Chúng ta có thể ngăn trái tim lão hóa không? Nghiên cứu di truyền mốc này là một bước khởi đầu

Trái tim không có nghĩa là bị tan vỡ. Tuy nhiên, với tuổi tác, điều đó xảy ra. Ngay cả với một chế độ ăn uống lành mạnh và tập thể dục, khi tuổi của chúng ta dần dần tăng lên, thì nguy cơ bị tắc nghẽn động mạch, mạch máu giòn và cuối cùng là suy tim.

Tại sao?

Từ lâu, các nhà khoa học đã tìm cách gỡ rối bí ẩn về cách thức lão hóa liên quan đến việc tăng nguy cơ mắc bệnh tim, căn bệnh giết người hàng đầu của thời đại chúng ta. Đó là một vấn đề khó khăn: nhiều khía cạnh sinh học, bao gồm cả bản chất để nuôi dưỡng, có thể ảnh hưởng một cách tinh vi đến sức khỏe của tim. Để gỡ rối bí ẩn, một số thí nghiệm đã kéo dài hơn nửa thế kỷ và quy mô lên hàng trăm nghìn người.

Tin tốt? Chúng tôi đã có manh mối. Theo tuổi tác, các tế bào tim thay đổi đáng kể chức năng của chúng, cuối cùng phải vật lộn để co lại và giải phóng. Một nghiên cứu mới xuất bản năm Lão hóa bản chất đã tìm hiểu sâu về mã di truyền để làm sáng tỏ lý do tại sao điều này xảy ra.

Bắt đầu với hàng chục tình nguyện viên từ 0 đến 82 tuổi, nhóm nghiên cứu đã giải trình tự toàn bộ bộ gen của 56 tế bào cơ tim, hay còn gọi là tế bào cơ tim. Kết quả là bức tranh phong cảnh đầu tiên về những thay đổi gen trong trái tim già cỗi. Khi chúng ta già đi, trái tim bị ảnh hưởng bởi một cú đúp ở cấp độ DNA. Mã di truyền của tế bào bị phá vỡ về mặt vật lý, trong khi khả năng sửa chữa DNA bị xói mòn.

Đó là một bất ngờ lớn. Giống như tế bào não, tế bào cơ tim là trò chơi kết thúc sinh học, trong đó chúng không còn có thể phân chia thành thế hệ con cháu mới hơn và trẻ hơn. Những loại tế bào này thường có một loại “áo giáp” bảo vệ, trong đó chúng ít bị đột biến hơn.

Không phải như vậy đối với tế bào cơ tim. So với tế bào thần kinh, các tế bào nhanh chóng tích tụ tổn thương DNA theo tuổi tác và với tốc độ nhanh hơn gấp ba lần, mặc dù tế bào thần kinh là một loại tế bào phức tạp và đặc biệt tinh vi.

“Khi bạn già đi và có nhiều đột biến hơn, bạn đang tạo thêm những tác động có hại có thể đẩy trái tim vượt qua ngưỡng nguy cơ mắc bệnh,” nói tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Ming Hui Chen, một bác sĩ tim mạch tại Bệnh viện Nhi Boston. "Nó có thể đến một thời điểm mà quá nhiều DNA bị hư hỏng đến mức tim không thể đập tốt nữa."

Kết quả cho chúng ta một cái nhìn trực quan về trái tim lão hóa. Giống như một câu đố, chúng “cung cấp một mô hình để hiểu ảnh hưởng của lão hóa đối với rối loạn chức năng tim,” các tác giả viết.

Cho trái tim của bạn được nghỉ ngơi

Tế bào cơ tim là những sinh vật cứng rắn. Hãy tưởng tượng một chiếc máy bơm tự động và đáng tin cậy bơm ra lượng máu vừa phải, với áp suất hợp lý, để cung cấp chất dinh dưỡng cho toàn bộ cơ thể bạn. Nếu bạn đã làm bất kỳ loại công việc ống nước nào, thì đó là điều khó khăn. Tuy nhiên, các tế bào này hoạt động đồng bộ, hầu như không có trục trặc, trong suốt cuộc đời của bạn. Đó là một sự cân bằng mong manh: quá ít áp lực hoặc tốc độ sẽ làm mất máu não và các bộ phận khác của bạn. Quá nhiều, và nó giống như phun một vòi lớn chất lỏng trong vườn, ở áp suất cao, vào một loại thảo mộc nhỏ đang nảy mầm trong chậu khởi động.

Giống như một chiếc vòi cao su trong vườn, các tế bào cơ tim bị mòn dần theo tuổi tác. Hầu hết các trường hợp suy tim xảy ra ở những người trên 65 tuổi, ngay cả khi họ tương đối khỏe mạnh - nghĩa là không có cholesterol trong máu cao, huyết áp hoặc bất kỳ yếu tố nguy cơ phổ biến nào khác. Nhưng không phải tất cả.

Các tác giả viết: “Một số người có nguy cơ thấp hoặc trung bình dựa trên các yếu tố nguy cơ truyền thống vẫn bị bệnh tim, cho thấy rằng các yếu tố bổ sung, chưa xác định có thể rất quan trọng. Điều gì khác đang thúc đẩy bệnh tim ở người già?

Bỏ ghim DNA của trái tim tôi

Giải quyết câu hỏi, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang một công cụ di truyền mạnh mẽ: giải trình tự tế bào đơn, phiên mã chuỗi DNA của mọi tế bào được phân tích. Kỹ thuật này nắm bắt tính cá nhân - ví dụ, di truyền và các thay đổi khác - nếu không sẽ bị xáo trộn nếu phân tích và lấy trung bình hàng trăm tế bào đồng thời.

Sự đa dạng của bộ gen tế bào là trung tâm trong thiết kế nghiên cứu. Tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Sangita Choudhury, cho biết: “Đây là lần đầu tiên các đột biến soma được nhìn thấy trong tim người ở cấp độ tế bào đơn.

Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cách dấu hiệu DNA của tế bào tim thay đổi theo tuổi tác. Những loại đột biến này được gọi là "đột biến soma" vì chúng không thể truyền lại cho thế hệ tiếp theo.

Không phải tất cả các ô đều được xây dựng giống nhau. Một số, như tế bào gan, có thể xử lý một lượng thiệt hại tốt và tự bổ sung. Những người khác, như tế bào cơ tim, không thể phân chia được nữa và cần phải tự nhận bất kỳ tổn thương DNA nào. Theo tuổi tác, các tế bào này có thể tích lũy các đột biến di truyền. Chúng rất phức tạp: hầu hết không có tác dụng rõ ràng, nhưng một số, giống như một nhân vật phản diện trong phim kinh dị, có thể âm thầm kích hoạt các tế bào trở thành ung thư, hoặc thậm chí giết chết chúng. Những đột biến này trước đây có liên quan đến bệnh động mạch vành, một nguyên nhân chính gây ra các vấn đề về tim theo tuổi tác.

Cố gắng nắm bắt các dấu hiệu đột biến dẫn đến bệnh tim, nhóm nghiên cứu đã đi sâu vào các gen của trái tim hiến tặng từ những người từ trẻ sơ sinh đến người già. Phân lập các hạt nhân — cấu trúc tròn, giống như hạt mơ chứa DNA — họ đánh giá phương pháp của mình và sau đó so sánh trình tự di truyền từ ba nhóm tuổi khác nhau.

Họ tập trung vào một điểm khác biệt chính: đột biến đơn nucleotide (còn được gọi là đa hình nucleotide đơn, hoặc SNP). Những thay đổi này rất đơn giản: chúng là sự hoán đổi một chữ cái trong bộ gen chứ không phải là một đoạn toàn bộ được đảo ngược hoặc sao chép. SNP, khi được đánh giá tổng thể, chứa nhiều thông tin. Chúng là dạng đột biến soma phổ biến nhất.

Giống như ghim đánh dấu các chuyến đi trên bản đồ thế giới, với đủ đột biến SNP, có thể tạo ra một “bản đồ” hoặc chữ ký, liên kết đến các quá trình sinh học hoặc bệnh cụ thể. Ví dụ, có một bản đồ cho những thay đổi tế bào liên quan đến việc hút thuốc lá hoặc các vấn đề về sửa chữa DNA.

Các tác giả cho biết: “Hiểu được các dấu hiệu đột biến và cơ chế hình thành của chúng có thể giúp chúng ta khám phá ra cơ chế tổn thương DNA và sự tiến triển của bệnh trong tim lão hóa,” các tác giả cho biết.

Xâu chuỗi gần 60 mẫu, nhóm nghiên cứu sau đó làm việc trên một thuật toán để phân tích dữ liệu, so sánh nó với cơ sở dữ liệu về dấu hiệu ung thư nổi tiếng có tên COSMIC. Các chỉnh sửa DNA tăng lên theo độ tuổi, với các loại đột biến phù hợp với bốn loại chữ ký khác nhau. Chữ ký A, chẳng hạn đã hoán đổi các chữ cái DNA C và T. Mặc dù nghe có vẻ không giống lắm, nhưng hãy tưởng tượng thay thế tất cả các chữ C trong bài viết này bằng Ts, hoặc ngược lại - nó sẽ phá vỡ toàn bộ văn bản.

Nghiên cứu sâu hơn về cơ sở phân tử của các chữ ký, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một thủ phạm tiềm năng gây lão hóa và rối loạn chức năng tim: stress oxy hóa. Một sản phẩm phụ không may của quá trình trao đổi chất bình thường của tế bào, những phân tử này hoạt động như những quả bóng thần công nhỏ, tàn phá bên trong tế bào, DNA và màng của chúng. Trong khi các tế bào trẻ hơn bình thường có cách để chống lại các cuộc tấn công nguy hiểm, các tế bào già hơn dần dần mất khả năng này. Kết quả không đẹp. Ví dụ, tế bào tim có thể kết thúc với các chữ cái DNA bị hư hỏng đồng thời bị phá hủy cơ chế sửa chữa bộ gen của chúng.

Theo một cách nào đó, không có gì đáng ngạc nhiên, Chen nói. “Vì tim luôn hoạt động nên nó sử dụng rất nhiều năng lượng,” điều này tạo ra các chất hóa học có thể làm hỏng DNA. Điều gây ra một cú sốc là khả năng đặc biệt của trái tim để ngăn chặn sự tổn thương. Tế bào cơ tim có khả năng nhân đôi trên nhiễm sắc thể của chúng, tạo bộ đệm để chống lại các cuộc tấn công không ngừng vào DNA của chúng.

Hiện tại, nghiên cứu chỉ cho thấy các đột biến soma tăng lên theo tuổi tác, tương quan với các tế bào tim bị tổn thương. Thư DNA có hoán đổi hay không gây ra vết thương tim vẫn được xác định. Nhưng nghiên cứu này là lần đầu tiên phân tích bệnh tim ở cấp độ đơn bào trên quy mô lớn. Nó giống như đi từ ống nhòm nghiệp dư đến Kính viễn vọng Không gian James Webb — giờ đây chúng ta có thể phân tích từng tế bào đơn lẻ, giống như một ngôi sao trên bầu trời, bằng cách phân tích ADN của nó bên trong một trái tim già cỗi.

Choudhury nói: “Chúng tôi cũng muốn xem xét các loại tế bào khác nhau trong tim. "Chúng tôi mới chỉ chạm vào phần nổi của tảng băng trôi."

Ảnh: AnaitSmi / Shutterstock.com