Quy trình tạo tim và mối tương quan bệnh lý

0
470
Trong các thập niên qua, hiểu biết về qui trình tạo tim trong phôi thai học đã tăng tiến rất nhiều nhờ một số khám phá mới, làm nảy sinh vấn đề, liệu có nên xét lại giáo trình cổ điển về sự tạo hình các buồng tim (!?) cũng như mối tương quan của các qui trình này trong xử trí các bệnh tim bẩm sinh (TBS) hay tim mắc phải (TMP)…

BS. Đào Hữu Trung
Bệnh viện Tim Tâm Đức
Lược dịch từ bài báo “Cardiac development and implications for heart disease” của tác giả Epstein J.A. (N Engl J Med 2010;363:1638-1647)

Tóm tắt

Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện  một số mặt trước đây chưa được đánh giá cao về tạo hình tim, ảnh hưởng quan trọng từ bệnh TBS đến bệnh lý TM người lớn.  Hiện nay đã rõ là các quần thể tế bào bên ngoài “vùng tạo tim tiên phát” và “ống tim tiên thiên” của phôi đã góp phần trong quá trình tạo và điều hòa sự trưởng thành tim. Các quần thể tế bào này bao gồm các tế bào “mào thần kinh”, loại tế bào được xem có nguồn gốc từ “vùng tạo tim thứ hai” và các tế bào thượng tâm mạc. Các tính chất cho sự phát triển toàn diện và tính duy nhất của các tế bào nguyên sinh cho tới nay chỉ được hiểu có một phần, và các giai đoạn chuyên biệt của sự “hạn chế trong sự phân dòng” tế bào của các nguyên sinh bào này cần phải được làm sáng tỏ. Các kỹ năng có được hiện nay trong sự phát triển cac quần thể tế bào nguyên sinh “trong ống nghiệm” hay “trên vật thí nghiệm”, hay “định hướng” được “định mệnh” các tế bào, sẽ góp phần quan trọng cho sự tiến bộ của “điều trị tái tạo”. Các nghiên cứu về sự trưởng thành sinh học tế bào, nhất là trong giai đoạn chuyển tiếp từ tim phôi qua tim người lớn, cần phải được mở rộng , để thêm chất liệu cho sự hiểu biết của chúng ta về suy tim. Ngoài ra, nghiên cứu về sự điều hòa các chương trình “biểu hiện gen” của mô tim sẽ là các mục tiêu mới trong điều trị bệnh lý tim mạch.

***

Trong các thập niên qua, hiểu biết về qui trình tạo tim trong phôi thai học đã tăng tiến rất nhiều nhờ một số khám phá mới, làm nảy sinh vấn đề, liệu có nên xét lại giáo trình cổ điển về sự tạo hình các buồng tim (!?) cũng như mối tương quan của các qui trình này trong xử trí các bệnh tim bẩm sinh (TBS) hay tim mắc phải (TMP)…

Các tiến bộ ngày càng cao trong lĩnh vực trên trong các năm sắp đến, có thể sẽ ảnh hưởng đến việc phân loại và điều trị bệnh TBS hiện nay, cũng như các hiểu biết về một số bệnh tim ở người lớn, đồng thời sẽ mang lại cho các nhà lâm sàng những thông tin chính xác hơn và hữu ích hơn trong “Trị liệu tái tạo” (Regenerative therapeutics) ví dụ như trị liệu bằng tế bào gốc.  Bài này có mục đích duyệt lại một số khám phá mới nhất trong quy trình tạo tim và tầm ảnh hưởng của nó đối với thực hành lâm sàng.

Tổng Quan

Giáo trình cổ điển từ lâu công nhận qui trình tạo tim bắt nguồn từ sự chuyên biệt hóa rất sớm các quần thể tế bào nguyên sinh (progenitor cells) nằm từng đám hai bên trong tấm phôi, đọng lại (coalesce) để tạo thành trước tiên vòng tim hình bán nguyệt (cardiac crescent) và tiếp theo là ống tim (cardiac tube) ở đường giữa tấm phôi. Ống tim, với lớp đệm bên trong là tế bào nội mạc, bao quanh là các tế bào tiền thân cơ tim, bắt đầu phát triển, sau một loạt tiến trình: “thắt nút” (looping), “uốn cong” (bending), với “nở rộng” (expansion), hay “phồng” (ballooning) các vùng đã được lập trình để trở thành các buồng tim trong qui trình hình thành buồng tim (chambers formation), cùng với một loạt sự kiện tạo vách (septation) để cuối cùng… hình thành trái tim gồm bốn buồng, với hai hệ thống tuần hoàn song song, tuần hoàn hệ thống và tuần hoàn phổi.

Ngoài ra còn có sự tham gia của các loại tế bào khác nằm ngoài ống tim mà vai trò trong tạo tim cũng rất quan trọng (Hình 1). Ví dụ các tế bào của mào thần kinh (neural crest), các tế bào sau này sẽ tạo thành  các thành phần hệ thống thần kinh (TK) ngoại biên và vùng sọ-mặt (craniofacial), cũng đã di chuyển vào “vùng tim” và đóng vai trò quan yếu trong qui trình tạo vách vùng đường thoát (outflow tract). Mối liên quan giữa các tế bào mào TK và sự tạo vách góp phần giải thích sự phối hợp các tổn thương bẩm sinh vùng sọ-mặt với một số bệnh TBS.

TTKH-1

Hình 1: Tổng quan về quy trình tạo tim. Từ giai đoạn: “Vòng tim hình bán nguyệt” qua “ống tim tiên thiên” đến giai đoạn “thắt nút”…qua sự tham gia của các tế bào “ngoài vùng tim”…các tế bào của mào thần kinh, tế bào nguyên sinh thượng tâm mạc…

Hiện tượng hạn chế của sự phân dòng tế bào

Tim “trưởng thành” bao gồm nhiều loại tế bào (tb) khác nhau, như tb cơ tim, tb nội mạc, tb cơ trơn, nguyên bào sợi (fibroblasts), và các tb chuyên biệt dẫn truyền.. , nguồn gốc và phân dòng các loại tb này vẫn chưa được hiểu rõ. Chỉ mới đây, nhờ các kỹ thuật về “gene đích”(gene targeting), các nhà nghiên cứu đã có thể lập một cách khá chính xác các “bản đồ định mệnh” (fate mapping), một phương pháp theo dõi và xác định các thành phần trực thuộc một tb, một quần thể tb, hay một nhóm tb, và phân tích “sự phân dòng” (lineage analysis) các tb này ở các phôi hay cơ thể trưởng thành của các loài có vú.

Qua các kết quả các nghiên cứu đó,cũng như qua phân tích “dòng”(clone) các tb gốc phôi, được hoạt hóa trong ống nghiệm (in vitro) người ta thấy càng ngày càng rõ nét sự “hạn chế” (restriction) trong tiến trình phân dòng các tb chịu trách nhiệm tạo tim (Hình 2). Hiện nay sự biệt hóa các tb gốc phôi, cho ra các loại tb tim  khác nhau đã được biết rõ. Tuy nhiên, khi một dòng tb được tạo thành, khả năng các “thành viên” của dòng tb này tạo ra các nhánh khác của dòng thì lại rất hạn chế. Tế bào gốc phôi thì đa năng, có nghĩa là chúng có thể trở thành bất cứ loại tb nào. Thí dụ chúng có thể biệt hóa thành các tb cơ tim có khả năng co bóp khi được nuôi cấy trong môi trường mô (tissue culture), với sự hiện diện một số yếu tố tăng trưởng chuyên biệt, trong những điều kiện đặc biệt.

TTKH-2

Hình 2: Hạn chế trong sự “phân dòng”: như trong quy trình tạo tế bào máu, sự “hạn chế dòng” xảy ra khi các tế bào gốc biệt hóa. Tế bào nguyên sinh tim cũng có thể có cùng một loại tề bào tiền thân tạo máu, nhưng khi biệt hóa cũng sẽ phải “hạn chế” để trở thành tế bào thích hợp với chức năng mong đợi.

Tế bào tiền thân tim, tách được từ các tb gốc trong ống nghiệm, biểu hiện các thụ thể KDR (Kinase domain related receptor: thụ thể cho yếu tố tăng trưởng nội mạc mạch máu) và NKX2-5 (một yếu tố phiên mãtranscription factor– có vai trò trong sự tạo tim). Các tb tiền thân tim này có khà năng trở thành nội mạc, cơ trơn, hay cơ tim. Trong các nghiên cứu di truyền học trên sinh vật thí nghiêm, các tb tiền thân tương tự góp phần tạo nhiều dòng khác nhau trong sự tạo tim. Tiến trình tạo tim với “hiện tượng hạn chế” trong sự phân dòng như vậy , mang lại một số ứng dụng trong điều trị bằng tb gốc các bệnh tim mạch…

Ví dụ: trong việc điều trị nhằm mục đích sửa chữa, gia tăng chất lượng nội sinh cơ tim hay sản sinh cơ tim mới, từ các tb nguyên sinh tim thích hợp, hoặc qua các các “mảnh” (patch) ghép sinh học cơ tim, có khả năng co bóp, các nhà nghiên cứu hay lâm sàng cần phải xem xét kỹ, để chọn lựa loại tb nào thích hợp nhất cho mục đích điều trị của mình. Hay như nếu chọn một loại tb nguyên sinh chỉ có khả năng sẽ trở thành chỉ một loại tb cơ tim cho việc điều trị tái tạo, sẽ không được hoàn hảo vì sẽ thiếu các chức năng khác của một mô cơ tim bình thường có nguồn gốc từ nhiều dòng tb khác nhau . Vì vậy, tb nguyên sinh được chọn lựa mà khả năng biệt hóa “bị hạn chế”, sẽ phải được thay thế bởi các tb nguyên sinh đa năng, nếu mục đích điều trị là muốn tái sinh mô cơ tim có nguồn gốc từ nhiều dòng tb khác nhau như… nội mạc, cơ trơn (tái sinh mạch), và cơ tim “co bóp” (contractile).

Cho đến nay, loại tb nguyên sinh thích hợp nhất cho việc điều trị bằng tb gốc, bệnh cơ tim thiếu máu cục bộ và các hình thái lâm sàng khác nhau của suy tim vẫn chưa được hiểu rõ, cũng như các “chất đánh dấu” (markers) hay các “ký hiệu biểu hiện gen” (gene-expression signatures) tương ứng cho các tb nguyên sinh khác nhau vẫn chưa được biết chắc chắn.

Hiện tượng hạn chế trong tiến trình phân dòng cũng đã được nhìn thấy trong quá trình biệt hóa các tb gốc sinh huyết cầu (hematopoiese) đa năng, thành các dòng tb huyết cầu khác nhau. Làm rõ các giai đoạn khác nhau của tiến trình hạn chế phân dòng của các tb tiền thân tạo huyết cầu giúp cho sự nhận diện các yếu tố tăng trưởng có ích lợi, vi dụ như “yếu tố kích thích tạo quần thể” của tb hạt (granulocyte-colony-stimulating factor), hay của tb hạt-thực-bào (granulocyte-macrophage) và erythropoietin, mỗi một yếu tố ảnh hưởng trên mỗi một dòng tb nguyên sinh khác nhau… Tương tự trường hợp các tb gốc tạo máu, sự nhận diện cũng như hiểu rõ các tính chất khác nhau các tb nguyên sinh tim chuyên biệt, cùng các yếu tố tăng trưởng tim sẽ có ích rất nhiều trong việc điều trị nhồi máu cơ tim (NMCT) hay suy tim (ST).

Vùng tạo tim thứ hai

Không phải tât cả các tb tiền thân của cơ tim đều nằm trong vòng tim bán nguyệt hay ống tim tiên thiên. Trong quá trình taọ tim, hầu hết các loại tb các vùng khác nhau đều tham gia, nhất là các tb ở tâm thất phải, một số ở tâm thất trái, ở các tâm nhĩ, các đường thoát và đường vào, xảy ra sau các giai đoạn “thắt nút” (looping). Các tb nói trên góp phần vào quá trình này, có nguồn gốc từ một “vùng thứ hai” của tim, nằm ở giữa,  phía bụng (ventral) của vòng tim bán nguyệt. (Trong thuật ngữ phôi thai học, “vùng“(field) được hiểu là một nhóm tb liên quan nằm trong một vùng có ranh giới rõ rệt). Các tb “vùng thứ hai” này, đầu tiên di chuyển lên vùng hầu-họng, được nhận dạng  -ví dụ trong phôi chuột ở giai đoạn sớm hoặc giữa thai kỳ-  nhờ một số thành phần của các chất đánh dấu gen chuyên biệt, trong đó có yếu tố phiên mãislet 1″. Các tb tiền thân “vùng tim thứ hai” này từ vùng hầu- họng, xâm lấn qua vùng tim và di chuyển đến địa phận sẽ trở thành đường thoát và đường nhận của tim. Các tb nguyên sinh biểu hiện yếu tố “islet 1”, là các tb đa năng có thể sản sinh ra tb cơ trơn vùng gốc động mạch chủ (ĐMC) và động mạch phổi (ĐMP), các tb nội mạc và cơ tim.

Việc chứng minh có vùng thứ hai tạo tim giúp giải thích một số bệnh TBS, nhất là các bất thường trên lộ trình các gen chịu trách nhiệm tạo thành các tb cơ ở tâm-thất trái hay phải, những bất thường đặc biệt khu trú ở tâm thất, trái hoặc phải. Các nghiên cứu sử dụng kỹ thuật “gây xáo trộn” di truyền các tb vùng tạo tim thứ hai này ở phôi chuột, gợi ý cho thấy các bất thường ở quần thể tb này là nguyên nhân tạo bệnh TBS : thất phải hai đường thoát, thiểu sản thất phải, hẹp ĐMP, tứ chứng Fallot… Ngoài ra, kết quả các nghiên cứu di truyền học trên người, chứng minh các thể đơn (haplotypes), nằm trong locus ISL1 rất thường phối hợp với các loại bệnh TBS nói trên. Rất có thể các bất thường bẩm sinh khác của tim phải như bất thường Ebstein, các loại thiểu sản thất phải, loạn sản thất phải gây loạn nhịp, là hậu quả của các bất thường các tb vùng thứ hai này.

Phân loại cổ điển các bệnh TBS đặt nền móng trên các bất thường giải phẩu học của bệnh. Đã đến lúc phải xét lại cách phân loại như trên chưa (?) với các chứng cứ hiện nay cho thấy các bất thường “tương tự” (similar), trong quá trình tạo tim cho ra các bất thường bẩm sinh tim khác nhau (“không tương tự”) về tổn thương giải phẫu học. Một ví dụ về nhóm bệnh TBS “không tương tự”(dissimilar) trên lâm sàng như thất phải hai đường thoát và thiểu sản thất phải lại có cùng một loại bất thường các tb nguyên sinh vùng tạo tim thứ hai. Tổn thương các tb nguyên sinh này cũng có thể sản sinh các bất thường giải phẩu học khác nhau  ở cả bên tim trái lẫn bên tim phải (như khuyết vách tâm nhĩ hay tâm thất, bất thường về “định vị” vùng nón (conus positioning), hay bất thường về “xếp hàng” các đại động mạch (great vessel alignment), lý do là các tb này chịu trách nhiệm chung trong quá trình tạo các đường thoát lẫn đường vào của tim. Bên cạnh đó, các nghiên cứu gần đây về các bất thường được cho là khiếm khuyết “vùng tạo tim thứ hai” cho thấy các bất thường tim phải hay trái hay xuất hiện chung nhau…

Phân loại theo giải phẫu học có ích lợi cho lâm sàng, nhưng một phân loại căn cứ trên các mối tương quan trong quá trình tạo tim sẽ mang lại nhiều thông tin hơn cho việc chẩn đoán cũng như dự đoán bệnh TBS. Các quan điểm thống nhất từ quá trình tạo tim trong việc phân loại sẽ làm các nhà nghiên cứu và các đồng nghiệp lâm sàng xích lại gần nhau hơn so với hiện nay.

Thượng tâm mạc trong quy trình sửa chữa và tạo tim

Thượng tâm mạc, là lớp mô liên kết nằm giữa màng ngoài tim và cơ tim, bắt nguồn từ một cấu trúc tạm trong phôi: cơ quan “tiền thượng tâm mạc” (the proepicardial organ) (hình 3). Các tb của cơ quan này có nguồn gốc từ “vách ngang” (septum transversum), vách ngăn giữa ngực và bụng phôi, giữa cơ hoành và gan. Một số tb cơ quan “tiền thượng tâm mạc” di chuyển vào vùng tạo tim để góp phần vào sự tạo thành lớp thượng tâm mạc cho tim. Ngoài ra các hậu duệ của các tb này sau khi xâm nhập vào cơ tim sẽ trở thành các nguyên bào sợi và tb cơ trơn của các động mạch vành (ĐMV).

Các “tín hiệu” (signals) từ  thượng tâm mạc rất “cần” cho sự “trưởng thành” bình thường của cơ tim và các ĐMV. Các nghiên cứu mới đây cho thấy tính đa năng của các tb tiền thượng tâm mạc này, có thể biệt hóa thành cơ trơn, nguyên bào sợi, có thể trở thành cả cơ tim và nội mạc..(tuy nhiên vai trò trong tạo thành nội mạc ĐMV còn đang bàn cãi).

Các nghiên cứu sử dụng chất đánh-dấu-di-truyền được “biểu hiện” từ cơ quan tiền thượng tâm mạc- ví dụ gen bướu Wilms1 (Wt1),gen T-box18 (Tbx18) – để lập “bản đồ định mệnh” các tb tiền thân thượng tâm mạc trong suốt quá trình hoạt hóa các tb này cho thấy bằng chứng chúng tạo thành cơ tim.. Đây là một chỉ dẫn mới về một” hành lang” khác trong quá trình tạo cơ tim. Người ta đã nhận thấy điều này ở loài cá-ngựa-vằn (zebrafish), loài cá có khả năng tự tái tạo cơ tim sau chấn thương, thượng  tâm mạc loại cá này có khả năng tự “hoạt hóa” khi cơ tim bị cắt, khi phẫu thuật; sự “hoạt hóa” này được biểu hiện qua các gen phôi thai kể cả các gen wt1 tbx18. Chỉ còn lại vấn đề là sự tham gia trực tiếp của các tb hoạt hóa này trong sự tái tạo cơ tim, hoặc, có hay không các “tín hiệu” cho phép các tb cơ tim được vào chu kỳ hoạt hóa thì chưa rõ.

Thượng tâm mạc góp phần lớn, trong hình thành nguyên bào sợi, phần chủ yếu của sẹo, rất có thể trong quá trình tiến hóa của loài có vú, khả năng tái tạo cơ tim mới đã bị mất mà thay vào đó là hình thành nhanh chóng sẹo sau chấn thương. Các tb nguyên sinh có nguồn gốc từ thượng tâm mạc (EPDCs: Epicardium-derived progenitor cells) đã được phân lập từ tb người, chuột..và hiện nay người ta đã có thể nuôi cấy, tăng trưởng, trong các môi trường mô. Trong loài gậm nhấm (cũng như ở loài cá-ngựa-vằn), có bằng chứng cho thấy các tb này đã hoạt hóa các gen phôi thai sau NMCT và đã sinh sản…

TTKH-3

Hình 3: Thượng tâm mạc, phát triển và các kết quả dẫn xuất…Thượng tâm mạc có nguồn gốc từ cơ quan “tiền thượng tâm mạc”, một quần thể tế bào đa năng, nằm ở phần lưng, trong giai đoạn “thắt nút” quy trình tạotim. (A) Các tế bào nguyên sinh thượng tâm mạc di chuyển vào toàn vùng tim đang trưởng thành, tạo thành thương tâm mạc. (B) Một số tế bào nguyên sinh thượng tâm mạc kinh qua hiện tượng chuyển tiếp “biểu mô biến thành trung mô” xâm nhập cơ tim, và biệt hóa thành nhiều loại tế bào tim trưởng thành khác nhau, kể cả tế bào cơ trơn mạch máu, nguyên bào sợi, tế bào nội mạc và các tế bào cơ tim.

Trong môi trường thí nghiệm (ex-vivo),  EPDCs. có thể biệt hóa thành nhiều loại tb khác nhau, và các tb cơ tim có các biểu hiện “protein-co-bóp” khác nhau.  Một số yếu tố tăng trưởng kể cả yếu tố thymosin b4 đã đươc khám phá như một yếu tố tăng sinh sản EPDCs và cải thiện chức năng cơ tim sau chấn thương ở loài vật. Nhưng các thay đổi đó chưa được chứng minh rõ là do hiện tượng tái sinh cơ tim hay do các yếu tố tiết ra từ các EPDCs., chức năng được xem như “cận nội tiết” (paracrine), ảnh hưởng đến chức năng tb tim và sự tồn vong của nó.

Các nghiên cứu này chỉ ra một hướng mới trong can thiệp điều trị, sử dụng khả năng hoạt hóa thượng tâm mạc và các EPDCs sau chấn thương, hoặc theo đường chích hay theo đường “tại chỗ” như đặt mảnh thấm thuốc (drug-eluting patch) trên thượng tâm mạc bị tổn thương…

Hệ thống dẫn truyền tim

Các tb chuyên biệt của hệ dẫn truyền tim bắt nguồn từ các tb tiền thân cơ tim. Các tb này khi trưởng thành có chức năng co bóp yếu nhưng có biểu hiện chuyên biệt các kênh ion, các “khoảng- trống-nối” (gap-junction) protein, kể cả connexins có thể tạo dẫn điện (electrical coupling) với các tb bên cạnh.

Rất sớm trong quá trình tạo tim, vào giai đoạn hình thành các buồng, mô cơ tim giữa tâm nhĩ và tâm thất có tính dẫn truyền chậm, một trong các tính chất của nút nhĩ-thất tương lai. Đồng một thể ấy, mô cơ tim phần đường nhận sẽ tạo được tính tự động để đạt được chức năng tạo nhịp  (pacemaker). Nút xoang sẽ được hình thành từ mô này. Các tb tạo thành nút xoang biểu hiện gen TBX18, còn các tb tạo nút nhĩ-thất và hệ Purkinje lại biểu hiện yếu tố phiên mã NKX2-5.

Khả năng các tb tiền thân các tb tạo nhịp của nút xoang nằm ở mô cơ tim chung quanh tĩnh mạch phổi (TMP) rất cao, (đang trong vòng nghiên cứu) vì rung nhĩ đã được chứng minh là một loại loạn nhịp bắt nguồn từ gốc các TMP. Mô cơ tim vách sau tâm nhĩ trái nằm lấn sang và bao bọc TMP kế cận tạo điều kiện cho sự liên tục dòng điện, cho nên rung nhĩ có thể được điều trị nếu “cô lập ” được TMP tương ứng. Phát triển mô cơ tim tại TMP đòi hỏi yếu tố phiên mã PITX2, và các nghiên cứu gần đây về phối-hợp-bộ-gen-rộng (genomewide association studies), ghi nhận sự hiện diện các loại “kiểu đơn” (haplotypes) trong NST 4q25,  kề cận PITX2 trong các trường hợp rung nhĩ. Cho nên, rất có thể biểu hiện của các tb cơ tim vùng TMP nếu bị gây xáo trộn chức năng PITX2 sẽ gây rung nhĩ.

Ngoài ra, vai trò của các tb “giống” tb sắc tố mêlanin” (melanocyte-like), hiện diện ở vòng nhĩ-thất, các tâm nhĩ, và các TMP thấy trong giai đoạn phôi, có thể góp phần trong rung nhĩ. Trong các mô hình gene thực nghiệm, người ta đã tìm thấy sự tương quan giữa các bất thường gây ra từ các tb này và rung nhĩ.

Vùng mô cơ tim nằm giữa tâm nhĩ và tâm thất có tính dẫn truyền chậm, trong giai đoạn phôi, lúc ban đầu, chiếm toàn bộ vòng nhĩ-thất. Nhưng khi phôi phát triển, các nguyên bào sợi có nguồn gốc từ thượng tâm mạc xâm nhập qua vùng “tâm điểm” (sulcus) để hình thành “vòng xơ” (annulus fibrosis), có chức năng “phân lập” về điện giữa tâm nhĩ và tâm thất. Sau đó, mô cơ tim vùng kênh nhĩ-thất thoái triển và khả năng làm chậm dẫn truyền chỉ còn giới hạn cho một số tb chuyên biệt khu trú tại nút nhĩ-thất. Ở một số mô hình thí nghiệm trên thú vật, khiếm khuyết phát triển “vòng xơ” sẽ gây xáo trộn trong tiếp nối (connectivity) truyền điện giữa tâm nhĩ và tâm thất, gây hội chứng (HC) tiền kích thích, và các dạng khác của HC Wolf-Parkinson-White. Ở người, trong các HC này, thay vì khiếm khuyết “vòng xơ”, là các “cầu cơ tim” (myocardial bridge) lạc chỗ, khu trú tại đây, hoặc có thể trong một số trường hợp, là do quá trình thoái triển mô cơ tim của kênh nhĩ-thất không được bình thường.

Mặt khác người ta đã có bằng chứng về vai trò của các yếu tố phiên mã qua các giai đoạn tạo tim trong hình thành nút nhĩ-thất. Các yt bao gồm NKX2-5, TBX5 và GATA4. Trên chuột, Tbx5 và Gata4 điều hòa sự biểu hiện của connexin30.2, yếu tố cần thiết để nút nhĩ-thất làm chậm dẫn truyền. Suy giảm Gata4 trong thể đơn bội trên chuột gây ngắn khoảng PR. Còn đột biến của NKX2-5, TBX5 hoặc GATA4 gây khuyết vách liên nhĩ trên các mô hình thí nghiệm ở người và vật.

Không như trước đây đã hiểu, không phải chỉ đơn thuần bất thường cấu trúc về mô dẫn truyền phối hợp trong bệnh lý TBS, thông liên nhĩ, gây loạn nhịp, nhưng hiện nay còn nên xem thêm, liệu có khiếm khuyết di-truyền học nào gây bất thường trong tạo vách nhĩ, hoặc bất thường các tb chuyên biệt dẫn truyền hay không… Thật vậy, ở các bệnh nhân có đột biến gen NKX2-5, chỉ có rối loạn nhịp. Các yếu tố này, bên cạnh vai trò điều hòa quá trình biệt hóa các tb, tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong hình thành cũng như hoạt động của mô dẫn truyền kể cả khi trưởng thành. Ví dụ trên chuột trưởng thành, người ta đã thành công khi bất hoạt gen NKX2-5, gây thoái hóa tiến triển nút nhĩ thất với hậu quả đi đến blốc tim. Như thế có tương quan khá rõ về các alleles “nguy-cơ”, nằm trên  các gen này hoặc các gen liên hệ, từ đó có thể dự đoán blốc tim ở những người có tuổi.

Giai đoạn trưởng thành

Khi sinh ra, hệ tim mạch phải chịu một loạt thay đổi nhanh chóng và bất ngờ. Máu phải đổi chiều đi lên phổi cho quá trình trao đổi ôxy và tuần hoàn “cửa” phải tưới qua gan, vì các chất nuôi dưỡng bắt đầu qua đường ruột.Với những hơi thở đầu tiên, “sức căng” ôxy (oxygen tension) gia tăng, sự gián đoạn cung cấp prostaglandin từ mẹ kích thích ống động mạch (ductus arteriosus) đóng lại, máu từ tâm thất phải đi được lên phổi, hình thành hệ tiểu tuần hoàn, hoạt động như một hệ thống song song với hệ tuân hoàn hệ thống. Lỗ bầu dục (foramen ovale) tại vách liên nhĩ cũng được đóng. Ống tĩnh mạch (ductus venosus) co lại, mở đường cho máu hệ tĩnh mạch cửa tưới được toàn lá gan. Khó hiển hiện hơn, nhưng không kém phần quan trọng, là các thay đổi trong tb cơ tim trong thời kỳ sơ sinh này. Có một sự chuyển dịch (shift) “dung mạo” (profile) của biểu hiện các gen trong cơ tim. Rất nhiều dạng đồng phân của gen phôi bị diều hòa theo”thể giáng” (down regulation), hoặc bị thay thế bởi gen tương ứng thể người lớn. Các ví dụ cụ thể là của các gen mã hóa (encoding genes) là thành phần co bóp của sarcomere, của bộ máy điều hòa hoạt động calci, các chất xúc tác sự sử dụng năng lượng, và các yếu tố bài natri-niệu. Hiện tượng “tái-biểu-hiện” các gen phôi xảy ra trong hầu hết các dạng suy tim làm cho ta nghi ngờ vai trò của hiện tượng này trong tiến triển của suy tim, và nếu có nghiên cứu lâm sàng nào làm sáng tỏ cơ chế điều hòa hiện tượng này, trong các giai đoạn khác nhau của bệnh, nhiều hướng mới trong điều trị suy tim sẽ được mở ra.

Thêm vào đó, hiểu biết rõ hơn các chương trình di truyền điều hành sự trưởng thành các tb tim sẽ giúp cho việc điều trị tái tạo, vì cho đến nay vẫn còn nhiều hạn chế kỹ năng trong thao tác (engineering) di truyền tiến trình “trưởng thành” các tb cơ tim từ các tb nguyên sinh. Kiến thức hiện tại của chúng ta về các cơ chế điều hòa này đã tăng tiến rất nhiều trong các năm gần đây. Biểu hiện gen đòi hỏi phải có các yếu tố phiên mã chuyên biệt- các proteins có thể hoạt hóa hay ngăn chận sự phiên mã từ bộ gen DNA (genomic DNA) qua  RNA thông tin (mRNA- messengerRNA), do gắn kết với các vùng “khởi động”(promoter)  hay,”tăng cường” (enhancer) gen. Thay đổi trong kỹ thuật “đóng gói” (packaging) DNA, sẽ ảnh hưởng đến chromatin, và các biến cải các enzym của histones, protein quan yếu nhất của chromatin cũng sẽ ảnh hưởng đến việc biểu hiện gen thông qua một cơ chế gọi là biến cải “biểu sinh”(epigenetic modification). Thông qua cơ chế này, việc biểu hiện các gen sẽ được điều hòa do thay đổi chức năng các enzym acetylhóa các histones (gây thay đổi hóa học khác…), và kích hoạt phần “lặng” (unwinding) của chromatin (phần phô bày các loci đã được phiên mã hoạt động). Cũng qua cơ chế này việc phiên mã có thể bị “ếm” lại khi các histones bị acetyl giáng (deacetylation) cũng do thay đổi enzym, và chromatin trong trường hợp này sẽ bị cô đặc lại. Việc kiểm soát cơ cấu chromatin qua “cơ chế biểu sinh”, cơ chế ảnh hưởng toàn bộ các chương trình biểu hiện gen, là tối quan trọng trong việc “tái thiết lập chương trình”cho tế bào (biến đổi một loại tb này thành một loại khác, ví dụ làm nguyên bào sợi trở thành một loại tb đa năng), và xác định “định mệnh” các tế bào.

Đã có chỉ dẫn cho thấy vai trò chuyên biệt của các enzym acetyl giáng các histones trong việc điều hòa các chương trình biểu hiện gen phôi trong qui trình tạo tim,trong bệnh lý suy tim ở người lớn. Ví dụ bất hoạt  enzym deacêtylase2 của  histone sẽ làm giảm biểu hiện các gen phôi và ngăn chận sự tái hoạt động của chương trình gen phôi trong các tình huống “stress tim” ở người lớn. Các chất hóa học ức chế enzym này đang được sử dụng trong giai đoạn (phase) 3 các thực nghiệm lâm sàng điều trị một số bệnh ung-thư,có thể ngăn chận chương trình tái hoạt hóa gen phôi, phì đại cơ tim, và suy tim trong các mô hình thú vật (vd: ClinicalTrials.gov # NCT 00773747 và NTC 01023308). Các kết quả trên gợi ý, do cơ chế biểu sinh, điều hòa việc chuyển đổi các chương trình gen-phôi tim qua chương trình ở người lớn, và các cơ chế này có thể là mục tiêu cho các nghiên cứu điều trị.

 

TTKH-4

Hình 4: Điều hòa qua trung gian miRNA biểu hiện đồng phân gen myosin chuỗi nặng (MHC). microRNA(miRNA) nằm trong một intron của gen có mã alfaMHC điều hòa gián tiếp biểu hiện gen betaMHC để đáp ứng các dấu hiệu do stress. AAA là đuôi mRNA được “đa-ađênin-hóa” (polyadenilated).

Chúng ta biết rằng microRNA (miRNA) là những phân tử ngắn, đơn dải RNA (single strand) có chức năng “đúc khuôn”(modulate) biểu hiện gen do gán kết vào các “vùng bổ sung” (complementary regions) của mRNA phiên mã. Các gen miRNA trong DNA của nhiễm sắc thể có thể được biểu hiện như là gen độc lập, dưới sự kiểm soát của các vùng “khởi động” (promoter) của chính mình, hoặc biểu hiện chung với các gen khác cùng vị trí. Ở chuột, tim phôi biểu hiện gen beta-chuỗi-nặng (a-MHC) (Hình 4) trong khi tim người lớn thì lại là alpha-chuỗi nặng (b-MHC). Ở chuột lớn, các yếu tố gây stress cho tim như tăng tải, hoặc kích thích cường cảm trường diễn, gây tái biểu hiện gen a-MHC và triệt tiêu gen b-MHC. Căn bản của việc điều hòa hổ tương này là do vị trí chung của gen điều hòa miRNA trong intron của gen của mỗi dạng đồng phân (isoform) của hai dạng đồng phân MHC. Biểu hiện của a-MHC do có biểu hiện chung của miR208 (một gen miRNA chuyên biệt tim), trong điều kiện xuất hiện tín  hiệu stress, gián tiếp gây hoạt hóa phiên mã thành bMHC. Thiếu vắng miR208, các tín hiệu stress không có khả năng hoạt hóa b-MHC và các gen phôi khác, tiến trình đáp ứng phì đại phối hợp với xơ hóa sẽ bị ngăn chận… Khả năng hướng đến các gen miRNA như là mục tiêu điều trị đang được nhắm đến trong các nghiên cứu sắp tới.