MỞ ĐẦU Tiểu đường type 2 là một trong những bệnh chuyển hóa tiến triển được đặc trưng bởi rối loạn chức năng tế bào của tuyến tụy và hiện tượng kháng insulin ngoại vi, dẫn đến khiếm khuyết trong chuyển hóa glucose và viêm mãn tính. Sự phát triển của bệnh tiểu đường type 2 có liên quan chặt chẽ với các yếu tố di truyền và môi trường. Theo báo cáo, hơn 460 triệu người trưởng thành trên thế giới mắc bệnh tiểu đường vào năm 2019 và con số này sẽ tăng lên 700 triệu người vào năm 2045. Người mắc bệnh tiểu đường mãn tính sẽ làm tổn thương và suy yếu chức năng của mắt, thận, thần kinh và tim mạch.
Do đó, việc khám phá cơ chế bệnh sinh và điều trị bệnh tiểu đường type 2 có ý nghĩa rất lớn. Hệ vi sinh vật đường ruột được coi là một hệ sinh thái phức tạp trong môi trường đường tiêu hóa, bao gồm vi khuẩn, cổ khuẩn, nấm, virus và động vật nguyên sinh. Hệ vi sinh vật đường ruột có vai trò quan trọng trong tiêu hóa thức ăn, trao đổi chất, hệ miễn dịch, và sức khỏe của con người. Ngày càng có nhiều bằng chứng chỉ ra rằng hệ vi khuẩn đường ruột đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người và tình trạng rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột có liên quan đến nhiều bệnh lý, trong đó có bệnh tiểu đường type 2.
Hơn nữa, probiotics có khả năng hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường nhờ tác dụng bảo vệ các tiểu đảo và tế bào của tuyến tụy, làm chậm sự khởi phát của bệnh tiểu đường type 2, ngăn ngừa các biến chứng liên quan đến bệnh tiểu đường type 2. Hệ vi sinh vật có thể di truyền, nhiều vi khuẩn được di truyền trực tiếp từ mẹ sang con. Một người trưởng thành khỏe mạnh thì chỉ riêng trong ruột đã có khoảng 100 tỷ vi khuẩn. Ở người béo có nhiều vi khuẩn Firmicutes và ít vi khuẩn Bacteroidetes hơn so với người gầy và khoảng 80% người mắc bệnh tiểu đường type 2 bị thừa cân.
Trước đây, việc nghiên cứu đa dạng vi sinh vật thường dựa vào các phương pháp phân lập và nuôi cấy truyền thống nên chỉ giúp chúng ta hiểu biết được 0,1-1% vi sinh vật trong hệ sinh thái. Phương pháp đánh giá đa dạng vi sinh vật tiềm năng nhất hiện nay là phân tích đa hệ gen bằng công cụ Metagenomics. Công cụ Metagenomics được xem là sự tổng hợp sức mạnh và các thành tựu mới nhất của các công nghệ genomics, tin sinh học, sinh học hệ thống. Công nghệ này là chìa khóa góp phần làm sáng tỏ về khu hệ vi khuẩn đường ruột của người, đặc biệt là các vi khuẩn không phân lập được.
Những kết quả về nghiên cứu metagenome khu hệ vi khuẩn trong đường ruột của người sẽ góp phần vào việc xác định các tác nhân gây bệnh tiểu 2 đường type 2 cũng như xác định các vi khuẩn có lợi tiềm năng, qua đó góp phần định hướng cho sử dụng vi sinh vật trong điều trị bệnh tiểu đường. Chính vì vậy, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài luận án “Nghiên cứu khu hệ vi khuẩn đường ruột bằng kỹ thuật Metagenomics và tiềm năng ứng dụng probiotics trong hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường type 2”. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1) Xác định được sự thay đổi về thành phần của khu hệ vi khuẩn đường ruột người mắc bệnh tiểu đường type 2. 2) Chỉ ra mối liên quan của sự thay đổi khu hệ vi khuẩn đường ruột với các yếu tố gây ra bệnh tiểu đường.
3) Phân lập, tìm ra các vi khuẩn tiềm năng và lựa chọn các chủng có lợi cho người mắc bệnh tiểu đường type 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1) Đánh giá sự thay đổi khu hệ vi khuẩn đường ruột ở nhóm người bị bệnh tiểu đường type 2 và người không tiểu đường trên cơ sở dữ liệu giải trình tự gen 16S rRNA metagenome. 2) Phân tích mối liên quan của vi khuẩn đường ruột với một số chỉ số dùng chẩn đoán và tiên lượng bệnh tiểu dường type 2. 3) Nghiên cứu phân lập và kiểm tra đặc điểm của một số chủng vi khuẩn có khả năng liên quan đến bệnh tiểu đường type 2.
Đánh giá khả năng giảm đường huyết của chủng vi khuẩn phân lập trên chuột thí nghiệm. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1) Là nghiên cứu đầu tiên xây dựng được cơ sở dữ liệu metagenome khu hệ vi khuẩn đường ruột ở người bị bệnh tiểu đường type 2 và người không tiểu đường ở Việt Nam. 2) Đánh giá đặc tính sinh học của một số chủng Lactobacillus phân lập từ mẫu phân của người bị bệnh tiểu đường Việt Nam. Thử nghiệm chủng Lactobacillus plantarum 16 trên động vật thí nghiệm để đánh giá khả năng tăng tiết GLP-1 giúp hỗ trợ hạ đường huyết.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN Kết quả của luận án góp phần bổ sung cơ sở khoa học và thực tiễn về sự thay đổi khu hệ vi khuẩn đường ruột ở người mắc bệnh tiểu đường type 2, tìm kiếm và đưa ra chủng vi khuẩn có tiềm năng trong điều trị bệnh tiểu đường. Bệnh lý tiểu đường 1. Định nghĩa, phân loại 1. Định nghĩa Năm 1550 trước Công nguyên bệnh tiểu đường được đặt tên là bệnh “đái tháo” (diabetes) [1].
Từ thế kỷ thứ 3 sau Công nguyên, bệnh tiểu đường được gọi là bệnh tiểu ngọt. Tụy có liên quan đến bệnh tiểu đường và đã được mô tả, thực nghiệm trên chó [2]. Năm 2006, Hiệp hội tiểu đường Mỹ định nghĩa tiểu đường type 2 như sau: “Tiểu đường type 2 là bệnh chuyển hóa đặc trưng bởi tăng đường huyết do sự phối hợp giữa kháng insulin và thiếu đáp ứng insulin”. Năm 2017, Liên đoàn tiểu đường quốc tế đã định nghĩa tiểu đường: Tiểu đường là nhóm những rối loạn không đồng nhất gồm tăng đường máu và rối loạn dung nạp glucose do thiếu insulin, do giảm tác dụng của insulin hoặc cả hai.
Phân loại Theo Hiệp hội tiểu đường Mỹ và Hiệp hội tiểu đường Châu Âu, bệnh tiểu đường được phân loại như sau: - Tiểu đường type 1: do tế bào của tụy bị phá hủy dẫn đến thiếu hụt insulin tuyệt đối [3]. - Tiểu đường type 2: do tình trạng kháng insulin hoặc giảm bài tiết insulin của tuyến tụy. Ở các nước phát triển, 87-91% số người mắc bệnh tiểu đường thuộc nhóm tiểu đường type 2 [3]. - Tiểu đường thai kỳ: tiểu đường được phát hiện khi mang thai và chiếm 1-3% tổng số bệnh nhân tiểu đường.
- Tiểu đường do đột biến gen, do khiếm khuyết gen của tế bào … 1. Nguyên nhân Rối loạn bài tiết insulin: Sự bài tiết và độ nhạy cảm của insulin giúp cơ thể duy trì lượng glucose trong máu. Chức năng tế bào β giảm trên 80% và khối lượng giảm 30-40% ở những bệnh nhân tiểu đường type 2. Khối lượng tế bào β ở người tiểu đường type 2 thường giảm từ từ, và tốc độ giảm tăng dần theo thời gian mắc bệnh.
Khối lượng tế bào β ở người tiểu đường type 2 giảm là do tế bào β bị chết, sự tân tạo tế bào giảm [4], [5]; giảm tác dụng của GIP hoặc giảm tiết GLP-1 [5], [6]. Kháng insulin: Hội chứng trao đổi chất hay hội chứng X đã được dùng để chỉ 4 các đặc tính kháng lại insulin. Định nghĩa của NCEP về hội chứng trao đổi chất như sau: là hội chứng được đặc trưng bởi một chu vi vòng eo lớn (do mỡ vùng bụng nhiều quá mức), tăng huyết áp, đường huyết lúc đói không bình thường hoặc đề kháng insulin, và rối loạn lipid máu. Hiện nay, kháng insulin chủ yếu đánh giá ở bệnh nhân tiểu đường, béo phì, tăng huyết áp, rối loạn chuyển hóa lipid.
Kháng insulin được coi là giai đoạn tiền lâm sàng và thường có trước nhiều năm khi tiểu đường type 2 xuất hiện. Tuy cơ thể vẫn tiết ra insulin nhưng người mắc bệnh “Tiểu đường kháng insulin” lại không đáp ứng được với chính insulin tiết ra [7]. Di truyền: Nhiều nghiên cứu cho thấy nếu bố hoặc mẹ bị tiểu đường thì nguy cơ con bị tiểu đường là 40%. Nếu cả bố và mẹ bị bệnh tiểu đường thì con cái của họ có nguy cơ mắc bệnh là 70%.
Các nghiên cứu gần đây công bố gen SUR1, gen PPAR gamma và SNPs có liên quan chặt chẽ tới sự xuất hiện tiểu đường type 2 ở người mang gen này. Trong đó SUR1 có liên quan đến tỷ lệ mắc bệnh tiểu đường nhiều gấp 2 lần so với người không mang gen này. Một số gen như IRS1, PI3K cũng liên quan đến bệnh tiểu đường. Những đột biến khác nhau có thể dẫn tới những thay đổi chức năng quan trọng của gen điều hòa tổng hợp insulin.
Có nhiều yếu tố liên quan giữa môi trường sống và bệnh tiểu đường type 2 như: người cao tuổi, béo phì; do thói quen ăn nhiều; ít vận động thể lực; tăng lượng thức ăn đưa vào cũng kích thích tụy tăng tiết insulin. Mặt khác, quá trình sản sinh tế bào mỡ cũng đóng góp một phần vào kháng insulin và tăng insulin máu [8]. Giảm tiết incretine: Incretine là một loại nội tiết tố tiêu hóa, kích thích tiết insulin sau bữa ăn. Ở người, 2 incretine chính là GLP-1 và GIP.
Vai trò chính của hai incretine này là điều hòa ổn định năng lượng, kích thích tụy tiết insulin, ức chế sự ngon miệng. Một số nghiên cứu cho thấy, GLP-1 chỉ làm tăng tiết insulin khi glucose máu tăng. Do đó, để tăng hiệu quả điều trị bệnh tiểu đường cần nâng cao tác dụng của incretin ở người bệnh. Liraglutide là chất tương đồng tới 97% GLP-1.
Trong huyết tương, liraglutide có thời gian bán hủy khoảng 12 giờ. Chỉ khi đường huyết tăng cao thì liraglutide mới kích thích tăng tiết insulin và giảm tiết glucagon nên không gây hạ glucose máu. Ngoài ra, liraglutide còn kháng lại sự phân hủy của DPP4 [9]. 5 Lối sống: Nhiều nghiên cứu cho thấy không hoặc ít hoạt động thể lực sẽ dễ bị mắc bệnh tiền tiểu đường type 2.
Mỗi ngày tập thể dục ít nhất 1 giờ sẽ giảm nguy cơ tiểu đường type 2 đến 39%. Luyện tập thể lực và sống lành mạnh sẽ phòng ngừa được sự khởi phát của tiểu đường. Sự hấp thu glucose sẽ giảm khi cơ thể tiêu thụ lượng lớn alcohol. Nguyên nhân là do rượu ảnh hưởng lên tế bào tuyến tụy và ức chế sự tiết insulin, tăng BMI [10].
Hút thuốc lá làm tăng 70% nguy cơ mắc tiểu đường type 2 so với người không hút thuốc. Các chỉ số dùng chẩn đoán, tiên lượng trong bệnh tiểu đường Chỉ số glucose máu: Chỉ số đường máu của một loại thực phẩm có thể được xem là thấp, trung bình hoặc cao.