Ferroptosis là gì? Cơ chế của ferroptosis và ứng dụng trong y học

Ferroptosis là một hình thức chết tế bào theo chương trình đặc biệt. Đây là một khái niệm mới trong sinh học tế bào, đóng vai trò quan trọng trong điều trị nhiều bệnh lý nghiêm trọng. Việc nghiên cứu ferroptosis là gì và cơ chế ferroptosis mở ra cơ hội phát triển các phương pháp điều trị mới, đặc biệt trong lĩnh vực ung thư và bảo vệ sức khỏe thần kinh.

Ferroptosis là gì?

Khái niệm về ferroptosis được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2012 bởi nhóm nghiên cứu của Giáo sư Brent R. Stockwell tại Viện Broad thuộc MIT và Harvard. Ferroptosis là một dạng chết tế bào, được kích hoạt bởi sự tích lũy của các gốc tự do lipid, dẫn đến tổn thương màng tế bào và cuối cùng là chết tế bào.

Ferroptosis được đặc trưng bởi sự phụ thuộc vào sắt và quá trình peroxy hóa lipid. Đây là đặc điểm phân biệt nó với các dạng chết tế bào khác, chẳng hạn như apoptosis, pyroptosis và necrosis. Cụ thể là:

• Apoptosis (Chết tế bào theo chương trình) đặc trưng bởi tình trạng tế bào co rút, màng tế bào nguyên vẹn, hình thành các "thể chết" (apoptotic bodies) chứa các thành phần tế bào bị phân hủy.
• Necroptosis (Chết tế bào hoại tử có lập trình) đặc trưng bởi tình trạng tế bào sưng lên, màng tế bào bị phá vỡ, giải phóng các thành phần tế bào vào môi trường xung quanh.
• Pyroptosis (Chết tế bào viêm) đặc trưng bởi tình trạng tế bào sưng lên và vỡ ra, giải phóng các chất gây viêm.
• Ferroptosis (Chết tế bào do sắt) là một dạng chết tế bào được điều hòa, màng tế bào bị tổn thương do quá trình peroxy hóa lipid.

Cơ chế của ferroptosis

Cơ chế của ferroptosis bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp. Nhưng cái đích cuối cùng vẫn là dẫn đến sự tổn thương màng tế bào và chết tế bào.

Giai đoạn 1: Tích tụ sắt trong tế bào

Sắt là một khoáng chất thiết yếu cho nhiều quá trình sinh học. Nhưng nó cũng có thể gây độc hại cho tế bào nếu quá liều. Trong ferroptosis, sắt đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình oxy hóa lipid. Sắt có thể tích lũy trong tế bào thông qua nhiều con đường. Nó bao gồm cả việc hấp thụ từ môi trường bên ngoài và giải phóng từ các kho dự trữ sắt trong tế bào.

Giai đoạn 2: Ức chế hệ thống bảo vệ chống oxy hóa glutathione peroxidase 4 (GPX4)

GPX4 là một enzyme chống oxy hóa quan trọng giúp bảo vệ tế bào khỏi bị hư hại do các gốc tự do. Trong ferroptosis, hoạt động của GPX4 bị ức chế, dẫn đến sự tích tụ của các lipid peroxide.

Giai đoạn 3: Peroxy hóa lipid không kiểm soát

Lipid peroxide là các phân tử lipid bị oxy hóa. Chúng có thể gây tổn thương màng tế bào. Trong ferroptosis, quá trình peroxy hóa lipid diễn ra không kiểm soát, dẫn đến sự tích tụ của các lipid peroxide trong màng tế bào.

Giai đoạn 4: Sự hình thành các gốc tự do và tổn thương màng tế bào

Các lipid peroxide có thể bị phân hủy thành các gốc tự do. Chúng là những phân tử có khả năng gây hại cho tế bào. Các gốc tự do này có thể tấn công các thành phần khác của tế bào, bao gồm cả màng tế bào. Sự tổn thương màng tế bào do peroxy hóa lipid và các gốc tự do dẫn đến sự phá vỡ cấu trúc của màng tế bào.

Giai đoạn 5: Chết tế bào

Khi màng tế bào bị tổn thương nghiêm trọng, tế bào sẽ không thể duy trì được sự cân bằng nội môi và sẽ chết.

Ảnh hưởng của ferroptosis trong sinh lý

Ferroptosis là gì và cơ chế ferroptosis thế nào đến đây bạn đã biết. Vậy trong sinh  lý, nó có ý nghĩa gì? Ferroptosis có thể loại bỏ các tế bào không cần thiết hoặc bị tổn thương trong quá trình phát triển và biệt hóa tế bào. Ví dụ, trong quá trình phát triển não bộ, ferroptosis có thể giúp loại bỏ các tế bào thần kinh không cần thiết, giúp định hình cấu trúc và chức năng của não bộ.

Ferroptosis cũng có thể tham gia vào việc duy trì cân bằng nội môi của cơ thể. Ví dụ, nó có thể giúp điều hòa lượng sắt trong cơ thể bằng cách loại bỏ các tế bào chứa quá nhiều sắt. Ferroptosis làm chết các tế bào do mất cân bằng nội môi.

Ảnh hưởng của ferroptosis trong bệnh lý

Ferroptosis có liên quan đến nhiều bệnh lý khác nhau, bao gồm:

Ung thư

Ferroptosis có thể đóng vai trò trong sự phát triển và ức chế các tế bào ung thư. Một số nghiên cứu cho thấy rằng ferroptosis có thể giúp ức chế sự phát triển của khối u bằng cách tiêu diệt các tế bào ung thư. Tuy nhiên, trong một số trường hợp khác, ferroptosis lại có thể thúc đẩy sự phát triển của ung thư bằng cách tạo ra một môi trường thuận lợi cho các tế bào ung thư phát triển.

Bệnh thoái hóa thần kinh

Ferroptosis có liên quan đến các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer, Parkinson và Huntington. Sự tích tụ sắt và quá trình peroxy hóa lipid trong não có thể gây ra ferroptosis. Từ đó có thể gây tổn thương và chết tế bào thần kinh.

Bệnh tim mạch

Ferroptosis có thể góp phần vào sự phát triển của các bệnh tim mạch như xơ vữa động mạch và bệnh cơ tim. Quá trình oxy hóa lipid và viêm nhiễm trong các mạch máu có thể gây ra ferroptosis. Từ đó sẽ dẫn đến tổn thương các tế bào nội mô và hình thành mảng xơ vữa.

Bệnh thận

Ferroptosis có thể gây ra tổn thương cho các tế bào thận, dẫn đến bệnh thận do thiếu máu cục bộ và bệnh thận mãn tính.

Bệnh nhiễm trùng

Ferroptosis có thể đóng vai trò trong việc chống lại nhiễm trùng bằng cách tiêu diệt các vi khuẩn và virus. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ferroptosis lại có thể gây ra tổn thương cho các tế bào của cơ thể, làm tăng nguy cơ nhiễm trùng.

Tiềm năng ứng dụng của Ferroptosis trong y học và điều trị bệnh

Ferroptosis được giới nghiên cứu y sinh học chú ý nhờ tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Điển hình như:

• Ứng dụng Ferroptosis trong điều trị ung thư: Một số loại ung thư (Ung thư tuyến tụy, ung thư vú ba âm tính, u nguyên bào thần kinh đệm) phụ thuộc nhiều vào hệ thống chống oxy hóa nội bào. Việc kích hoạt Ferroptosis có thể tấn công điểm yếu này, khiến tế bào ung thư bị tiêu diệt.
• Ứng dụng trong bệnh thoái hóa thần kinh (Alzheimer, Parkinson, ALS): Một số hợp chất như Ferrostatin-1, Liproxstatin-1 đang được nghiên cứu để ngăn chặn Ferroptosis trong tế bào thần kinh. Việc ức chế Ferroptosis có thể giúp bảo vệ tế bào thần kinh, giảm tốc độ tiến triển bệnh.
• Ứng dụng trong điều trị tổn thương mô (tim mạch, gan, thận): Ngăn chặn Ferroptosis có thể giảm tổn thương cơ tim sau nhồi máu. Các chất ức chế Ferroptosis đang được thử nghiệm để điều trị suy thận.
• Ứng dụng trong liệu pháp chống lão hóa: Việc kiểm soát Ferroptosis có thể giúp kéo dài tuổi thọ của tế bào, từ đó hỗ trợ chống lão hóa.

Hy vọng với những thông tin trên, bạn đã giải đáp được thắc mắc ferroptosis là gì cũng như biết cơ chế và ứng dụng của nó. Việc hiểu rõ ferroptosis không chỉ giúp chúng ta giải mã các quá trình sinh học phức tạp mà còn mở ra nhiều triển vọng trong nghiên cứu y học, đặc biệt trong điều trị ung thư và các bệnh thoái hóa thần kinh.