Autophagy

Trước đây, thầy thuốc thường khuyến nghị ăn đủ ba bữa mỗi ngày nhằm duy trì sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật. Tuy nhiên, những phát hiện gần đây trong lĩnh vực sinh lý học cho thấy quan điểm này có thể không còn hoàn toàn phù hợp với mọi trường hợp.

Ngày nay, một số nghiên cứu gợi ý rằng việc giảm số bữa ăn hoặc kéo dài thời gian nhịn ăn có kiểm soát, tạo ra các khoảng “đói sinh lý”, có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe. Cách tiếp cận này được cho là góp phần làm chậm quá trình lão hóa và giảm nguy cơ mắc một số bệnh mạn tính như Alzheimer, Parkinson hay ung thư.

Cơ chế then chốt đứng sau hiện tượng này là autophagy – tạm dịch là “quá trình tự thực”, trong đó tế bào tự phân hủy đào thải độc tố và tái chế các thành phần bị hư hỏng trong tế bào, qua đó giúp duy trì chức năng và sự ổn định của cơ thể.

1. Nguồn gốc thuật ngữ này:

Thuật ngữ autophagy được nhà hóa sinh người Bỉ Christian de Duve đề xướng tại một hội thảo về lysosome năm 1963, để phân biệt hai quá trình khác nhau:

* Heterophagy hay “quá trình dị thực”: là quá trình tế bào ăn các dị chất “bên ngoài” nó, ví dụ như tế bào bạch cầu ăn vi khuẩn.
* Autophagy hay “quá trình tự thực”: là quá trình các tế bào tự ăn các bộ phận bên trong của chính nó.

Duve không phải là người “phát minh” ra thuật ngữ này, mà ông chỉ là người đặt thuật ngữ này với ý nghĩa khoa học hiện đại, vì từ “autophagie” thực chất đã xuất hiện trong văn học Pháp từ năm 1859. Một nhà sinh lý học người Pháp tên là M. Anselmier đã sử dụng nó để mô tả “sự tự thực tự phát” của động vật bị đói. Tuy nhiên, phải đến một thế kỷ sau đó, thuật ngữ này mới được Duve áp dụng cho “bộ máy tế bào” mà chúng ta nói đến ngày nay.

Người hùng hiện đại:

Không thể không nhắc đến nhà khoa học người Nhật Yoshinori Ohsumi khi nói về lịch sử của autophagy. Trong khi Duve đặt tên cho quá trình này, nhưng nó vẫn chưa được hiểu rõ trong nhiều thập kỷ.

Mãi đến những năm 1990, khi Ohsumi đã sử dụng men bánh mì để xác định các gene cụ thể kiểm soát “quá trình tự thực”. Công trình của ông đã chứng minh rằng đây không chỉ là một hiện tượng ngẫu nhiên mà là một chương trình di truyền được điều chỉnh chặt chẽ. Nhờ những nghiên cứu đột phá này, ông đã được trao giải Nobel Sinh Y học năm 2016, khơi mào làn sóng quan tâm đến việc nhịn ăn và kéo dài tuổi thọ.

2. Tại sao “quá trình tự thực” quan trọng?

“Quá trình tự thực” là một cơ chế sinh tồn và kiểm soát chất lượng cơ bản giúp giữ cho tế bào khỏe mạnh, thích nghi và hoạt động tốt.

Những lý do chính khiến “quá trình tự thực” quan trọng

A. Duy trì cân bằng nội môi tế bào:
“Quá trình tự thực” loại bỏ các protein và bào quan bị hư hỏng, ngăn ngừa sự tích tụ của chúng và bảo tồn chức năng bình thường của tế bào.

B. Cung cấp năng lượng và chất dinh dưỡng trong điều kiện căng thẳng:
Trong điều kiện đói, thiếu oxy, “quá trình tự thực” tái chế các thành phần tế bào thành axit amin, axit béo và đường để duy trì quá trình trao đổi chất và sự sống còn.

C. Bảo vệ chống lại tổn thương tế bào:
Bằng cách loại bỏ các ty thể bị lỗi và các khối protein kết tụ, “quá trình tự thực” làm giảm stress oxy hóa và ngăn ngừa các sản phẩm phụ độc gây hại cho tế bào.

D. Tăng cường khả năng phòng vệ miễn dịch:
Nó giúp loại bỏ các tác nhân gây bệnh nội bào (vi khuẩn và virus) và điều hòa miễn dịch.

E. Ngăn ngừa bệnh tật:
• Giảm nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer hoặc Parkinson bằng cách loại bỏ các protein bị gấp sai cấu trúc
• Ức chế sự phát triển sớm của ung thư bằng cách hạn chế tổn thương gene
• Giúp duy trì cân bằng chuyển hóa, giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và bệnh gan

F. Góp phần kéo dài tuổi thọ:
“Quá trình tự thực” thúc đẩy sự đổi mới tế bào và khả năng chống chịu stress, điều này liên quan đến quá trình lão hóa lành mạnh và tăng tuổi thọ.

3. Làm thế nào để kích hoạt “quá trình tự thực”

“Quá trình tự thực” được kích hoạt khi tế bào cảm nhận được sự căng thẳng hoặc thiếu hụt chất dinh dưỡng/năng lượng. Dưới đây là các cách chính liên quan đến sinh lý và lối sống kích hoạt “quá trình tự thực”, được giải thích ở cấp độ sinh học.

A. Thiếu hụt chất dinh dưỡng (nhịn ăn)

• Nồng độ glucose và axit amin thấp ức chế mTOR, là chất ức chế chính “quá trình tự thực”.

B. Hạn chế calo

• Giảm lượng calo nạp vào mãn tính (không gây suy dinh dưỡng). Tăng cường “quá trình tự thực” theo thời gian

C. Tập thể dục

• Đặc biệt là tập luyện sức bền và cường độ cao, làm cạn kiệt năng lượng tế bào (↑ tỷ lệ AMP/ATP)
• Kích hoạt AMPK, từ đó kích thích “quá trình tự thực”

D. Thiếu protein/axit amin

• Axit amin (đặc biệt là leucine) kích hoạt mạnh mTOR
• Giảm lượng protein nạp vào có thể cho phép “quá trình tự thực” diễn ra

E. Tình trạng insulin thấp

Insulin ức chế “quá trình tự thực”. Các điều kiện làm giảm tín hiệu insulin thúc đẩy quá trình này:

• Nhịn ăn
• Tập thể dục
• Cải thiện độ nhạy cảm với insulin

F. Căng thẳng tế bào

“Quá trình tự thực” được kích hoạt để đáp ứng với:

• Stress oxy hóa
• Thiếu oxy (nồng độ oxy thấp)
• Căng thẳng lưới nội chất
• Tổn thương ty thể

Điều này cho phép các tế bào loại bỏ các thành phần bị hư hỏng và tồn tại.

G. Một số hợp chất hoạt tính sinh học

Một số hợp chất được chứng minh là kích thích các con đường tự thực bào:

• Spermidine
• Resveratrol
• Polyphenol (ví dụ: catechin trong trà xanh)
• Caffeine (tác dụng nhẹ)

Lưu ý quan trọng

“Quá trình tự thực” có lợi khi được cân bằng. Kích hoạt quá mức hoặc kéo dài có thể gây hại, đặc biệt là trong:

• Mang thai
• Rối loạn ăn uống
• Một số bệnh mãn tính

Tóm lại

“Quá trình tự thực” được kích hoạt bởi tình trạng thiếu chất dinh dưỡng, thiếu insulin, căng thẳng năng lượng và hoạt động thể chất, cho phép các tế bào tái chế các thành phần và duy trì sức khỏe.