CHƯƠNG 1. Tổng quan về tế bào da người Hình 1. Cấu tạo da người Da chiếm diện tích lớn nhất trên cơ thể người và bảo vệ chúng ta khỏi vi khuẩn và các yếu tố môi trường, giúp điều chỉnh nhiệt độ cơ thể và cho phép cảm nhận nóng, lạnh. Da gồm có ba lớp (Chaurasia, 2004): Lớp thượng bì (Epidemis): lớp ngoài cùng của da có chức năng cung cấp một hàng rào chống thấm nước và tạo ra màu da của chúng ta.
Lớp nội biểu bì (Dermis): bên dưới lớp biểu bì, chứa mô liên kết cứng, nang lông và tuyến mồ hôi. Lớp hạ bì (Hypodemis): Các mô dưới da được cấu thành từ chất béo và mô liên kết. Lớp thượng bì (Epidemis) Thượng bì là lớp ngoài cùng của da có thể chạm và cảm nhận được, gồm chủ yếu là các tế bào biểu mô sừng (Keratinocyte) chiếm tới 95%, ngoài ra còn có tế bào hắc tố (Melanoma), tế bào thần kinh (Merkel) và tế bào Langerhans. Thượng bì vừa có tác dụng bảo vệ da vừa có khả năng giữ các chất lỏng cần thiết cho cơ thể, bao gồm 4 lớp tế bào chính (tính từ ngoài vào trong): lớp tế bào sừng, lớp tế bào hạt, lớp tế bào gai, lớp tế bào đáy.
Riêng ở lòng bàn tay và bàn chân có thêm 1 lớp bóng, nằm xen kẽ giữa lớp sừng và lớp hạt (tức là do an có 5 lớp). Thượng bì có độ dày 0,4 – 1,5 mm tùy theo từng vị trí trên cơ thể (Monteiro- Riviere, 2010). Lớp tế bào đáy (Stratum basale) Lớp này còn gọi là lớp tế bào cơ bản (Basal cells), đó là lớp sâu nhất của thượng bì, gồm những tế bào hình trụ, nhân có trục dài, thẳng đứng. Nguyên sinh chất ưa kiềm chứa các hạt sắc tố melanin.
Đây cũng là nơi sản sinh ra các tế bào keratinocyte với chức năng chính là chống lại tia UV, hạn chế sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh, nấm, kí sinh trùng và giữ nước cho cơ thể. Mặt khác, các tế bào đáy có khả năng sản sinh rất mạnh để sản xuất ra các tế bào mới thay thế các tế bào cũ đã biệt hóa. Thời gian để cho một tế bào đáy phân chia, biệt hóa và di chuyển tới lớp sừng khoảng 14 ngày và cho đến khi hình thành vảy da và bong ra ở lớp sừng thì cần khoảng 14 ngày nữa. Như vậy khả năng tái tạo của lớp thượng bì khoảng 4 tuần (Montagna, 2012).
Lớp tế bào gai (Stratum spinosum) Các tế bào lớp gai bao gồm 5-10 hàng tế bào hình đa diện. Các tế bào này không nối hẳn với nhau mà chỉ tiếp xúc bằng các thể nối (desmosome) có bản chất là phospholipid. Khi tách các tế bào gai rời nhau ra thì thấy trên bề mặt có những chỗ nhú lên như những cái gai. Tương tự như các tế bào lớp đáy thì các tế bào gai cũng có khả năng sản sinh tế bào rất nhanh và liên tục.
Chính vì vậy, khoảng từ 20-27 ngày biểu bì của da người lại được đổi mới một lần. Lớp tế bào hạt (Stratum granulosum) Lớp này bao gồm có 3 – 4 hàng tế bào dẹt nằm trên lớp tế bào gai. Tại đây các tế bào sản sinh ra các hạt nhỏ và di chuyển lên lớp sừng để hình thành chất sừng và lipid biểu bì. Ngoài ra, bào tương của các tế bào hạt chứa rất nhiều hạt keratohyalin mà thành phần chủ yếu là tiền chất Filaggrin và các lá keratin trung gian.
Sự xuất hiện của các hạt này chứng tỏ quá trình sừng hóa đang diễn ra (Walters, 2002). Lớp tế bào sáng (Stratum lucidum) Lớp này chỉ có ở lòng bàn tay, bàn chân và nằm ở trên lớp hạt bao gồm những tế bào trong, không có nhân, dẹt, sắp xếp thành 2 - 3 hàng. Các tế bào này thường bằng phẳng và khó có thể phân biệt. Lớp tế bào sừng (Stratum corneum) Lớp tế bào sừng là lớp ngoài cùng của da với trung bình khoảng 20 lớp và là nơi chứa các tuyến mồ hôi và tuyến bã nhờn.
Đây cũng là những tế bào có kích thước lớn nhất ở lớp 2 do an thượng bì. Thành phần chủ yếu là chất sừng (keratin). Các tế bào ở lớp sừng gắn kết với nhau nhờ chất gian bào tạo thành một khối vững chắc để chống lại các tác động từ bên ngoài. Do các sợi thần kinh chỉ phân nhánh đến lớp đáy của da nên thượng bì không có mạch máu và chỉ được nuôi dưỡng bởi dịch gian bào (Monteiro-Riviere, 2010).
Lớp nội bì (trung bì) (Dermis) Lớp nội bì hay còn gọi là trung bì là lớp nằm dưới thượng bì và là vùng dày nhất của da, tuy nhiên độ dày cũng khác nhau tùy từng vùng của cơ thể từ 0,1 mm đến vài mm. Lớp nội bì bao gồm có các biểu mô liên kết để giữ hạ thượng bì và lớp hạ bì. Trung bì và thượng bì ngăn cách nhau bởi màng đáy (hay còn gọi là màng cơ bản), màng đáy dày chừng 0,5 mm. Mặt khác, dịch trong lớp nội bì sẽ là chất nuôi dưỡng thượng bì bằng cách vận chuyển qua màng đáy.
Ranh giới giữa thượng bì và trung bì không phải là một đường thẳng mà là đường lượn sóng, phần sóng nhô lên phía trên là gai bì (còn gọi là trung bì nông), phần sóng lượn xuống dưới giữa 2 gai bì gọi là mào liên gai (Parker, 1974). Màu da được tạo ra bởi các tế bào đặc biệt nằm trong lớp biểu bì gọi là melanocyte. Các tế bào này sẽ sản sinh ra sắc tố melanin dưới sự hoạt động của enzyme tyrosinase. Các nghiên cứu hiện nay đều hướng tới các phương pháp ức chế tyrosinase để ức chế sự hình thành melanin trên da hay còn gọi là nám da.
Tổng quan về Tyrosinase 1. Các dạng oxy hóa của Tyrosinase 3 do an Tyrosinase hay còn gọi là enzyme polyphenol oxidase (PPO), là một enzyme monooxygenase kiểm soát việc sản xuất melanin. Enzyme chủ yếu tham gia vào hai phản ứng khác nhau của quá trình tổng hợp melanin: một là hydroxyl hóa monophenol thành o- diphenol và hai là oxi hóa o-diphenol thành o-quinone tương ứng. Sau đó, o-quinone trải qua một số phản ứng để cuối cùng tạo thành melanin (Kumar CM, 2011).
Tyrosinase là một enzyme chứa đồng có trong các mô thực vật và động vật xúc tác cho việc sản xuất melanin và các sắc tố khác thông qua quá trình oxy hóa từ các amino acid tyrosine. PPO được tìm thấy bên trong melanosome được tổng hợp trong các tế bào melanocyte. Enzyme tyrosinase có mặt trong các loại nấm, động vật và thực vật, đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành sắc tố. Enzyme tyrosinase có thể tồn tại ở 3 dạng là: oxy, deoxy, met-tyrosinase được biểu diễn qua sơ đồ trong Hình 1.
Cả dạng met-tyrosinase và dạng oxy-tyrosinase đều có khả năng oxy hóa o-diphenol thành các o-quinone (diphenolase), trong khi chỉ có dạng oxy-tyrosinase mới có thể hydroxyl hóa monophenol thành o-diphenol (monophenolase). Dạng deoxy-tyrosinase là dạng yếu, không ổn định, phản ứng với oxy để tạo thành dạng oxy- tyrosinase. Trung tâm hoạt động của Tyrosinase 4 do an Trung tâm hoạt động của tyrosinase gồm có túi enzyme và 2 nguyên tử đồng nằm ở đáy túi, đóng vai trò quan trọng trong cơ chế xúc tác của enzyme. Mỗi nguyên tử đồng tạo liên kết phối trí với 3 phân tử histamin.
Miệng túi được hình thành từ các chuỗi acid amin như Val283, Phel264, His244, Val248, Asn260… (Hình 1. Melanogenesis Melanogenesis là quá trình sản xuất các sắc tố melanin và thường được sản xuất bởi các tế bào melanocyte (Bonaventure, 2013). Melanin là một loại polymer được sản xuất tự nhiên ở vô số vị trí trong cơ thể đặc biệt là mắt, tai, não, tóc và da. Có ba dạng melanin chính ở người: eumelanin, pheomelanin và neuromelanin.
Trong đó, neuromelanin nằm trong não, eumelanin và pheomelanin được tìm thấy trong da. Eumelanin và pheomelanin là các sắc tố chính chịu trách nhiệm cho các tông màu da khác nhau. Eumelanin là sắc tố màu nâu đen, trong khi pheomelanin là sắc tố màu vàng đỏ. Màu da bị ảnh hưởng bởi nền tảng di truyền cũng như các yếu tố môi trường (tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy) và sẽ thay đổi theo tỷ lệ của eumelanin với pheomelanin.
Nếu lượng eumelanin cao sẽ khiến da có tông màu tối hơn, lượng pheomelanin cao giúp màu da sáng hơn và đều màu hơn (Yamaguchi, 2007). Cấu trúc hóa học của eumelanin (A) và pheomelanin (B) 5 do an 1. Quá trình sản xuất melanin (melanogenesis) Hình 1. Quá trình sản xuất melanin Hình 1.
cho thấy eumelanin và pheomelanin được tổng hợp trong melanosome của tế bào melanocyte thông qua chuỗi các phản ứng được xúc tác bởi các melanogenic enzyme (PAH, TRYP1, TPYP2) (màu đen). Việc sản xuất các enzyme này được thúc đẩy bởi yếu tố phiên mã liên quan đến microphthalmia (MITF) có hoạt động như một chất điều chỉnh tổng hợp melanin trong melanocyte. Bản thân MITF cũng được điều chỉnh bởi một số con đường truyền tín hiệu bao gồm Protein kinase C (PKC) (màu xám), Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) (màu xanh), MAP Kinase (MEK) (màu tím) và Wingless – related integration site (WNT) (màu cam). Các đường dẫn tín hiệu này được kích hoạt ngược dòng bởi các thụ thể như KIT (Phối tử: Stem cell factor (SCF)) và Melanocyte – specific melanocortin – 1 receptor (MC1R) (Phối tử: α – melanocyte – stimulating hormone (α- MSH), Adrenocorticotropic hormone (ACTH) và Agonist stimulating protein (ASP)).
MITF còn thúc đẩy sự biểu hiện của một số gen bao gồm SOX10 và PAX3 (D’Mello, 2016). Quá trình hình thành melanin bắt đầu với enzyme tyrosinase (TYR). TYR hydroxyl hóa amino acid tyrosine thành L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) và sau đó DOPA nhanh chóng bị oxy hóa thành DOPA quinone. Khi có mặt của cysteine và glutathione, cysteinyl - DOPA được hình thành sẽ bị oxy hóa và trùng hợp thành pheomelanin (melanin hòa tan màu vàng đỏ).
Còn khi không có cysteine và glutathione, DOPA quinone đóng vòng 6 do an thành DOPA chrome. Có hai con đường mà DOPA chrome có thể tham gia để hình thành melanin, một là chuyển hóa thành 5,6-dihydroxyindole (DHI) và sau đó DHI sẽ bị oxy hóa thành DHI-melanin có màu nâu đen; hai là DOPA chrome biến đổi thành axit DHI-2- carboxylic (DHICA) do DOPAchrome tautomerase (TYRP2) xúc tác, sau đó TYRP1 xúc tác DHICA để tạo thành DHICA-melanin màu nâu nhạt (Thanh, 2015). Cả DHICA-melanin và DHI-melanin đều thuộc về eumelanin, loại này đóng vai trò quan trọng hơn trong màu da và tạo sự đa dạng về màu da giữa các nhóm dân tộc (Wang, 2017). Các phương pháp ức chế sự hình thành melanin Việc kiểm soát nám da vẫn là một vấn đề thách thức đối với các bác sĩ da liễu, vì có rất nhiều phương pháp trị liệu khác nhau nhưng không mang lại hiệu quả cao.
Hiện nay, khi nghiên cứu các phương pháp để ức chế melanin thì người ta tập trung chủ yếu vào việc ức chế họat động của enzyme tyrosinase và các melanogic enzyme.