2.5.2. Nghiên cứu Proteomics và Metabolomics trong bệnh sốt rét
Nghiên cứu proteomics đã làm sáng tỏ nhiều protein KST cần thiết cho sự sống sót và xâm nhập tế bào vật chủ, giúp nâng cao đáng kể hiểu biết của chúng ta về cơ chế xâm nhập được sử dụng bởi thể hoa thị. Các kỹ thuật proteomics tiên tiến, đặc biệt là phép đo khối phổ, đã cho phép xác định và mô tả các protein mới có thể đóng vai trò là mục tiêu thuốc khả thi. Trong số các protein mới được xác định có các protein liên quan đến rhoptry (RAPs), các đồng đẳng protein liên kết lưới bào (họ PfRh) và các thành viên của họ kháng nguyên lặp lại serine (SERA). Các protein này tham gia vào quá trình xâm nhập tế bào hồng cầu, phát triển nội bào và điều hòa miễn dịch. Tóm lại, proteomics (nghiên cứu quy mô lớn về toàn bộ hệ protein, tập hợp tất cả các protein được tạo ra bởi một sinh vật, hệ thống hoặc bối cảnh sinh học tập trung vào việc hiểu các protein của KST và vai trò của chúng trong các quá trình sinh học khác nhau.
Nhiều biến đổi sau dịch mã (PTM) đã được báo cáo trong bệnh sốt rét, ảnh hưởng đáng kể đến sinh học của ký sinh trùng và tương tác với vật chủ. Các PTM protein của KST, chẳng hạn như phosphoryl hóa, acetyl hóa, methyl hóa và lipoxid hóa protein, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự xâm nhập, tăng trưởng và né tránh miễn dịch. Phosphoryl hóa đã được ghi nhận rộng rãi, đặc biệt là ở các protein liên quan đến sự xâm nhập và thoát ra của thể hoa thị từ hồng cầu bị nhiễm KST, điều chỉnh hoạt động và tương tác của chúng với các tế bào vật chủ. Acetyl hóa và methyl hóa histon và các yếu tố phiên mã trong KST điều chỉnh biểu hiện gen quan trọng cho sự tiến triển của chu kỳ sống và thích nghi với môi trường. Lipoxid hóa protein, do stress oxy hóa, làm thay đổi protein của KST, ảnh hưởng đến chức năng và độ ổn định của chúng, do đó ảnh hưởng đến sự sống sót và khả năng gây bệnh của KST.
Sự biến đổi của protein chủ yếu trong hồng cầu bị nhiễm và tế bào miễn dịch và biểu mô của chủ có ý nghĩa riêng biệt đối với bệnh sinh sốt rét. Trong hồng cầu bị nhiễm, các PTM protein chủ, chẳng hạn như phosphoryl hóa và ubiquitin hóa, làm thay đổi độ cứng của màng, các con đường truyền tín hiệu và trình diện kháng nguyên, góp phần vào việc né tránh miễn dịch và sự tồn tại dai dẳng của KST. Quá trình oxy hóa lipid của protein màng hồng cầu chủ do stress oxy hóa do KST gây ra góp phần đáng kể vào tổn thương hồng cầu, tan máu và thiếu máu. Trong các tế bào miễn dịch, các PTM, bao gồm phosphoryl hóa và acetyl hóa, điều chỉnh các phản ứng viêm, sản xuất cytokine và apoptosis, định hình phản ứng miễn dịch của vật chủ trong quá trình nhiễm sốt rét. Các PTM trong tế bào nội mô và biểu mô còn ảnh hưởng đến tình trạng viêm, tính toàn vẹn của hàng rào và tổn thương mô, làm trầm trọng thêm các biểu hiện sốt rét nghiêm trọng như SRATTN và tổn thương phổi cấp tính.
Đồng thời, nghiên cứu chuyển hóa đã làm sáng tỏ các mạng lưới sinh hóa cần thiết cho sự sống sót của Plasmodium spp., phát hiện ra các điểm can thiệp điều trị tiềm năng. Các quá trình chuyển hóa chính, chẳng hạn như đường phân, con đường pentose phosphate (PPP), tổng hợp nucleotide và sản xuất năng lượng ty thể đã được xác định là rất quan trọng đối với khả năng tồn tại của KST. Đáng chú ý, các enzyme, bao gồm hexokinase, pyruvate kinase, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD), dihydrofolate reductase (DHFR) và phức hợp cytochrome bc1, đã được nhấn mạnh là các mục tiêu thuốc đầy hứa hẹn. Việc phá vỡ chức năng của các enzyme này có thể làm suy yếu quá trình tạo ATP, sự sẵn có của nucleotide, cân bằng oxy hóa khử và sử dụng sắt trong KST.
Hơn nữa, các quá trình trao đổi chất, như tổng hợp axit béo và lipid (FAS-II), giải độc heme (thông qua hemozoin synthase), cân bằng oxy hóa khử (thông qua glutathione và peroxiredoxin) và chuyển hóa protein (con đường ubiquitin-proteasome), rất cần thiết cho sự nhân lên và tồn tại của KST. Các chất ức chế nhắm mục tiêu vào các con đường này, chẳng hạn như chất ức chế proteasome hoặc các tác nhân làm gián đoạn quá trình trùng hợp heme, đã cho thấy triển vọng trong các nghiên cứu tiền lâm sàng. Nhìn chung, những hiểu biết này về quá trình trao đổi chất của Plasmodium spp. nhấn mạnh tiềm năng nhắm mục tiêu vào các con đường sinh hóa độc đáo của KST, mở đường cho các liệu pháp chống sốt rét mới bổ sung cho các chiến lược thuốc truyền thống.
2.5.3. Hiểu về sự biến đổi kháng nguyên và sự né tránh miễn dịch
Nghiên cứu proteomics đã làm sáng tỏ nhiều protein của KST cần thiết cho sự sống sót và xâm nhập tế bào vật chủ, giúp nâng cao đáng kể hiểu biết của chúng ta về cơ chế xâm nhập được sử dụng bởi thể hoa thị. Các kỹ thuật proteomics tiên tiến, đặc biệt là phép đo khối phổ đã cho phép xác định và mô tả các protein mới có thể đóng vai trò là mục tiêu thuốc khả thi. Trong số các protein mới được xác định có các protein liên quan đến rhoptry (RAPs), các đồng đẳng protein liên kết lưới bào (họ PfRh) và các thành viên của họ kháng nguyên lặp lại serine (SERA). Các protein này tham gia vào quá trình xâm nhập tế bào hồng cầu, phát triển nội bào và điều hòa miễn dịch. Tóm lại, proteomics tập trung vào việc hiểu các protein của KST và vai trò của chúng trong các quá trình sinh học khác nhau.
Một thách thức lớn trong việc kiểm soát bệnh sốt rét là sự biến đổi kháng nguyên, chủ yếu do PfEMP1 thúc đẩy. PfEMP1 tạo điều kiện cho việc né tránh miễn dịch thông qua việc bám dính tế bào vật chủ, cho phép KST né tránh sự loại bỏ của hệ thống miễn dịch. Các nghiên cứu về bộ gen và phiên mã gần đây đã làm sáng tỏ các cơ chế điều hòa làm nền tảng cho việc chuyển đổi gen PfEMP1, nâng cao hiểu biết của chúng ta về cách KST duy trì nhiễm trùng mãn tính bằng cách liên tục thay đổi cấu hình kháng nguyên của chúng.
Những hiểu biết về các chiến lược né tránh miễn dịch này có ý nghĩa quan trọng đối với việc phát triển vaccine sốt rét. Vì protein PfEMP1 rất đa dạng, phản ứng miễn dịch chống lại chúng có xu hướng đặc hiệu theo chủng và ngắn hạn. Tuy nhiên, các vùng được bảo tồn trong họ PfEMP1 và các protein kháng nguyên khác, hiện đang được nghiên cứu như là mục tiêu cho các loại vaccie bảo vệ rộng rãi. Ngoài ra, việc hiểu biết về điều hòa biểu sinh và phiên mã của biểu hiện gen biến thể có thể mở ra những con đường cho các chiến lược ngăn chặn hoàn toàn việc chuyển đổi kháng nguyên. Những cách tiếp cận như vậy có thể tăng cường khả năng của hệ thống miễn dịch trong việc nhận biết và loại bỏ ký sinh trùng, mang lại tiềm năng cho các loại vaccine tạo ra khả năng miễn dịch lâu dài và bảo vệ chéo.
Suy giảm miễn dịch của vật chủ đại diện cho một lớp né tránh miễn dịch bổ sung trong bệnh sốt rét. Các sản phẩm có nguồn gốc từ KST, chẳng hạn như hemozoin và 4-hydroxynonenal (4-HNE), làm thay đổi đáng kể chức năng miễn dịch của vật chủ bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của các thụ thể miễn dịch quan trọng. Ví dụ, hemozoin làm giảm sự biểu hiện của các thụ thể, chẳng hạn như CCR2, TNFR1/2 và MHC lớp II, làm suy yếu các con đường truyền tín hiệu tế bào vật chủ và phản ứng cytokine quan trọng cho việc loại bỏ KST hiệu quả. Tương tự, 4-HNE can thiệp vào các cơ chế trình diện kháng nguyên và kích hoạt tế bào T bằng cách sửa đổi các protein truyền tín hiệu miễn dịch, góp phần hơn nữa vào môi trường ức chế miễn dịch được quan sát thấy trong quá trình nhiễm KSTSR. Việc nhắm mục tiêu vào các cơ chế ức chế miễn dịch này có thể tăng cường hiệu quả của vaccine và liệu pháp miễn dịch nhằm mục đích tăng cường phản ứng miễn dịch của vật chủ chống lại bệnh sốt rét.
Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong việc hiểu biết các cơ chế phân tử gây bệnh, việc chuyển những phát hiện này chuyển thành các phương pháp điều trị hiệu quả vẫn là ưu tiên hàng đầu. Sự lan rộng của P. falciparum kháng thuốc đã tạo ra nhu cầu cấp thiết các liệu pháp điều trị đột phá.
3. Các chiến lược điều trị mới nổi
Việc kiểm soát bệnh sốt rét không chỉ dựa vào các biện pháp can thiệp điều trị mà còn phụ thuộc rất nhiều vào các biện pháp phòng ngừa nhằm giảm tỷ lệ lây truyền và nhiễm bệnh. Kiểm soát vật trung gian truyền bệnh vẫn là nền tảng của việc phòng ngừa, đạt được thông qua màn tẩm thuốc diệt côn trùng (ITN), phun thuốc diệt côn trùng trong nhà và ngoài trời và dự phòng sốt rét. Tuy nhiên, tình trạng kháng thuốc diệt côn trùng đang nổi lên như một thách thức.
Tiến bộ đáng kể cũng đã được thực hiện trong việc phát triển vaccine sốt rét. Ví dụ, tiêm chủng ngừa bằng bào tử P. falciparum suy yếu do bức xạ (vaccine PfSPZ) đã cho thấy hiệu quả cao trong các nghiên cứu nhiễm trùng sốt rét ở người có kiểm soát (CHMI), chứng minh khả năng bảo vệ 89-100%. Khả năng bảo vệ gần 89% đã được quan sát thấy sau một lần tiêm chủng nhắm vào KST giai đoạn gan muộn, trong khi vaccine nhắm vào các giai đoạn gan sớm hơn cho thấy hiệu quả 95%. Ngoài ra, RH5.1 được bào chế với chất bổ trợ Matrix-M, là một loại vaccine protein hòa tan hiện đang được thử nghiệm lâm sàng như một ứng cử viên cho P. falciparum giai đoạn trong hồng cầu.
3.1. Thuốc chống sốt rét mới
Các enzym CYP450 chuyển hóa thuốc, thường chuyển đổi chúng thành dạng không hoạt động. Quá trình chuyển hóa thuốc chống sốt rét phụ thuộc rất nhiều vào enzym cytochrome P450 (CYP450), ảnh hưởng đến hiệu lực, hiệu quả và độ an toàn. Ví dụ, CYP2D6 (cytochrome P450 2D6) là cần thiết để kích hoạt primaquine; các biến thể trong enzym này có thể làm suy yếu quá trình kích hoạt thuốc và giảm hiệu quả chống lại bào tử. Tương tự, những cá nhân mang alen CYP2C8*2 (Cytochrome P450 2C8) có hoạt động enzym thấp hơn, làm giảm hiệu quả của amodiaquine, loại thuốc phụ thuộc vào CYP2C8 để chuyển đổi thành chất chuyển hóa hoạt động của nó, desethyl-amodiaquine. Do đó, những biến thể di truyền của enzym CYP450 là những yếu tố quyết định quan trọng đến hiệu quả điều trị và quản lý kháng thuốc. Sự khác biệt về mặt di truyền trong enzym CYP450 có thể dẫn đến sự khác biệt trong quá trình chuyển hóa thuốc giữa các cá nhân. Ngoài quá trình chuyển hóa của vật chủ, nghiên cứu gần đây ngày càng tập trung vào việc nhắm mục tiêu vào chính KSTSR thông qua các phương pháp điều trị mới.
Các chất ức chế biểu sinh, hay “thuốc biểu sinh”, là các tác nhân nhắm vào các enzyme DNA của KST, bao gồm histone deacetylase và methyltransferase và DNA methyltransferase. Các lựa chọn điều trị này ức chế P. falciparum ở nhiều giai đoạn vòng đời. Các nghiên cứu chỉ ra rằng nhiều chất ức chế này đã được chứng minh là có hiệu quả chống lại giao tử ở nồng độ thấp. Phương pháp điều trị thay thế mới này đã có thể điều trị các chủng kháng artemisinin và chống lại tình trạng kháng thuốc, nhờ hoạt động đa giai đoạn của nó.
Những tiến bộ gần đây cũng đã tạo ra các hợp chất chống sốt rét mới được thiết kế để khắc phục tình trạng kháng thuốc ngày càng gia tăng ở các loài Plasmodium. Các hợp chất cipargamin (KAE609) và ganaplacide (KAF156), đã được xác định là nhắm mục tiêu vào các con đường KST độc đáo, cung cấp các cơ chế thay thế cho các liệu pháp dược lý truyền thống. Những loại thuốc này thể hiện hoạt động chống lại nhiều giai đoạn vòng đời của KST, bao gồm gan, máu vô tính và các dạng hữu tính, cung cấp một cách tiếp cận toàn diện để điều trị.
3.1.1. Cơ chế tác dụng của các ứng viên thuốc mới
Hiểu rõ cơ chế hoạt động của các ứng viên thuốc mới này là điều cần thiết để ứng dụng hiệu quả chúng trong môi trường lâm sàng. Cipargamin nhắm mục tiêu vào bơm ion ATP4 của KST, phá vỡ cân bằng natri, trong khi ganaplacide [KAF156] can thiệp vào quá trình vận chuyển protein và mở rộng lưới nội chất. Các mục tiêu mới này khác với các mục tiêu của các loại thuốc hiện có, làm giảm khả năng kháng chéo và tăng cường tiềm năng cho kết quả điều trị thành công.
(Còn nữa) ---> Tiếp theo Phần 4
Tác giả: TS.BS. Huỳnh Hồng Quang & Ths.Bs. Châu Văn Khánh
Viện Sốt rét-KST-CT Quy Nhơn