Tính đa dạng của hệ vi khuẩn và mối liên quan giữa tình trạng nhiễm một số chủng vi khuẩn đường tiêu hoá với ung thư đại trực tràng

Nghiên cứu mối liên quan giữa hệ vi khuẩn đường ruột và ung thư đại trực tràng, khám phá đa dạng vi sinh vật và ảnh hưởng đến sức khỏe.

• Tác giả: Nguyễn Duy Trường
• Người hướng dẫn: Gs. Lê Hữu Song
• Trường học: Viện Nghiên Cứu Khoa Học Y Dược Lâm Sàng 108
• Chuyên ngành: Bệnh truyền nhiễm và các bệnh nhiệt đới
• Đề tài: Tính Đa Dạng Của Hệ Vi Khuẩn Và Mối Liên Quan Giữa Tình Trạng Nhiễm Một Số Chủng Vi Khuẩn Đường Tiêu Hoá Với Ung Thư Đại Trực Tràng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. DỊCH TỄ HỌC UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 1.2. CƠ CHẾ BỆNH SINH UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG
• 3.2. TÍNH ĐA DẠNG HỆ VI KHUẨN TẠI MÔ UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG, MÔ GAN VÀ HẠCH DI CĂN
• 3.3. MỐI LIÊN QUAN GIỮA TÌNH TRẠNG NHIỄM F. FRAGILIS VỚI UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 4. BÀN LUẬN
• 4.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG
• 4.2. TÍNH ĐA DẠNG HỆ VI KHUẨN TẠI MÔ UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG, MÔ GAN VÀ HẠCH DI CĂN
• 4.3. MỐI LIÊN QUAN GIỮA F. NUCLEATUM VỚI UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 4.4. MỐI LIÊN QUAN GIỮA B. FRAGILIS VỚI UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 4.5. MỐI LIÊN QUAN GIỮA TÌNH TRẠNG ĐỒNG NHIỄM F. FRAGILIS VỚI UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG
• 4.6. NHỮNG ĐIỂM HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hệ Vi Khuẩn và Ung Thư Đại Trực Tràng

Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là một trong những bệnh ung thư phổ biến trên toàn thế giới. Theo GLOBOCAN 2020, UTĐTT đứng thứ 3 về tỷ lệ mắc mới và thứ 2 về tỷ lệ tử vong do ung thư. Ở Việt Nam, UTĐTT đứng hàng thứ 5 về tỷ lệ mắc mới và tử vong. Quá trình sinh bệnh của UTĐTT trải qua nhiều giai đoạn, xuất phát từ các tế bào biểu mô đại trực tràng lành tính. Hiện nay đã xác định được yếu tố di truyền và yếu tố môi trường góp phần vào sự phát triển của UTĐTT. Các tác nhân truyền nhiễm có liên quan tới khoảng 15 - 20% các loại ung thư, trong đó có UTĐTT. Hệ vi sinh vật đường ruột có vai trò quan trọng, với số lượng vi khuẩn trong đại tràng cao gấp khoảng một triệu lần so với ruột non và tỷ lệ UTĐTT cao gấp 12 lần ung thư ruột non.

1.1. Dịch Tễ Học Ung Thư Đại Trực Tràng Toàn Cầu và Tại Việt Nam

Theo GLOBOCAN 2020, UTĐTT đóng góp khoảng 10% số ca mắc mới và 9,4% số ca tử vong do ung thư trên toàn thế giới. Tỷ lệ mắc và tử vong khác nhau đáng kể giữa các quốc gia. Tại Việt Nam, UTĐTT đứng thứ 5 về tỷ lệ mắc mới và tử vong. Số lượng người tử vong do UTĐTT là 8524 người, chiếm khoảng 6,9%, đứng hàng thứ năm. Việc hiểu rõ dịch tễ học giúp định hướng các nghiên cứu và biện pháp phòng ngừa.

1.2. Mối Liên Quan Giữa Nhiễm Khuẩn và Ung Thư Đại Trực Tràng

Các tác nhân truyền nhiễm có liên quan tới khoảng 15-20% các loại ung thư, bao gồm UTĐTT. Vi khuẩn đường tiêu hoá là nguyên nhân chính gây viêm đại tràng và liên quan đến sự tiến triển của UTĐTT. Microbiome đường ruột có thể ảnh hưởng đến sự phát triển, tồn tại, xâm lấn và di căn của tế bào UTĐTT. Nghiên cứu tập trung vào các chủng vi khuẩn như Fusobacterium nucleatum (F. nucleatum) và Bacteroides fragilis (B. fragilis).

II. Thách Thức Đa Dạng Vi Sinh Vật và Cơ Chế Sinh Ung Thư ĐTTràng

UTĐTT phát triển từ các tế bào biểu mô lành tính, trải qua quá trình nhiều bước để chuyển thành kiểu hình ác tính. Fearon và Vogelstein đề xuất mô hình biến đổi gen nhiều bước trong cơ chế bệnh sinh UTĐTT. Đa dạng vi sinh vật trong đại tràng có thể thúc đẩy hoặc ức chế sự phát triển ung thư. Vai trò của vi môi trường khối u rất quan trọng trong sự phát triển, tồn tại, xâm lấn và di căn của tế bào UTĐTT. Hiểu rõ cơ chế này giúp phát triển các phương pháp điều trị nhắm mục tiêu vào vi khuẩn.

2.1. Mô Hình Biến Đổi Gen trong Ung Thư Đại Trực Tràng

Mô hình của Fearon và Vogelstein cho thấy UTĐTT phát triển qua nhiều bước, bắt đầu từ bất hoạt gen APC, sau đó là đột biến gen KRAS, DCC và p53. Các đột biến này dẫn đến tăng sinh tế bào và hình thành khối u. Phiên bản mô hình này vẫn được chấp nhận rộng rãi và được coi là mô hình mẫu phát sinh u đặc.

2.2. Vai Trò Của Vi Môi Trường Khối U và Hệ Vi Khuẩn

Vi môi trường khối u đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của UTĐTT. Hệ vi khuẩn tại khối u có thể hình thành đáp ứng miễn dịch tại chỗ, ảnh hưởng đến tiến triển của UTĐTT. Hệ vi khuẩn đường ruột có vai trò khác nhau trong miễn dịch chống lại khối u, có thể tăng hoặc giảm đáp ứng miễn dịch kháng khối u.

2.3. Đặc Điểm Hệ Vi Khuẩn Tại Tổ Chức U và Tổ Chức Di Căn

Hệ vi khuẩn tại mô UTĐTT, mô gan và hạch di căn bao gồm các vi khuẩn nội bào đặc hiệu cho từng loại khối u khác nhau. Vi khuẩn đường ruột và ung thư đang được nghiên cứu để xác định các dấu ấn sinh học và mục tiêu điều trị tiềm năng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu 16S rRNA về Hệ Vi Khuẩn Đường Ruột

Kỹ thuật 16S rRNA metagenomics là một phương pháp mạnh mẽ để nghiên cứu tính đa dạng của hệ vi sinh vật đường ruột. Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật này để xác định thành phần và cấu trúc của hệ vi khuẩn trong các mẫu mô UTĐTT, mô gan và hạch di căn. Xét nghiệm hệ vi sinh vật đường ruột giúp phát hiện các loài vi khuẩn khác nhau và đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm bệnh nhân.

3.1. Ứng Dụng Metagenomics trong Nghiên Cứu Ung Thư Đại Trực Tràng

16S rRNA metagenomics đã được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu mối liên quan giữa hệ vi khuẩn đường tiêu hoá và UTĐTT trên thế giới. Nghiên cứu này cũng áp dụng kỹ thuật này để đánh giá tính đa dạng hệ vi khuẩn tại Việt Nam. Phân tích hệ vi sinh vật cung cấp thông tin quan trọng về vai trò của vi khuẩn trong bệnh ung thư.

3.2. Quy Trình Kỹ Thuật 16S rRNA Metagenomics

Kỹ thuật bao gồm các bước: thu thập mẫu, chiết xuất DNA, khuếch đại vùng 16S rRNA, giải trình tự DNA và phân tích dữ liệu. Phân tích dữ liệu giúp xác định thành phần loài, đánh giá tính đa dạng sinh học và tìm kiếm các dấu ấn sinh học tiềm năng. Ứng dụng kỹ thuật cao mang lại cái nhìn sâu sắc về hệ vi sinh vật đường ruột.

3.3. Các Chỉ Số Đa Dạng Sinh Học Alpha và Beta

Chỉ số alpha (Alpha diversity) giúp đo lường sự phong phú và đồng đều của các loài vi khuẩn trong một mẫu đơn lẻ. Chỉ số beta (Beta diversity) so sánh sự khác biệt về thành phần vi khuẩn giữa các nhóm mẫu khác nhau. Phân tích đa dạng vi sinh cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc cộng đồng vi khuẩn.

IV. Liên Quan Giữa F

F. nucleatum và B. fragilis là hai loài vi khuẩn được quan tâm đặc biệt trong nghiên cứu UTĐTT. F. nucleatum có thể thúc đẩy sự phát triển của ung thư thông qua nhiều cơ chế, bao gồm tăng sinh tế bào ung thư và tạo ra vi môi trường tiền viêm. B. fragilis có thể gây tổn thương biểu mô ruột và kích hoạt phản ứng viêm. Mối liên quan hệ vi khuẩn và ung thư đang được khám phá để tìm ra các phương pháp điều trị mới.

4.1. Cơ Chế Tác Động Của F. nucleatum lên Ung Thư Đại Trực Tràng

F. nucleatum có thể tăng sinh có chọn lọc dòng tế bào UTĐTT, giúp tế bào ung thư không bị tiêu diệt bởi tế bào NK và tế bào lympho T, tạo ra vi môi trường tiền viêm tại khối u và thúc đẩy quá trình kháng trị với hoá chất. F. nucleatum có yếu tố kết dính FadA, nồng độ của FadA trong mô đại trực tràng cao hơn so với người khỏe mạnh. Đo tải lượng của F. nucleatum có thể có giá trị trong tiên lượng và theo dõi điều trị.

4.2. Vai Trò Của B. fragilis Trong Tiến Triển Ung Thư Đại Trực Tràng

B. fragilis có khả năng xuyên qua lớp chất nhầy của ruột và hình thành màng sinh học trên bề mặt biểu mô đường ruột. B. fragilis sinh ra độc tố fragilysin làm tổn thương biểu mô ruột thông qua sự phân cắt E-cadherin. Sự phân cắt E-cadherin làm tăng nồng độ β-catenin trong tế bào chất giúp hoạt hoá con đường tín hiệu NF-kB và STAT3 làm tăng sinh tế bào biểu mô. Cơ chế tác động của vi khuẩn lên ung thư là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn.

4.3. Tình Trạng Đồng Nhiễm F. fragilis và Ung Thư Đại Trực Tràng

Việc đồng nhiễm F. fragilis và các vi khuẩn khác có thể ảnh hưởng đến tiến triển của ung thư đại trực tràng. Nghiên cứu tập trung vào tỷ lệ phát hiện đồng nhiễm và mối liên quan với giai đoạn bệnh. Mối tương tác giữa các vi khuẩn có thể đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển ung thư.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đa Dạng Vi Khuẩn và Yếu Tố Nguy Cơ UTĐTràng

Nghiên cứu đã xác định được sự đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột trong các mẫu mô UTĐTT, mô gan và hạch di căn. Kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể về thành phần vi khuẩn giữa các nhóm mẫu. Nghiên cứu lâm sàng ung thư cung cấp thông tin quan trọng về mối liên quan giữa vi khuẩn và giai đoạn bệnh. Yếu tố nguy cơ khác cũng được xác định.

5.1. Đặc Điểm Tuổi Giới và Vị Trí U Liên Quan Đến Nhiễm Khuẩn

Phân tích mối liên quan giữa tuổi, giới, vị trí u và tình trạng nhiễm F. nucleatum và B. fragilis giúp xác định các yếu tố nguy cơ tiềm năng. Kết quả có thể khác nhau giữa các chủng tộc và nhóm dân số khác nhau. Yếu tố nguy cơ ung thư đại trực tràng bao gồm cả yếu tố vi sinh vật.

5.2. Tải Lượng Tương Đối Của Vi Khuẩn Trong Mẫu Mô Ung Thư

Đo tải lượng tương đối của F. nucleatum và B. fragilis trong các mẫu mô UTĐTT và polyp đại trực tràng giúp đánh giá mức độ nhiễm khuẩn. Tải lượng vi khuẩn có thể liên quan đến giai đoạn bệnh và tiên lượng. Dấu ấn sinh học ung thư đại trực tràng có thể được phát hiện thông qua phân tích tải lượng vi khuẩn.

5.3. Đặc Điểm Mô Bệnh Học và Giai Đoạn Bệnh

Nghiên cứu cũng phân tích đặc điểm mô bệnh học của bệnh nhân ung thư đại trực tràng để đánh giá mối tương quan giữa vi khuẩn và các yếu tố bệnh học. Phân tích sâu hơn về giai đoạn bệnh giúp xác định khả năng ứng dụng lâm sàng của nghiên cứu.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Hệ Vi Khuẩn và Điều Trị UTĐTràng

Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng về mối liên quan giữa hệ vi khuẩn đường ruột và UTĐTT. Kết quả cho thấy F. nucleatum và B. fragilis có thể đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của bệnh. Điều trị ung thư đại trực tràng có thể được cải thiện bằng cách nhắm mục tiêu vào hệ vi khuẩn. Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc xác định các phương pháp điều trị mới.

6.1. Ứng Dụng Probiotics và Prebiotics Trong Phòng Ngừa UTĐTràng

Việc sử dụng probiotics và prebiotics có thể giúp cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột và giảm nguy cơ UTĐTT. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các chủng vi khuẩn có lợi và liều lượng hiệu quả. Phòng ngừa ung thư đại trực tràng có thể bao gồm điều chỉnh chế độ ăn uống.

6.2. Cấy Ghép Phân và Điều Trị Ung Thư Đại Trực Tràng

Cấy ghép phân có thể giúp khôi phục sự cân bằng của hệ vi khuẩn đường ruột và cải thiện đáp ứng điều trị UTĐTT. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các bệnh nhân phù hợp và quy trình an toàn. Cấy ghép phân là một phương pháp điều trị tiềm năng.

6.3. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Hệ Vi Khuẩn và UTĐTràng

Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các cơ chế phân tử mà vi khuẩn ảnh hưởng đến sự phát triển của UTĐTT. Nghiên cứu về hệ vi khuẩn đường ruột cần mở rộng để tìm ra các phương pháp điều trị và phòng ngừa mới.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là một trong những bệnh lý ác tính phổ biến hàng đầu với tỷ lệ mắc và tử vong cao trên phạm vi toàn cầu. Theo số liệu từ Tổ chức Ghi nhận Ung thư Toàn cầu (GLOBOCAN) năm 2020, UTĐTT đứng thứ ba về tỷ lệ mắc mới với khoảng 1,93 triệu ca (chiếm 10% tổng số ca ung thư mới) và đứng thứ hai về tỷ lệ tử vong với khoảng 0,94 triệu ca (chiếm 9,4% tổng số ca tử vong do ung thư). Tại Việt Nam, GLOBOCAN 2020 ghi nhận 16.426 trường hợp mới mắc, chiếm khoảng 9% tổng số các ca ung thư, xếp thứ năm sau ung thư gan, ung thư phổi, ung thư vú và ung thư dạ dày; đồng thời ghi nhận 8.524 ca tử vong, chiếm 6,9% và đứng hàng thứ năm.

Về cơ chế bệnh sinh, các tác nhân truyền nhiễm và tình trạng loạn khuẩn đường tiêu hóa đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy phản ứng viêm mạn tính và tiến triển tổn thương biểu mô từ polyp lành tính sang khối u ác tính. Mặc dù các nghiên cứu quốc tế đã bước đầu xác định sự hiện diện của một số chủng vi khuẩn như Fusobacterium nucleatum và Bacteroides fragilis tại mô u, song các công trình thực hiện trên mô di căn xa (mô gan, mô hạch) vẫn còn hạn chế về số lượng mẫu và thiếu sự phân tích so sánh ghép cặp trực tiếp trên cùng một người bệnh. Tại Việt Nam, tính đa dạng hệ vi khuẩn tại mô ung thư nguyên phát, mô di căn và mối liên quan giữa tình trạng nhiễm các chủng vi khuẩn đường tiêu hóa này với nguy cơ mắc bệnh chưa được nghiên cứu đầy đủ.

Luận án tiến sĩ y học của nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Trường, chuyên ngành Bệnh truyền nhiễm và các bệnh nhiệt đới (mã số: 9720109), được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Khoa học Y Dược Lâm sàng 108 / Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Lê Hữu Song và TS. Ngô Tất Trung, nhằm giải quyết các mục tiêu cụ thể:

1. Xác định sự đa dạng hệ vi khuẩn tại mô ung thư đại trực tràng và mô gan, hạch di căn ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108.
2. Phân tích mối liên quan giữa tình trạng nhiễm Fusobacterium nucleatum, Bacteroides fragilis với giai đoạn bệnh và nguy cơ ung thư đại trực tràng.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm bệnh nhân được chẩn đoán ung thư đại trực tràng và bệnh nhân polyp đại trực tràng điều trị tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108; đối tượng phân tích là các mẫu sinh thiết hoặc bệnh phẩm phẫu thuật gồm mô ung thư (FCD), mô gan di căn (FCG), mô hạch di căn (FCH), mô polyp và mô lành cạnh tổn thương.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu cơ bản và lâm sàng về dịch tễ học, biến đổi di truyền và vai trò của hệ vi sinh vật đường tiêu hóa trong bệnh sinh ung thư đại trực tràng.

Về mô hình phát sinh ung thư thực thể, Fearon và Vogelstein (1990) đã đề xuất mô hình biến đổi gen nhiều bước, bắt đầu từ sự bất hoạt gen ức chế khối u APC, tiếp nối bởi đột biến hoạt hóa gen KRAS, đột biến gen DCC và các gen khác trên nhiễm sắc thể 18q, cuối cùng là đột biến gen TP53 dẫn tới hình thành ung thư biểu mô xâm lấn và di căn. Eric R. Fearon (2011) và Shivdasani (2018) tiếp tục bổ sung ba con đường biến đổi phân tử chính: con đường mất ổn định nhiễm sắc thể (CIN) chiếm khoảng 80% trường hợp, con đường mất ổn định vi vệ tinh (MSI) do suy giảm chức năng hệ thống sửa lỗi ghép cặp DNA (DNA MMR) chiếm khoảng 15%, và con đường biến đổi di truyền biểu sinh (epigenetics) liên quan đến hiện tượng tăng methyl hóa đảo CpG (CIMP).

Về vai trò của vi khuẩn đường ruột và vi môi trường khối u, các nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra mối liên hệ chặt chẽ giữa các chủng vi khuẩn cụ thể với quá trình sinh u:

Tác giả / Năm	Đối tượng / Cỡ mẫu	Phương pháp	Phát hiện chính
Nakatsu và cs. (2015)	52 UTĐTT, 47 u tuyến, 61 chứng	16S rRNA metagenomics	Mô u có tỷ lệ cao Fusobacterium, B. fragilis, Gemella, Peptostreptococcus, Parvimonas; tải lượng B. fragilis tăng dần từ mô lành, u tuyến đến ung thư (p < 0,05).
Bullman và cs. (2017)	11 mẫu mô gan di căn UTĐTT	Cấy kỵ khí, PCR, Sequencing	Phát hiện Fusobacterium ở 7/11 mẫu gan di căn, độ tương đồng kiểu gen đạt 99% so với u nguyên phát.
Yu và cs. (2016)	20 mẫu hạch di căn UTĐTT	Phân tích phân tử	Tỷ lệ phát hiện F. nucleatum ở hạch di căn đạt 100% (20/20), cao hơn hạch không di căn (40%) (p < 0,01).
Abeb và cs. (2016)	12 mẫu mô gan di căn UTĐTT	Kỹ thuật sinh học phân tử	Phát hiện F. nucleatum ở 10/12 mẫu mô gan di căn từ UTĐTT.
Rubinstein và cs. (2013)	Dòng tế bào HT-29, HEK293	Thực nghiệm in vitro	Yếu tố kết dính FadA của F. nucleatum gắn E-cadherin, hoạt hóa đường truyền Wnt/$\beta$-catenin, tăng sinh tế bào ung thư.
Zhang và cs. (2019)	Dòng tế bào và mô hình chuột	Thực nghiệm in vitro / in vivo	F. nucleatum kích hoạt TLR4/NF-$\kappa$B điều hòa protein BIRC3, gây kháng hóa trị với 5-Fluorouracil (5-FU).
Yu và cs. (2017)	31 bệnh nhân UTĐTT	Mô bệnh phẩm, qPCR	F. nucleatum kích hoạt TLR4/MYD88, giảm miR-18a và miR-4802, tăng ULK1 và ATG7 kích hoạt tự thực bào, gây kháng Oxaliplatin và 5-FU.
Toprak và cs. (2006)	73 UTĐTT, 59 người khỏe mạnh	Xét nghiệm phân	Tỷ lệ phát hiện B. fragilis ở nhóm UTĐTT là 38%, cao hơn nhóm chứng là 12% (p = 0,009).
Boleij và cs. (2015)	49 UTĐTT, 49 người khỏe mạnh	Mô sinh thiết đại tràng	Tỷ lệ phát hiện gen độc tố bft ở mô ung thư đại tràng trái (85,7%) và phải (91,7%) cao hơn người khỏe mạnh (p < 0,05).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án tập trung giải quyết là: xác định toàn diện cấu trúc hệ vi khuẩn tại mô u nguyên phát và các vị trí di căn xa (mô gan, mô hạch) trên cùng một bệnh nhân người Việt Nam bằng kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới 16S rRNA metagenomics; đồng thời định lượng chính xác tải lượng tương đối của F. nucleatum và B. fragilis bằng Realtime PCR để đánh giá mối liên quan với giai đoạn bệnh và nguy cơ ung thư.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết phân tích

Luận án vận dụng lý thuyết bệnh sinh phân tử ung thư đại trực tràng và tương tác vi sinh vật - vật chủ trong vi môi trường khối u. Quá trình phát sinh khối u chịu tác động của sự tích lũy đột biến gen (APC, KRAS, TP53), con đường tín hiệu Wnt/$\beta$-catenin, thụ thể nhận diện kiểu mẫu (PRRs như TLR4), các phản ứng viêm qua con đường NF-$\kappa$B, STAT3 và các chất chuyển hóa (axit béo chuỗi ngắn SCFA, polyamines do enzym ODC tổng hợp).

Cơ chế bệnh sinh của F. nucleatum gắn liền với các yếu tố độc lực bề mặt: protein FadA gắn kết E-cadherin để kích hoạt $\beta$-catenin; protein Fap2 nhận diện Gal-GalNAc trên bề mặt tế bào ung thư và ức chế tế bào giết tự nhiên (NK) cùng lympho T thâm nhiễm khối u. Cơ chế của B. fragilis sinh độc tố ruột (ETBF) phụ thuộc vào độc tố fragilysin (BFT) phân cắt E-cadherin, gây chuyển dạng trung mô - biểu mô, giải phóng $\beta$-catenin, kích hoạt tín hiệu IL-17, STAT3, NF-$\kappa$B, tăng sinh COX-2 và tạo ra các gốc oxy hóa phản ứng (ROS, NOS) gây tổn thương DNA.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng thiết kế kết hợp mô tả cắt ngang và nghiên cứu bệnh - chứng:

• Thu thập mẫu và dữ liệu lâm sàng: Mẫu bệnh phẩm mô ung thư đại trực tràng, mô gan di căn, mô hạch di căn, mô lành cạnh u và mô polyp được thu thập từ phẫu thuật hoặc nội soi sinh thiết, bảo quản tươi hoặc đúc khối nến paraffin (FFPE). Các thông tin lâm sàng, nồng độ kháng nguyên carcinoembryonic (CEA) huyết tương, đặc điểm mô bệnh học và giai đoạn bệnh theo hệ thống phân loại của Hiệp hội Ung thư Mỹ (AJCC) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO 2019) được ghi nhận đầy đủ.
• Kỹ thuật sinh học phân tử 16S rRNA Metagenomics: Tách chiết DNA tổng số từ mẫu mô, khuếch đại các vùng siêu biến của gen 16S rRNA, tạo thư viện và giải trình tự gen. Phân tích tin sinh học bao gồm: phân loại thành phần vi sinh vật (taxonomic profiling) từ cấp ngành đến cấp loài; đánh giá chỉ số đa dạng nội mẫu (Alpha diversity); so sánh khoảng cách đa dạng giữa các nhóm mẫu (Beta diversity) bằng phân tích tọa độ chính (PCoA); xác định các chỉ thị sinh học đặc trưng bằng thuật toán LefSe (Linear discriminant analysis Effect Size); đánh giá sự thay đổi thành phần vi khuẩn có hiệu chỉnh sai số bằng ANCOM-BC.
• Kỹ thuật Realtime PCR (qPCR): Thiết kế cặp mồi và mẫu dò huỳnh quang đặc hiệu để khuếch đại gen mục tiêu của F. nucleatum và B. fragilis. Tải lượng vi khuẩn được tính toán bằng phương pháp định lượng tương đối (Relative Quantification - RQ) dựa trên chu kỳ ngưỡng ($C_t$), so sánh giữa mô u, mô polyp và mô lành cạnh u.
• Phương pháp xử lý thống kê: Phân tích dữ liệu bằng phần mềm thống kê y học. Các biến định tính được trình bày dưới dạng tần số, tỷ lệ phần trăm; so sánh bằng kiểm định Chi-bình phương hoặc Fisher's exact test. Các biến định lượng được so sánh bằng kiểm định phi tham số phù hợp. Phân tích hồi quy logistic đơn biến và đa biến được sử dụng để tính toán tỷ số chênh (Odds Ratio - OR) cùng khoảng tin cậy 95% (95% CI) nhằm xác định các yếu tố liên quan độc lập đến nguy cơ mắc UTĐTT.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 tổng thuật chi tiết tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế trên 6 khía cạnh lớn:

• Dịch tễ học UTĐTT: Phân tích gánh nặng bệnh tật theo số liệu GLOBOCAN 2020 trên thế giới và tại Việt Nam. Tỷ lệ mắc chuẩn hóa theo tuổi ở nam giới (23,4/100.000) cao hơn nữ giới (16,2/100.000); ung thư đại tràng chiếm 59,5% số ca mắc mới và 61,9% số ca tử vong.
• Cơ chế bệnh sinh phân tử: Mô hình đột biến gen nhiều bước của Fearon & Vogelstein; các con đường mất ổn định nhiễm sắc thể (CIN), mất ổn định vi vệ tinh (MSI), biến đổi di truyền biểu sinh (CIMP); các gen APC, KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA, TP53 và đường truyền tín hiệu Wnt, MAPK, PI3K.
• Vai trò vi môi trường khối u: Sự thâm nhiễm của các tế bào miễn dịch (TAMs, MDSCs, tế bào mast, CAFs, tế bào dendritic, NK), hiện tượng tân tạo mạch máu khối u bất thường và sự tái cấu trúc ma trận ngoại bào (ECM).
• Hệ vi sinh vật đường tiêu hóa: Cấu trúc 4 ngành vi khuẩn chính ở đại tràng gồm Firmicutes (64%), Bacteroidetes (23%), Proteobacteria (8%) và Actinobacteria; quá trình lên men carbohydrate tạo SCFA (butyrate, propionate, acetate) và tổng hợp polyamines; vai trò của thụ thể PRR/TLR trong điều hòa miễn dịch đường ruột; chi tiết cơ chế phân tử của F. nucleatum và B. fragilis.
• Yếu tố nguy cơ: Bệnh viêm ruột (IBD: RR = 2,93), đái tháo đường (OR = 5,3), tiền sử gia đình (RR = 1,80), bệnh đa polyp tuyến gia đình (FAP), hội chứng Lynch (đột biến MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, EpCAM); béo phì (BMI tăng mỗi 8 kg/m$^2$ làm tăng 10% nguy cơ), rượu bia, hút thuốc lá, tiêu thụ thịt đỏ (tăng 20-30% nguy cơ); tác dụng bảo vệ của chất xơ và thuốc chống viêm non-steroid (NSAID)/aspirin.
• Chẩn đoán và ứng dụng công nghệ: Các kỹ thuật chẩn đoán polyp và ung thư (nội soi đại trực tràng, chụp cắt lớp vi tính, MRI, PET/CT, SPECT, xét nghiệm mô bệnh học); tổng quan các ứng dụng giải trình tự 16S rRNA metagenomics trên thế giới và khoảng trống nghiên cứu tại Việt Nam.

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu:

• Tiêu chuẩn lựa chọn và loại trừ: Tiêu chuẩn chọn bệnh nhân UTĐTT có chẩn đoán mô bệnh học xác định, có hoặc không có di căn gan/hạch; tiêu chuẩn chọn nhóm polyp đại trực tràng; tiêu chuẩn loại trừ các bệnh nhân có tiền sử sử dụng kháng sinh trong thời gian gần hoặc mắc các bệnh lý nhiễm trùng đường tiêu hóa cấp tính khác.
• Địa điểm và mẫu nghiên cứu: Thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Y học Việt Đức, Khoa Sinh học phân tử, Khoa Vi sinh Y học và Viện Lâm sàng các bệnh Truyền nhiễm - Bệnh viện Trung ương Quân đội 108.
• Quy trình kỹ thuật sinh học phân tử: Quy trình tách chiết DNA mô tươi và mô đúc khối nến paraffin; chu kỳ nhiệt, thành phần phản ứng, trình tự mồi và mẫu đầu dò đặc hiệu cho phản ứng Realtime PCR phát hiện gen đích của F. nucleatum và B. fragilis; quy trình giải trình tự gen 16S rRNA và xử lý dữ liệu tin sinh học (taxonomic classification, Alpha/Beta diversity, LefSe, ANCOM-BC).
• Phân tích số liệu và đạo đức nghiên cứu: Các thuật toán thống kê y học so sánh tỷ lệ, phân tích biến số định lượng, hồi quy logistic đơn biến và đa biến; các biện pháp bảo đảm tính bảo mật thông tin và chấp thuận đạo đức trong nghiên cứu y sinh học.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm thông qua hệ thống bảng biểu và phân tích thống kê:

• Đặc điểm lâm sàng và cận lâm sàng: Tổng hợp phân bố tuổi, giới tính, vị trí tổn thương (đại tràng phải, đại tràng trái, trực tràng), dạng mô bệnh học (ung thư biểu mô tuyến biệt hóa cao, vừa, kém), giai đoạn bệnh TNM theo phân loại WHO 2019 và nồng độ kháng nguyên CEA huyết tương tại thời điểm chẩn đoán ban đầu.
• Tính đa dạng hệ vi khuẩn tại mô u và mô di căn:
  • Thành phần phân loại (Taxonomic profiling): Phân tích tỷ lệ phân bố ở cấp ngành (ưu thế thuộc các ngành Bacteroidota, Firmicutes, Fusobacteriota, Proteobacteria), cấp chi và cấp loài tại mô ung thư đại trực tràng (FCD), mô gan di căn (FCG) và mô hạch di căn (FCH).
  • Chỉ số đa dạng sinh học: So sánh chỉ số Alpha diversity (độ phong phú và đồng đều loài nội mẫu) và Beta diversity (khoảng cách PCoA) giữa mô u nguyên phát với mô di căn và mô lành.
  • Chỉ thị sinh học (Biomarker): Phân tích LefSe và ANCOM-BC xác định sự thay đổi cấp log2 về tỷ lệ hiện diện của các vi khuẩn đặc trưng, chứng minh sự tăng sinh có ý nghĩa của ngành Fusobacteriota và Bacteroidota tại tổ chức u và mô di căn.
• Tỷ lệ phát hiện và tải lượng tương đối của F. nucleatum và B. fragilis:
  • Tỷ lệ phát hiện và tải lượng tương đối (RQ) của F. nucleatum tại mô ung thư đại trực tràng cao hơn rõ rệt so với mô polyp và mô lành cạnh u; có sự khác biệt giữa các giai đoạn bệnh và vị trí giải phẫu khối u.
  • Tỷ lệ phát hiện và tải lượng tương đối (RQ) của B. fragilis tại mô ung thư cao hơn mô polyp và mô lành; gia tăng theo tiến triển giai đoạn bệnh từ sớm đến muộn.
  • Tỷ lệ đồng nhiễm F. nucleatum và B. fragilis tại mô ung thư cao hơn mô lành và biến đổi theo vị trí, giai đoạn bệnh.
• Phân tích yếu tố nguy cơ: Phân tích hồi quy logistic đơn biến và đa biến xác định các biến số tuổi, giới tính, vị trí khối u, tình trạng nhiễm đơn lẻ và đồng nhiễm F. nucleatum, B. fragilis là các yếu tố nguy cơ độc lập đối với ung thư đại trực tràng.

Chương 4: Bàn luận

Chương 4 đối chiếu kết quả nghiên cứu với các y văn trong nước và quốc tế:

• Đặc điểm dịch tễ và lâm sàng: Biện luận về tỷ lệ mắc theo giới tính, lứa tuổi, phân bố vị trí giải phẫu của u đại trực tràng và giá trị nồng độ CEA huyết tương trong tương quan với các nghiên cứu của GLOBOCAN và các tác giả trong nước.
• Đặc điểm hệ vi khuẩn tại mô u và ổ di căn: Phân tích sự biến đổi của hệ vi sinh vật tại mô u so với mô lành; làm rõ cơ chế các vi khuẩn nội bào từ u nguyên phát có thể di chuyển và hiện diện tại mô gan di căn (FCG) và hạch di căn (FCH), củng cố giả thuyết tương đồng kiểu gen giữa u nguyên phát và di căn đã được Bullman (2017) và Yu (2016) đề cập.
• Vai trò và mối liên quan của F. nucleatum: Phân tích mối liên hệ giữa tải lượng cao của F. nucleatum với mức độ xâm lấn khối u, giai đoạn muộn và nguy cơ di căn; luận giải cơ chế bám dính qua FadA, Fap2, khả năng kích hoạt phản ứng viêm và ức chế miễn dịch tại vi môi trường u.
• Vai trò và mối liên quan của B. fragilis: Phân tích sự tăng sinh của B. fragilis theo giai đoạn bệnh; cơ chế tiết độc tố fragilysin làm phân cắt E-cadherin, hoạt hóa tín hiệu $\beta$-catenin/STAT3/NF-$\kappa$B và tăng sinh men COX-2 thúc đẩy ung thư biểu mô.
• Ý nghĩa của tình trạng đồng nhiễm: Bàn luận về sự tương tác hiệp đồng giữa F. nucleatum và B. fragilis trong việc phá vỡ hàng rào niêm mạc, hình thành màng sinh học (biofilm) và gia tăng nguy cơ sinh u đại trực tràng.
• Hạn chế của nghiên cứu: Luận án chỉ ra các điểm giới hạn về cỡ mẫu các ca di căn ghép cặp và phạm vi phân loại của kỹ thuật 16S rRNA ở cấp loài.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận và khoa học

• Luận án là công trình nghiên cứu tại Việt Nam ứng dụng kỹ thuật 16S rRNA metagenomics để mô tả toàn diện cấu trúc thành phần (taxonomic profiling), chỉ số đa dạng Alpha và Beta diversity của hệ vi khuẩn tại mô ung thư đại trực tràng nguyên phát cũng như tại mô gan và hạch di căn.
• Cung cấp bằng chứng thực nghiệm về sự hiện diện và tính tương đồng của hệ vi khuẩn nội u tại các vị trí di căn xa (gan, hạch), góp phần củng cố cơ chế bệnh sinh vi sinh vật trong tiến trình xâm lấn và di căn của ung thư đại trực tràng.

Đóng góp về mặt thực tiễn

• Xây dựng và chuẩn hóa quy trình kỹ thuật Realtime PCR định lượng tương đối (RQ) nhằm xác định chính xác tỷ lệ nhiễm và tải lượng của hai chủng vi khuẩn mục tiêu là Fusobacterium nucleatum và Bacteroides fragilis trên bệnh phẩm mô người.
• Chứng minh tình trạng nhiễm đơn lẻ và đồng nhiễm F. nucleatum, B. fragilis liên quan có ý nghĩa thống kê với giai đoạn tiến triển lâm sàng và là yếu tố nguy cơ độc lập đối với ung thư đại trực tràng thông qua mô hình hồi quy đa biến.
• Đề xuất cơ sở khoa học cho việc định hướng sử dụng F. nucleatum và B. fragilis làm các chỉ thị sinh học (biomarkers) hỗ trợ sàng lọc, tiên lượng bệnh và nghiên cứu các phác đồ can thiệp trúng đích vào hệ vi sinh vật đường ruột trong điều trị ung thư đại trực tràng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Nghiên cứu được thực hiện tại một trung tâm (Bệnh viện Trung ương Quân đội 108), số lượng mẫu mô gan di căn và mô hạch di căn có ghép cặp đầy đủ trên cùng bệnh nhân còn hạn chế.
• Kỹ thuật giải trình tự đoạn gen 16S rRNA metagenomics có giới hạn nhất định trong việc phân loại chính xác ở cấp độ dưới loài hoặc chủng biến thể vi khuẩn so với kỹ thuật giải trình tự toàn bộ hệ gen (Whole Genome Metagenomic Sequencing).
• Chưa theo dõi dọc được toàn bộ thời gian sống thêm không bệnh (DFS) và thời gian sống thêm toàn bộ (OS) sau điều trị của tất cả bệnh nhân trong nhóm nghiên cứu.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng quy mô nghiên cứu đa trung tâm với cỡ mẫu lớn hơn, đặc biệt là các mẫu mô di căn xa đồng thời và dị thì.
• Ứng dụng công nghệ giải trình tự toàn bộ hệ gen (shotgun metagenomics) và phân tích hệ phiên mã (transcriptomics) để làm rõ hơn chức năng gen chuyển hóa và độc lực vi khuẩn.
• Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phân tử tương tác giữa vi khuẩn (F. nucleatum, B. fragilis) với tình trạng đáp ứng hóa trị liệu (5-FU, Oxaliplatin) và liệu pháp miễn dịch trên bệnh nhân ung thư đại trực tràng tại Việt Nam.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

• Bác sĩ lâm sàng và chuyên gia Ung bướu, Truyền nhiễm, Tiêu hóa: Cung cấp thêm góc nhìn bệnh sinh học phân tử về vai trò của nhiễm khuẩn mạn tính và vi môi trường khối u trong tiên lượng, điều trị UTĐTT.
• Nghiên cứu sinh, học viên sau đại học chuyên ngành Bệnh truyền nhiễm, Vi sinh y học, Sinh học phân tử: Tham khảo thiết kế nghiên cứu bệnh - chứng kết hợp sinh học phân tử; quy trình thực nghiệm Realtime PCR định lượng tải lượng vi khuẩn và quy trình tin sinh học phân tích dữ liệu 16S rRNA metagenomics (Alpha/Beta diversity, LefSe, ANCOM-BC).
• Các nhà nghiên cứu dịch tễ học và phòng ngừa ung thư: Cung cấp dữ liệu dịch tễ phân tử về các yếu tố nguy cơ liên quan đến hệ vi khuẩn đường ruột, hỗ trợ định hướng các chiến lược sàng lọc sớm và can thiệp điều hòa hệ vi sinh đường tiêu hóa.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế phân tử nào giải thích vai trò của Fusobacterium nucleatum trong việc thúc đẩy kháng thuốc hóa trị ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng?
Fusobacterium nucleatum kích hoạt con đường tín hiệu miễn dịch bẩm sinh TLR4/NF-$\kappa$B làm tăng biểu hiện của protein BIRC3 (protein ức chế quá trình chết theo chương trình), làm giảm độ nhạy cảm của tế bào ung thư với thuốc 5-Fluorouracil (5-FU). Đồng thời, vi khuẩn này kích hoạt thụ thể TLR4 và phân tử dẫn truyền MYD88 làm giảm điều hòa các microRNA (miR-18a và miR-4802), từ đó tăng biểu hiện các yếu tố tự thực bào ULK1 và ATG7, dẫn tới ức chế hiện tượng apoptosis và gây kháng với các hóa chất như Oxaliplatin và 5-FU.

2. Độc tố fragilysin (BFT) của Bacteroides fragilis tác động như thế nào lên tế bào biểu mô đại tràng để gây ung thư?
Độc tố ruột BFT gắn vào thụ thể bề mặt tế bào biểu mô đại tràng (CEC receptor) và tiến hành phân cắt phân tử kết dính E-cadherin. Sự phân cắt này giải phóng $\beta$-catenin vào tế bào chất để chuyển vào nhân, hoạt hóa con đường truyền tín hiệu Wnt. Quá trình này kích thích sản xuất các cytokine tiền viêm (IL-6, IL-8, IL-1$\beta$), hoạt hóa con đường STAT3 và NF-$\kappa$B, làm tăng biểu hiện enzym COX-2, sinh các gốc oxy hóa/nitơ phản ứng (ROS/NOS) gây tổn thương DNA và tăng biểu hiện gen sinh ung c-Myc.

3. Yếu tố kết dính FadA và protein Fap2 của F. nucleatum có chức năng gì trong tương tác với khối u?
Yếu tố FadA bám vào E-cadherin tại vùng amino acid 11 của tế bào biểu mô để hoạt hóa tín hiệu $\beta$-catenin, kích thích quá trình chuyển dạng trung - biểu mô (EMT) và gia tăng biểu hiện các gen gây viêm và sinh u. Protein bề mặt Fap2 có khả năng gắn đặc hiệu với phân tử đường Gal-GalNAc được biểu hiện quá mức trên tế bào ung thư đại trực tràng, giúp vi khuẩn tập trung mật độ cao tại khối u; đồng thời Fap2 gắn kết và ức chế chức năng tiêu diệt khối u của tế bào diệt tự nhiên (NK) và tế bào lympho T.

4. Dữ liệu y văn quốc tế được trích dẫn trong luận án ghi nhận tỷ lệ phát hiện F. nucleatum tại các tổn thương di căn gan và hạch như thế nào?
Nghiên cứu của Bullman và cộng sự (2017) xác định Fusobacterium ở 7/11 (63,6%) mẫu mô gan di căn từ UTĐTT với độ tương đồng 99% về kiểu gen so với u nguyên phát; Abeb và cộng sự (2016) phát hiện ở 10/12 (83,3%) mẫu gan di căn; Yu và cộng sự (2016) ghi nhận F. nucleatum hiện diện ở 20/20 (100%) mẫu hạch di căn từ UTĐTT, cao hơn có ý nghĩa thống kê so với nhóm hạch không di căn (40%, p < 0,01).

5. Luận án đã ứng dụng các chỉ số và thuật toán tin sinh học nào để đánh giá dữ liệu 16S rRNA Metagenomics?
Luận án sử dụng các phân tích thành phần phân loại (taxonomic profiling) từ cấp ngành đến cấp loài, chỉ số đa dạng nội mẫu Alpha diversity, chỉ số đa dạng giữa các nhóm Beta diversity thông qua phân tích tọa độ chính (PCoA), thuật toán LefSe (Linear discriminant analysis Effect Size) để xác định các vi khuẩn chỉ thị sinh học (biomarkers) và phương pháp ANCOM-BC để phân tích sự thay đổi cấp log2 của các nhóm vi sinh vật có hiệu chỉnh sai số.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Trường đã phân tích thành công tính đa dạng của hệ vi khuẩn tại mô ung thư đại trực tràng và các vị trí di căn gan, hạch bằng kỹ thuật 16S rRNA metagenomics kết hợp Realtime PCR. Công trình đã làm sáng tỏ mối liên quan có ý nghĩa thống kê giữa sự hiện diện, tải lượng tương đối của Fusobacterium nucleatum, Bacteroides fragilis cũng như tình trạng đồng nhiễm hai chủng vi khuẩn này với giai đoạn tiến triển và nguy cơ ung thư đại trực tràng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học thực nghiệm quan trọng cho chuyên ngành Bệnh truyền nhiễm và Ung bướu học tại Việt Nam, mở ra triển vọng ứng dụng các chỉ thị vi sinh vật trong chẩn đoán sớm, đánh giá nguy cơ và định hướng can thiệp điều trị đích.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. DỊCH TỄ HỌC UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG 1. Trên thế giới Theo GLOBOCAN 2020, ước tính có khoảng 19,3 triệu ca mắc mới và 10 triệu ca tử vong do ung thư trên toàn thế giới, trong đó UTĐTT đóng góp khoảng 1,93 triệu (10%) số ca mắc thêm và 0,94 triệu (9,4%) ca tử vong. Tỷ lệ mắc và tử vong do UTĐTT khác nhau đáng kể giữa các quốc gia và giữa các khu vực trên thế giới do liên quan tình trạng kinh tế xã hội của mỗi nước[1].

Tỷ lệ mắc và tử vong do UTĐTT đang gia tăng ở các quốc gia đang phát triển đối với cả nam và nữ. Năm 2020, UTĐTT là bệnh ung thư được chẩn đoán nhiều nhất (trong số 36 bệnh ung thư) ở nam giới tại 18 trong số 185 quốc gia trên toàn thế giới và ở nữ giới tại 6 trong số 185 quốc gia[1]. UTĐTT phổ biến ở nam giới hơn nữ giới và phổ biến ở các quốc gia có thu nhập cao với tỷ lệ gấp bốn lần so với các quốc gia có thu nhập thấp. Số ca tử vong ở các quốc gia có thu nhập cao cũng cao hơn khoảng 2,5 lần so với các quốc gia có thu nhập thấp[21].

Năm 2020, tỷ lệ mắc bệnh chuẩn hóa theo độ tuổi (trên thế giới) trên 100.000 người mắc UTĐTT ở cả hai giới là 19,8, trong đó nam có tỷ lệ mắc cao hơn là 23,4 và nữ là 16,2, gần như bằng tỷ lệ mắc của năm 2018. Tỷ lệ tử vong ở cả hai giới là 9,1; trong đó nam là 11 và nữ là 7,2 trên 100.000 người mắc UTĐTT[1, 22]. Trong số các trường hợp UTĐTT, ung thư đại tràng chiếm phần lớn và chiếm 59,5% số ca mắc mới, 61,9% số ca tử vong, trong khi ung thư trực tràng có tỷ lệ mắc là 37,9% và tỷ lệ tử vong là 36,3% ở cả hai giới và mọi lứa tuổi. Riêng ung thư đại tràng đứng thứ năm về số ca ung thư mới và tử vong so với tất cả các bệnh ung thư.

Ngược lại, ung thư trực tràng là loại ung thư đứng thứ tám về tỷ lệ mắc và thứ mười về tỷ lệ tử vong[1]. Ở Việt Nam Theo GLOBOCAN 2020, Việt Nam có 16426 người mới được chẩn đoán UTĐTT, chiếm khoảng 9% trong các loại ung thư, đứng hàng thứ năm lần lượt sau ung thư gan, ung thư phổi, ung thư vú và ung thư dạ dày. Ở nam giới, UTĐTT là ung thư phổ biến thứ tư (với 8887 người mới được chẩn đoán, chiếm khoảng 9%) lần lượt sau ung thư gan, ung thư phổi và ung thư dạ dày. Ở nữ giới, UTĐTT là ung thư phổ biến thứ ba (với 7539 người mới được chẩn đoán, chiếm khoảng 9%) lần lượt sau ung thư vú và ung thư phổi.

Số lượng người tử vong do UTĐTT là 8524 người, chiếm khoảng 6,9%, đứng hàng thứ năm lần lượt sau ung thư gan, ung thư phổi, ung thư dạ dày và ung thư vú[1]. CƠ CHẾ BỆNH SINH UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG 1. Khái niệm UTĐTT là tổn thương ác tính xuất phát từ đại tràng và trực tràng. Hơn 97% UTĐTT là ung thư biểu mô, các loại ung thư khác hiếm gặp như: U lympho ác tính, ung thư mô mềm (sarcoma), carcinoid[23].

UTĐTT tiến triển qua nhiều giai đoạn, xuất phát từ các tế bào biểu mô đại trực tràng lành tính. Hiện nay đã xác định được yếu tố di truyền và môi trường góp phần vào sự phát triển của UTĐTT bằng cách tích lũy các đột biến gen sinh ung thư, gen ức chế ung thư và gen sửa chữa DNA thông qua một số con đường khác nhau dẫn đến hình thành khối u[3]. Mô hình và các con đường phát sinh ung thư đại trực tràng UTĐTT phát triển từ các tế bào biểu mô lành tính, trải qua quá trình gồm nhiều bước để chuyển thành kiểu hình ác tính. Năm 1990, Fearon và Vogelstein đề xuất mô hình biến đổi gen nhiều bước trong cơ chế bệnh sinh UTĐTT.

Đầu tiên, gen ức chế khối u APC bị bất hoạt ở tế bào niêm mạc đại tràng lành tính, dẫn tới tăng sinh tế bào và hình thành u tuyến sớm. Tiếp theo là đột biến hoạt 5 hóa ở gen KRAS và đột biến gen DCC cùng với các gen ức chế khối u khác ở nhiễm sắc thể 18q làm tiến triển thành u tuyến muộn. Sau đó, đột biến gen p53 dẫn tới hình thành tế bào ung thư biểu mô. Các đột biến tích lũy khác thúc đẩy tế bào ung thư xâm lấn và di căn[24].

Mô hình biến đổi gen trong UTĐTTcủa Fearon (A) và được bổ sung bởi Vogelstein (B). Vogelstein (1990)[24] Hiện nay, mô hình của Fearon và Vogelstein vẫn được chấp nhận rộng rãi và được coi là mô hình mẫu phát sinh u đặc. Một phiên bản sửa đổi của mô hình mô tả con đường biến đổi di truyền chủ yếu ở bệnh nhân UTĐTT, được mô tả ở hình 1.2 - con đường mất ổn định nhiễm sắc thể (CIN: chromosomal instability). Ngoài ra, các con đường biến đổi di truyền khác làm phát sinh UTĐTT cũng được nghiên cứu và đề xuất là con đường mất ổn định vi vệ tinh (MSI: microsatellites instability) và thay đổi di truyền biểu sinh (epigenetic alterations)[25].

Các con đường hình thành UTĐTT *Nguồn: Eric R Feason (2011)[25] 1. Con đường mất ổn định nhiễm sắc thể Khoảng 80% bệnh nhân UTĐTT mất ổn định nhiễm sắc thể: tăng, giảm và chuyển đoạn, tạo ra các khuếch đại, mất và sắp xếp lại gen, dẫn tới thay đổi cả về số lượng và cấu trúc nhiễm sắc thể. Về số lượng nhiễm sắc thể có thể là mất hoặc tăng số lượng nhiễm sắc thể. Cấu trúc nhiễm sắc bị thay đổi có thể gây ra mất cân bằng alen, thường dẫn tới việc kích hoạt đột biến gen KRAS và hiện tượng mất dị hợp tử (loss of heterozygosity – LOH) gen ức chế khối u p53, gen APC và gen DDC.

Các đột biến trên đẩy nhanh việc tích lũy các đột biến cần thiết cho quá trình chuyển từ tế bào niêm mạc lành tính thành tế bào ung thư biểu mô[3]. Con đường mất ổn định vệ tinh Rải rác ở bộ gen có các đoạn lặp lại đơn giản. Sự lặp đi lặp lại tạo thành các đơn vị lặp gồm từ một cặp base đến hàng nghìn cặp base. Những đơn vị lặp gồm từ một đến sáu cặp base gọi là vi vệ tinh (microsatellite).

Vi vệ tinh chiếm khoảng 3% bộ gen người, phổ biến nhất là chuỗi lặp gồm Cytosine (C) và Adenine (A). Chiều dài của vi vệ tinh khác nhau ở từng cá thể, tuy 7 nhiên giống nhau giữa các tế bào của cùng một cơ thể và là một dấu ấn đặc trưng cho mỗi người. Khi những sai sót trong quá trình tái bản DNA không được phát hiện và sửa chữa bởi hệ thống sửa lỗi ghép cặp DNA (DNA mismatch repair – DNA MMR) sẽ dẫn tới hình thành các đột biến và kéo dài đoạn vi vệ tinh. Do đó, mất ổn định vi vệ tinh được biểu hiện bởi sự tăng chiều dài đoạn vi vệ tinh, là hậu quả của sự suy giảm chức năng hệ thống sửa lỗi ghép cặp DNA[26].

Khoảng 15% bệnh nhân UTĐTT có số nhiễm sắc thể chỉnh bội nhưng suy giảm chức năng của hệ thống sửa lỗi ghép cặp DNA, dẫn đến mang hàng ngàn lần chèn và xóa đoạn vi vệ tinh[3]. Con đường liên quan đến thay đổi di truyền biểu sinh Các quá trình thay đổi biểu sinh (hay còn gọi là di truyền ngoại gen – epigenetics) được mô tả là một trong những con đường thay thế của quá trình phát sinh UTĐTT, mặc dù không làm thay đổi trình tự các gen liên quan. Những thay đổi biểu sinh này tạo ra sự mất ổn định hệ gen thông qua sự bất hoạt của hệ thống gen sửa chữa. Di truyền biểu sinh gồm có các thay đổi methyl hóa DNA, thay đổi histone và các microRNA không mã hóa.

Trong đó, thay đổi methyl hóa DNA đóng vai trò quan trọng nhất[27]. Methyl hóa DNA thường xảy ra ở vị trí 5’ trên vòng cytosine trong các chuỗi dinucleotide CpG tập trung ở các đảo CpG. Việc methyl hóa đảo CpG có liên quan đến việc bất hoạt các gen ức chế khối u và gen sửa chữa DNA, trong đó có các gen tham gia vào hệ thống sửa lỗi ghép cặp DNA, kết quả là dẫn tới ung thư [3, 27]. Các đột biến gen và đường truyền tín hiệu thường gặp trong ung thư đại trực tràng Thông qua các con đường biến đổi di truyền kể trên, tế bào biểu mô niêm mạc đại trực tràng tích lũy các đột biến gen để biến đổi về mặt hình thái và đạt được kiểu hình ác tính.

Các nghiên cứu ước tính rằng trung bình có 81 đột biến gen trên mỗi UTĐTT[3]. Gen APC và đường truyền tín hiệu Wnt 8 Gen APC (Adenomatous Polyposis Coli) nằm ở cánh ngắn của nhiễm sắc thể số 5 (5q21). Gen APC mã hóa protein APC có trọng lượng phân tử xấp xỉ 300kDa, tham gia vào đường truyền tín hiệu Wnt[3, 28]. Khi không có tín hiệu Wnt, β-catenin thường xuyên bị các enzyme phân hủy.

Các glycoprotein Wnt biến đổi lipid tham gia vào phức hợp đồng thụ thể Frizzled-LRP5/6 để tạo một phức hợp ức chế bao gồm AXIN và sản phẩm của gen APC. Phức hợp này thường nhắm mục tiêu β-catenin, làm cho β-catenin bào tương không phân hủy bởi các enzyme phân hủy protein (Hình 1. Do đó, tín hiệu Wnt ổn định β-catenin tế bào, giúp chuyển hóa vào nhân và kết hợp với các mục tiêu phiên mã, kết quả cuối cùng là thúc đẩy sự sao chép của tế bào[28]. Sơ lược về đường truyền tín hiệu Wnt *Nguồn: Shivdasani RA (2018)[3] Khi gen APC bị đột biến làm cho protein APC bị biến đổi, dẫn đến không tạo được phức hợp phá hủy β-catenin.

Do đó, mặc dù không có tín hiệu từ các protein Wnt, mức β-catenin bào tương vẫn tăng lên, chuyển vào nhân và dẫn đến liên tục sao chép các gen đích, làm cho tế bào tăng sinh quá mức và tạo 9 thành u[28]. Gen sinh ung thư KRAS, NRAS, BRAF và đường truyền tín hiệu MAPK KRAS bị đột biến ở khoảng 40% UTĐTT và NRAS trong khoảng 5% trường hợp khác. Đột biến KRAS xuất hiện ngay cả ở những tổn thương có tiềm năng ác tính thấp, chẳng hạn như ở các tiền u tuyến và polyp rất nhỏ và tần số của chúng tăng theo kích thước tổn thương[3, 29]. BRAF bị đột biến ở khoảng 10% UTĐTT, V600E là đột biến BRAF phổ biến nhất ở UTĐTT, melanoma và các bệnh ung thư khác.

Đột biến KRAS và BRAF là loại trừ lẫn nhau trong UTĐTT, cho thấy rằng chúng đại diện cho các cách luân phiên nhau đến cùng một tín hiệu kết thúc.