Quá trình thoái hóa collagen ở người

Collagen là một loại protein chính được tìm thấy trong các mô liên kết và chất nền ngoại bào (ECM). Dựa trên cấu trúc xoắn ốc, có ít nhất 27 loại collagen đã được tìm thấy ở cơ thể người. Trong đó, loại I – IV là những loại quen thuộc và phổ biến nhất. Vì đã bao gồm khoảng 25% tổng lượng protein có trong cơ thể, con số này được xem là nhiều hơn các dạng protein khác. Thế nên chúng hỗ trợ và củng cố tất cả các loại mô, bao gồm răng, gân, xương, các cơ quan nội tạng và da. Chức năng của collagen là bảo vệ các mô khỏi việc bị căng và tổn thương, nó hoạt động như dạng một “chất keo” của nội bào.

Tổng hợp collagen

Một trong những loại của collagen là collagen sợi. Collagen sợi được tổng hợp thông qua một quá trình phức tạp. mRNA được mã hóa bởi một bộ 34 gen trong nhân của tế bào. Sau đó, chúng trải qua quá trình dịch mã trong tế bào chất. Điều này đã dẫn đến sự hình thành preopropetide.

Prepropeptide sau đó được biến đổi 3 lần để tạp thành alpha peptide. Bước này được dựa theo sự biến đổi hóa học, đặc biệt là quá trình glycosyl hóa với glucose và galactose của lysine propeptide. Nhóm ba propeptide này sau đó sẽ xoắn lại để tạo thành cấu trúc vòng xoắn ba, tạo ra procollagen.

Procollagen trải qua quá trình biến đổi sâu hơn trong bộ máy Golgi bằng cách bổ sung các oligosaccharides và được tiết vào trong không gian ngoại bào. Các đầu không chắc chắn của procollagen sẽ được loại bỏ, hình thành nên tropocollagen. Hội chứng Ehlers-Danlos – một loại bệnh di truyền, xảy ra là do sự khuyết thiếu procollagen  ở bước này.

Bước cuối cùng trong quá trình hình thành collagen sợi liên quan đến các liên kết cộng hóa trị giữa các phân tử tropocollagen. Enzym hỗ trợ ở bước này là lysyl oxidase. Enzym này tạo ra các nhóm aldehyd bằng cách tác động lên hydroxylysine và lysine.

Các yếu tố dẫn đến sự thoái hóa collagen

Các nhân tố dẫn đến sự thoái hóa của collagen bao gồm tuổi tác (nguyên nhân chính), bệnh tật, tiếp xúc với tia UV và hút thuốc lá. Một dạng thoái hoái collagen điển hình liên quan đến hút thuốc là sự mất dần collagen trong da, dẫn đến hậu quả là lão hóa sớm ở lớp biểu bì (nghĩa là xuất hiện các nếp nhăn). Các nhà nghiên cứu ở Phần Lan phát hiện ra rằng hút thuốc ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp collagen loại I và III.

Việc thiếu hụt vitamin C cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình sản sinh collagen, một tình trạng phổ biến được biết đến là bệnh scorbut. Vitamin C được quy định bởi enzym kết nối dư lượng lysine và proline trong bước tổng hợp collagen. Vitamin C được tiêu thụ hết trong quá trình này với vai trò là đồng yếu tố bằng cách hỗ trợ quá trình hydroxyl hóa lysine và proline. Cần phải lưu ý rằng một số vitamin và khoáng chất đóng vai trò là chất xúc tác sản sinh collagen, nhưng vitamin C là một trong những vitamin quan trọng nhất.

Các loại enzym chịu trách nhiệm chính cho sự thoái hóa collagen là collagenase. Loại này thuộc nhóm enzym ma trận metalloproteinases (MMP). Collagenase được giải phóng bởi một số tế bào trong cơ thể. Chúng bao gồm đại thực bào, nguyên bào sợi, bạch cầu trung tính và tế bào khối u. Trong các vết loét điểm tỳ, dòng bạch cầu trung tính sẽ giải phóng MMP-8, đây là một loại collagenase mạnh mẽ.

Một căn bệnh gây suy nhược phổ biến ở người liên quan đến sự thoái hóa collagen là viêm xương khớp. Căn bệnh này đã ảnh hưởng đến 27 triệu người dân Mỹ, và hầu hết những người ở độ tuổi trên 60 sẽ mắc phải bệnh này ở một mức độ nghiêm trọng nhất định. Chứng xương thủy tinh, một căn bệnh rối loạn collagen loại I trội trên nhiễm sắc thể thường, có thể có mức độ từ nhẹ đến gây tử vong. Một rối loạn khác dẫn đến suy thoái collagen là hội chứng Ehlers-Danlos. Đây là một loại rối loạn collagen di truyền với ít nhất 6 loại phụ khác nhau với nhiều dạng đột biến khác nhau, ở các loại collagen khác nhau.

Nghiên cứu về cơ chế gây thoái hóa collagen và cách cơ thể sản sinh collagen nhờ vậy mà được các nhà khoa học và các tổ chức trong lĩnh vực khoa học đời sống, cũng như các nghiên cứu về y học quan tâm hơn.

Các nghiên cứu về quá trình thoái hóa collagen

Cơ thể có thể điều chỉnh lượng collagen có trong mô liên kết. Điều này liên quan đến những thay đổi trong cách collagen bị thoái hóa (theo G.J.Lauren, 1987).

Trong một nghiên cứu năm 2004, Pastley cùng các đồng nghiệp phát hiện ra rằng sự thoái hóa collagen có thể xảy ra theo thời gian thông qua các MMP có nguồn gốc từ vật chủ, mà không cần mắc phải bất kỳ bệnh nào. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh điều này với răng người khử khoáng một phần, được lưu trữ trong nước bọt nhân tạo có hoặc không có bổ sung chất ức chế protease hoặc dầu khoáng. Họ quan sát thấy rằng, sau 250 ngày DCM (ma trận khử khoáng collagen) gần như bị suy giảm hoàn toàn trong nước bọt nhân tạo. Nhưng khi ủ với dầu khoáng hoặc chất ức chế protease thì không. Vì vậy, cơ thể vật chủ có thể tự phân hủy collagen.

Trong một nghiên cứu năm 1975 của Berman, người ta phát hiện ra rằng collagenase của mô bị ức chế bởi antiprotease alpha2-macroglobulin trong huyết thanh người, chất liên kết kim loại EDTA và thiol. EDTA và Ca-EDTA được phát hiện là có hiệu quả gấp 100 lần so với L-Cysteine và các dẫn xuất của nó tính theo phân tử. Dường như có một số hiệu quả trong điều trị loét giác mạc ở người. Mặc dù EDTA gây kích ứng (và vì vậy nó không nên được dùng làm thuốc nhỏ mắt), nhưng Ca-EDTA là một lựa chọn thay thế an toàn. Người ta phát hiện ra rằng các hợp chất cysteine và acetylcystein này hứa hẹn sẽ có thể điều trị loét giác mạc.

Từ những nghiên cứu nói trên, có thể phỏng đoán rằng quá trình thoái hóa collagen trong cơ thể người là vô cùng phức tạp. Việc này có thể diễn ra bởi nhiều yếu tố khác nhau bao gồm tuổi tác, bệnh tật, thiếu vitamin, rối loạn di truyền và lối sống hàng ngày. Vì sự thoái hóa collagen có thể dẫn đến nhiều các tình trạng suy nhược. Vậy nên điều quan trọng là nghiên cứu về các quá trình và cách mà nó ức chế collagen phải được tài trợ để tiếp tục.

Nguồn tham khảo: https://www.news-medical.net/life-sciences/Collagen-Degradation-Pathways-in-Humans.aspx