguyên phát được gây ra bởi đột biến trong một loại men như CYP1B1 là hợp lý. Trong quá trình hình thành và phát triển nhãn cầu, chức năng của men CYP1B1 chưa rõ ràng, nhưng nó được giả thiết rằng đóng một vai trò trong việc hình thành các cấu trúc ở phía trước của mắt và cũng có thể tham gia vào một quá trình điều chỉnh sự bài tiết thủy dịch. Schwartzman và cộng sự năm 1987 đã xác định có mối liên quan giữa arachidonate phụ thuộc cytochrome P450 với ức chế Na+,K+-ATPase trong giác mạc trong việc điều chỉnh tính trong suốt của giác mạc và tiết thủy dịch.
Phát hiện này phù hợp với mờ đục của giác mạc và tăng nhãn áp, 2 tiêu chuẩn chẩn đoán chính cho bệnh glôcôm bẩm sinh nguyên phát [37]. Stoilov (2000) đã đưa ra giả thuyết rằng CYP1B1 chuyển hóa một phân tử có nguồn gốc nội sinh (như steroid, axit béo hoặc hợp chất prostanoid) cần thiết cho phát triển bình thường và chức năng của mắt. Hoạt động của CYP1B1 có thể dưới hai dạng: tạo ra một hợp chất hoạt động trên một số mục tiêu hoặc ngừng tác dụng của các hợp chất sinh học khác và chiếm vị trí của nó. Tuy nhiên các phân tử này được chuyển hóa bởi quá trình kích hoạt có tổ chức của các men.
Vì vậy, CYP1B1 có thể thuộc về một con đường tín hiệu sinh hóa nội sinh chưa được biết rõ, liên quan đến trưởng thành cuối cùng của góc tiền phòng. Đột biến gen CYP1B1 sẽ gây ra rối loạn sản xuất men, làm bất thường cấu trúc mạng lưới vùng bè, nơi có các ống tuyến giúp lưu thoát thủy dịch khỏi mắt. Sự ứ trệ thủy dịch này làm tăng nhãn áp gây bệnh glôcôm [23]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Thể hoang dại CYP1B1 Đích tác động Thể đột biến CYP1B1 Mất chức năng Cơ chất Hoạt hóa hay Bất hoạt gắn heme Đột biến Đột biến Đột biến cắt cụt vùng bản lề vùng lõi Hình 1.
Sơ đồ minh họa cơ chế ảnh hưởng của đột biến gen CYP1B1 Có sự khác biệt về tác động của thể hoang dại và thể đột biến của phân tử CYP1B1. Phân tử CYP1B1 thể hoang dại được neo trên màng của lưới nội nguyên sinh. Chức năng bình thường của nó đòi hỏi sự tham gia của một số đối tác oxy hóa khử P450 reductase. P450 reductase có khả năng đưa một nguyên tử của phân tử oxy vào cơ chất của nó.
Khi đó có 2 khả năng xảy ra: trường hợp cơ chất được hoạt hóa và tác động trên mục tiêu xuôi dòng chưa được biết. Tuy nhiên, oxy phân tử có thể làm tăng khả năng ưa nước của cơ chất và làm dễ dàng cho sự bài tiết và thanh lọc cơ chất từ trong tế bào. Bởi vậy, đột biến CYP1B1 có thể làm thay đổi 2 khả năng trên. Sự điều hòa không gian và thời gian của các gen kiểm soát phát triển của góc tiền phòng sẽ bị thay đổi bởi sự vắng mặt của phân tử điều hòa (ví dụ như steroid) được sản sinh bởi CYP1B1.