Protease và chất ức chế protease trong ung thư pdf

Protease và chất ức chế protease trong ung thư


Protease còn được gọi là các proteolytic enzym, là các enzym có khả năng thủy
phân các liên kết peptid của chuỗi peptid, protein thành các đoạn peptid ngắn hơn
và các acid amin. Các protease có thể hoạt động như các yếu tố phát triển của cả tế
bào ác tính và tế bào bình thường, trong sự phân chia tế bào, sinh tổng hợp
ADN
Các Protease
Protease còn được gọi là các proteolytic enzym, là các enzym có khả năng thủy
phân các liên kết peptid của chuỗi peptid, protein thành các đoạn peptid ngắn hơn
và các acid amin.
Các protease thủy phân các liên kết peptid bên trong chuỗi polypeptid được gọi là
các endoprotease và được chia thành 4 loại trên cơ sở các nhóm hóa học tham gia
vào quá trình xúc tác: Serin proteinase (EC3.4.21), Cystein proteinase (EC3.4.22),
Aspartic proteinase (EC3.4.23) và Metalloproteinase (EC3.4.24).
Trong cơ thể, các protease đảm nhiệm nhiều chức năng sinh lý như: hoạt hóa
zymogen, đông máu và phân hủy sợi fibrin của cục máu đông, giải phóng hormon
và các peptid có hoạt tính sinh học từ các tiền chất, vận chuyển protein qua
màng Ngoài ra, các protease có thể hoạt động như các yếu tố phát triển của cả tế
bào ác tính và tế bào bình thường, là tăng sự phân chia tế bào, sinh tổng hợp
ADN
Khi so sánh tế bào bình thường và tế bào ác tính, người ta nhận thấy các tế bào ác
tính chứa nhiều protease hơn tế bào bình thường. Sự tăng của các enzym protease
đã được phát hiện thấy ở các tế bào ác tính cũng như ở máu, dịch tổ chức khác
nhau của nhiều loại động vật mang khối u ác tính. Tế bào các khối u nuôi cấy bài
tiết một protease đặc hiệu (chất hoạt hóa plasminogen) có hoạt tính tăng từ 10-100
lần so với tế bào bình thường. Protease này nằm ở bề mặt màng tế bào, được bài
tiết và xuất hiện rất sớm trong các tế bào chuyển dạng ác tính.
Phân đoạn màng tế bào tách chiết từ tế bào sợi (fibroblast) bào thai gà được gây
chuyển dạng bởi virut Rouss Sarcoma có hoạt tính protease cao hơn 40 lần so với

phân đoạn màng tế bào bình thường. Sự tăng hoạt tính của enzym này có liên quan
rõ rệt với sự di căn của tế bào ác tính. Một số tác giả khác cũng tìm thấy mối liên
quan giữa sự tăng hoạt của collagenase và sự di căn của tế bào carcinoma VX-2
thỏ nuôi cấy.
Hoạt tính cathepsin B-1 huyết thanh cũng tăng cao hơn 45 lần ở phụ nữ bị ung thư
phần phụ. Kết quả điều trị tốt các loại ung thư này (bằng ngoại khoa hoặc hóa
chất) đã giảm hoạt tính của cathepsin B-1 về mức bình thường. Một dạng
cathepsin B khác ở dịch màng phổi cũng có hoạt tính tăng cao ở những phụ nữ bị
ung thư vú.
Đã có báo cáo về sự tăng hoạt tính của một protease phụ thuộc calci ở tổ chức gan
chuột bị ung thư và tiền ung thư so với tổ chức gan chuột bình thường.
Sự tăng hoạt tính các loại protease ở khối u được giải thích trên cơ sở tác dụng
sinh học của chúng. Các protease được bài tiết bởi các tế bào khối u có khả năng
phá hủy sự gắn của tế bào vào những bề mặt rắn. Các protease như collagenase,
cathepsin B, chất hoạt hóa plasminogen có vai trò phá hủy rào chắn là màng tế bào
bao quanh các tế bào khối u.
Khả năng của tế bào khối u phá hủy màng nền và khuôn ngoại bào đã được chứng
minh là có liên quan rõ rệt với khả năng di căn của các khối u. Rochefort đã tách
chiết thành công một protease được bài tiết bởi dòng tế bào ung thư vú di căn ở
người (MCF 7,ZR 75-1) và xác định đó là aspartyl protease giống procathepsin D.
Hàm lượng của enzym này ở bào tương liên quan rõ rệt với sự xâm lấn của tế bào
khối u và oestrogen kích thích sự tăng cường tổng hợp enzym này ở tế bào u.
Những kết quả trên cho thấy sự liên quan rõ rết giữa khối u di căn và các loại
protease khác nhau. Khi khối u mới phát sinh không phát hiện thấy tăng các
protease, điều này cho thấy protease có vai trò chủ yếu ở giai đoạn di căn. Các
protease này từ bề mặt màng tế bào u sẽ phá hủy màng tế bào bình thường cũng
như khuôn ngoại bào tạo ra sự xâm lấn của tổ chức u vào tổ chức lành, và đó là
bước đầu tiên của quá trình di căn.
Chất ức chế protease
Các chất ức chế protease trong tự nhiên được báo cáo lần đầu tiên năm 1894 bởi

Fermi và Pernossi khi hai nhà khoa học này phát hiện hoạt tính chống trypsin
trong huyết thanh người. Đến nay, các chất ức chế protease đã được tìm thấy rộng
rãi trong tự nhiên từ nguồn thực vật, động vật, vi khuẩn. Có thể nói không ở tổ
chức sống nào là không tồn tại các chất ức chế protease và nhiều chất ức chế
protease đã được tổng hợp nhân tạo.
Tuy nhiên, những thành tựu trong nghiên cứu các chất ức chế chỉ thực sự được bắt
đầu với những công trình nghiên cứu của Kunitz và Nothrop về chất ức chế trypsin
tụy bò. Cùng với trypsin, sau này nhiều protease khác đã được sử dụng để phát
hiện các chất ức chế protease như: chymotrypsin, elastase, subtilisin và các
protease tinh chế từ nấm.
Các chất ức chế protease được phân loại theo protease mà chúng ức chế, nên các
chất ức chế protease cũng được chia thành 4 loại tương ứng với 4 loại protease đã
nêu ở trên. Trong đó, các chất ức chế loại serin protease được chú ý nghiên cứu
nhiều nhất và có hơn 10 dòng họ các chất ức chế này đã được công bố.
Vai trò sinh học chính xác của các chất ức chế protease trong thực vật vẫn chưa
được hiểu biết đầy đủ. Có lẽ chúng có vai trò bảo vệ thực vật chống lại sự tấn công
của các côn trùng, vật nuôi Việc tìm hiểu tác dụng của các chất ức chế protease
chống lại sự xâm lấn của các khối u ở người và động vật còn đang được nghiên
cứu. Một số kết quả nghiên cứu theo hướng này đã được công bố.
Một chất ức chế protease có khả năng ức chế hơn 80% hoạt tính toàn phần
elastase, collagenase và một protease giống chymotrysin đã được tách chiết từ tế
bào bạch cầu (Leucocyte Neutral Protease Inhibitor- LNPI) và sử dụng trong
nghiên cứu chống ung thư. So sánh hai nhóm chuột cái được cấy ghép tế bào ung
thư phổi Lewis, trong đó một nhóm có sử dụng LPNI trong 14 ngày sau khi cấy
ghép thì khối lượng của khối u di căn nhóm này chỉ bằng khoảng 50% so với
nhóm chứng.
Một số thực nghiệm trên động vật gặm nhấm và các loại động vật khác có khả
năng làm giảm sự phát sinh khối u, số lượng khối u và kéo dài thời gian im lặng
phát sinh u ở động vật được cấy ghép tế bào ung thư.
Ví dụ, ở loài chuột C3H/HeN có hệ di truyền rất dễ bị ung thư tế bào gan nguyên

phát khi được ăn thêm Edi pro A (một protein tách chiết từ đậu tương) đã giảm sự
xuất hiện của khối u: cụ thể, nhóm chuột không nhận protein Edi pro A thì sau 18
tháng tuổi đều xuất hiện ung thư gan nguyên phát, trong khi nhóm chuột được cho
ăn thêm 2,6% Edi pro A thì chỉ 25% chuột có phát sinh u, nếu cho ăn thêm 3,9%
Edi pro A thì chỉ 12,5% chuột có phát sinh u và nếu ăn thêm 5,2% Edi pro A thì
tất cả chuột (8con) đều không xuất hiện ung thư gan.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng ức chế ung thư của chất ức chế BBI
(Bowman Birk Protease Inhibitor) và STI (Soybean Trypsin Inhibitor). BBI có khả
năng ức chế cả trypsin, chymotrypsin được tách chiết từ đậu và STI chỉ ức chế
trypsin được tách chiết từ đậu tương. Một thực nghiệm gây ung thư miệng ở cừu
cái Syrian dùng DMBA (7,12 Dimethylbenzanthracen) đã chứng minh rằng hoạt
tính protease (đã được xác định là loại serin protease) tăng lên hơn 10 lần ở tổ
chức u so với tổ chức bình thường và BBI có khả năng ức chế khối u loại này
trong khi tác dụng của STI không rõ ràng.
Điều này được giải thích là các protease khác nhau (được bài tiết bởi các loại tế
bào khối u khác nhau trong quá trình xâm lấn, di căn) thì bị ức chế bởi các loại
chất ức chế protease khác nhau.
Kết quả trên dẫn đến một khả năng là các chất ức chế protease tự nhiên nếu đưa
vào động vật trước hoặc cùng lúc với tác nhân gây ung thư có thể ức chế hoặc làm
chậm sự phát sinh khối u. Tác dụng này có thể là do các chất ức chế protease ức
chế sự phá hủy ngoại bào, màng tế bào bình thường trong quá trình xâm lấn di căn
của tế bào ung thư.
Trong huyết tương cũng như các tế bào của động vật có vú chứa đựng một số
lượng lớn các chất ức chế protease. ở bệnh nhân ung thư thì số lượng các chất ức
chế protease huyết tương dường như thấp hơn bình thường. Một sự giảm nhẹ chất
ức chế inter-alphatrypsin đã được phát hiện thấy ở huyết tương của 26 bệnh nhân
ung thư tụy so với 24 người nhóm chứng. Tuy nhiên vẫn chưa xác định được sự
giảm này là nguyên nhân hay hậu quả của bệnh.
Những nghiên cứu của Kennedy và Troll về mối liên quan của các chất ức chế
protease trong quá trình phát sinh ung thư cũng như phương thức bảo vệ của cơ

thể chống lại quá trình ung thư đã đưa ra một số điểm quan trọng. Các chất ức chế
protease không cần có mặt đồng thời với sự phát sinh ung thư để ngăn sự phát
triển ung thư.
Điều quan trọng hơn là các chất ức chế protease có thể phát huy tác dụng của
chúng khi chúng có mặt trong cơ thể sau khi phát sinh ung thư (nhưng không quá
muộn). Thậm chí một số tác giả cho rằng các chất ức chế protease là những tác
nhân có hiệu quả nhất trong việc trấn áp sự chuyển dạng tế bào ung thư và những
ung thư do tia bức xạ ion hóa gây ra. Các chất ức chế BBI từ đậu có trong bữa ăn
tự nhiên của người vào tới trực tràng ở dạng hoạt động có thể là tác nhân có hiệu
quả ngăn cản sự xuất hiện một vài loại ung thư.
Cơ chế tác dụng chống ung thư của các chất ức chế protease
Vai trò của các chất ức chế protease trong quá trình phát sinh khối u đã được xác
định chắc chắn. Tuy nhiên, cơ chế tác dụng của chúng phức tạp và có nhiều giả
thuyết được đưa ra để giải thích. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng quá trình sinh u
có liên quan tới sự hoạt hóa một chuỗi liên tục các protease từ các tiền chất của
chúng và các chất ức chế protease tác dụng ở bất cứ bước nào của chuỗi phản ứng
cũng có tác dụng chống ung thư.
Nói chung, các chất ức chế protease tác dụng theo 2 cách sau:
- ức chế (khóa) hoạt động của các protease bởi phản ứng tương tác protein-protein.
- Hoạt động như một chất ức chế cạnh tranh với cơ chất vào trung tâm hoạt động
của các protease.
Mỗi một protease cần một chất ức chế protease đặc hiệu bản chất là protein hoặc
phân tử nhỏ có thể che phủ vị trí hoạt động của protease (thường là các dẫn xuất
của các acid amin).
Các chất chống oxy hóa cũng có liên quan trong việc bảo vệ cơ thể chống ung thư.
Nồng độ của chất ức chế cystein protease trong huyết thanh tăng lên khoảng 2 lần
ở chuột được nuôi với chế độ thiếu vitamin E (một chất chống oxy hóa tự nhiên).
Điều này chỉ ra rằng khi thiếu hụt một cơ chế bảo vệ chống lại tác nhân gây ung
thư(giảm chất chống oxy hóa là vitamin E), cơ thể bù lại bằng một cơ chế khác
(tăng nồng độ chất ức chế trong huyết thanh).

Một cơ chế khác liên quan đến việc bảo vệ cơ thể chống ung thư là sự gắn của các
chất ức chế protease vào receptor Ah ở tế bào gan. Rất nhiều chất có hại xâm nhập
vào cơ thể được biến đổi thành chất gây ung thư mạnh bởi hệ thống enzym oxy
hóa phức hợp ở gan bao gồm cả cytocrom P-450 và có liên quan đến receptor Ah
gan. Sự gắn của các thành phần gây ung thư (ví dụ TCDD-dioxin) vào receptor Ah
gan ở chuột bị ức chế bởi vài chất ức chế serin protease. Các chất ức chế sẽ cạnh
tranh với chất gây ung thư ở vị trí gắn của các receptor này. Nếu các chất có thể
gây ung thư không gắn được vào receptor thì sẽ không chuyển hóa được thành các
chất gây ung thư thật sự và cơ thể giảm khả năng bị ung thư. Tuy nhiên, một khi
TCDD đã gắn vào receptor thì chất ức chế sẽ không thể đẩy được TCDD ra khỏi
receptor.
Các gốc tự do có khả năng làm tổn thương ADN dẫn tới đột biến ADN và ung thư.
Các chất ức chế protease có khả năng làm giảm sự hình thành gốc tự do do đó giúp
cơ thể chống lại những tác động có hại. Vì tác động gây ung thư của các tia ion
hóa là qua các gốc chứa oxygen của nước trong tế bào, và hoạt động bảo vệ cơ thể
của các chất ức chế protease có lẽ theo cách này. Một vài chất ức chế protease
(chất ức chế từ khoai tây, chất ức chế chymotrypsin ) làm giảm rõ rệt sự sản sinh
hydrogen peroxid (H2O2) bởi bạch cầu đa nhân do kích thích của TPA. Các chất
ức chế protease loại chymotrypsin có khả năng tốt nhất trong việc ức chế hình
thành H2O2.
Tóm lại, các chất ức chế protease có mặt trong cơ thể sống hoặc được đưa từ bên
ngoài vào có khả năng chống ung thư theo các cơ chế có thể sau:
- ức chế protease có vai trò trong quá trình di căn và xâm lấn của tế bào ung thư.
- ức chế sự giải phóng yếu tố phát triển cần thiết cho sự phát triển tế bào ung thư
từ tiền chất.
- Chống lại sự hình thành các gốc tự do mà các gốc này có khả năng kích thích sự
chuyển dạng tế bào dẫn tới ung thư.
- Khóa receptor Ah ở tế bào gan, vì vậy ức chế việc chuyển các chất có khả năng
gây ung thư thành dạng có tác dụng gây ung thư thật sự.
Có thể còn tồn tại những cơ chế khác ngoài những cơ chế đã nêu ở trên.

Hiện nay các chất ức chế protease tự nhiên hay tổng hợp chưa được sử dụng trực
tiếp trong việc điều trị ung thư ở người. Mặc dù vậy, các chất ức chế protease đang
được nghiên cứu sâu hơn về cơ chế, kiểu hoạt động và khả năng ứng dụng thực tế
chống ung thư trong tương lai kể cả các chất ức chế protease được tổng hợp nhân
tạo.
Phạm Thiện Ngọc, Nguyễn Thị Hà
Tài liệu tham khảo:
Hocman G.: Chemoprevention of cancer: protease inhibitors. Int.J. Biochem. 9.
1365-1375. 1992.
Kenedy A.R.: Prevention of carcinogenesis by protease inhibitors. Cancer
research. 54, 1999-2005. 1994.
Lah T.T., Kunova M.K. and Turk V.: Cystein proteinase inhibitors in human
cancerous tissues and fruids. Biol. Chem. Hoppe-Seyler. 371, 199-203. 1990.
Quigley J.P.: Proteolytic enzymes of normal and malignant cells. Surfacesof
Normal and malignant cell, Wiley, New York; 247-55. 1979.
Roose J.P. and Van Noorden J.F.: Synthetic protease inhibitors: promising
compouds to arrest pathobiologic processes. J. Lab. Clin.Med; 125, 433-441.
1994.