CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI 1. Ung thư và các liệu pháp chữa trị ung thư Ung thư là sự phát triển không bình thường của tế bào do sai sót của quá trình điều khiển ở mức độ phân tử xảy ra trong quá trình sống của tế bào. Tất cả các loại tế bào trong cơ thể về nguyên tắc đều có thể biến thành tế bào khối u.
Các khối u này có thể là lành tính (tumor) hoặc có thể biến thành ác tính (cancer). Đặc điểm của tế bào ung thư là có thể nhân lên mà không cần các chất điều hoà sinh trưởng của tế bào bình thường cần phải có và chúng trơ với các tín hiệu chết theo chương trình của tế bào bình thường (apoptosis). Các tế bào ung thư cũng có thể lan sang các mô xung quanh và lan truyền trong cơ thể để tạo nên khối u thứ cấp. Quá trình này gọi là di căn.
Để phát triển thì cả hai quá trình hình thành các loại khối u trên đều cần tạo ra các mạch máu mới, do đó mà gần đây một trong những liệu pháp chữa trị khối u đang được các nhà nghiên cứu quan tâm là tạo ra các chất ức chế quá trình tạo các mạch máu của khối u đang phát triển. Nguyên nhân của ung thư được xác định là do đột biến. Thế nhưng các đột biến gây ung thư khác với đột biến của bệnh di truyền ở hai điểm sau. Các đột biến dẫn đến ung thư chủ yếu là do đột biến tế bào soma, còn các đột biến ở bệnh di truyền xảy ra ở các tế bào mầm (the germ cells).
Tuy nhiên cũng có trường hợp một số đột biến ở bệnh nhân bị bệnh di truyền đã tạo tiền đề cho sự phát triển một số dạng ung thư. Điểm khác thứ hai là ung thư không thể hình thành do đột biến đơn, mà nó là hậu quả của sự tích luỹ từ ít nhất 3 cho đến 20 đột biến xảy ra trong các gen điều khiển quá trình tăng sinh tế bào, phụ thuộc vào loại ung thư. Chính vì thế mà ung thư hay xảy ra ở người cao tuổi, vì cần có sự tích luỹ các đột biến gen. Điều này cũng giúp một phần lý giải tỷ lệ người bị bệnh ung thư cao gắn liền với ô nhiễm môi trường, hút thuốc lá.
Thời gian thực hiện: 01/2005 – 06/2007 17 Báo cáo Tổng kết Khoa học và Kỹ thuật đề tài KC.33 Sự phân chia của tế bào bình thường Sự phân chia của tế bào ung thư Tế bào bị phá hủy Hình 1. Sự phát triển của tế bào ung thư (http://www.com/biotechnology/cancer.2 Ung thư thận và u hắc tố Trong các loại ung thư có thể được điều trị bằng liệu pháp miễn dịch, 2 dạng ung thư là u hắc tố (melanoma) và ung thư thận ác tính bước đầu đã được điều trị có kết quả nhờ interleukin-2 [10, 11, 26]. Thận là một phần trong hệ tiết niệu. Chức năng chính của nó là lọc máu và sản xuất nước tiểu để loại bỏ chất thải ra ngoài cơ thể.
Khi ung thư thận phát triển, nó có thể xâm lấn vào các cơ quan ở gần thận như gan, đại tràng, hoặc tuyến tuỵ. Tế bào ung thư thận có thể tách khỏi khối u ban đầu và di căn tới các bộ phận khác của cơ thể. Các triệu chứng của ung thư thận là đái ra máu, có khối u ở vùng thận. Các triệu chứng ít gặp hơn như mệt mỏi, chán ăn, đau ở vùng thắt lưng không khỏi, sốt lặp đi lặp lại nhiều lần.
Ung thư thận tăng lên theo độ tuổi, bệnh thường xuất hiện nhiều nhất là trong độ tuổi 50-70. Nó xảy ra ở nam giới nhiều gấp đôi nữ giới. Nguyên nhân của ung thư thận là do đột biến gen, sử dụng thuốc lá, béo phì, sự phơi nhiễm trong nghề nghiệp, tia xạ… Ung thư thận được điều trị chủ yếu bằng hormon, hoá chất, liệu pháp miễn dịch. U hắc tố là một loại ung thư khá thường gặp và đang có tần suất mắc bệnh tăng nhanh nhất trong một số loại ung thư hiện nay.
Các nhà nghiên cứu dự đoán tần suất mắc bệnh tiếp tục tăng trong 20 năm tới. Nguyên nhân làm tăng tần suất mắc bệnh chưa được xác định. Một số yếu tố có thể có liên quan, như thói quen phơi nắng và những thay đổi mang tính chất toàn cầu như thủng tầng ozon và sự ô nhiễm môi trường. U hắc tố có thể gặp ở mọi lứa tuổi người trưởng thành.
Theo thống kê thì u hắc tố có tính chất gia đình. Cắt bỏ khối u là lựa chọn điều trị dành cho u hắc tố. Sau khi Thời gian thực hiện: 01/2005 – 06/2007 18 Báo cáo Tổng kết Khoa học và Kỹ thuật đề tài KC.33 giải phẫu các bệnh nhân được chỉ định dùng các chất như interferon-α, interleukin-2 được sử dụng để điều trị bổ trợ nhằm chống di căn.3 Các liệu pháp chữa trị ung thư Cho đến nay ung thư vẫn là một trong những căn bệnh nan y và đứng đầu trong những bệnh gây tử vong. Các phương pháp điều trị chính hiện đang được dùng là giải phẫu, chiếu xạ hay hóa chất.
Các phương pháp này có thể được sử dụng phối hợp để tăng cường hiệu quả điều trị. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể sử dụng các phương pháp này để điều trị các loại ung thư. Đặc biệt, phương pháp chiếu xạ hay hoá chất do tính không đặc hiệu nhiều khi giết cả tế bào ung thư lẫn các tế bào bình thường, ảnh hưởng không tốt đến toàn bộ cơ thể. Một liệu pháp khác cũng đã được sử dụng để điều trị ung thư có hiệu quả là liệu pháp miễn dịch có sử dụng các chất cytokine để kích hoạt hệ thống miễn dịch của cơ thể người nhằm nhận biết và tiêu diệt các tế bào ung thư ác tính.
Liệu pháp này bước đầu đã thành công với nhiều loại ung thư như ung thư tế bào máu, ung thư thận, ung thư bàng quang, u trung mô ác tính, u màng não, ung thư tuyến giáp, sarcom mô mềm ở chi, u lympho, u hắc tố. Interleukin-2 và ứng dụng trong điều trị ung thư Interleukin là một trong các nhóm cytokine đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch. Interleukin được phân loại bao gồm có 33 nhóm IL khác nhau ký hiệu từ IL-1 đến IL-33. Các IL này có vai trò trung gian trong việc liên kết với các thụ thể đặc hiệu để điều khiển quá trình hoạt động của tế bào, quá trình apoptosis và các quá trình phân chia của tế bào.
Mỗi nhóm IL có vai trò khác nhau trong hệ thống miễn dịch và chúng có thể được tạo ra bởi các loại tế bào khác nhau. Interleukin-2 (IL-2) là một lymphokine quan trọng thúc đẩy sự hoạt hóa của các tế bào T. IL-2 lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1975 như là một nhân tố kích thích sự tăng sinh của các tế bào T và đây là một trong số các cytokine được nghiên cứu kỹ nhất bởi chức năng quan trọng của nó trong hệ thống miễn dịch. Kể từ đó đến nay đã có hơn 150 công trình nghiên cứu khoa học về vai trò của IL-2 trong điều trị các bệnh ung thư đã được công bố từ năm 1990 đến nay.
Những công trình nghiên cứu khoa học này đã đem lại cho các nhà khoa học những hiểu biết Thời gian thực hiện: 01/2005 – 06/2007 19 Báo cáo Tổng kết Khoa học và Kỹ thuật đề tài KC.33 quan trọng về việc sử dụng IL-2 trong điều trị các bệnh ung thư bằng liệu pháp miễn dịch, đặc biệt là ung thư biểu mô thận ác tính và ung thư hắc tố. Gen mã hoá cho IL-2 lần đầu tiên được tách dòng vào năm 1983 và cấu trúc tinh thể của protein này đã được mô phỏng vào năm 1992. IL-2 là một glycoprotein có trọng lượng phân tử khoảng 15 kDa gồm 153 amino acid, nó có cấu trúc dạng cầu với 4 chuỗi xoắn α-helices được cuộn theo cấu trúc điển hình họ cytokine kiểu 1. Cấu trúc không gian của Interleukin-2 Trải qua quá trình biến đổi sau dịch mã, protein hIL-2 bị cắt đoạn trình tự tín hiệu tiết dài 20 amino acid và tạo thành hIL-2 hoàn chỉnh chứa 133 amino acid.
Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy có 3 vùng trên phân tử hIL2 có vai trò quyết định hoạt tính sinh học của cytokine này đó là: i) vùng tận cùng đầu N (các gốc amino acid 1-20), ii) vùng tận cùng đầu C (các gốc amino acid 121-133) và iii) cầu disunfide giữa các gốc Cys58 và Cys105. Nghiên cứu của Grace (1987) cho thấy các đột biến mất 20 amino acid ở đầu N và 10 gốc amino acid ở đầu C có thể làm mất 99% hoạt tính của IL-2 và khả năng liên kết của chúng với các thụ thể IL-2. Phân tích trình tự amino acid cho thấy hIL-2 tự nhiên của người có chứa 3 gốc Cys tại các vị trí 58, 105, 125 trong đó hai gốc Cys58 và Cys105 tạo cầu disulfide. Việc hình thành chính xác cầu disulfide này sẽ quyết định đến hoạt tính sinh học của hIL-2.
Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy đột biến các gốc Cys105 làm phá huỷ cầu disunfide do vậy làm giảm 8-10 lần hoạt tính của hIL-2, trong khi đó sự thay thế hoặc đột biến Cys58 làm hoạt tính của hIL-2 giảm tới 250 lần. Tuy nhiên sự đột biến mất gốc Cys tại vị trí Thời gian thực hiện: 01/2005 – 06/2007 20 Báo cáo Tổng kết Khoa học và Kỹ thuật đề tài KC.33 125 chỉ ảnh hưởng rất ít tới hoạt tính hIL-2 và sự thay đổi gốc Cys125 thành Ser125 không ảnh hưởng tới hoạt tính của hIL-2 (Liang SM. Do vậy đột biến thay đổi Cys ở vị trí 125 thành Ser có thể ngăn cản sự tạo thành cầu disunfide không mong muốn giữa gốc này với Cys58 hoặc Cys105. Ngoài ra, tại đầu N của protein hIL-2 có điểm glycosyl hoá được nhận biết bởi trình tự Ala-Pro-Thr ở 3 vị trí amino acid đầu tiên.
hIL-2 trong tự nhiên tồn tại ở dạng glycosyl hoá có tính thấm cao với màng tế bào do vậy gây nên độc tính của protein này trong cơ thể bệnh nhân. Vì vậy, để tạo ra IL-2 dạng thương phẩm, protein tái tổ hợp IL-2 phải chứa các đột biến điểm làm mất điểm glycosyl hoá để làm giảm tính thấm và tính độc của IL-2 đối với tế bào và đột biến thay thế Cys125 thành Ser125 nhằm ngăn cản sự tạo thành sai cầu disulfide để đảm bảo cấu trúc của protein tự nhiên. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, với việc sử dụng IL-2 trong điều trị ung thư có thể làm tăng khả năng sống sót cho các bệnh nhân.
