Xanh methylen, tau và amyloid: vì sao các cơ chế loại bỏ protein khác nhau

Khi hỏi xanh methylen tác động thế nào đến các protein trong bệnh Alzheimer, bạn thường sẽ nghe một câu trả lời đầy tự tin, trong khi đáng lẽ phải có ba câu trả lời kèm điều kiện giới hạn. Trong ống nghiệm, chất này cản trở tau kết dính với chính nó. Trong một mô hình chuột, nó làm giảm amyloid hòa tan nhưng không làm thay đổi tau. Trong một mô hình khác, nó làm giảm hoạt động của enzyme tạo ra amyloid ngay từ đầu. Mỗi phát hiện đều có thật. Không phát hiện nào phản ánh toàn bộ câu chuyện, và chúng không cùng xảy ra ở một con vật vào cùng một thời điểm. Bài viết này tách biệt ba phát hiện để kết quả của thí nghiệm này không còn bị trích dẫn như bằng chứng cho thí nghiệm khác.

Độc giả muốn có cái nhìn tổng quát hơn về cách xanh methylen hoạt động bên trong tế bào nên bắt đầu từ bài viết đó. Độc giả muốn biết liệu những điều này có giúp ích cho bệnh nhân hay không nên đọc các kết quả lâm sàng trong bệnh Alzheimer, nơi trình bày kết quả thử nghiệm trên người. Bài viết này không nhắc lại các kết quả đó.

Phát hiện về tau thuộc về các phép thử kết tập

Câu chuyện lâu đời nhất trong ba câu chuyện bắt nguồn từ nghiên cứu không có tế bào về tau, protein tạo thành các đám rối sợi thần kinh. Trong phép thử liên kết tau-tau, các đoạn tau tập hợp thành những sợi xoắn kép, và các thuốc nhuộm phenothiazine, bao gồm xanh methylen, ngăn chặn quá trình này ở nồng độ micromolar thấp. Nghiên cứu sinh hóa sau đó đưa ra lời giải thích về mặt hóa học: thuốc nhuộm oxy hóa các gốc cysteine trên tau, giúp ổn định dạng đơn phân và ức chế những sợi nhỏ vốn sẽ tiếp tục phát triển. Nồng độ ức chế kết tập tau được báo cáo nằm khoảng từ vài micromolar đến vài chục micromolar ở mức thấp, một khoảng nồng độ có ý nghĩa đối với mọi nội dung tiếp theo.

Hãy chú ý đây là loại nhận định nào. Nó không nói gì về quá trình tạo tau, sự phosphoryl hóa tau trong não sống hay sự loại bỏ tau. Nó chỉ nói rằng, trong những điều kiện xác định trong ống nghiệm, thuốc nhuộm ở trạng thái oxy hóa ngăn tau xếp chồng lên nhau. Đó là một kết quả chính xác, có phạm vi hẹp và hữu ích. Vấn đề bắt đầu khi kết quả ấy bị mở rộng thành nhận định chung rằng xanh methylen loại bỏ các biến đổi bệnh lý của tau, bởi dữ liệu trên động vật không phù hợp với cách diễn giải đó.

Phát hiện về proteasome thuộc về chuột 3xTg-AD, và cho thấy amyloid khác với tau

Thí nghiệm thể hiện rõ nhất sự khác biệt giữa các chỉ tiêu là một nghiên cứu cho ăn kéo dài 16 tuần trên chuột mang ba đột biến liên quan đến Alzheimer. Các con vật ăn thức ăn có chứa xanh methylen từ khi được sáu tháng tuổi, và các nhà nghiên cứu đo đồng thời ba yếu tố: proteasome, mức amyloid và tau.

Proteasome có thay đổi. Hoạt tính kiểu chymotrypsin tăng khoảng một phần tư và hoạt tính kiểu trypsin tăng khoảng một nửa, trong khi hoạt tính xúc tác thứ ba không thay đổi đáng kể. Amyloid-beta 40 và 42 hòa tan đều giảm khoảng một phần tư. Các tác giả diễn giải kết quả này là sự gia tăng loại bỏ chứ không phải giảm tạo thành, vì protein tiền chất và các đoạn sản phẩm xử lý của nó không thay đổi; đồng thời, khả năng học tập và trí nhớ được cải thiện trong lượt thử thăm dò của bài kiểm tra mê cung nước.

Nhưng các chỉ tiêu khác lại không đi cùng hướng. Amyloid không hòa tan không thay đổi. Kết quả nhuộm các mảng lắng đọng không thay đổi. Tổng lượng tau người và phospho-tau tại threonine 181 không thay đổi, và sự định vị sai của tau cũng không thay đổi. Các chỉ số ty thể cũng không thay đổi: không có tác động đáng kể lên hoạt tính cytochrome-c oxidase, lượng protein oxidase hay ATP. Vì vậy, trong mô hình này, với chế độ sử dụng này, xanh methylen làm tăng hai trong ba hoạt tính proteasome, làm giảm amyloid hòa tan, khôi phục một chỉ số hành vi, nhưng không làm thay đổi các chỉ tiêu tau, amyloid không hòa tan hay các chỉ tiêu ty thể được khảo sát.

Một điểm cần thận trọng làm rõ kết luận hơn chứ không làm suy yếu nó. Những con chuột này chưa hình thành các khối kết tập tau ở độ tuổi được khảo sát, nên thí nghiệm không thể chứng minh xanh methylen không có tác dụng đối với các đám rối tau. Nó cho thấy amyloid hòa tan có thể giảm trong khi các chỉ tiêu tau được đo không thay đổi, đúng kiểu kết quả một protein thay đổi còn protein khác thì không mà chủ đề này cần làm rõ. Nếu bạn đến đây với niềm tin rằng việc xanh methylen kích hoạt proteasome sẽ đồng thời loại bỏ cả hai protein đặc trưng, nghiên cứu này sẽ giúp điều chỉnh nhận định đó.

Phát hiện về quá trình tạo amyloid thuộc về chuột PSAPP già, và trái với cơ chế trước đó

Một nhóm nghiên cứu khác, một mô hình khác và một lời giải thích ngược lại về khâu phía trước. Trong một nghiên cứu đưa chất qua sonde dạ dày kéo dài ba tháng trên chuột PSAPP 15 tháng tuổi, liều uống hằng ngày 3 mg/kg làm giảm mức độ lắng đọng mảng ở các vùng não khoảng một phần ba đến một nửa và làm giảm một số phân đoạn amyloid, bao gồm các oligomer được đo bằng phép thử chuyên biệt. Nhưng ở đây, cơ chế được đề xuất là giảm tạo thành, chứ không phải loại bỏ nhanh hơn: lượng protein BACE1 trong não giảm, sản phẩm C99 của nó giảm, còn RNA thông tin thì không, cho thấy tác động ở cấp độ protein thay vì giảm biểu hiện gen.

Nghiên cứu trên tế bào củng cố cách giải thích này. Trong một phép thử không có tế bào sử dụng enzyme tái tổ hợp, xanh methylen trực tiếp ức chế BACE1; còn trong tế bào buồng trứng chuột hamster biểu hiện protein tiền chất amyloid của người, lượng amyloid 40 và 42 được tiết ra giảm ở nồng độ thấp đến 1.56 micromolar, trong khi bản thân tiền chất không thay đổi. Hãy đối chiếu điều này với nghiên cứu trước, nơi các đoạn sản phẩm xử lý của tiền chất không thay đổi và kết quả được quy cho sự loại bỏ. Cả hai không thể cùng mô tả một cơ chế phổ quát duy nhất, vì mô hình, độ tuổi, liều, đường đưa vào và thời gian đều khác nhau. Đó chính là điểm mấu chốt. Tác động của xanh methylen lên amyloid diễn ra qua quá trình tạo thành trong một điều kiện thí nghiệm và qua quá trình loại bỏ trong điều kiện khác; trích dẫn bất kỳ kết quả nào mà không nêu điều kiện thí nghiệm đều dễ gây hiểu lầm.

Một cơ chế hóa học, nhiều đích tác động: cầu nối oxy hóa cysteine

Một hướng nghiên cứu thứ ba giải thích vì sao cùng một cơ chế hóa học oxy hóa-khử có thể xuất hiện trong những câu chuyện về protein không liên quan với nhau. Trong một nghiên cứu sinh hóa về sự ức chế caspase, xanh methylen bất hoạt caspase-6 bằng cách oxy hóa cysteine xúc tác của nó thành axit sulfenic, được xác nhận bằng khối phổ, với nồng độ gây tác động một nửa tối đa gần 10.6 micromolar. Caspase-3 bị ức chế ở nồng độ tương tự. Các tác giả đã liên hệ rõ ràng điều này với tài liệu nghiên cứu về tau: cùng cơ chế hóa học oxy hóa cysteine được đề xuất để giữ tau ở dạng đơn phân cũng có thể bất hoạt một protease cysteine, và các khoảng nồng độ có tác động chồng lấp nhau.

Đây là một cách giải thích tinh tế, nhưng cũng là lời cảnh báo. Một phân tử có hoạt tính oxy hóa-khử và oxy hóa các cysteine lộ ra sẽ có nhiều hơn một đích tác động ở bất kỳ nồng độ nào có hoạt tính. Câu chuyện phân rã kết tập tau, câu chuyện caspase và có thể cả những câu chuyện khác cùng có một hành động hóa học nhưng hướng đến những đối tượng khác nhau. Hành động chung đó không khiến các phát hiện có thể thay thế cho nhau. Nó có nghĩa là liều và bối cảnh quyết định đích nào quan trọng, và việc sử dụng kéo dài nhằm vào một quá trình phụ thuộc cysteine có thể tác động đến các quá trình khác, một vấn đề được các tác giả nghiên cứu caspase nêu trực tiếp. Những câu hỏi liên quan về cách cơ chế hóa học oxy hóa-khử của xanh methylen lựa chọn đích tác động, việc kích hoạt proteasome hàm ý gì đối với các protein kết tập khác, và liệu việc sử dụng dài hạn có làm thay đổi tập hợp đích tác động hay không đều cần được bàn luận riêng.

Cơ chế theo từng chỉ tiêu: phát hiện nào thuộc về mô hình nào

Đọc từng hàng của bảng, bài học trở nên rõ ràng. Không có hàng nào thay đổi ở tất cả các cột. Kết quả mạnh nhất về quá trình tạo amyloid đến từ nghiên cứu chưa từng khảo sát proteasome. Kết quả mạnh nhất về proteasome đến từ nghiên cứu mà quá trình xử lý tiền chất không hề thay đổi. Kết quả về tau chủ yếu nằm trong các thí nghiệm ống nghiệm và trong cơ chế hóa học cũng tác động lên những enzyme ngoài đích. Bất kỳ ai gộp các cột này thành một nhận định rằng xanh methylen loại bỏ các protein bệnh lý như một nhóm đều đang viết bài tổng quan về một thí nghiệm chưa từng được thực hiện.

Nguyên tắc thận trọng đó cũng áp dụng cho bệnh nhân. Liệu những cơ chế này có dẫn đến lợi ích lâm sàng hay không là một câu hỏi riêng, với các thử nghiệm và kết luận riêng; câu trả lời nằm trong bằng chứng lâm sàng về Alzheimer chứ không phải ở đây.