Bệnh cơ tim di truyền – Bệnh học và chẩn đoán phân tử

0
510

Sơ lược lịch sử

            Đột tử do tim đã được đề cập trong các báo cáo tình huống (case report) cách nay nhiều thế kỷ (1869). Cuối những năm 1950, nhiều trường hợp chết đột ngột được ghi nhận với tim to bất thường cùng với nhiều đặc điểm bất đối xứng và bất thường về cấu trúc cơ tim.

PGS TS Hồ Huỳnh Thùy Dương

Trưởng Bộ môn Di truyền học, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên (ĐHQG TP HCM)

 

Sự đa dạng triệu chứng gây ra nhiều bối rối trong việc tìm kiếm nguyên nhân gây bệnh. Tuy vậy, người ta ghi nhận được hai đặc điểm chung cho các trường hợp tử vong nêu trên là tâm thất trái phình to một cách tự phát mà không do nguyên nhân nào khác như tăng huyết áp hay hẹp van động mạch chủ, và các trường hợp này đều thuộc cùng gia đình. Từ giữa những năm 1980, sự phát triển của di truyền học người cùng với kỹ thuật siêu âm tim và các tiến bộ của chẩn đoán hình ảnh tim cho phép dần dần hiểu rõ cơ chế bệnh sinh và xây dựng được các chẩn đoán lâm sàng.1

Bệnh cơ tim – Định nghĩa và phân loại

            Bệnh cơ tim (cardiomyopathies) là một nhóm bệnh rất phức tạp, với cách phân loại và đặt tên chưa thống nhất. Sự phức tạp đến từ nhiều nguyên nhân : (1) Kiểu phân nhóm cổ điển “cơ tim phì đại-dãn-hạn chế” (hypertrophic-dilated-restrictive) chưa thỏa đáng vì xếp chung hai đặc điểm về giải phẫu (phì đại và dãn) với một đặc điểm chức năng (hạn chế) ; khiến cho một bệnh đôi khi được xếp ở hai nhóm khác nhau ; (2) Biểu hiện lâm sàng của các bệnh cơ tim đa dạng và trùng lặp, ví dụ như sự trùng lặp triệu chứng giữa bệnh cơ tim phì đại giai đoạn cuối với cơ tim dãn, giữa cơ tim dãn với bệnh cơ tim thất phải sinh loạn nhịp; hay như đặc tính phì đại tâm thất trái có thể được tìm thấy ở cả bệnh cơ tim phì đại (hypertrophic cardiomyopathy – HCM) lẫn ở những bệnh cơ tim thuộc dạng tẩm nhuận (infiltrative) như Fabry ; (3) Nhiều bệnh cơ tim không thể hiện triệu chứng tĩnh mà thay đổi biểu hiện theo diễn tiến bệnh, ví dụ như trong bệnh cơ tim phì đại tình trạng không dãn kèm với cứng tâm thất sẽ diễn tiến sang tình trạng dãn với rối loạn chức năng tâm thu và suy tim ; (4) Kích thước tâm thất biến động tùy người nên khó phân biệt rõ ràng dạng dãn và không dãn ; (5) Cùng một bệnh có thể có nhiều nguyên nhân với cơ chế gây bệnh khác nhau, ví dụ bệnh cơ tim dãn (dilated cardiomyopathy DCM) có thể có nguyên nhân di truyền, tự miễn, do tác nhân truyền nhiễm hay do nhiễm độc chất.2

            Theo định nghĩa do một nhóm chuyên gia về tim mạch đề xuất thì “Bệnh cơ tim là một nhóm không đồng nhất các bệnh của cơ tim có liên quan đến rối loạn chức năng về điện học và/hay cơ học. Các bệnh này thường (nhưng không phải luôn luôn) thể hiện dưới dạng phì đại hay dãn nở bất thường của tâm thất, và bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân mà phần lớn có tính di truyền. Bệnh cơ tim có thể khu trú ở tim hoặc có thể là một phần của các bất thường có liên quan đến nhiều cơ quan khác của cơ thể, và thường dẫn đến chết do nguyên nhân tim mạch hoặc tàn phế do suy tim tiến triển”.2 Định nghĩa này bắt nguồn từ những thành tựu của di truyền phân tử trong bệnh học tim cùng với việc phát hiện các bệnh liên quan đến các kênh ion (ion channellopathies). Như vậy, bên cạnh nguyên nhân cơ học (rối loạn tâm trương hay tâm thu), nguyên nhân điện học do bất thường các thành phần của kênh vận chuyển ion qua màng tế bào dẫn đến loạn nhịp tim cũng được bao hàm trong định nghĩa trên.      

            Các bệnh cơ tim được phân thành hai nhóm lớn, dựa trên các cơ quan trong cơ thể bị ảnh hưởng.

Các bệnh cơ tim nguyên phát chủ yếu hoặc chỉ ảnh hưởng đến cơ tim. Trong số này, bệnh chỉ do nguyên nhân di truyền bao gồm bệnh cơ tim phì đại (HCM), bệnh cơ tim thất phải sinh loạn nhịp (arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy – ARVC), tâm thất trái không chặt (cơ tim xốp) (left ventricular noncompaction -LVN). Ngoài ra còn có một số bệnh liên quan đến bất thường các kênh ion trên màng tế bào  gây ra bệnh lý về điện tim như hội chứng “QT dài”, “QT ngắn”, nhịp nhanh thất đa dạng liên quan catecholamine (catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia – CPVT), Brugada. Brugada chính là hội chứng đột tử trong khi ngủ được ghi nhận phần lớn ở nam giới trẻ tuổi thuộc khu vực Đông Nam Á, và do đột biến trên gene SCN5A ở những người này. Bệnh có nguyên nhân hỗn hợp, di truyền và không di truyền như cơ tim dãn cũng thuộc nhóm bệnh cơ tim nguyên phát.2 Các bệnh cơ tim di truyền có đặc điểm chung: Chúng là kết quả của rất nhiều đột biến xuất hiện trên một số lượng lớn gene. Bệnh cơ tim phì đại có liên quan đến hơn 20 gene gây bệnh, còn bệnh cơ tim dãn được xem như có liên quan đến hơn 40 gene.3 Một đặc điểm đáng chú ý khác là nhiều bệnh cơ tim di truyền đều do đột biến trên cùng một số gene.3,4 Tuy nhiên, mỗi bệnh lại liên quan đến những thể đột biến khác nhau, nghĩa là đột biến xảy ra ở những vị trí khác nhau trên cùng một gene sẽ có tác động gây bệnh khác nhau.4,5

Nhóm thứ hai gồm các bệnh cơ tim thứ phát là bệnh ảnh hưởng đến nhiều cơ quan trong đó có tim, như Gaucher, Fabry, Noonan, ….

Bệnh học tế bào và phân tử

            Phần này chỉ đề cập đến bệnh cơ tim nguyên phát có nguyên nhân di truyền. Đột biến đầu tiên liên quan đến bệnh cơ tim di truyền được nhận diện năm 1990 là một đột biến trên gene mã hóa cho chuỗi nặng của b-myosin, protein chủ chốt của cơ. Cho đến nay, hơn 90 gene gây bệnh với hàng ngàn đột biến đã được phát hiện.6

            Tế bào cơ tim được hình thành từ nhiều sarcomere (đốt cơ). Mỗi sarcomere do khoảng 20 loại protein kết hợp thành, trong đó quan trọng nhất là actin và myosin, hình thành “bộ máy” co bóp của tim. Ngoài ra còn khoảng 20 protein khác kết nối tế bào cơ tim với giá thể ngoại bào và điều hòa sự co bóp của tim ; đây chính là phức hợp “cảm nhận cơ học” (mechanosensitive) của tim. Bất kỳ bất thường nào trong cấu trúc và chức năng của các protein thuộc hai phức hợp nêu trên đều có thể gây bệnh.5

            Đối với “bộ máy” co bóp của tim, đột biến trên các gene mã hóa protein (chủ yếu là myosin và actin) của sarcomere có thể tạo ra protein bất thường và làm giảm khả năng co dãn của tế bào cơ tim. Để bù đắp cho sự giảm sút này, tế bào cơ tim đáp ứng theo nhiều cách. Về mặt giải phẫu, sự đáp ứng bao gồm : (1) tế bào cơ tim ở tâm thất tăng kích thước khiến cho thành tâm thất dày lên trong khi buồng tâm thất hẹp lại ; (2) số lượng sarcomere trong mỗi tế bào cơ tim tăng lên dẫn đến rối loạn cấu trúc (disarray) tế bào cơ tim thấy rõ trong bệnh cơ tim phì đại. Ở mức độ phân tử, sự đáp ứng thể hiện thông qua sự thay đổi biểu hiện của nhiều gene. Một số gene lẽ ra chỉ biểu hiện trong giai đoạn phôi đột nhiên tăng biểu hiện ở người trưởng thành, ví dụ như các gene ANF (atrial natriuretic factor), BNF (brain natriuretic factor) mã hóa cho nhân tố kích thích tiểu (diuresis) và làm dãn mạch, hoặc các gene liên quan đến sự sử dụng các loại năng lượng khác nhau của cơ tim. Các đáp ứng bù đắp (compensatory) vừa nêu xuất hiện ở thời kỳ đầu của bệnh nhằm kháng lại sự giảm hiệu quả co bóp, giảm áp lực máu ở tim do thành dày ra. Nhưng theo diễn tiến bệnh, các đáp ứng đó không đủ sức bù đắp và dần có tác dụng ngược. Ví dụ như sự thêm sarcomere sẽ làm tăng dần tỉ lệ chiều dài/đường kính, do đó làm giảm lực co dãn của tế bào cơ tim. Ví dụ thứ hai là sự tiết ANF, BNF ở người trưởng thành bình thường chỉ tăng khi áp lực máu tăng; còn ở nhiều bệnh cơ tim di truyền, sự tăng này là mạn tính và mang tính bệnh lý.5

            Đối với phức hợp “cảm nhận cơ học” của tim, bất thường trong biểu hiện một số gene có vai trò trong tương tác giữa tế bào cơ tim với giá thể ngoại bào cũng có thể làm xuất hiện các đặc tính bệnh lý. Sự tăng biểu hiện gene mã hóa collagen của tế bào cơ tim làm tăng lượng collagen. Điều này kết hợp với sự chết của tế bào cơ tim do hoạt hóa các gene của con đường chết theo chương trình (apoptosis) sẽ làm xuất hiện các vùng xơ hóa ngày càng lan rộng, khiến cơ tim xơ cứng và giảm lực co dãn. Đột biến trên các gene của con đường điều hòa nồng độ Ca2+ nội bào cũng làm thay đổi lực co dãn của các tế bào cơ tim.

            Một số công trình gần đây cho thấy ở người mắc bệnh cơ tim phì đại có mang nhiều hơn một đột biến, khả năng sống giảm, thời điểm khởi bệnh sớm hơn, xác suất đột tử cao hơn ở người chỉ mang một đột biến. Các nghiên cứu trên chuột bắt đầu xác định được nguyên nhân phân tử của hiện tượng này – sự phối hợp các bất thường trong biểu hiện các gene điều hòa nồng độ Ca2+ và vài gene khác trong tế bào cơ tim.7, 8

            Nhìn chung, các đột biến gene trong “bộ máy” co bóp cũng như trong phức hợp “cảm nhận cơ học” cuối cùng đều dẫn đến sự giảm chức năng hoạt động của tim. Tim tìm cách bù đắp bằng cách thay đổi kích thước, một số đặc tính giải phẫu học và hoạt động chuyển hóa của tế bào cơ tim. Tuy nhiên các thay đổi này chỉ có ý nghĩa tích cực trong giai đoạn đầu của bệnh. Ở giai đoạn muộn, các thay đổi này sẽ có tác động tiên cực và làm trầm trọng thêm triệu chứng bệnh, dẫn đến tử vong5.

Chẩn đoán phân tử bệnh cơ tim

Theo khuyến cáo của Hội Suy Tim Hoa Kỳ (Heart Failure Society of America), xét nghiệm di truyền phân tử cần được xem xét tiến hành trên cá nhân có triệu chứng bệnh rõ nhất nhằm tạo thuận lợi cho việc tầm soát và xử lý đối với các thành viên khác trong gia đình. Cũng theo khuyến cáo này, các chứng cứ ủng hộ cho việc tiến hành xét nghiệm phân tử là rất mạnh đối với bệnh cơ tim phì đại, bệnh cơ tim thất phải sinh loạn nhịp và những bệnh tim di truyền khác có biểu hiện lâm sàng ngoài tim.9

Xét nghiệm di truyền phân tử đối với các bệnh cơ tim di truyền chính là việc phát hiện các đột biến gene gây bệnh. Có nhiều phương pháp phát hiện đột biến gene như dHPLC (high performance of liquid chromatography – sắc ký lỏng cao áp), high resolution melting, .. nhưng phương pháp phổ biến nhất là giải trình tự gene (gene sequencing).10 Phương pháp giải trình tự cho phép xác định thứ tự chuỗi các nucleotide trên mạch DNA tương ứng với một gene. Chuỗi nucleotide này sau đó được đem so sánh với chuỗi nucleotide “lành” (đã được xác định là tương ứng với gene “lành”) ; từ đó nhận diện các nucleotide bị đột biến trong trình tự gene của người bệnh. Trước đây, phương pháp giải trình tự tự động theo nguyên lý Sanger có thể giải được vài trăm ngàn nucleotide mỗi lần chạy. Tuy nhiên, phương pháp Sanger không thật sự hữu dụng đối với nhiều bệnh cơ tim di truyền, như trường hợp của cơ tim phì đại với gần 20 gene “bệnh” đã biết, tương ứng với hơn 1000 exon cùng vô số đột biến trên các exon này. Trong khoảng 8 năm trở lại đây, phương pháp “giải trình tự thế hệ tiếp theo” (next generation sequencing – NGS), có khả năng giải hàng trăm tỉ nucleotide mỗi lần chạy đã được phát triển với thời gian xét nghiệm nhanh và giá thành thấp hơn nhiều so với phương pháp giải trình tự tự động trước đây.6,10 Những công trình gần đây sử dụng NGS để nghiên cứu các bệnh cơ tim di truyền trên số lượng lớn bệnh nhân đã tìm lại được những đột biến đã công bố, đồng thời phát hiện nhiều đột biến mới, cho phép dự đoán khả năng gây bệnh của chúng. NGS được đánh giá là có thể áp dụng cho chẩn đoán các bệnh cơ tim di truyền và đã được sử dụng cho mục tiêu này ở nhiều bệnh viện trên thế giới. Hiện nay, các dịch vụ NGS với danh sách các gene liên quan chặt chẽ với các bệnh cơ tim di truyền đã xuất hiện nhằm đáp ứng yêu cầu về chẩn đoán của bác sĩ và người bệnh.

            Việc phát triển NGS có ý nghĩa lớn trong chẩn đoán và điều trị các bệnh cơ tim di truyền, nhưng cách tiếp cận này có những hạn chế cần được hiểu rõ. Không phải đột biến gene nào cũng gây bệnh. Tùy vị trí xuất hiện trên gene, một đột biến có thể gây bệnh, nhưng cũng có thể hoàn toàn trung tính. Hạn chế lớn nhất của NGS là bên cạnh những đột biến gây bệnh đã biết, phương pháp này còn xác định cả những “thể đột biến có ý nghĩa không rõ” (Variants of Unknown Significance – VUS).4,10 Khi số ca bệnh được xét nghiệm tăng lên thì  số VUS cũng tăng theo, gây khó khăn cho việc phân tích kết quả và xác định ý nghĩa lâm sàng. Nhiều nghiên cứu in silico, cận lâm sàng và lâm sàng hiện nay tập trung vào việc xác định khả năng gây bệnh của các VUS.

Xét nghiệm di truyền có thật sự hữu ích cho bệnh nhân?  

            Hiện nay, việc phát hiện đột biến gene gây bệnh ở người có triệu chứng nghi ngờ thường có xác suất thành công khoảng 50 %.8,11 Xác suất này sẽ tăng dần trong tương lai khi ngày càng có thêm nhiều đột biến gây bệnh mới được xác định. Bệnh cơ tim phì đại là một ví dụ điển hình cho vai trò của xét nghiệm di truyền trong lâm sàng. Khi đã xác định được đột biến gene gây bệnh ở một bệnh nhân thì việc tầm soát bệnh ở thân nhân của người này là điều nên làm, và nên được thực hiện song song với xét nghiệm hình ảnh và điện tim.11 Thông thường, thân nhân cho kết quả xét nghiệm âm tính với đột biến đã biết sẽ được xem là không mang bệnh. Điều này sẽ cất được một gánh nặng tâm lý và kinh tế lớn. Tuy nhiên, cũng không thể hoàn toàn loại trừ những khả năng khác, tuy xác suất rất thấp, ví dụ như có một đột biến mới xuất hiện ở thân nhân, hoặc thân nhân được di truyền một đột biến thứ hai ngoài đột biến đã biết từ người bệnh. Do đó, các xét nghiệm hình ảnh là rất quan trọng để định bệnh chính xác. Đối với những thân nhân cho kết quả xét nghiệm dương tính, nhất là ở những người trẻ tuổi chưa có biểu hiện siêu âm tim bất thường, họ có thể được theo dõi định kỳ một cách chặt chẽ và can thiệp tiền lâm sàng nếu có thể.8

Chẩn đoán phân biệt giữa các bệnh cơ tim là điều cần thiết vì một số đột biến có thể đáp ứng chọn lọc với một số liệu pháp. Như vậy, cùng là triệu chứng phình tâm thất trái, nhưng bệnh nhân Danon do đột biến gene LAMP2 có diễn tiến nhanh và trầm trọng, thường cần được cân nhắc cho ghép tim. Trong khi đó, liệu pháp dành cho bệnh Fabry do đột biến trên gene GLA là liệu pháp enzyme thay thế với a-galactosidase A.8

            Bên cạnh đó, xét nghiệm di truyền bệnh cơ tim còn được áp dụng vào một số lĩnh vực khác ; như tư vấn di truyền tiền hôn nhân, hay định hướng nghề nghiệp, đặc biệt là những nghề liên quan đến vận động thể lực như vận động viên các môn thể thao cường độ cao.8 Trong hỗ trợ sinh sản, việc xác định phôi lành trước khi cấy vào tử cung mẹ có thể thực hiện được, tuy với chi phí hiện nay còn rất cao. Trong tương lai, chi phí giảm cùng với sự phát triển công nghệ sẽ có thể biến điều này thành hiện thực.

            Một triển vọng đặc biệt lý thú là khả năng ngăn chận diễn tiến bệnh, khi đã được nhận diện chính xác, ở giai đoạn sớm, lúc chưa biểu hiện triêu chứng. Nghiên cứu trên một mô hình chuột nhắt mắc bệnh cơ tim phì đại cho thấy bất thường chuyển hóa can-xi nội bào của cơ tim là một trong những biểu hiệm sớm nhất của bệnh. Việc xử lý tiền lâm sàng các chuột này bằng diltiazem, một thuốc chẹn kênh can-xi dạng L (L-type calcium blocker), khiến các triệu chứng phì đại, rối loạn và xơ hóa giảm hẳn so với lô chứng. Tương tự như vậy, chặn con đường truyền tín hiệu TGF-bbằng losartan, thuốc đối kháng thụ thể angiotensin II, cũng cho kết quả tương tự. Các kết quả này đã cho phép tiến hành nghiên cứu thử nghiệm trên người đầu tiên trên bệnh phì đại cơ tim.12

Kết luận

            Hiểu biết về bệnh cơ tim di truyền ngày càng tăng nhờ các tiến bộ khoa học và kỹ thuật, đặc biệt là các kỹ thuật giải trình tự gene thế hệ mới và các nghiên cứu cơ chế bệnh sinh ở mức phân tử và tế bào. Tuy nhiên, hiện nay việc áp dụng các hiểu biết này vào lâm sàng còn nhiều khó khăn do tính chất phức tạp và chồng lắp của các bệnh này về mặt cơ chế bệnh sinh và sự tồn tại của nhiều thể đột biến chưa rõ ý nghĩa lâm sàng. Hợp tác chặt chẽ giữa các bác sĩ và người làm nghiên cứu cơ bản, giữa các cơ quan nghiên cứu hàn lâm và dịch vụ xét nghiệm nhằm chia sẻ thông tin là điều thiết yếu để lấp dần các lỗ hổng trong chẩn đoán và điều trị các bệnh cơ tim di truyền. Việc phát triển các công cụ chẩn đoán và tầm soát mạnh ở các nước đang phát triển như Việt Nam là khả thi và có ý nghĩa hữu ích nhất định đối với bác sĩ điều trị cũng như người bệnh và thân nhân. Bên cạnh đó, dữ liệu thu nhận được từ người bệnh sẽ góp phần làm rõ các vấn đề dịch tễ học phân tử của bệnh cơ tim di truyền ở Việt Nam.

Một số định nghĩa

Gene: một chuỗi DNA gồm hai mạch bắt cặp bổ sung. Mỗi mạch là một chuỗi gồm nhiều nucleotide thuộc 4 loại A, C, G, T sắp xếp theo một thứ tự xác định. Mỗi gene mã hóa cho một hoặc vài loại protein.

Exon: Ở sinh vật nhân thật (mọi sinh vật trừ vi khuẩn), mỗi gene gồm nhiều exon (chuỗi nucleotide sẽ được dịch mã thành protein) xen kẽ với intron (chuỗi nucleotide không được dịch mã thành protein).

Đột biến gene: có thể là đột biến điểm do thay thế nucleotide loại này bằng nucleotide loại khác trên chuỗi nucleotide cấu thành gene ; hoặc đột biến đoạn nghĩa là mất, thêm, lặp, hay đảo ngược một đoạn nucleotide trên gene.

in silico: nghiên cứu trên máy tính, thông qua mô hình hóa cấu trúc của các thể đột biến, từ đó dự đoán khả năng gây bệnh của chúng từ mô hình cấu trúc.

 

Tài liệu tham khảo
 

[1] Seidman CE, Seidman JG. Identifying sarcomere gene mutations in hypertrophic cardiomyopathy – a personal history. Circ Res. 2011;108:743-750.
[2] Baron BJ, Towbin JA, Thiene G, et al. Contemporary definitions and classifications of the cardiomyopathies: an American Heart Association Scientific statement from the Council on Clinical Cradiology, Heart failure and Transplantation Committee; quality of care and outcomes research and functional genomics and translational biology interdisciplinary working groups; and Coucil on Epidemiology and Prevention. Circulation. 2006; 113:1807-1816.
[3] McNally EM, Golbus JR, Puckelwatrz MJ. Genetic mutations and mechanisms in dilated cardiomyopathy. J Clin Invest. 2013;123:19-26.
[4] Teekakirikul P, Kelly MA, Rehm HL, Lakdawata NK, Funke BH. Inherited cardiomyopathies – Molecular genetics and clinical genetic testing in the postgenomic era. J Mol Diag. 2013;15:158-170.
[5] Harvey PA, Leinwand LA. Cellular mechanisms of cardiomyopathy. J Cell Biol. 2011;194:355-365.
[6] Haas J, Katus HA, Meder B. Next-generation sequencing for clinical diagnostics of cardiomyopathies. Nucleic acids as molecular diagnostics. 1st ed. Ed. Anderas Keller and Eckart Meese. Wiley-VCH Verlag GmbH& Co. KGaA. 2015. 1-9.
[7] Kelly M, Semsarian C. Multiple mutations in genetic cardiovascular disease: a marker of disease severity. Circulation. 2009; 2:182-190.
[8] Maron BJ, Maron MS, Semsarian C. Genetics of hypertrophic cardiomyopathy after 20 years. J Am Coll Cardiol. 2012;60:705-715.    
[9] Lindenfeld J, Albert NM, Boehmer JP et al. Executive summary: HFSA 2010 comprehensive heart failure practice guideline. J Card Fail. 2010; 16:475-539.
[10] Roma-Rodriguez C, Fernabdes AR. Genetics of hypertrophic cardiomyopathy: advances and pitfalls in molecular diagnosis and therapy. Appl Clin Genet. 2014;7:195-298.
[11] Ackerman MJ, Priori SG, Willems S, et al. HRS/EHRA expert consensus statement on the state of genetic testing for the channelopathies and cardiomyopathies. Europace. 2011;13:1077-1109.
[12] Dunn KE, Caleshu C, Cirino A, Ho CY, Ashley EA. A clinical approach to inherited hypertrophy: the use of family history in diagnosis, risk assessment, and management. Circulation. 2013;6:118-131.