Nghiên cứu cho thấy hình thức chết tế bào bất thường gây tổn thương phổi nghiêm trọng ở COVID-19

Nhiễm SARS-CoV-2 có thể gây ra các bệnh phổi nghiêm trọng như viêm phổi và hội chứng suy hô hấp cấp tính, nhưng cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa hiểu rõ nguyên nhân gây tổn thương phổi trong COVID-19.

Trong một bài viết gần đây trên Nature Communications, các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia đã phát hiện rằng một dạng chết tế bào phụ thuộc sắt tương đối mới (ferroptosis) là cơ chế cơ bản gây ra các bệnh về phổi nghiêm trọng và có khả năng gây tử vong ở bệnh nhân COVID-19.

“Phát hiện này giúp chúng ta càng hiểu rõ hơn về cách COVID-19 ảnh hưởng đến cơ thể, từ đó cải thiện đáng kể khả năng đối phó với các trường hợp đe dọa tính mạng,” ông Brent Stockwell, chủ tịch khoa học sinh học tại Columbia và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí.

Ferroptosis là gì?

Tế bào người có các cơ chế mạnh mẽ để duy trì sự sống, nhưng khi các cơ chế đó bị suy yếu, các lipid peroxide (được tạo ra qua các hoạt động trao đổi chất bình thường) có thể tích tụ đến mức độc hại, làm tổn thương màng tế bào và tiêu diệt tế bào qua con đường chết tế bào bất thường gọi là ferroptosis.

Ferroptosis được ông Stockwell đưa ra lần đầu tiên vào năm 2012 và khác với apoptosis (dạng chết tế bào phổ biến nhất, xảy ra khi lão hóa và trong một số quá trình bệnh lý). Ferroptosis là một dạng chết tế bào bất thường liên quan đến những thay đổi trong quá trình chuyển hóa sắt, suy giảm glutathione, bất hoạt glutathione peroxidase 4 và gia tăng căng thẳng oxy hóa.

Kể từ khi đưa ra khái niệm này, phòng thí nghiệm của ông Stockwell đã chứng minh rằng ferroptosis có thể xảy ra trong môi trường lành mạnh như một quá trình bình thường của cơ thể. Ví dụ, sự chết tế bào có thể loại bỏ các tế bào bị nhiễm SARS-CoV-2, ức chế sự nhân lên và lây lan của virus hoặc chống lại các bệnh như ung thư, liên quan đến sự phát triển nhanh chóng của tế bào.

Mặt khác, ferroptosis có thể phá hoại, tấn công các tế bào khỏe mạnh ở những người bị thoái hóa thần kinh hoặc gây ra các biểu hiện nghiêm trọng của COVID-19 và thậm chí có thể kéo dài thời gian mắc bệnh.

Phát hiện của bài báo cho thấy việc ngăn chặn ferroptosis có thể mở đường cho các phương pháp điều trị nhằm cải thiện kết quả của COVID-19.

Nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu đã lấy các mẫu mô phổi từ khám nghiệm tử thi của những bệnh nhân tử vong vì suy hô hấp do COVID-19 nặng, bao gồm cả những người có và không có tổn thương phổi cấp tính (ALI). Các mẫu cũng được thu thập từ những bệnh nhân COVID-19 nhẹ và đã hồi phục.

Các mẫu đối chứng được lấy từ những bệnh nhân khỏe mạnh trước đại dịch và không có dấu hiệu nhiễm SARS-CoV-2 hoặc tổn thương phổi. Các mẫu từ khám nghiệm tử thi có ALI và không có tiền sử nhiễm SARS-CoV-2 cũng được phân tích. Ngoài ra, người ta còn thu thập hồ sơ ferritin huyết thanh, vì ferritin huyết thanh gia tăng ở những bệnh nhân COVID-19 nặng, tương quan với mức độ nặng của bệnh và là nguồn cung cấp chất sắt cho ferroptosis. Ferritin là protein được tìm thấy bên trong tế bào, có chức năng dự trữ sắt và tạo điều kiện cho cơ thể sử dụng khi cần thiết.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích các dấu hiệu chết tế bào trên các mẫu mô phổi nhiễm virus SARS-CoV-2 thu được từ khám nghiệm tử thi, và tìm thấy “các đặc điểm phân tử đặc trưng ở ferroptosis” trong các bệnh lý phổi nặng. Hơn nữa, các mẫu cho thấy các dấu hiệu của ferroptosis tăng cao, bao gồm rối loạn điều hòa sắt, peroxid hóa lipid, tăng lysophospholipid và suy giảm đuôi acyl béo ở acid béo không bão hòa đa (PL-PUFA).

PUFA, hay acid béo không bão hòa đa, tuy cần thiết cho cấu trúc màng tế bào và điều hòa miễn dịch, nhưng chất này rất không ổn định và gây viêm. Do nhạy cảm với oxy, PUFA có thể bị oxy hóa bởi các gốc tự do và phân hủy thành các dẫn xuất độc hại.

Trong phân tích thứ cấp, người ta tiêm virus SARS-CoV-2 (giống với chủng loại được tìm thấy trong các mẫu của bệnh nhân) vào chuột đồng Syria. Các nhà nghiên cứu đã phân tích các mẫu phổi và phát hiện rằng ferroptosis xảy ra ở giai đoạn đầu của bệnh phổi và đi kèm với sự tiến triển của bệnh.

Để xác nhận những phát hiện của họ có phải là do ferroptosis gây ra hay không, các nhà nghiên cứu đã đo các dấu hiệu chết tế bào liên quan đến các dạng chết tế bào khác. Họ không phát hiện thấy sự gia tăng các dấu hiệu của dạng chết tế bào khác trong bất kỳ mẫu phổi nào, cho thấy ferroptosis là cơ chế gây chết tế bào chính được phát hiện trong các mẫu phổi ở bệnh nhân tử vong do COVID-19.

Các tác giả viết, “Nhìn chung, những dữ liệu này cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa ferroptosis và bệnh lý phổi do COVID-19, đồng thời việc ức chế ferroptosis có thể đóng vai trò là liệu pháp bổ trợ để giảm tổn thương phổi.”