Cơ chế phân tử của hội chứng sa sút trí tuệ và các phương pháp chẩn đoán pot

TCNCYH 33 (1) - 2005 117 Cơ chế phân tử của hội chứng sa sút trí tuệ và các phơng pháp chẩn đoán Tạ Thành Văn (1) , Phạm Thắng (2) (1) Bộ môn Hoá - Hoá sinh Trờng Đại học Y Hà Nội (2) Viện Lão Khoa Bệnh viện Bạch Mai Hà Nội I T VN Ngy ny song song vi vic kộo di tui th l s gia tng t l ngi gi mc hi chng Sa sỳt trớ tu c vit tt l SSTT, (Dementia). a s cỏc trng hp SSTT khi phỏt t tui 40. Cỏc nghiờn cu cho thy la tui trờn 60, c tng 5 tui thỡ s lng ngi mc hi chng SSTT tng 2 ln. Nh vy, l a tui 80 cú n mt phn ba nguowif mc hi chng ny [6]. SSTT tng c coi l ni s hói ln nht ca tui gi vi mt lot nhng biu hin sa sỳt nhn thc, trớ nh, ngụng ng, th giỏc, tỡnh cm v cỏ tớnh. Liu SSTT cú phi l mt hi chng bnh lý? Cõu hi ny hin nay cha cú c cõu tr li tho ỏng [2]. Tuy nhiờn theo quan im ca cỏc chuyờn gia v Th n kinh hc thỡ SSTT l mt tỡnh trng bnh lý ca h thng thn kinh bi mt s lý do: (i) õy l mt bnh ca nóo nguyờn nhõn l do s sa sỳt v nhn thc; (ii) s sa sỳt v nhn thc ny l mt tỡnh trng bnh lý v c coi nh l mt loi bnh tõm thn [5]. Dự ng trờn quan im no thỡ cỏc nh y hc u thng nht quan im rng SSTT l hu qu trc ti p ca cỏc quỏ trỡnh thoỏi hoỏ thn kinh do nhiu nguyờn nhõn khỏ nhau trong ú Alzheimer (AD) l nguyờn nhõn ph bin nht [3]. Nguyờn nhõn gõy ra AD rt phc tp v liờn quan cht ch vi tn thng gen, chuyn hỏo Protein amyloid, tau v tỏc ng ca cỏc yu t mụi trng. Trong bi bit ny chỳng tụi trỡnh by nhng quan im mi nht g c ch phõn t bnh sinh v cp n nhng phong phỏp phỏt hin sm AD thụng qua cỏc yu t v trng thỏi nguy c, m nhng tr ng thỏi ny thung c gi l s sa sỳt nhn thc th nh (mial cognitive impairment vit tt MCI). II. C CH PHN T CA SSTT Cỏc nghiờn cu ó a ra nhng bng chng vng chc v gen v bnh hc da trờn gi thuyt bc thang amyloid ca AD. Gi thuyt ny cho rng amyloid-42 l dn xut thu phân của phân tử Protein xuyên màng tiền thân amyloid (APP), đóng vai trò quan trọng trong tất cả các trờng hợp AD 1 (Hình 1). Khởi đầu của bậc thang amyloid, A42 kết tụ gây ra hiện tợng mất neuron thần kinh và SSTT. Mặc dug A42 đợc tạo ra th ờng xuyên, song một thời gian dài ngời ta đã cho rằng chỉ A thể lắng đọng tạo thành các mảng thần kinh amyloid mới là yếu tố độc thần kinh. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy amyloid dạng hoà tan cũng là nhũng tác nhân gây độc thần kinh. Hiện nay, các nhà khoa học đều cho rằng sự hình thành các thể ngng kết là giai đoạn đầu tiên của quá trình bệnh lý và nhiều nhóm nghiên cứu hiện đang đi sâu nghiên cứu cơ chế bệnh học của quá trình này. TCNCYH 33 (1) - 2005 118 Tăng sản xuất, giảm thoái háo hạơc tăng kết tụ A42 Polyme hoá và lắng đọng A42 tạo các tấm lan rộng A42 ioligo ảnh huởng nhẹ đến synap Hoạt hoá hệ miễn dịch (bổ thể, cytokine) Tổn thơng tăng cờng synap và tế bào thần kinh Thay đổi sự cân bằng ion gây tổn thơng do oxy hoá Thay đổi hoạt độ kinase/phosphatase tạo ra các bó rối thần kinh Suy giảm mạch chức năng các neutron, chế t ế bào, suy giảm dẫn truyuền Sa sút trí tuệ Hình 1: Giả thuyết bậc thang amyloid. Các giai đoạn của quá trình sinh bệnh học của Alzheimer trong đó khởi đầu bằng sự tăng sinh amyloid-42 (A42) Kể từ khi đợc phát hiện năm 1907 bởi Alzheimer, mãi đến gần đây ngời ta mới xác định đợc một số nguyên nhân gây nên AD nhờ kỹ thuật phân tích gen hiện đại. Có 5 gen gây nên AD đã đợc xác định đó là: 1) tiền protein amyloid (amyloid precursor protein viết tắt là APP); 2) presenilin 1 và 2 (PS1 và PS2); 3) apolipoprotein E (APOE). 4) angiotensin I-converting enzyme. Trong đó 3 gen đầu (APP, PS1 và PS2) đã đợc xác định là thủ phạm gây nên AD thể sớm với những triệu chứng điển hình. AD thể này chỉ chiếm khoảng 2-5% trong tổng số các trờng hợp AD [4, 7]. Hai gen sau là APOE và gen ACE1 thuộc nhóm gen gây ra các yếu tố nguy cơ bệnh học của mạch máu nh: xuất huyết não, chảy TCNCYH 33 (1) - 2005 119 máu hoặc nhồi máu nhỏ và siêu nhỏ, hiện tợng thoái hoá vi mạch, tổn thơng hàng rào máu não, dị dạng mạch máu. Trong nhóm gen này, APOE đợc cho là đóng vai trò quan trọng hơn cả trong các quá trình bệnh lý thành mạch nêu trên [4]. Gen APOE đợc xác định ở vị trí 19q13, mã hoá một protein huyết tơng liên quan đến quá trình vận chuyển và chuyển hóa cholestrol và các dạng lipid khác trong cơ thể. Ba allen tơng ứng APOE -2, -3, -4 (e2, e3, e4) đã đợc giải mã và thể hiện để tổng hợp nên ba dạng isozyme khác nhau. Các bằng chứng khoa học đã chứng minh vai trò quan trọng của APOE trong hoạt động của hệ thần kinh đặc biệt là allen e4. Tại hệ thần kinh ngoại vi, APOE liên quan đến quá trình lu chuyển, phân bố cholesterol, quá trình sửa chữa, phát triển và duy trì của myelin và màng các neuron thần kinh trong quá trình phát triển và tổn thơng. Kết quả nghiên cứu giải phẫu bệnh cho thấy APOE e4 dao động trong khoảng 0,33-0,4 ở bệnh nhân AD trong khi ở ngời khỏe mạnh chỉ từ 0,05 đến 0,14. ở não bệnh nhân AD, có hiện tợng d thừa APOE đi kèm với sự xuất hiện các tấm amyloid. Nghiên cứu in vitro cho thấy APOE có tác dụng kích thích quá trình polyme hóa Ab để tạo các tấm amyloid. Ngời ta đã xác định mối quan hệ chặt chẽ giữa đồng hợp tử gen APOE e4 với các bệnh nhân AD thể muộn có tính chất gia đình. Đồng hợp tử gen APOE e4 làm giảm tuổi bắt đầu xuất hiện bệnh của AD ở cả hai thể trên và kế cả đối với AD thể sớm so với kiểu dị hợp tử hoặc trờng hợp không có allen e4. Những bệnh nhân có hội chứng MCI kèm theo đồng hợp tử e4 thì sẽ có nguy cơ tiến triển rất cao thành AD. Tuy nhiên đồng hợp tử gen APOE e2 thì lại có tác dụng bảo vệ AD thể muộn. Cơ chế phân tử về vai trò của từng thể APOE trong AD vẫn cha đợc sáng tỏ. Chỉ biết rằng gen APOE là gen quan trọng nhất trong tổng số 5 loại gen đã đợc biết đến là yếu tố nguy cơ cao trong cơ chế bệnh sinh của AD. Gen angiotensin 1-converting enzyme (ACE) là gen đợc nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây trong các bệnh lý về mạch máu. ACE là dipeptidyl carboxypeptidase, một trong những enzyme then chốt trong hệ renin angiotensin có vai trò quan trọng trong quá trình điều hòa huyết áp và cân bằng điện giải thông qua việc thủy phân angiotensin I thành angiotensin II cũng nh bất hoạt bradykinin. ACE tồn tại ở hai dạng: dạng gắn với màng tế bào nội mạc của thành mạch và dạng lu thông tự do trong máu. Lợng ACE lu thông tự do phụ thuộc vào từng cá thể và do yếu tố di truyền quyết định. Sự tăng hoạt tính ACE ở một số vùng của não liên quan mật thiết với quá trình sản xuất acetylcholine ở những bệnh nhân AD. ACE giảm ở dịch não tủy của bệnh nhân AD và một số thể SSTT. ACE gen nằm trên nhiễm sắc thể 17, tồn tại dới hai dạng phân tử trong đó có thể thêm (I) hoặc mất (D) một phân đoạn gen có chiều dài 287 đôi base ở intron thứ 16. Các dạng phân tử của ACE1 liên quan mật thiết tới lợng ACE trong huyết thanh và hoạt độ ACE ở mô. ở ngời có một hoặc 2 allen ACE1*D thì có nồng độ ACE trong huyết thanh cũng nh hoạt độ ở mô cao hơn so với những ngời đồng hợp tử allen ACE1*I. Thể dị hợp tử ACE*D liên quan chặt chẽ với nguy cơ nhồi máu cơ tim và phì đại thất trái. Các nghiên cứu gần đây cho thấy thể TCNCYH 33 (1) - 2005 120 dị hợp tử này liên quan với sự tăng nguy cơ bị AD thể muộn đơn độc. Nghiên cứu khác lại khẳng định rằng những bệnh nhân di truyền allen ACE1*I có nguy cơ mắc AD cao. Sự kết hợp giữa allen ACE1*I và APOE e4 càng làm tăng cao nguy cơ của ngời bệnh đối với AD. Cơ chế phân tử của mối liên quan giữa ACE với AD vẫn cha đợc biết rõ. Nghiên cứu in vitro cho thấy ACE làm giảm quá trình tổng hợp Ab. Do vậy có thể loại trừ khả năng ACE thúc đẩy quá trình hình thành thể lắng cặn Ab, một trong những nguyên nhân gây nên AD. Tuy nhiên nhiều bằng chứng khoa học đã gợi ý đế sự tồn tại các con đờng bệnh học liên kết giữa các yếu tố: APOE, ACE, lipid và quá trình chuyển hóa hay biến đổi Ab với cơ chế bệnh sinh của AD. Sự đan xen giữa các bệnh về mạch máu với AD đã khiến các nhà khoa học đi sâu tìm kiếm các gen mới của các yếu tố nguy cơ về mạch máu có liên quan đến AD. Đến thời điểm hiện nay đã có ít nhất gần 10 gen đã đợc phát hiện tơng ứng với các nguy cơ mà chúng gây nên (Bảng 1). Bảng 1. Gen của các yếu tố nguy cơ bệnh lý mạch máu liên quan tới AD thể muộn Gen (các dạng hình thái) Vai trò đối với các yếu tố nguy cơ APOE (NST 19; exon 4: 112-158 dạng) APOE (đa dạng về promoter) ACE1 (NST 17; intron 16: I/D) MTHFR (NST 1; các dạng 677 C/T) NOS3 (NST 7; exon 7: các dạng G/A) PON1 (NST 7 ; các dạng 192 A/G) LRP1 (NST 12; exon 3: các dạng C/T và dạng nhắc lại 3 nucleotide) OLR1 (NST 12; intron 4: các dạng A/G; intron 5: các dạng G/T và dạng đầu 3 UTR C/T) ảnh hởng đến nồng độ cholesterol toàn phần, LDL-cholesterol, APOE huyết thanh và apoB Điều hòa sự tổng hợp APOE ảnh hởng đến nồng độ ACE huyết tơng ảnh hởng đến nồng độ homocystein huyết tơng ảnh hởng mạnh đến giãn mạch ức chế sự oxy hóa LDL Điều hòa các proteinase và nồng độ lipoprotein Liên kết với LDL oxy hóa ở ổ xơ vữa và tham gia vào quá trình chết theo chơng trình của tế bào gây ra bởi LDL oxy hóa Chú thích: AD, bệnh Alzheimer; APOE, apolipoprotein E; ACE1, angiotensin I converting enzyme; MTHFR, methyltetrahydrofolatereductase; NOS3, nitric oxide syntase 3; PON1, paraoxonase 1; LRP1, low-density lipoprotein receptor-related protein 1; OLR1, oxidized LDL-receptor 1. III. Các yếu tố bệnh lý mạch máu không phải do gen và AD Ngoài các yếu tố mạch máu liên quan đến gen kể trên, có nhiều các yếu tố không liên quan đến gen nhng cũng là các yếu tố nguy cơ dẫn đến AD nh: TC, Lp(a), đái tháo đờng, xơ hóa tâm nhĩ, cao huyết áp, xơ vữa động mạch. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chứng minh rằng các yếu tố trên cũng có mối liên quan với nguy cơ mắc AD thể muộn [4]. IV. MCI: chẩn đoán và tiên lợng Một số nhà khoa học cho rằng MCI chính là tình trạng khởi điểm của SSTT. TCNCYH 33 (1) - 2005 121 Tuy nhiên việc đa ra những tiêu chí lâm sàng giúp cho việc chẩn đoán sớm tình trạng bệnh lý này vẫn còn là vấn đề đang đợc bàn cãi. Một số nhóm nhấn mạnh đến việc theo dõi quá trình giảm trí nhớ sử dụng các thiết bị chẩn đoán sàng lọc hoặc ít nhất cũng là phát hiện những rối loạn trong cuộc sống hàng ngày. Các nhóm khác lại áp dụng những tiêu chí cứng nhắc về tâm lý học thần kinh (> 1,5 điểm so với bình thờng) để đánh giá sự sa sút trí nhớ song song với sự bảo tồn các khả năng nhận thức khác [4]. Hai vấn đề quan trọng nhất đặt ra cho các test về trí nhớ là: (i) phải xác định mức độ sa sút (có tính đặc hiệu và độ nhậy cao); (ii) bằng cách nào để loại trừ những bệnh nhân có các thơng tổn khác về nhận thức. Chính việc sử dụng các tiêu chí khác nhau để chẩn đoán xác định và loại trừ là nguyên nhân tạo ra tỷ lệ sai số lớn trong việc đánh giá tỷ lệ phần trăm MCI chuyển thành AD. Các test tâm lý học thần kinh cho thấy hàng năm khoảng 12 đến 15% bệnh nhân MCI chuyển thành thể SSTT. Tỷ lệ này cao hơn hàng chục lần so với tỷ lệ bệnh nhân SSTT trong quần thể dân c bình thờng. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra thời điểm mà các bệnh nhân MCI sẽ chuyển thành SSTT. Trong khi các nghiên cứu khác lại cho rằng việc áp dụng những tiêu chí một cách cứng rắn, máy móc cho nghiên cứu cộng đồng sẽ đa ra phỏng đoán thiếu chính xác. Dù sao thì phơng pháp nghiên cứu tiến cứu dọc (follow up) luôn là phơng pháp có giá trị trong việc chẩn đoán và tiên lợng MCI. Để phát hiện sớm AD, công cụ chẩn đoán phải đủ nhậy để có thể giúp phát hiện sớm những thay đổi nhận thức ở bệnh nhân AD. Tuy nhiên công cụ và phơng pháp chẩn đoán đó cũng phải có khả năng phân biệt giữa AD thể sớm với sự lão hóa bình thờng của tuổi già hay với các thơng tổn khác của não gây mất trí nhớ và đặc biệt là trạng thái trầm cảm. Dới đây là một số phơng pháp chẩn đoán AD sớm hiện đang đợc sử dụng: - Test chẩn đoán: Ưu điểm là giúp cho chẩn đoán sàng lọc nhanh, dễ dàng áp dụng trong quần thể dân c lớn. Tuy nhiên điều cần thiết là phải thiết kế cho đợc các bộ test có tính thực tế, đơn giản, rẻ và có khả năng áp dụng rộng rãi. - Các dấu ấn sinh học trong dịch não tủy: Đây là phơng pháp chẩn đoán sớm, chính xác. Hiện nay, các nghiên cứu tập trung định lợng protein tau và Ab1-42 (amyloid-b42). Tuy nhiên hiện nay các xét nghiệm này cha phải là các xét nghiệm thờng quy để chẩn đoán AD. Hơn nữa giá trị của từng dấu ấn sinh học trong việc chẩn đoán sớm AD vẫn còn nhiều vấn đề bàn cãi. Chính vì vậy, các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu tìm ra những dấu ấn sinh học đặc hiệu và có khả năng áp dụng thờng quy để góp phần phát hiện sớm AD. - Nghiên cứu tâm lý thần kinh và chẩn đoán hình ảnh: Vấn đề nan giải nhất của hai kỹ thuật này là độ tin cậy trong việc đánh giá mức độ bệnh của từng cá thể trong giai đoạn sớm của quá trình bệnh lý, chẩn đoán phân biệt với các bệnh lý không phải AD, các tình trạng bệnh lý tâm thần hay rối loạn của tuổi già. - Nghiên cứu ở mức độ phân tử: Đây là hớng nghiên cứu đang đợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nhằm tìm ra những thay đổi nhỏ nhất ở mức độ phân tử ngay trong gian đoạn khởi phát của bệnh. TCNCYH 33 (1) - 2005 122 V. Kết luận Các nhà khoa học hiện nay vẫn tiếp tục nghiên cứu để xác định: liệu các yếu tố di truyền có phải là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến AD? Đột biến một trong 3 gen (PSEN1, PSEN2 và APP) đợc xác định là tác nhân gây nên AD thể sớm. Tuy nhiên số bệnh nhân AD thể sớm chỉ chiếm một tỷ lệ phần trăm rất nhỏ trong tổng số AD. Cho dù cha xác định đợc chính xác một yếu tố di truyền nào liên quan trực tiếp với AD thể muộn song trong khoảng thời gian 10 năm trở lại đây, gen của các yếu tố nguy cơ dẫn đến thể bệnh này đợc xác định ngày một nhiều đặc biệt là gen gây nên các yếu tố nguy cơ về bệnh lý của mạch máu. Trong số đó APOE đợc nhiều nhà khoa học coi là yếu tố nguy cơ cao nhất đối với cả hai thể bệnh: bệnh lý của mạch máu và AD. Dù thế nào thì yếu tố nguy cơ về gen cũng phải đợc giải thích và đặt trong bối cảnh giữa các mối liên quan chặt chẽ với môi trờng, dân tộc, địa lý và lãnh thổ. Tài liệu tham khảo 1. Citron, M. Strategies for disease modification in Alzheimers disease. Nature Review Neurosciences 5, 677-685 (2004). 2. Friedenberg, R. M. Dementia: One of the greatest fears of aging. Radiology 229, 632-635 (2003). 3. Nestor P. J., Scheltens P., Hodges J. R. Advances in the early detection of Alzheimers disease. Nature Review Neuroscience S34-S41, (2004). 4. Panza, F., Introno, A. D., Colacicci, A. M., et al. Vaccular risk and genetics of sporadic late-onset Alzheimers disease. Journal of neural transmission 111, 69-89 (2004). 5. Peng, F. C. C. Is dementia a disease? Gerontology 49, 384-391 (2003). 6. Ritchie, K., Lovestone, S. The dementia. Lancet 360, 1759-1766 (2002). 7. Van-Pericak, M. A., Grubber, J., Bailey, R. L. et al. Indentification of novel genes in late-onset Alzheimers disease. Experimental Gerontology 35, 1343-1352 (2000). Summary Molecular mechanism and diagnosis principles of dementias So far, it has been clear that mutations in three genes: PSEN1, PSEN2, and APP caused early onset autosomal-dominant familial Alzheimer (AD), that consists of only 2- 5% of the total AD cases. In the last decade, it was likely that genetic factors may play an important role in the development of late-onset Alzheimers disease (LOAD) and other dementias. There are many strong evidents indicating environmental and genetic vascular factors implicated in developing of LOAD. However, many of these researchs have shown conflicting results. Apolipoprotein E (APOE) gene, one of the vascular susceptibility factors seems to be the most important one in the AD pathogenesis. In this review we mainly focus on the current knowledge on molecular mechanism of genetic and nongenetic vascular factors involved in LOAD and its principles of clinical diagnosis. . TCNCYH 33 (1) - 2005 117 Cơ chế phân tử của hội chứng sa sút trí tuệ và các phơng pháp chẩn đoán Tạ Thành Văn (1) , Phạm Thắng (2) (1) Bộ môn Hoá - Hoá. hội chứng MCI kèm theo đồng hợp tử e4 thì sẽ có nguy cơ tiến triển rất cao thành AD. Tuy nhiên đồng hợp tử gen APOE e2 thì lại có tác dụng bảo vệ AD thể muộn. Cơ chế phân tử về vai trò của. nhiên công cụ và phơng pháp chẩn đoán đó cũng phải có khả năng phân biệt giữa AD thể sớm với sự lão hóa bình thờng của tuổi già hay với các thơng tổn khác của não gây mất trí nhớ và đặc biệt