Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một nguyên nhân gây lão hóa ở động vật có vú có thể đảo ngược: một loạt các sự kiện phân tử cho phép giao tiếp trong tế bào giữa nhân và ty thể.

Khi sự giao tiếp này bị hỏng, quá trình lão hóa sẽ tăng tốc. Bằng cách cung cấp một phân tử được sản xuất tự nhiên trong cơ thể con người, các nhà khoa học đã khôi phục được mạng lưới giao tiếp ở chuột già. Các mẫu mô được lấy sau đó cho thấy các dấu hiệu sinh học chính tương tự như của động vật trẻ hơn nhiều.

"Quá trình lão hóa mà chúng tôi phát hiện ra giống như một cặp vợ chồng – khi còn trẻ, họ giao tiếp tốt, nhưng theo thời gian, sau nhiều năm sống gần gũi, sự giao tiếp bị hỏng", Giáo sư di truyền học tại Trường Y Harvard, David Sinclair, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Và giống như một cặp vợ chồng, việc khôi phục giao tiếp đã giải quyết được vấn đề."

Nghiên cứu này là một dự án hợp tác giữa Trường Y Harvard, Viện Quốc gia về Lão hóa (NIA) và Đại học New South Wales, Sydney, Úc, nơi Sinclair cũng giữ một chức vụ.

Sự cố giao tiếp

Ty thể thường được gọi là "trạm năng lượng" của tế bào, sản xuất năng lượng hóa học để thực hiện các chức năng sinh học thiết yếu. Các bào quan này, có ý thức riêng, sống bên trong tế bào của chúng ta và chứa bộ gen nhỏ của riêng chúng, từ lâu đã được xác định là tác nhân sinh học chính trong quá trình lão hóa.

Nhưng khi chúng trở nên kém hiệu quả hơn theo thời gian, nhiều bệnh liên quan đến tuổi tác, chẳng hạn như bệnh Alzheimer và tiểu đường, dần dần phát triển.

Các nhà nghiên cứu thường hoài nghi về ý tưởng rằng lão hóa có thể đảo ngược, chủ yếu là do lý thuyết phổ biến cho rằng các bệnh liên quan đến tuổi tác là kết quả của các đột biến trong DNA ty thể – và các đột biến không thể đảo ngược.

Sinclair và nhóm của ông đã nghiên cứu khoa học cơ bản về lão hóa – được định nghĩa rộng rãi là sự suy giảm dần dần chức năng theo thời gian – trong nhiều năm, tập trung chủ yếu vào một nhóm gen gọi là sirtuins. Các nghiên cứu trước đây từ phòng thí nghiệm của ông đã chỉ ra rằng một trong những gen này, SIRT1, được kích hoạt bởi hợp chất resveratrol có trong nho, rượu vang đỏ và một số loại hạt.

Ana Gomes, một nhà khoa học sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Sinclair, đã nghiên cứu những con chuột bị loại bỏ gen SIRT1 này. Mặc dù dự đoán chính xác rằng những con chuột này sẽ có dấu hiệu lão hóa, bao gồm rối loạn chức năng ty thể, các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng hầu hết các protein ty thể đến từ nhân tế bào đều ở mức bình thường; chỉ những protein được mã hóa bởi bộ gen ty thể mới giảm.
"Điều này trái ngược với những gì tài liệu khoa học đề xuất", Gomes nói.

Đảo ngược lão hóa bằng cách khôi phục NAD

Khi Gomes và các đồng nghiệp điều tra các nguyên nhân có thể, họ đã phát hiện ra một chuỗi sự kiện phức tạp bắt đầu bằng một chất hóa học tên là NAD và kết thúc bằng một phân tử chính truyền thông tin và tạo ra các hoạt động giữa bộ gen nhân của tế bào và bộ gen ty thể. Các tế bào vẫn khỏe mạnh miễn là sự phối hợp giữa các bộ gen vẫn thông suốt. Vai trò của SIRT1 là một chất trung gian, giống như một nhân viên bảo vệ; nó đảm bảo rằng một phân tử gây rối tên là HIF-1 không can thiệp vào giao tiếp.

Vì những lý do vẫn chưa rõ ràng, khi chúng ta già đi, mức độ của chất hóa học ban đầu NAD giảm xuống. Nếu không có đủ NAD, SIRT1 mất khả năng theo dõi HIF-1. Mức HIF-1 tăng lên và bắt đầu gây tổn hại cho sự giao tiếp trơn tru giữa các bộ gen. Theo thời gian, nhóm nghiên cứu phát hiện ra, sự mất giao tiếp này làm giảm khả năng sản xuất năng lượng của tế bào, và các dấu hiệu lão hóa và bệnh tật trở nên rõ ràng.

"Thành phần này của quá trình lão hóa chưa từng được mô tả trước đây", Gomes nói.

Trong khi sự sụp đổ của quá trình này gây ra sự suy giảm nhanh chóng chức năng ty thể, các dấu hiệu lão hóa khác mất nhiều thời gian hơn để xảy ra. Gomes phát hiện ra rằng bằng cách cung cấp một hợp chất nội sinh mà các tế bào chuyển đổi thành NAD, cô có thể sửa chữa mạng lưới bị hỏng và nhanh chóng khôi phục giao tiếp và chức năng ty thể. Nếu hợp chất được cung cấp đủ sớm – trước khi các đột biến tích tụ quá nhiều – trong vòng vài ngày, một số khía cạnh của quá trình lão hóa có thể được đảo ngược.

Mối liên hệ giữa HIF-1 với lão hóa và ung thư

Khi kiểm tra cơ bắp từ những con chuột hai tuổi được cho dùng hợp chất sản xuất NAD chỉ trong một tuần, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các chỉ số về kháng insulin, viêm và teo cơ. Trong cả ba trường hợp, mô của chuột giống với mô của chuột sáu tháng tuổi. Tính theo năm của con người, điều này giống như một người 60 tuổi trở lại 20 tuổi trong các lĩnh vực cụ thể này.

Một khía cạnh đặc biệt quan trọng của phát hiện này liên quan đến HIF-1. Hơn cả một phân tử xâm nhập cản trở giao tiếp, HIF-1 thường được kích hoạt khi cơ thể bị thiếu oxy. Nếu không, nó vẫn ở trạng thái không hoạt động. Tuy nhiên, ung thư được biết là kích hoạt và chiếm đoạt HIF-1. Các nhà nghiên cứu vẫn đang kiểm tra vai trò chính xác của HIF-1 trong sự phát triển ung thư.

"Việc phát hiện ra rằng một phân tử được kích hoạt trong nhiều loại ung thư cũng được kích hoạt trong quá trình lão hóa là rất quan trọng", Gomes nói. "Chúng tôi bắt đầu thấy rằng sinh lý học của ung thư giống theo một số cách với sinh lý học của lão hóa. Có lẽ điều này có thể giải thích tại sao nguy cơ lớn nhất đối với ung thư là tuổi tác."

"Rõ ràng là còn nhiều việc phải làm ở đây, nhưng nếu những kết quả này có giá trị, thì một số khía cạnh của lão hóa có thể đảo ngược nếu được phát hiện sớm", Sinclair nói.

Các nhà nghiên cứu hiện đang kiểm tra kết quả dài hạn của hợp chất sản xuất NAD trên chuột và cách nó ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể chuột. Họ cũng đang kiểm tra xem liệu hợp chất này có thể được sử dụng để điều trị an toàn các bệnh ty thể hiếm gặp hoặc các bệnh phổ biến hơn như tiểu đường loại 1 và loại 2 hay không. Về lâu dài, Sinclair có kế hoạch kiểm tra xem liệu hợp chất này có mang lại cho chuột cuộc sống khỏe mạnh và lâu hơn hay không.

Tài trợ nghiên cứu

Phòng thí nghiệm của Sinclair được tài trợ bởi Viện Quốc gia về Lão hóa (NIA/NIH), Quỹ Nghiên cứu Y tế Glenn, Quỹ Nghiên cứu Lão hóa Hoa Kỳ, Quỹ Y tế Ellison, Quỹ Nghiên cứu SENS và Trung tâm Sinh học Nghiên cứu Lão hóa Paul F. Glenn.

Tác động tiềm năng đến sức khỏe con người

Nghiên cứu đột phá của Sinclair và các đồng nghiệp có thể dẫn đến sự phát triển của các loại thuốc mới có thể làm chậm hoặc thậm chí đảo ngược quá trình lão hóa. Những loại thuốc này có thể giúp ngăn ngừa hoặc điều trị các bệnh liên quan đến tuổi tác, chẳng hạn như bệnh tim, tiểu đường, Alzheimer và ung thư.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu và cần nghiên cứu thêm trước khi những khám phá này có thể được chuyển thành các phương pháp điều trị hiệu quả cho con người.

Tài liệu tham khảo:
https://sinclair.hms.harvard.edu/