Tế bào gốc thần kinh tiết lộ cách virus Zika gây tật đầu nhỏ và thuốc điều trị tiềm năng

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại đại học Yale đã phát hiện ra việc nhiễm virus Zika (ZIKV) sẽ làm dừng sự phân chia của các tế bào gốc thần kinh trong não người đang phát triển, do đó gây ra dị tật đầu nhỏ bẩm sinh. Do các ZIKV đã thay đổi một protein quan trọng cần thiết trong sự phân chia tế bào gốc thần kinh. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các đồng đẳng của nucleoside (NA – nucleoside analog) có tác dụng kháng virus - bao gồm cả các loại thuốc Sofosbuvir được FDA phê chuẩn (thường được sử dụng để điều trị nhiễm virus viêm gan C) và ức chế sự sao chép của ZIKV, bảo vệ tế bào gốc thần kinh người.

Ý tưởng đằng sau nghiên cứu này là gì?

ZIKV thuộc họ flavivirus, liên quan mật thiết với virus bệnh sốt xuất huyết và sốt vàng da, được phát hiện trong rừng Zika của Uganda vào năm 1947 và một số ở châu Phi, châu Á. ZIKV đã mở rộng phạm vi địa lý nhanh chóng đến châu Mỹ, khu vực Thái Bình Dương từ năm 2007. Gần đây, Nam Mỹ đã bùng nổ dịch ZIKV, với khoảng 30.000 trường hợp nhiễm ZIKV tại Brazil. Khi nhiễm ZIKV, nó thường chỉ gây ra bệnh nhẹ, nhưng lại liên quan đến các rối loạn thần kinh, bao gồm hội chứng Guillain-Barré (một bệnh gây yếu và liệt cơ). Nổi bật hơn, nhiễm ZIKV trong khi mang thai có thể gây nhiều bệnh bất thường cho thai nhi bao gồm tật đầu nhỏ, là một bệnh thần kinh trong đó đầu của trẻ sơ sinh nhỏ bất thường.

Bộ não con người là một cơ quan phức tạp, là kết quả của sự phát triển và mở rộng. Bộ não rất nhạy cảm với các biến động từ bên trong hệ gen cũng như tác động từ bên ngoài môi trường, thứ mà có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành và chức năng của chúng. Kết quả của tật đầu nhỏ chủ yếu là do sự suy giảm của các tế bào gốc thần kinh, chúng là tiền thân và tạo ra tất cả các tế bào hiện diện trong não trưởng thành, như tế bào thần kinh, tế bào thần kinh đệm và các loại tế bào quan trọng trong não.

Nghiên cứu đã cho thấy gì?

Trong công trình này, các tác giả đã mô tả một loại tế bào gốc thần kinh mới, gọi là tế bào gốc thần kinh - biểu mô (neuroepithelial stem cells) (NES). NES có nguồn gốc từ quần thể sớm nhất của những tế bào gốc thần kinh trong suốt giai đoạn đầu của sự phát triển não bộ. Những quần thể tế bào này đóng vai trò như các tế bào gốc hay tiền thân cho tế bào thần kinh và thần kinh đệm. Chúng cung cấp giá đỡ giúp cho việc dẫn các tế bào thần kinh mới đến đúng vị trí trong não. Các nhà nghiên cứu sử dụng các tế bào NES này (xem hình 1) để tái tạo các chứng rối loạn não liên quan đến nhiễm ZIKV trong phòng thí nghiệm. Hay còn gọi là mô hình bệnh.

Hình 1. Tế bào gốc thần kinh - biểu mô người tự tổ chức thành các mô hình giống hoa hồng, tương tự như các ống thần kinh phát triển. Chúng được sử dụng để hiểu được cách virus Zika lây nhiễm và ngăn chặn sự tăng sinh tế bào.

Bằng cách so sánh các tế bào NES và mô não của người sau khi chết trong trường hợp bị nhiễm ZIKV, họ thấy rằng ZIKV thường nhiễm vào các tế bào gốc thần kinh, và ít nhiễm vào tế bào thần kinh trưởng thành hơn. Đặc biệt, nhiễm ZIKV trong tế bào gốc thần kinh của người làm tế bào không có khả năng tiến hành quá trình nguyên phân và dẫn tới chết tế bào. Một phân tích chi tiết cho thấy ZIKV tác động tới protein pTBK1 có vai trò tổ chức phân chia tế bào. Nó sẽ chuyển pTBK1 đến ty thể, nhà máy năng lượng của tế bào, và gây ra phản ứng miễn dịch. Thiếu protein pTBK1 tại vị trí phân chia tế bào, các tế bào sẽ bị chết, dẫn đến đầu nhỏ (hình 2 cho thấy một tế bào bị nhiễm ZIKV). Bằng cách phân tích mô não người nhiễm ZIKV sau khi chết, các tác giả cũng tìm thấy rằng việc nhiễm trùng làm cấu trúc sắp xếp vô tổ chức, do đó làm giảm sự vận chuyển chính xác của các tế bào thần kinh trong não và góp phần gây nên kiểu hình đầu nhỏ (Hình 3 cho thấy các mô não vô tổ chức, ZIKV được thể hiện bằng màu xanh lá cây).

Hình 2.Virus Zika (cyan) lây nhiễm sang các tế bào gốc thần kinh- biểu mô người, xâm nhập, ngăn cản phân bào và làm chết tế bào. Khi pTBK1 (màu đỏ) được làm giàu trong ty thể (màu xanh lá), hạt nhân (màu xanh dương) của các tế bào sẽ bị phân mảnh và các tế bào bị chết.

Hình 3. Mô não người nhiễm virus Zika có cấu trúc tế bào thần kinh đệm vô tổ chức

Điều này có ý nghĩa gì đối với những người bị ảnh hưởng bởi nhiễm Zika?

Sau khi xác định các cơ chế liên kết giữa ZIKV và đầu nhỏ, các nhà nghiên cứu nhằm vào mục tiêu thứ hai: cung cấp một lộ trình điều trị tiềm năng. Đây là nhu cầu cấp thiết để xác định phương pháp điều trị nhằm ngăn chặn nhiễm trùng ZIKV, đặc biệt là ở phụ nữ mang thai. Các tác giả đã sàng lọc một số loại thuốc, được biết là thuốc kháng virus mạnh. Họ xác định được hai loại NA, bao gồm các loại thuốc được FDA phê chuẩn là Sofosbuvir, ức chế sự nhiễm ZIKV, ngăn chặn sự chết của các tế bào NES.

Một kết luận đáng chú ý là hiện nay, Sofusbuvir không phải là một loại thuốc mà những người hiện đang đối mặt với Zika nên sử dụng. Vì Sofusbuvir được phê chuẩn để điều trị nhiễm vi rút viêm gan C mãn tính nên còn quá sớm để khuyến cáo sử dụng Sofosbuvir ở phụ nữ mang thai. Ngay cả khi nghiên cứu trên động vật cũng không cho thấy có ảnh hưởng nào của Sofosbuvir đến sự phát triển của thai nhi, thì hiện vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về tác dụng của Sofosbuvir trên phụ nữ mang thai và Sofosbuvir chỉ đang được sử dụng thận trọng trong điều trị thai phụ nhiễm viêm gan C mãn tính. Nghiên cứu này sẽ cần phải được lặp lại nhiều lần trong các thử nghiệm lâm sàng trước khi chắc chắn rằng Sofusbuvir có thể trở thành một loại thuốc điều trị ZIKV an toàn và hiệu quả.

Tài liệu tham khảo:

"Neural stem cells reveal how Zika virus can cause microcephaly and a potential drug treatment", September 21, 2016.

Lược dịch Lê Văn Trình - Lê Phạm Tiến Triều

Biên tập Biomedia Việt Nam