Lão hóa tế bào do SARS-CoV-2 và hướng điều trị COVID-19 mới

Trong quá trình nghiên cứu cơ chế gây bệnh của SARS-CoV-2, các nhà khoa học đã chứng minh “cơn bão cytokine” (the cytokine storm) có liên quan mật thiết đến sự tổn thương các cơ quan và các biến chứng nặng của COVID-19. Những hiểu biết về cơ chế gây ra các triệu chứng này là tiền đề để phát triển liệu pháp điều trị hiệu quả, từ đó ứng phó với đại dịch và giảm sức ép lên ngành y tế.

Gần đây, một nghiên cứu thuộc Khoa Y tế Huyết học, Ung thư và Miễn dịch khối U – Viện Y tế Berlin, Đức (VIB) đã chứng minh “cơn bão cytokine” là một hệ quả của quá trình lão hóa tế bào gây ra do vi-rút (virus-induced senescene (VIS)), cùng với các phản ứng khác liên quan đến lão hóa gọi tắt là SASP (kiểu hình sinh tổng hợp lão hóa – a senescene-associated secretory phenotype) bao gồm các cytokine tiền viêm (pro-inflammatory cytokines), các yếu tố hoạt động nền ngoại bào (extracellular matrix-active factors) và các chất trung gian tiền đông máu (pro-coagulatory mediators). Các tế bào biểu hiện SASP thường tích tụ trong mô, gây viêm và tổn thương các tế bào xung quanh. Nghiên cứu đã nhấn mạnh mối liên quan mật thiết giữa VIS và quá trình sinh bệnh COVID-19 thông qua các triệu chứng bao gồm sự gia tăng chuỗi kích thích miễn dịch và các phản ứng tiền đông máu diễn ra ở tế bào nhiễm vi-rút SARS-CoV-2 có dấu hiệu của VIS. Đồng thời, Lee và cộng sự cũng chứng minh can thiệp sớm bằng nhóm thuốc senolytic có tác dụng loại bỏ tế bào VIS như Dasatinib, Quercetin, Fisetin hay Navitoclax có thể là một hướng điều trị mới chống lại vi-rút SARS-CoV-2 [1].

Nghiên cứu in vitro trên tế bào sợi lưỡng bội của người (human diploid fibroblast) với liều cao Retrovirus đã ghi nhận các dấu hiệu và chỉ số sinh học của sự lão hóa tế bào như là hình thái trương dẹt điển hình, giá trị dương tính của beta-galactosidase và các ổ dị nhiễm sắc liên quan đến lão hóa (senescence-associated heterochromatin foci), song song đó là sự biểu hiện quá mức của p16^INK4a – chất ức chế chu trình kinase phụ thuộc cyclin (CDK) 4 và 6. Phân tích các bộ gen tăng sinh (gene set enrichment analyses) và giải trình tự ARN của các ổ dị nhiễm sắc đã cho thấy các gen liên quan đến SASP và quá trình lão hóa tập trung chủ yếu về VIS, đồng thời trùng với quá trình kích hoạt gene ung thư (activated oncogenes – OIS) (diễn ra ở cùng loại tế bào được kích hoạt lão hóa bởi Ras), từ đó cho thấy phản ứng của tế bào khi nhiễm vi-rút có liên quan đến quá trình kích hoạt gen ung thư. Kỹ thuật định lượng real time PCR (qRT – PCR) cũng cho thấy những thay đổi về phiên mã liên quan đến quá trình lão hóa. Đặc biệt, vi-rút liều thấp không thể gây ra sự đình chỉ chu kỳ tế bào lão hóa (senescent cell cycle arrest). Tiếp đó, các phân tích đa protein cho thấy quá trình lão hóa tế bào phụ thuộc vào các gen gây lão hóa như JMJD2C và p53. Nếu thiếu các gen này, tế bào không biểu hiện VIS và thiếu đi những dấu hiệu lão hóa tiêu biểu của tế bào VIS như tiết ra nhiều tác nhân SASP. Có thể nói rằng, sự tấn công của vi-rút kích thích phản ứng của tế bào chủ dựa trên các yếu tố di truyền đã được quy định liên quan đến lão hóa tế bào và tập hợp các phần tử được giải phóng của quá trình này.

Hình 1. Trình tự các sự kiện trong quá trình nhiễm SARS-CoV-2 dẫn đến tế bào bước vào VIS và gia tăng các phản ứng miễn dịch gây suy giảm chức năng, trong sự so sánh với các phản ứng miễn dịch khỏe mạnh. (Chú giải: Pyroptosis là quá trình gây chết tế bào do quá trình tiền viêm, cụ thể ở đây do kích thích bệnh lý từ vi-rút.) (Nguồn hình ảnh: Dịch từ bài báo “Tay, M.Z., Poh, C.M., Rénia, L. et al. The trinity of COVID-19: immunity, inflammation and intervention. Nat Rev Immunol 20, 363–374 (2020). https://doi.org/10.1038/s41577-020-0311-8”)

Đáng chú ý hơn, những khảo sát trên các tế bào khối u ở phổi người và tế bào niêm mạc không có khối u nhiễm các vi-rút như lentivirus, adenovirus, herpesvirus và coronavirus alpha giảm độc tính NL-63 cũng cho thấy sự hiện diện của VIS. Các thí nghiệm trên các tế bào khác như tế bào biểu mô phế nang, tế bào biểu mô phế quản của người khỏe mạnh và dòng tế bào ung thư phổi cũng cho những kết quả tương tự về sự gia tăng của tế bào VIS và SASP, góp phần củng cố thêm khả năng nhiễm vi-rút nói chung và SARS-CoV-2 của tế bào biểu mô đường hô hấp nói riêng kích thích quá trình lão hóa tế bào toàn vẹn. Lee và cộng sự cũng rút ra kết luận về việc sử dụng chất ức chế ARN polymerase của vi-rút là Remdesivir để ngăn cản quá trình nhân lên của vi-rút và loại bỏ p53 như là một phương pháp để ngăn cản quá trình tế bào tiến vào VIS.

Để chứng minh rõ hơn mối liên quan mật thiết giữa lão hóa tế bào với các bệnh nhân được chẩn đoán tử vong do COVID-19, các mẫu bệnh phẩm từ mũi và phổi đã được phân tích bằng các phương pháp như phân tích hóa mô miễn dịch (immunohistochemistry), giải trình tự ARN tế bào đơn và phân tích biểu hiện gen. Kết quả đã cho thấy sự thể hiện của các chỉ số sinh học liên quan đến SASP và đặc biệt là sự gia tăng mức độ phiên mã của p16^INK4a và một vài tác nhân SASP khác không chỉ trong các tế bào niêm mạc nhiễm SARS-CoV-2 mà còn trong các đại thực bào (macrophage), chứng tỏ có các tín hiệu pararine lão hóa truyền đi giữa các tế bào và thu hút đại thực bào, dẫn đến sự leo thang hội chứng kích thích đại thực bào (macrophage activation syndrome – MAS) ở tế bào niêm mạc đường hô hấp trên. Phân tích biểu hiện gen cũng chỉ ra sự gia tăng phiên mã của các cytokine gợi nhớ SASP, tô đậm thêm giả thuyết VIS gây nên những đặc tính điển hình ở bệnh nhân COVID-19. Ngoài ra, nghiên cứu phân tích mẫu huyết tương của các ca nhiễm vi-rút cho thấy sự hiện diện ưu thế của các mẫu peptide SASP. Sự gia tăng của các nhân tố gây đông máu cũng được ghi nhận bằng phương pháp khối phổ thông lượng cao (ultrahigh-throughput mass spectrometry), như là CD62⁺, gây nên khuynh hướng sinh huyết khối. Đáng chú ý rằng, những triệu chứng trên thường được chẩn đoán trong những ca bệnh COVID-19 nghiêm trọng. Có một mối liên quan mật thiết giữa các dấu ấn sinh học lão hóa và chứng huyết khối nhỏ (microthrombosis) trong phổi của bệnh nhân nhiễm SARS-CoV-2. Từ đó cho thấy rằng, những ảnh hưởng của SASP có liên quan đến các triệu chứng tiền viêm, sự tổn thương mô và quá trình tiền sinh huyết khối ở bệnh nhân nhiễm vi-rút.

Trong những thí nghiệm tiếp theo nhằm làm rõ hơn mối liên hệ giữa triệu chứng COVID-19 và VIS, Lee và cộng sự đã thành công chứng minh dịch chiết từ tế bào VIS (supernatant from VIS cells – SN_VIS) có thể kích thích đại thực bào của người chuyển sang trạng thái CD86⁺ hoặc CD13⁺M1, cũng như tín hiệu paracrine và sự gia tăng cytokine giống với trạng thái quan sát được ở tế bào phổi của bệnh nhân nhiễm vi-rút. SN_VIS cũng được chứng minh có khả năng tạo ra các đặc điểm huyết khối vi lượng (microangiopathic thrombosis) tương đồng với bệnh nhân nhiễm COVID-19 nặng, cũng như làm tăng các yếu tố hoạt hóa bổ thể trong các mẫu bệnh phẩm. Về bản chất, cơ chế sinh bệnh của COVID-19 dường như có liên quan chặt chẽ với sự leo thang miễn dịch do VIS và tác động tiền huyết khối.

Từ những phát hiện trên, tế bào VIS trở thành mục tiêu điều trị chính của COVID-19, nổi trội là phương pháp loại bỏ các tế bào này bằng nhóm thuốc senolytic bao gồm Bafilomycin, hệ chất ức chế BCL-2 ABT-263 (Navitoclax) và hợp chất D/Q bao gồm chất flavonoid ức chế kinase Fisetin & Quercetin và tyrosine ức chế kinase Dasatinib. Các thử nghiệm in vitro và in vivo đều mang đến hiệu quả khả quan khi so sánh với phương pháp loại bỏ p53 hoặc các phương pháp dùng thuốc khác. Đặc biệt, khi áp dụng D/Q lên các trường hợp chuột nhiễm SARS-CoV-2 liều cao, kết quả thu được đáng ngạc nhiên khi sau 6 ngày, những chỉ số tế bào lão hóa giảm đáng kể, 5/5 trường hợp sống mà hoàn toàn không có dấu hiệu bệnh, sụt cân nhẹ hoặc không sụt cân. Đáng chú ý hơn, những chỉ số tiền viêm liên quan đến SASP giảm đáng kể, được chứng minh gần như không có sự sai khác so với các tế bào không nhiễm vi-rút.

Trên thực tế, hợp chất kháng viêm Quercetin đã được nghiên cứu dùng theo đường uống (cùng với lecithin từ hoa hướng dương) trong thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên (NCT04578158 và NCT04861298) ở 154 bệnh nhân đã xác nhận nhiễm SARS-CoV-2 và 42 bệnh nhân có triệu chứng nhẹ liên quan đến COVID-19 [2, 3]. Những phân tích liên quan đến hai thử nghiệm lâm sàng trên đã cho thấy sự cải thiện các triệu chứng bệnh nhờ can thiệp bằng thuốc senolytic, nguy cơ phải nhập viện và điều trị oxy cho nhóm sử dụng Quercetin cũng giảm đáng kể so với quá trình điều trị thông thường, cả về thời gian nhập viện, chuyển viện đến phòng chăm sóc đặc biệt và số ca tử vong. Từ đó cho thấy, sự can thiệp sớm bằng thuốc senolytic đã góp phần giảm các triệu chứng COVID-19 liên quan đến bệnh phổi và quá trình viêm gây tổn hại lên các cơ quan.

Tóm lại, sự xâm nhập của vi-rút ở đường hô hấp trên đã kích thích quá trình lão hóa tế bào bao gồm chuỗi phản ứng miễn dịch leo thang bắt đầu với làn sóng lão hóa đầu tiên dẫn đến sự sản sinh một lượng lớn các cytokine tiền viêm, theo sau là sự khuếch đại quá trình lão hóa do các tác nhân SASP ở hệ thống hô hấp dưới mà hệ quả là hội chứng tăng sinh đại thực bào MAS. Giai đoạn lão hóa thứ ba diễn ra mật thiết với đặc điểm bệnh học và triệu chứng nặng của COVID-19 diễn ra ở tế bào niêm mạc phổi do các tác nhân SASP hỗ trợ đông máu và kích hoạt bổ thể gây nên. Nghiên cứu này cũng chứng minh phương pháp can thiệp sớm bằng thuốc senolytic nhằm loại bỏ các tế bào lão hóa hiệu quả trong giảm thiểu mức độ nguy hiểm của đại dịch COVID-19  và hứa hẹn là một liệu pháp lâm sàng để giảm nhẹ các di chứng do vi-rút SARS-CoV-2 gây ra.

Tham khảo và lược dịch từ:

1. Lee, S., et al., Virus-induced senescence is driver and therapeutic target in COVID-19. Nature, 2021.
2. Di Pierro, F., et al., Possible Therapeutic Effects of Adjuvant Quercetin Supplementation Against Early-Stage COVID-19 Infection: A Prospective, Randomized, Controlled, and Open-Label Study. Int J Gen Med, 2021. 14: p. 2359-2366.
3. Di Pierro, F., et al., Potential Clinical Benefits of Quercetin in the Early Stage of COVID-19: Results of a Second, Pilot, Randomized, Controlled and Open-Label Clinical Trial. Int J Gen Med, 2021. 14: p. 2807-2816.