Nghiên cứu tình trạng stress oxi hóa ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
**********************

LÊ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU TÌNH TRẠNG STRESS OXI HÓA Ở
BỆNH NHÂN UNG THƢ ĐẠI TRỰC TRÀNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*****

LÊ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU TÌNH TRẠNG STRESS OXI HÓA Ở
BỆNH NHÂN UNG THƢ ĐẠI TRỰC TRÀNG
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60420114

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐỖ MINH HÀ - PGS.TS. TRỊNH HỒNG THÁI

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đỗ Minh Hà – PGS-TS Trịnh
Hồng Thái- người thầy đã luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt
quá trình học tập và thực hiện khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô và các bạn học viên, sinh
viên đang làm việc và học tập, đặc biệt là nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm
Proteomic và Sinh học cấu trúc thuộc Phòng thí nghiệm Trọng điểm công nghệ
Enzyme và Protein và Bộ môn Sinh lý học và Sinh học người, Khoa sinh học,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội vì đã giúp đỡ, hỗ trợ
tôi rất nhiều trong quá trình học tập, làm việc và thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ThS. BS. Phạm Mạnh Cường cùng khoa Tế
bào và Giải phẫu bệnh, bệnh viện quân y 103 vì đã quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn
và cung cấp mẫu trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Phòng thí nghiệm Trọng điểm Công
nghệ Enzyme và Protein, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện giúp
tôi trong hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn toàn thể các anh chị và các bạn học viên lớp K23 cao học
Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là
gia đình và anh chị em đồng nghiệp, ban giám hiệu trường Cao đẳng y tế Thanh
Hóa vì đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu
đề tài này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đề tài KC.04.10/11-15 đã giúp phần kinh phí quan
trọng cho nghiên cứu này.
Hà Nội, tháng 12 năm 2016
Học viên
Lê Thị Mai


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt

Tên đầy đủ

4-HNE

4 - hydroxinonenal

8-OHdG

8-hydroxy-2' -deoxyguanosine

AJCC

Hiệp hội ung thư Hoa Kỳ (American Joint Committee on Cancer)

ASK
CA 19 -9

Protein quy định tín hiệu chết theo chương trình của tế bào
(Apoptosis Signalregulated Kinase)
Kháng nguyên ung thư biểu mô (Carcinoma antigen 19-9)

CAE

Kháng nguyên ung thư phôi bào thai (Carcinoembryonic antigen)

CAT

Catalase

Cyt c

Cytochrome c

GPx

Glutathione peroxidase

GSH

Glutathione

GST

Glutathione S-tranferase

JNK

c- Jun N-terminal kinase

LDL

Lipid tỷ trọng thấp (Low density lipoproteins)

MAPK

Protein hoạt hóa phân bào (Mitogen activated protein kinases)

MDA

Malondialdehyde

NF-κB
PBS

Yếu tố nhân κB (Nuclear factor κB)
Đệm Phosphate sinh lý (Phosphate buffer Saline)

PI3K

Phosphatidylinositol 3-kinase

PIP2

Phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate

PIP3

Phosphatidylinositol 3,4,5 triphosphate

PUFA

Acid béo chưa no có nhiều liên kết đôi (Polyunsaturated fatty
acids)
Các dạng oxi phản ứng mạnh (Reactive oxigen species)

ROS


SOD

Superoxide dismutase

TBA

Thiobarbituric acid

TCA

Trichloacetic acid

UTĐTT

Ung thư đại trực tràng


MỤC LỤC

1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN

3

Các dạng oxi hoạt động, chất chống oxi hóa và trạng thái stress

3

oxi hóa trong cơ thể
1.1.1.

Các dạng oxi hoạt động (ROS)

3

1.1.2.

Hệ thống chống oxi hóa trong cơ thể

5

1.1.3

Khái niệm trạng thái stress oxi hóa

6

1.2.

Ảnh hưởng của stress oxi hóa trong một số bệnh lý ở người

7

1.2.1.

ROS trong các bệnh viêm

7

1.2.2.

ROS trong quá trình lão hóa và một số bệnh lý khác

8

1.3.

Liên quan giữa stress oxi hóa và bệnh ung thư

9

1.3.1.

ROS làm tổn thương các đại phân tử sinh học trong tế bào

10

1.3.2.

ROS ảnh hưởng đến một số con đường tín hiệu trong ung thư

11

1.3.3.

ROS tác động vào quá trình viêm tiến triển thành ung thư

15

1.3.4.

ROS ảnh hưởng đến một số oncogen

16

1.3.5.

ROS kích thích sự phân bào ung thư

17

1.3.6.

ROS điều hòa quá trình di căn trong ung thư

18

1.4

Liên quan giữa stress oxi hóa và bệnh ung thư đại trực tràng

19

1.5.

Các chỉ thị sinh học (biomarker) để đánh giá tình trạng stress

20

oxi hóa
1.5.1.

Các chỉ thị sinh học phổ biến để đánh giá tình trạng stress oxi

20

hóa
1.5.2.

Chỉ thị sinh học MDA

22

1.6.

Các nghiên cứu về stress oxi hóa trên bệnh ung thư trên thế giới

25

và tại Việt Nam


1.6.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

25

1.6.2.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

28

Chƣơng 2- ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

30

2.1.

Đối tượng nghiên cứu

30

2.1.1.

Vật liệu nghiên cứu

30

2.1.2

Thời gian – Địa điểm nghiên cứu

31

2.1.3

Hóa chất thí nghiệm

31

2.1.4

Thiết bị thí nghiệm

32

2.2.

Phương pháp nghiên cứu

32

2.2.1

Chuẩn bị mẫu cho thí nghiệm

32

2.2.2

Phương pháp đinh lượng MDA

33

2.2.2.1

Nguyên lý phương pháp định lượng MDA

33

2.2.2.2 Phương pháp định lượng MDA đối với mẫu máu

34

2.2.2.3 Phương pháp định lượng MDA đối với mẫu mô

36

2.2.3

37

Đánh giá các đặc điểm lâm sàng, giai đoạn bệnh và đại thể của
ung thư đại trực tràng

2.2.3.1. Chẩn đoán giai đoạn ung thư đại trực tràng

37

2.2.3.2. Đại thể ung thư đại trực tràng

38

2.3

Tính toán thống kê

39

Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN

40

3.1.

Đặc điểm chung của đối tượng nghiên cứu.

40

3.1.1.

Phân bố bệnh nhân theo lứa tuổi và giới tính

40

3.1.2.

Một số đặc điểm bệnh học lâm sàng của nhóm đối tượng

40

nghiên cứu
3.2

Hàm lượng MDA trên mẫu máu bệnh nhân UTĐTT

42

3.2.1

Hàm lượng MDA trên mẫu máu bệnh nhân UTĐTT

42


3.2.2

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo tiến trình điều trị

42

bước đầu bằng phương pháp triệt căn

3.2.3

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo nhóm tuổi

44

3.2.4

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo giai đoạn bệnh.

45

3.2.5

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo số hạch di căn

46

3.2.6

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo hình ảnh đại thể

47

3.2.7

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo mức độ biệt hóa mô u

48

3.2.8

Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo kích thước khối u

49

3.3

Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT

50

3.3.1

Hàm lượng MDA ở các vị trí khác nhau của mẫu mô u UTĐTT

50

3.3.2

Hàm lượng MDA ở mẫu mô u UTĐTT theo các giai đoạn bệnh

51

3.3.3.

Hàm lượng MDA ở mẫu mô UTĐTT có hạch và u không có hạch di

52

căn gần

3.3.4

Hàm lượng MDA ở mẫu mô u UTĐTT theo đặc điểm hình ảnh đại thể

53

3.3.5

Hàm lượng MDA ở mẫu mô u UTĐTT theo mức độ biệt hóa khối u

54

3.3.6

Hàm lượng MDA ở mẫu mô u UTĐTT theo kích thước khối u

55

3.4

Thảo luận chung

56

KẾT LUẬN

63

KIẾN NGHỊ

64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

65

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Một số gốc ROS trong cơ thể .....................................................................4
Bảng 1.2: Các phương pháp định lượng MDA.........................................................23
Bảng 2.1: Danh mục hóa chất sử dụng .....................................................................31
Bảng 2.2: Danh mục thiết bị sử dụng ........................................................................31
Bảng 2.3: Phân chia giai đoạn ung thư đại trực tràng của AJCC .............................38
Bảng 3.1: Phân nhóm bệnh nhân theo độ tuổi và giới tính .......................................40
Bảng 3.2: Một số đặc điểm lâm sàng cuả nhóm đối tượng nghiên cứu ....................40


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 : Cấu tạo gốc tự do

3

Hình 1.2. Các chất chống oxi hóa bảo vệ tế bào

6

Hình 1.3. Sự hình thành ROS trong quá trình viêm

8

Hình 1.4: Cơ chế kích hoạt của ROS trong con đường MAPK

13

Hình 1. 5. ROS kích hoạt các con đường truyền tín hiệu của tế bào

15

qua các chất trung gian
Hình 1.6: Các chỉ thị sinh học của stress oxi hóa

21

Hình 2.1: Sơ đồ phản ứng giữa MDA và TBA

33

Hình 3.1. Hàm lượng MDA trên mẫu máu bệnh ung thư đại trực

42

tràng so với đối chứng
Hình 3.2. Sự biến đổi hàm lượng MDA ở mẫu máu bệnh nhân ung

43

thư các thời điểm lấu mẫu
Hình 3.3. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo nhóm tuổi

44

Hình 3.4. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo giai đoạn

45

bệnh
Hình 3.5. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT của nhóm u có

46

hạch và nhóm u khôn g có hạch
Hình 3.6. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo hình ảnh đại

47

thể
Hình 3.7. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo mức độ biệt

48

hóa khối u
Hình 3.8. Hàm lượng MDA trên mẫu máu UTĐTT theo kích thước

49

mô u
Hình 3.9. Hàm lượng MDA trên các vị trí của mẫu mô UTĐTT

50

Hình 3.10. Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT theo các giai

51

đoạn bệnh
Hình 3.11. Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT theo đặc điểm có

52


hạch và không có hạch di căn gần
Hình 3.12. Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT theo theo đặc điểm

53

hình ảnh đại thể
Hình 3.13. Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT theo theo mức

54

độ biệt hóa
Hình 3.14. Hàm lượng MDA trên mẫu mô UTĐTT theo theo kích
thước khối u.

55


ĐẶT VẤN ĐỀ
Các dạng oxi hoạt động (reactive oxygen species – ROS) bao gồm các gốc tự
do và một số phân tử đặc biệt mà trong cấu trúc có chứa nguyên tử oxi có khả
năng tham gia phản ứng oxi hóa khử mạnh. Trong cơ thể, ROS là một sản phẩm
chuyển hóa tự nhiên của quá trình trao đổi chất [5,17,63]. Sản phẩm này có nhiều
vai trò quan trọng trong dẫn truyền tín hiệu tế bào, cân bằng nội môi, apoptosis và
có liên quan cả trong sự phát triển khối u [16, 44, 79].
Khi lượng ROS hình thành vượt quá khả năng kiểm soát của hệ thống chống
oxi hóa của cơ thể sẽ dẫn đến tình trạng stress oxi hóa, kéo theo đó là một loạt các
tác hại đối với cơ thể trong đó có quá trình peroxi hóa lipid. Thuyết stress oxi hóa là

một thuyết quan trọng để giải thích nguồn gốc của ung thư và nhiều bệnh lý khác
[79].
Trạng thái stress oxi hóa của cơ thể có thể được đánh giá thông qua việc định
lượng các chỉ thị sinh học chính của quá trình peroxi hóa lipid, biến đổi DNA hay
protein như: malonyldialdehyde (MDA), 4-hydroxynoneal (HNE), 8-OHdG,...
Trong đó MDA là một trong số các chỉ thị sinh học được nghiên cứu nhiều nhất và
được xem như một chỉ số chính để đánh giá mức độ peroxi hóa lipid [32,53,69,80].
Ung thư đại trực tràng là một trong số các các căn bệnh ác tính thường gặp ở
các nước phát triển. Tại Việt Nam, ung thư đại trực tràng cũng là nguyên nhân gây
tử vong đứng hàng thứ 4 sau ung thư dạ dày, ung thư phổi và ung thư gan [7,4].
Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy có sự gia tăng về lượng ROS ở các bệnh
mãn tính đường tiêu hóa [33]. Tuy nhiên, cơ chế của stress oxi hóa trong các tế bào
ung thư và vai trò của ROS trong tiến triển bệnh ung thư đại trực tràng vẫn còn đang
tiếp tục nghiên cứu.
Trong xét nghiệm lâm sàng, dấu chuẩn ung thư đại trực tràng là kháng
nguyên ung thư carcinoembryonic antigen (CEA) và carcinoantigen 19-9 (CA 199). Các dấu chuẩn này có nồng độ tăng dần theo quá trình phát triển ung thư và chỉ
tăng cao ở giai đoạn sau của ung thư. Trong khi đó, nhiều nghiên cứu cho thấy nồng
độ các sản phẩm của của trình peroxi hóa lipid ở trong máu bệnh nhân ung thư đại

1


trực tràng đều cao hơn so với nhóm đối chứng và cao ở mọi giai đoạn phát triển ung
thư. Như vậy, chỉ số này có thể được sử dụng để góp phần phát hiện ung thư sớm
[45].
Mối liên quan giữa stress oxi hóa với các bệnh ung thư ngày càng được các
nhà sinh - y học quan tâm và nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam vẫn
chưa có nghiên cứu nào được công bố về mối quan hệ này.
Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tình trạng stress oxi hóa ở
bệnh nhân ung thư đại trực tràng” nhằm mục đích:

1. Đánh giá tình trạng stress oxi hóa ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng
thông qua định lượng MDA (malondialdehyd) trong máu ngoại vi và trong mô đại
trực tràng.
2. Tìm hiểu mối liên quan giữa hàm lượng MDA trong máu ngoại vi và mô
đại trực tràng với một số đặc điểm bệnh học ở bệnh nhân ung thư đại trực tràng.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Các dạng oxi hoạt động (reactive oxygen species - ROS), chất chống oxi
hóa và trạng thái stress oxi hóa trong cơ thể
1.1.1. Các dạng oxi hoạt động (reactive oxygen species - ROS)
Các dạng oxi hoạt động (reactive oxygen species – ROS) bao gồm các gốc tự
do và một số phân tử đặc biệt khác mà trong cấu trúc có chứa nguyên tử oxi có khả
năng tham gia phản ứng mạnh do có chứa electron độc thân hay electron tự do chưa
ghép đôi [18]. Trong cơ thể, ROS là một sản phẩm chuyển hóa tự nhiên của quá
trình trao đổi chất [5,17,63]. Sản phẩm này có nhiều vai trò quan trọng trong dẫn
truyền tín hiệu tế bào, cân bằng nội môi, chết tế bào theo chương trình (appoptosis)
và có liên quan cả trong sự phát triển khối u [16,44,79].
Các dạng oxi hoạt động có thể là các gốc tự do như: hydroxyl (·OH), alkoxyl
(RO·), peroxyl (ROO·), superoxide (O2·), nitroxyl radical (NO·). Ngoài ra, ROS
còn bao gồm các phân tử không phải gốc tự do như: hydrogen peroxide (H2O2),
hydroperoxide hữu cơ (ROOH); ozon (O3); oxi singlet (O21) [28,69].
Vì chứa electron chưa bão hòa nên các dạng oxi hoạt động không ổn định về
cấu trúc phân tử (hình 1.1). Chúng có thể cho và nhận electron từ các phân tử khác.
Do đó ROS vừa là các chất khử, vừa là các chất oxi hóa.

Hình 1.1: Cấu tạo gốc tự do [18]
Các dạng oxi hoạt động có thể tồn tại độc lập, tuy nhiên thời gian tồn tại của

các ROS thường rất ngắn (khoảng một phần triệu giây đến vài giây) (bảng 1.1). Hầu
hết các ROS đều rất không bền và nhanh chóng phản ứng với những hợp chất khác,

3


với xu hướng cho đi hoặc nhận thêm electron cần thiết để có thể trở lại trạng thái ổn
định [9].
Bảng 1.1: Một số dạng ROS trong cơ thể [28]
Gốc tự do
Superoxide

Ký

Chu kỳ

hiệu

bán hủy

O2.-

Mô tả

10-6

Hình thành chủ yếu trong chuỗi vận chuyển

giây

điện tử bằng cách đẩy một electron vào các
phân tử oxi.

Gốc Hydroxyl

OH·

10-9

Được hình thành từ phản ứng Fenton hoặc

giây

phản ứng Haber-Weiss. Khả năng phản ứng
của gốc hydroxyl là rất lớn trong môi trường
sinh học, có khả năng phản ứng với rất nhiều
thành phần của tế bào. Đây là gốc có độ hoạt
động mạnh nhất trong các ROS và gây nhiều
thương tổn cho tế bào.

Hydrogen

H2 O2

Vài phút Được hình thành trong cơ thể với số lượng

peroxide

lớn, chủ yếu do sự mất đi một electron của
phần tử nước. Với tính chất tan trong lipid,

H2O2 hòa toàn có khả năng khuếch tán qua
màng.

Gốc alkoxyl

RO•

10-6 giây Có thể được tạo ra dưới tác động của một gốc

(LO•)

tự do có chứa oxygen (•O2, HO•...) trên
những chuỗi acid béo có nhiều nối đôi.

Gốc Peroxyl

ROO·

Vài giây Phản ứng và hình thành trong quá trình

(LOO·)

peroxide hóa lipid và oxy hóa protein, DNA,
đường,…

Hydroperoxide ROOH

ổn định

Phản ứng với các kim loại chuyển tiếp để

hình thành các dạng oxi phản ứng

4


Singlet oxygen O21

10-6

Khả năng phản ứng cao, có tính oxi hóa cực

giây

mạnh. Được hình thành trong hệ ở hệ thống
sinh học trong một số sắc tố như chlorophyll,
retinal và flavin khi chúng khi được chiếu
sáng với sự có mặt của oxi.

Nitric oxide

NO

giây

Có vai trò trong điều hòa huyết áp và dẫn
truyền xung thần kinh, là một chất oxi hóa
mạnh, liên quan đến các trạng thái bệnh lý

Hầu hết các ROS nội sinh chuyển hóa từ gốc tự do anion superoxide (O2.-), vì
vậy anion superoxide được gọi là ROS sơ cấp, các ROS chuyển hóa từ nó gọi là

ROS thứ cấp. Gốc tự do anion superoxide được hình thành chủ yếu thông qua hệ
enzyme NADPH oxidases (NOXs), xanthine oxidase (XO) và chuỗi truyền điện tử
ty thể (mETC); ngoài ra cũng có thể từ sự hoạt hóa oxi bởi các tác nhân khác [75].
1.1.2. Hệ thống chống oxi hóa trong cơ thể
Theo định nghĩa của Lobo, chất chống oxi hóa là những phân tử ổn định đủ
để nhận hoặc nhường electron cho các gốc tự do và trung hòa chúng, do đó làm
giảm hoặc mất khả năng gây hại tới tế bào của ROS [47].
Cơ chế quá trình chống oxi hóa trong tế bào: Chất chống oxi hóa có thể làm
giảm tồn thương oxi hóa trực tiếp thông qua phản ứng với các ROS hoặc gián tiếp
bằng cách ức chế các hoạt động hoặc biểu hiện của enzyme tạo ra các ROS như
NAD(P)H oxidase và xanthine oxidase (XO) hoặc bằng cách tăng cường các hoạt
động và biểu hiện của các enzym chống oxi hóa như superoxide dismutase ( SOD),
catalase (CAT) và glutathione peroxidase (GPX) trong tế bào [48].
Hệ thống này hoạt động theo các con đường sau [21,58]:
(1) Tạo phức làm mất khả năng xúc tác của các kim loại chuyển tiếp (ví dụ:
transferin).
(2) Làm gián đoạn các phản ứng lan truyền (ví dụ: α-tocoferol).
(3) Làm giảm nồng độ các gốc tự do hoạt động (ví dụ: glutathion -GPx).

5


(4) Thu dọn các gốc tự do tham gia khơi mào phản ứng (ví dụ: superoxid
dismutase -SOD).
Hệ thống gồm các chất chống oxi hóa có bản chất enzym (SOD, CAT,
Peroxidase, Glutathion peroxidase – GPx, …) và có bản chất phi enzym (nhóm các
polyphenol, Vitamin E- α-tocoferol, các flavonoid, β-caroten, Vitamin C, …) (hình
1.2)

Hình 1.2: Các chất chống oxi hóa thu dọn các ROS trong tế bào [78]

1.1.3. Khái niệm trạng thái stress oxi hóa
Trong cơ thể sống khỏe mạnh, gần như có sự cân bằng giữa sản sinh các
dạng oxi hoạt động (ROS) với hệ thống chống oxi hóa [22].
Năm 1985, nhà nghiên cứu người Đức là Sies đã lần đầu tiên đưa ra định
nghĩa về stress oxi hóa: “Stress oxi hóa” (oxidative stress) là kết quả của sự mất cân
bằng trong trạng thái cân bằng giữa chất oxi hóa - chất chống oxi hóa [68]. Cụm từ

6


“stress oxi hóa” chỉ một trạng thái của tế bào mà ở đó lượng gốc tự do chứa oxi
vượt xa khả năng trung hòa, hay các cơ chế bảo vệ của tế bào [59].
Trải qua hơn 30 năm, các nhà khoa học đã đưa ra định nghĩa hoàn chỉnh hơn:
“Stress oxi hóa là sự gia tăng lâu dài hoặc nhất thời mức ROS, gây rối loạn hoạt
động tế bào và quá trình dẫn truyền tín hiệu, gồm cả những quá trình ROS gây oxi
hóa các thành phần tế bào mà nếu không lấy lại được cân bằng, có thể dẫn đến hậu
quả làm chết tế bào do hoại tử hay tế bào tự chết theo chương trình” [48]. Stress oxi
hóa ở mức độ nhẹ, các phân tử sinh học bị tổn thương có thể được sửa chữa. Ở mức
độ nặng nề hơn, stress oxi hóa có thể gây tổn thương không hồi phục hoặc hoại tử tế
bào [5,25]. Hậu quả của stress oxi hóa là rất lớn, do ROS có khả năng phản ứng với
bất kỳ phần tử nào gần bên chúng làm tổn thương các tế bào, mô, cơ quan. ROS ở
nồng độ cao từ lâu đã được công nhận là tác nhân gây thiệt hại trực tiếp đến các
phân tử lipid [14].
Stress oxi hóa có thể là kết quả của ba yếu tố: suy giảm hệ thống chống oxi
hóa; tăng tạo thành các dạng oxi hoạt động và thiếu khả năng sửa chữa các tổn
thương do quá trình oxi hóa trong cơ thể [5].
Rất nhiều nghiên cứu mới đây cho thấy ảnh hưởng của stress oxi hóa đến sự
phát triển của nhiều loại bệnh khác nhau như: ung thư, thoái hóa thần kinh, xơ vữa
động mạch, tiểu đường và lão hóa [58, 56, 59]. Ngày nay, stress oxi hóa được ghi
nhận là một đặc điểm nổi bật của nhiều bệnh lý cấp và mãn tính cũng như các bệnh

gây ra do quá trình lão hóa như bệnh tim mạch, ung thư, rối loạn thần kinh, đái tháo
đường [75]. Thuyết stress oxi hóa là một thuyết quan trọng để giải thích nguồn gốc
của ung thư và nhiều bệnh lý khác [79].
1.2. Ảnh hƣởng của stress oxi hóa trong một số bệnh lý ở ngƣời
Khi cơ thể ở trạng thái cân bằng oxi hóa - khử, ROS ở mức "nồng độ sinh
lý" sẽ giữ các chức năng quan trọng: là các phân tử tín hiệu trong “bật tắt” gen [16],
tham gia vào nhiều quá trình sinh lý của tế bào: điều tiết tăng trưởng, biệt hóa,
apoptosis thông qua tín hiệu tế bào. Bên cạnh đó, ROS còn có vai trò quan trọng
trong một số chức năng sinh lý của cơ thể [49]: điều hòa hoạt động tim và trương

7


lực mạch máu [36,42], duy trì cân bằng nồng độ oxi nội môi, chống viêm [36, 43,
44, 49], …. Tuy nhiên trong điều kiện của stress oxi hóa, ROS có thể gây hại cho
các tế bào, dẫn đến sự tăng sinh không kiểm soát, viêm, apoptosis, đặc biệt là ung
thư [52, 75].
1.2.1. ROS trong các bệnh viêm
Nồng độ cao kéo dài của ROS ở trạng thái stress oxi hóa được coi là yếu tố
cốt lõi trong sự tiến triển của các bệnh viêm nhiễm [49]. Trong quá trình chống
viêm do nhiễm các mầm bệnh vi sinh vật, bạch cầu đã sản xuất các gốc tự do để tiêu
diệt chúng, sự “bùng nổ hô hấp” (respiratory burst) xảy ra [12, 69] (hình 1.3).

Hình 1.3. Sự hình thành ROS trong quá trình viêm [43]
(Chú thích: Khi các tác nhân (kháng nguyên) xâm nhập vào cơ thể sẽ bị bạch
cầu đa nhân trung tính bắt giữ, đồng thời kích hoạt bạch cầu đa nhân trung tính
tăng sử dụng oxi. Khi bắt đầu thực bào, các tế bào này sử dụng một lượng lớn oxi
và giải phóng các enzyme như NADPH oxidase (NOX), nitric oxide synthase (NOS)
sẽ tham gia quá trình biến đổi O2, NO, Cl- để hình thành các ROS (OH●, ONOO-, OCl ,O2●-). Các gốc ROS này sẽ tấn công vi khuẩn hay kháng nguyên lạ [27].
Để bảo vệ mình khỏi tác hại của các gốc tự do, bạch cầu cũng sản sinh ra rất

nhiều các chất chống oxi hoá như SOD, GSH, catalase. Song vẫn có khoảng 10%
bạch cầu chết, do chính các dạng oxi hoạt động mà nó sinh ra. Khi bạch cầu bị ly
giải, các gốc tự do của oxi thoát ra ngoài, tấn công vào các tế bào xung quanh, gây

8


tổn thương làm cho sự đáp ứng kích thích của tế bào ở khu vực đó càng xảy ra
mạnh hơn, những đáp ứng đó tương ứng trên lâm sàng là các triệu chứng sưng,
nóng, đỏ, đau [12].
1.2.2. ROS trong quá trình lão hoá và một số bệnh lý khác
Các bằng chứng cho thấy rằng lão hóa có liên quan với tăng sản xuất các
gốc tự do, dẫn đến tăng quá trình oxi hóa của chất béo, protein, và các vật liệu di
truyền [30]. Stress oxi hóa trong lão hóa gây ra sự thay đổi cấu trúc và chức năng
của tế bào, thay đổi trong quá trình truyền tín hiệu, làm tăng tính nhạy cảm cuả cơ
thể với nhiều loại bệnh do lão hóa, trong đó bệnh ung thư [52].
Lão hóa là một quá trình tích luỹ các biến đổi gây nên bởi những thiếu sót
về gene, bởi những yếu tố môi trường ô nhiễm và các quá trình bệnh tật... Tuổi càng
cao thì hoạt độ các enzyme SOD, GPx, nồng độ các chất chống oxi hoá, trạng thái
chống oxi hoá toàn phần càng giảm. Do vậy việc theo dõi các chất chống oxi hoá
một cách định kỳ là hết sức cần thiết trong việc phòng chống lão hoá và các bệnh
liên quan đến lão hóa và các bệnh lý khác [47].
Sự dư thừa gốc tự do đã làm tăng sự oxi hoá LDL (low density lipoprotein) và
khởi đầu cho xơ vữa động mạch, dẫn đến các hiện tượng như thiếu máu cục bộ cơ
tim, nhồi máu cơ tim cấp trong trường hợp trạng thái chống oxi hoá toàn phần trong
cơ thể giảm thấp. Tạo ra các mảng vữa xơ động mạch, chính là do các lipoprotein tỷ
trọng thấp LDL bị oxi hoá. Sự oxi hoá LDL là một phản ứng dây chuyền của quá
trình peroxi hoá lipid do các gốc tự do điều khiển và chi phối. Nếu các gốc tự do của
oxi xuất hiện nhiều, quá trình peroxi hoá lipid xảy ra mạnh, tích tụ nhiều các sản
phẩm MDA (malodialdehyd), 4- HNE (4 hydroxynonenal)... là những sản phẩm bền

có độc tính cao. Các đại thực bào nhận ra các sản phẩm độc hại này, thâu tóm chúng
và hình thành các tế bào bọt – tiền đề hình thành mảng xơ vữa động mạch [47].
Stress oxi hóa còn góp phần vào tiến triển nhiều tình trạng bệnh lý như rối
loạn thần kinh, xơ vữa động mạch, tăng huyết áp, thiếu máu cục bộ, tiểu đường, hội
chứng suy hô hấp cấp tính, xơ hóa phổi tự phát, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính và
hen suyễn, viêm, lão hóa và đặc biệt là trong bệnh ung thư [21].

9


1.3. Liên quan giữa stress oxi hóa và bệnh ung thƣ
Ung thư là bệnh mà một nhóm tế bào phân chia quá mức kiểm soát, dẫn
đến xâm lấn, phá hủy các mô lân cận và có thể di căn thông qua hệ thống hạch
lympho hoặc dòng máu. Ung thư hình thành do những sự thay đổi bất thường về vật
chất di truyền của các tế bào chuyển dạng. Ung thư có thể do di truyền hoặc do tác
động của các tác nhân gây ung thư (carcinogen).
Sự tăng sinh không kiểm soát này thường bắt đầu từ sự kiện bất thường
trên con đường tín hiệu điều hòa và kiểm soát tăng trưởng tế bào. Cụ thể hơn là do
sự kích hoạt gene tiền ung thư (pro-oncogene) hoặc bất hoạt gene ức chế ung thư
(anti –oncogene) dẫn đến việc kéo dài tín hiệu tăng sinh, phá vỡ cơ chế kìm hãm
sinh trưởng, cũng như mất kiểm soát chu kỳ tế bào. Ngày nay, các nghiên cứu đã
chỉ ra ROS có tham gia vào hầu hết các quá trình này. Vì vậy, các nhà nghiên cứu
đã đề xuất sự tham gia của ROS trong vai trò là chất sinh ung thư. Cùng với các gốc
tự do, ROS ngày càng được biết đến là có liên quan đến một loạt các bệnh và là
nguồn gốc quan trọng trong việc gây ung thư [75]. Cho dù tác nhân gây ung thư có
nhiều bản chất khác nhau nhưng hậu quả chung là chúng đều làm tăng các dạng oxi
hoạt động [47]. Trong thập kỷ qua, số lượng ngày càng tăng của các báo cáo điều
tra mối liên hệ giữa ROS và ung thư đã được công bố [26,76].
1.3.1. ROS làm tổn thƣơng các đại phân tử sinh học trong tế bào
Các dạng oxi hoạt động ROS có thể tham gia vào ung thư thông qua các cơ

chế: cảm ứng đột biến gen, đây là kết quả của tổn thương tế bào và tác động đến
con đường truyền tín hiệu và các yếu tố phiên mã [54, 33]. Sự hiện diện của ROS ở
trạng thái stress oxi hóa trong hệ thống sinh học có thể dẫn đến biến đổi vật chất di
truyền, đột biến và cuối cùng là ung thư [47].
ROS cảm ứng đột biến gen thông qua làm hư hại các đại phân tử trong tế
bào như acid nucleic, phospholipid, protein và carbohydrate trên màng tế bào. Các
telomere cũng rất dễ bị biến đổi trong sự hiện diện của ROS ở điều kiện stress oxi
hóa. Các gen ức chế khối u như p53 và các gen liên quan đến chu kỳ tế bào cũng có
thể bị tổn thương dưới tác động của ROS [54].

10


ROS có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến DNA. Tác động trực tiếp
của ROS có thể dẫn đến sự thay đổi DNA trong nhiều cách, trong đó bao gồm phá
vỡ DNA đơn hoặc kép, oxi hóa và làm hư hại vòng purine, pyrimidine hoặc sửa đổi
gốc đường [21]. Điều này có thể dẫn đến các đột biến làm thay đổi trình tự DNA từ
đó dẫn đến các sai lệch trong quá trình phiên mã, dịch mã. ROS có thể tác động
gián tiếp đến DNA thông qua các yếu tố phiên mã hay các enzyme tham gia vào
quy định biểu hiện gen hoặc tham gia sửa chữa gen. Kết quả làm tăng nguy cơ đột
biến gen, có thể dẫn đến gây chết tế bào, tổn thương mô và gây ung thư [77]. Sự
hình thành của 8-OH-G là sản phẩm tổn thương DNA do stress oxi hóa được nhiều
nghiên cứu quan tâm nhất và là một dấu ấn sinh học tiềm năng trong nghiên cứu
ung thư [21].
Với phân tử ARN, oxi hóa ARN có thế làm ảnh hưởng đến điều hòa biểu
hiện gen hoặc tạo ra các protein sai hỏng, không giữ đúng chức năng (nếu tác động
đến mARN). Đã có các nghiên cứu cho thấy các ARN bị oxi hóa có liên quan đến
một số bệnh như tim mạch, tiểu đường hay Alzheimer.
Đối với protein, tác động của ROS có thể xảy ra ở nhiều cấp độ cấu trúc: từ
acid amin đến cả thay đổi cấu trúc bậc 3 hoặc bậc 4, có thể tạo các liên kết chéo,

làm sai lệch các cầu disulfides, làm mất các nhóm sulfhydryl quan trọng…Ngoài ra,
tác động đến các acid amin có thể dẫn đến hình thành các gốc andehide hoặc xeton,
phân cắt các vòng trong histidine, tryptophan ... ROS có thể gây ra sự phân mảnh
của chuỗi peptide, thay đổi điện tích của các protein, tăng tính nhạy cảm với sự
phân giải protein do sự thoái hóa của các protease. Cysteine và methionine trong
các protein đặc biệt dễ bị oxi hóa [21]. Quá trình oxi hóa protein ảnh hưởng đến
chức năng của phân tử protein, làm thay đổi cơ chế truyền tín hiệu, thay đổi hoạt
động của enzyme, và có thể phân giải protein nhạy cảm, dẫn đến lão hóa [58].
Các dạng oxi hoạt động tác động đến lipid cuả màng tế bào gây ra quá trình
peroxi hóa lipid. Chúng làm thay đổi cấu trúc màng tế bào, phá vỡ sự sắp xếp màng
kép photpho lipid, có thể làm bất hoạt các thụ thể màng và các enzym, thay đổi tính
lưu động của màng tế bào, làm giảm khả năng duy trì cân bằng gradient nồng độ, và

11


làm tăng tính thấm của màng và gây viêm [52]. Sản phẩm của peroxi hóa lipid như
malondialdehyde (MDA), 4-hydroxy-2-nonenal (4 - HNE) còn có khả năng gây ảnh
hưởng đến biểu hiện gen và phát triển bình thường của tế bào [21, 52, 54]. Quá trình
peroxi hóa lipid xảy ra còn tạo ra nhiều sản phẩm oxi hóa, thậm chí có thể là các
chất gây độc cho tế bào, chất gây đột biến gene [54]. MDA là một sản phẩm thứ
sinh như vậy và là chỉ số sinh học dùng để đánh giá tình trạng peroxi hóa lipid cũng
như stress oxi hóa ở nhóm đối tượng bệnh nhân nghiên cứu. MDA đóng vai trò như
một promoter khối u và tác nhân gây ung thư vì gây độc cao và có tác động ức chế
các enzym bảo vệ cơ thể [32, 54, 65].
1.3.2. ROS ảnh hƣởng đến một số con đƣờng tín hiệu trong ung thƣ
Stress oxi hóa đã được chứng minh là có liên quan đến đến ung thư thông qua
tác động của ROS lên các protein có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và dẫn
truyền tín hiệu tế bào - tế bào hay khoảng gian bào - tế bào trong các con đường tín
hiệu trong ung thư như: tác động lên các tín hiệu sinh trưởng, tín hiệu phân chia tế bào,

tín hiệu tự chết theo chương trình… Cụ thể ROS tác động lên yếu tố NIK trong con
đường NF-KB (nuclear factor κB) [24]; tác động lên ASK1 (Apoptosis
Signalregulated Kinase 1), ASK2 (Apoptosis Signalregulated Kinase 2) trong con
đường tín hiệu protein kinase hoạt hóa phân bào MAPK (mitogen activated protein
kinase) [62,68];…
a) ROS tham gia điều hòa con đường MAPK bằng cách hoạt hóa ASK1,
ASK2
Trong chu trình MAPK, các tín hiệu được chuyển đến nhân tế bào và qua
một loạt các phản ứng dây chuyền để tác động lên quá trình sao chép DNA, qua đó
tham gia điều hoà sự tăng sinh và biệt hóa tế bào.
Một thành viên trong họ protein MAPK là tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1,
được kích hoạt trong điều kiện stress oxi hóa [35]. Sự hoạt hóa MAPK dẫn đến
phosphoril hóa nhiều protein khác nhau, bao gồm cả các yếu tố phiên mã tham gia
điều hòa sự biểu hiện gen.

12


Bình thường ASK1 bị bất hoạt nhờ gắn với Thioreducxin (TRX), nhưng khi
có mặt của ROS với nồng độ cao, chúng sẽ oxi hóa TRX và điều này tạo ra cầu liên
kết giữa Cys-32 và Cys-35, khiến cho TRX không còn khả năng liên kết với ASK1.
Lúc này, 2 phân tử ASK1 liên kết với nhau sau đó được phosphoryl hóa threonine
thứ 838 nhờ protein phosphatase 5 (PP5) [81]. Quá trình này giúp phân tử ASK1
được hoạt hóa (hình 1.4A).

Hình 1.4. Cơ chế kích hoạt của ROS trong con đƣờng MAPK [73]
A. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK1
B. ROS hoạt hóa tín hiệu điều hòa apoptosis ASK2
Ngoài ra ASK1 còn có thể bắt cặp với ASK2. Hai phân tử kép này sau khi
được hoạt hóa sẽ liên kết với thụ thể hoại tử khối u TRAF (tumor receptor

associated factors). Cùng với các protein khác trong các con đường tín hiệu, chúng
sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình apoptosis của tế bào (hình 1.4B) [73]
b) ROS tham gia vào chu trình phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)
Con đường PI3K/AKT thường được kích hoạt trong các bệnh ung thư của
con người và được công nhận như là một đích tiềm năng cho liệu pháp chống ung
thư [15]. PI3K xúc tác cho quá trình tổng hợp phosphatidylinositol 3,4,5
triphosphate (PIP3) từ phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2). PIP3 được
xem như một phân tử tín hiệu kích hoạt con đường tổng hợp các protein như:
Phosphoinositide-dependent protein kinase (PDK), AKT (protein kinase B),
serine/threonine kinases,... chúng là các chất trung gian của các con đường truyền
tín hiệu khác nhau trong cơ thể [25]. Ngoài ra PIP2 còn được chuyển hóa ngược lại

13


thành PIP3 nhờ vào phân tử PTEN (phosphatase tensin). PTEN bình thường bị bất
hoạt bởi peroxiredoxin. Khi có tín hiệu bởi ROS (nhiều chứng minh cho thấy là
H2O2), peroxiredoxin bị oxy hóa tạo ra liên kết giữa Cys 124 – Cys 71 làm kích
hoạt con đường PI3K [46]. Nói cách khác con đường PI3K chịu sự tác động của
ROS giống như con đường ASK1.
c) ROS điều hòa con đường NF-κB (nuclear factor κB)
Ở nhiều loại ung thư, việc biến đổi yếu tố phiên mã NF-κB từ dạng bình
thường có thể làm tăng hoạt độ của nó. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh
chức năng quan trọng của NF-κB đối với khả năng sống của tế bào, điều hòa chu
trình tế bào và phân bào [36]. Con đường NF-κB được điều hòa bằng phản ứng oxi
hóa khử và hoạt hóa bằng một lượng nhỏ hydrogen peroxide. Ở trạng thái bất hoạt,
NF-κB liên kết rất chặt với chất bất hoạt của nó là IκB. Theo đúng trình tự, để hoạt
hóa được NF-κB cần thông qua sự có mặt của phức hợp NF-κB- inducing kinase
(NIK) và IκB kinase (IKK), bao gồm IKKα, IKKβ. Sự hoạt hóa này thông qua các
cytokine như TNFα hay IL-1, NIK-phosphoryl hóa và tác động đến các phân tử đích,

các kinase IKKα và IKKβ. Phân tử IKK sau khi được hoạt hóa sẽ phosphoryl hóa IκB
và thường kéo theo phản ứng ubuquitin hóa và phân hủy proteosome. Sự phân hủy
IκB cũng làm chuyển NF-κB vào nhân, nơi mà phân tử này sẽ hoạt động như một yếu
tố phiên mã, kích thích sự biểu hiện của các gen kháng apoptosis và kháng viêm
(hình 1.5) [36].

Hình 1. 5. ROS kích hoạt các con đƣờng truyền tín hiệu của tế bào
qua các chất trung gian [10].

14