Các tế bào thần kinh ảnh hưởng đến cơn đói sẽ mất khả năng cảm nhận insulin khi bị bao bọc bởi một lớp vỏ dính.
Một cơ chế liên quan đến bệnh rối loạn chuyển hóa đã được xác định có nguồn gốc từ một cấu trúc tế bào bị lỗi, vốn có nhiệm vụ giữ các tế bào kiểm soát cảm giác đói trong não lại với nhau. Theo một nghiên cứu trên chuột, sự tích tụ của một lớp chất dính, được cho là bẫy các tế bào thần kinh trong trung tâm điều khiển cảm giác thèm ăn của não, đã được liên hệ với việc làm trầm trọng thêm các tình trạng như tiểu đường và béo phì. Lớp chất này không chỉ gây tắc nghẽn mà còn ngăn cản insulin tiếp cận các tế bào thần kinh não bộ chịu trách nhiệm điều chỉnh cảm giác đói. Trong các thí nghiệm, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, khi quá trình sản xuất chất dính này bị ức chế, chuột đã giảm cân. Phát hiện này cho thấy một tác nhân mới góp phần gây ra các rối loạn chuyển hóa, mở ra triển vọng giúp các nhà nghiên cứu xác định mục tiêu để phát triển các loại thuốc điều trị những bệnh lý này. Điều đáng chú ý là các rối loạn chuyển hóa, bao gồm tiểu đường và béo phì, từ lâu đã là những thách thức lớn đối với y học hiện đại, việc tìm ra yếu tố mới có thể là bước tiến quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn.
Cơn đói chuyển hóa từ não
Các bệnh rối loạn chuyển hóa như tiểu đường type 2 và béo phì có thể phát triển khi các tế bào của cơ thể mất khả năng đáp ứng với insulin, một loại hormone giúp điều chỉnh lượng đường trong máu. Các nhà khoa học nghiên cứu cơ chế gây ra sự kháng insulin đã tập trung vào một phần của não gọi là nhân cung (arcuate nucleus) trong vùng dưới đồi (hypothalamus), nơi cảm nhận mức độ insulin và điều chỉnh mức tiêu hao năng lượng cũng như cảm giác đói dựa trên lượng insulin này.
Khi động vật phát triển tình trạng kháng insulin, một loại cấu trúc tế bào được gọi là ma trận ngoại bào, vốn giữ các tế bào thần kinh kiểm soát cảm giác đói cố định tại chỗ, bắt đầu biến đổi thành một chất dính lộn xộn. Trước đây, các nhà nghiên cứu đã nhận thấy sự thay đổi này khi chuột được cho ăn chế độ giàu chất béo. Tuy nhiên, họ chưa xác định rõ liệu những thay đổi trong não này có thực sự là nguyên nhân dẫn đến tình trạng kháng insulin hay chỉ phát triển song song với quá trình này.
Để làm rõ câu hỏi này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm trên chuột. Họ cho chuột ăn chế độ ăn nhiều chất béo và đường trong 12 tuần, đồng thời theo dõi ma trận ngoại bào xung quanh các tế bào thần kinh kiểm soát cảm giác đói bằng cách lấy mẫu mô và giám sát hoạt động của gen. Kết quả cho thấy ma trận này trở nên dày và dính hơn chỉ sau vài tuần khi chuột bắt đầu ăn chế độ không lành mạnh.
Khi những con chuột này tăng cân, các tế bào thần kinh trong vùng dưới đồi của chúng trở nên kém nhạy với insulin hơn, ngay cả khi hormone này được tiêm trực tiếp vào não. Điều này cho thấy, sự dính của cấu trúc ma trận ngoại bào ngăn cản insulin tiếp cận được các tế bào thần kinh trong não, khiến hormone này bị “mắc kẹt”, theo lời giải thích của Garron Dodd, nhà thần kinh học tại Đại học Melbourne (Úc) và là đồng tác giả của nghiên cứu.
Những phát hiện này cho thấy rằng, sự tích tụ của chất dính có thể là một nguyên nhân quan trọng gây ra tình trạng kháng insulin, thay vì chỉ là một phản ứng phụ. Khi ma trận ngoại bào trong não trở nên lộn xộn và dính hơn, nó không chỉ ngăn insulin tiếp cận các tế bào thần kinh mà còn làm giảm khả năng của não trong việc điều chỉnh cảm giác đói và tiêu hao năng lượng, dẫn đến tình trạng tăng cân và các vấn đề chuyển hóa nghiêm trọng.
Phương pháp giảm cân mới
Để tìm cách đảo ngược những thay đổi trong não liên quan đến bệnh rối loạn chuyển hóa, các nhà nghiên cứu đã tiêm cho chuột hai loại chất: một là enzyme tiêu hóa lớp chất dính, và hai là phân tử gọi là fluorosamine, chất ức chế quá trình hình thành cấu trúc ma trận ngoại bào trong não. Cả hai phương pháp này đều thành công trong việc loại bỏ sự tắc nghẽn của lớp chất dính trong não chuột, giúp tăng cường khả năng hấp thụ insulin. Đặc biệt, fluorosamine không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ insulin mà còn giúp chuột giảm cân và tăng cường mức tiêu hao năng lượng. Theo Garron Dodd, việc điều trị tình trạng kháng insulin bằng cách nhắm vào cấu trúc hỗ trợ xung quanh các tế bào thần kinh có thể an toàn hơn so với việc nhắm thẳng vào các tế bào thần kinh.
Kimberly Alonge, nhà hóa sinh học tại Trường Dược, Đại học Washington (Mỹ), cho biết, nghiên cứu này là một công trình “chất lượng cao”, chứng minh một cách thuyết phục rằng cấu trúc tế bào này điều tiết quá trình truyền tín hiệu hormone, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chuyển hóa của cơ thể và dẫn đến các bệnh lý rối loạn chuyển hóa. Nghiên cứu cũng mở ra hướng tiếp cận mới, không chỉ tập trung vào các tế bào riêng lẻ mà còn vào cả "vật liệu đóng gói" - tức môi trường xung quanh các tế bào mà chúng tồn tại, như ma trận ngoại bào.
Thí nghiệm của nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, viêm trong vùng dưới đồi là yếu tố làm rối loạn cấu trúc hỗ trợ này. Tuy nhiên, Kimberly Alonge lưu ý rằng nghiên cứu vẫn chưa giải thích được nguyên nhân gây ra sự viêm này từ đâu. Nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng các tế bào thần kinh đệm (glia) trong não có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cấu trúc ma trận ngoại bào, và Kimberly Alonge bày tỏ mong muốn được biết liệu các tế bào glia có đóng góp vào tình trạng viêm được quan sát trong nghiên cứu hay không.
Mặc dù những phát hiện này rất hứa hẹn, nhưng Garron Dodd thừa nhận rằng vẫn chưa rõ mức độ quan trọng của sự rối loạn cấu trúc ma trận ngoại bào so với các nguyên nhân đã được xác định khác trong việc gây ra các bệnh rối loạn chuyển hóa. Ông và các đồng nghiệp hy vọng sẽ tiếp tục nghiên cứu để giải đáp câu hỏi này trong tương lai.
Ngoài ra, việc nghiên cứu thêm cũng cần thiết để xác định liệu lớp chất dính này có xuất hiện ở người trong quá trình phát triển bệnh rối loạn chuyển hóa hay không. Tuy nhiên, điều này đặt ra thách thức lớn, theo Garron Dodd, vì hiện chưa có phương pháp nào không xâm lấn để tiếp cận vùng dưới đồi, một khu vực nằm sâu trong não. Thêm vào đó, việc lấy mẫu mô từ vùng này rất khó khăn, ngay cả khi sử dụng các cơ quan được hiến tặng sau khi người bệnh qua đời.
Nghiên cứu hiện tại đã mở ra một hướng tiếp cận mới đầy tiềm năng cho việc điều trị các bệnh lý rối loạn chuyển hóa như tiểu đường và béo phì. Tuy nhiên, vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của lớp chất dính trong não và vai trò của nó trong quá trình phát triển bệnh ở người, từ đó có thể tìm ra các phương pháp điều trị mới hiệu quả hơn.
NMK (theo Nature)