Đánh giá vai trò của các đa hình gen mã hóa enzym chuyển hóa xenobiotic đến nguy cơ gây vô sinh nam

Trong khi CYP1A1 có chức năng hoạt hóa thì GSTP1 vàNAT2 là những enzym của giai đoạn II có chức năng chuyển hóa các chấtđộc, đã được CYP1A1 hoạt hóa, thành dạng không độc để đào thải ra

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vô sinh là tình trạng bệnh lý gặp ở 12%-15% cặp vợ chồng trong độ tuổisinh sản, tương đương 50-80 triệu người trên thế giới [1] Theo Tổ chức Y tếthế giới (WHO, 1985), có khoảng 20% là vô sinh không rõ nguyên nhân(KRNN), 80% có nguyên nhân, trong đó vô sinh do nữ chiếm 40%, do namchiếm 40% và do cả vợ và chồng là 20%

Vô sinh nam là vô sinh mà nguyên nhân do người chồng Có rất nhiềunguyên nhân gây ra vô sinh nam, do đó việc chẩn đoán nguyên nhân là vô cùngquan trọng, nó ảnh hưởng đến hướng điều trị và kết quả điều trị Xét nghiệmtinh dịch đồ là xét nghiệm quan trọng để xác định tình trạng vô sinh nam Xenobiotic là các chất không có nguồn gốc từ sinh vật, trong đó có nhiềuchất có hại với sức khỏe con người, có thể là nguyên nhân gây vô sinh

Cytochrome P4501A1 (CYP1A1) là gen mã hóa cho enzym thuộcCytochrom P450 tham gia vào quá trình chuyển hóa, đào thải các xenobiotic,trong đó có các chất gây vô sinh ở nam giới Trong giai đoạn I của quá trìnhchuyển hóa, CYP1A1 tham gia hoạt hóa các chất độc xâm nhập vào cơ thể

Do đó khi CYP1A1 tăng hoạt tính có thể làm tăng nguy cơ vô sinh hoặc ungthư Hiện nay, người ta đã phát hiện ra có mối liên quan giữa tính đa hình tháicủa gen CYP1A1 với vô sinh nam [2], trong đó hay gặp nhất là đa hìnhCYP1A1*2A, CYP1A1*2B

Glutathione S transferase P1 (GSTP1) và N-acetyl-transferase 2 (NAT2)cũng là các gen mã hóa cho enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa, đàothải các chất độc Trong khi CYP1A1 có chức năng hoạt hóa thì GSTP1 vàNAT2 là những enzym của giai đoạn II có chức năng chuyển hóa các chấtđộc, đã được CYP1A1 hoạt hóa, thành dạng không độc để đào thải ra ngoài.Khi bị đột biến ở các gen này sẽ dẫn đến làm rối loạn chức năng của enzymgiải độc dẫn đến ung thư hoặc vô sinh ở nam giới [2],[3]

Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào đánh giá sự tác động của ba gen này ởbệnh nhân vô sinh nam, vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu này nhằm cácmục tiêu:

1 Đánh giá mối tương quan của một số yếu tố môi trường gây vô sinh nam với các chỉ số tinh dịch đồ

2 Phân tích mối tương quan giữa các đa hình thường gặp của các gen CYP1A, NAT2, GSTP1 với nguy cơ vô sinh nam

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tình hình vô sinh và vô sinh nam

1.1.1 Khái niệm vô sinh nam

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), vô sinh (infertility) là tình trạngmột cặp vợ chồng trong độ tuổi sinh đẻ, có quan hệ tình dục thường xuyêntrên một năm, không sử dụng bất kỳ biện pháp tránh thai nào, mà không thể

có con

Vô sinh nam (male infertility) là trường hợp nguyên nhân do người nam(chồng hoặc đối tác) Xét nghiệm tinh dịch đồ (TDĐ) là một xét nghiệm cơbản đầu tay trong chẩn đoán vô sinh nam Từ năm 1978, WHO đã có tài liệuhướng dẫn đánh giá TDĐ Năm 1999, tài liệu này xuất bản phiên bản lần thứ

IV Mới đây, năm 2010, phiên bản V ra đời đưa ra những chỉnh sửa về tiêuchuẩn đánh giá các chỉ số trong TDĐ [4]

Bảng 1.1 TDĐ theo tiêu chuẩn WHO 2010 [4 ]

Chú thích: PR Tiến tới (Progessive).

1.1.2 Tình hình vô sinh và vô sinh nam trên thế giới

Theo WHO (1985), có khoảng 80% các trường hợp vô sinh xác địnhđược nguyên nhân và 20% không rõ nguyên nhân Năm 1991, WHO ước tínhtrên thế giới có khoảng 12 - 15% cặp vợ chồng vô sinh [5]

Ở Hoa Kỳ, có khoảng 6,1 triệu người Mỹ bị vô sinh, một phần ba trong

số này có nguyên nhân do nữ giới, một phần ba có nguyên nhân từ nam giới

và còn lại có nguyên nhân từ cả hai phía hoặc không rõ nguyên nhân [6]

Tỷ lệ vô sinh nam tại Pháp là 13,5%; trong đó nguyên nhân do namkhoảng 20% [7] Theo Irvine D S (2002), tỷ lệ vô sinh trên thế giới là 14 -17% các cặp vợ chồng, trong đó nguyên nhân do nam giới khó xác định [8].Theo Krauz và cộng sự nguyên nhân gây vô sinh nam là 50%, trong số này lại

có 40 - 50% trường hợp bất thường về cả số lượng và chất lượng tinh trùng [9]

Ở các nước châu Á, theo Aribarg A vô sinh tại Thái Lan chiếm 12% cáccặp vợ chồng vô sinh trong lứa tuổi sinh đẻ [10]

Như vậy, tỷ lệ vô sinh trên thế giới thay đổi từ 10 - 20%, tỷ lệ này có xuhướng ngày càng tăng, trong đó nguyên nhân vô sinh do nam và nữ có tỷ lệtương đương và tỷ lệ vô sinh không rõ nguyên nhân còn nhiều

1.1.3 Tình hình vô sinh và vô sinh nam tại Việt Nam

Ở Việt Nam, tỷ lệ vô sinh có xu hướng tăng, theo điều tra dân số năm 1980,

tỷ lệ này là 7% - 10%, năm 1982, tỷ lệ vô sinh đã lên đến 13%, trong đó vô sinh

nữ 54%, vô sinh nam 36%, vô sinh không rõ nguyên nhân chiếm 10% [11]

Theo Ngô Gia Hy (2000), trong số các cặp vợ chồng bị vô sinh thìnguyên nhân do người chồng là 40%, do người vợ là 50% và do cả hai vợchồng là 10% [12] Theo Trần Thị Phương Mai (2001), vô sinh do nữ khoảng30% - 40%, vô sinh nam 30%, khoảng 20% có nguyên nhân ở cả vợ và chồng

và khoảng 20% các cặp vợ chồng không tìm thấy nguyên nhân [13] Nghiêncứu của Trần Đức Phấn (2010) cho thấy có 44% có tinh dịch đồ bất thườngtrong các cặp vợ chồng vô sinh [14] Theo Trần Quán Anh (2009) tỷ lệ vô

sinh chiếm 15%, trong đó vô sinh nam chiếm tỷ lệ trên 50% và tỷ lệ này đang

có chiều hướng gia tăng [15]

1.2 Các yếu tố dẫn đến vô sinh nam

1.2.1 Độ tuổi sinh sản

Các nghiên cứu đã chứng minh tuổi có liên quan chặt chẽ đến khả năng

có con ở cả nam và nữ Nam giới trên 45 tuổi có mức độ đứt gãy ADN tinhtrùng cao hơn nhiều so với nam giới trẻ tuổi [16] Theo Sharon A K TDĐcủa nam giới trên 50 tuổi có đến 22% giảm thể tích và 37% có tinh trùng giảmkhả năng vận động [17]

1.2.2 Các yếu tố nội tiết

Vùng dưới đồi

GnRH có bản chất là một peptid, tham gia quá trình sản xuất tinh trùng

do tác dụng kích thích thùy trước tuyến yên tổng hợp và bài tiết hai hormone

LH và FSH

Thùy trước tuyến yên

GH là một protein có chức năng kiểm soát quá trình phân chia các tinhnguyên bào Ở những bệnh nhân lùn tuyến yên, sự sinh sản tinh trùng giảm

hoặc không có LH (Luteinizing hormone) là một glycoprotein có chức năng kích thích các tế bào Leydig bài tiết testosterone FSH (Follice stimulating hormone) là một glycoprotein có chức năng kích thích sự phát triển của ống

sinh tinh, kích thích tế bào Sertoli phát triển và bài tiết các chất dinh dưỡnggiúp cho sự phát triển tinh trùng FSH còn kích thích tế bào Sertoli bài tiếtmột protein gắn với androgen, giúp vận chuyển các androgen này vào ốngsinh tinh phục vụ quá trình trưởng thành của tinh trùng

Tinh hoàn

Testosterone là một steroid do tế bào Leydig và một phần nhỏ tủy thượng

thận tiết ra Testosterone kích thích sự hình thành tinh nguyên bào, sự phânbào giảm nhiễm lần 2 từ tinh nguyên bào II thành tiền tinh trùng, sự tổng hợpprotein và bài tiết dịch từ tế bào Sertoli

Inhibin do tế bào Sertoli tiết ra là một glycoprotein Nó điều hòa quá

trình sinh tinh trùng thông qua điều khiển ngược âm tính với sự bài tiết FSHcủa tuyến yên

1.2.3 Các yếu tố di truyền

1.2.3.1 Các yếu tố di truyền ở mức độ tế bào

Các bất thường về số lượng hay cấu trúc nhiễm sắc thể (NST) có thể gặp

ở cả NST giới tính và NST thường Các bất thường này làm giảm quá trìnhsinh tinh dẫn đến hậu quả suy giảm chức năng sinh sản của nam giới

Tại Việt Nam, theo Trần Cúc Ánh (2012) nghiên cứu trên 187 cặp vợchồng vô sinh nguyên phát thì có 15% người chồng mang bất thường NST,trong số này, có đến 89,3% là bất thường NST giới tính [18]

1.2.3.2 Các yếu tố di truyền ở mức độ phân tử

Hiện nay việc ứng dụng các kỹ thuật sinh học phân tử để chẩn đoánnguyên nhân vô sinh nam rất phổ biến trên thế giới Trong đó tập trung vàocác xét nghiệm như xác định mất đoạn AZF trên NST Y, phân mảnh ADN tinhtrùng, xác định đột biến các gen như CFTR, AR hay các gen mã hóa enzymchuyển hóa xenobiotic

Mất đoạn AZF trên NST Y

Một trong những nguyên nhân vô sinh ở nam giới là do mất đoạn nhỏnhánh dài của NST Y (Yq) Mất đoạn nhỏ chủ yếu xảy ra ở vùng AZF nơi cóchứa nhiều gen liên quan tới quá trình sinh tinh, đây là nguyên nhân bất

thường di truyền thứ hai sau hội chứng Klinefelter gây vô sinh ở nam giới[19] Vùng AZF gồm 4 khu vực: AZFa, AZFb, AZFc, AZFd.

Theo Nguyễn Thị Việt Hà (2012), có 8% trường hợp vô sinh nam có mấtđoạn AZF trên NST Y Trong đó mất AZFc chiếm tỷ lệ cao nhất (57,89%),tiếp đến là mất đoạn AZFa (31,58%), mất đoạn AZFb và mất đoạn AZFa/b/cchiếm tỷ lệ 5,26% [20]

Đột biến gen AR (Androgen receptor)

Androgen là hormone steroid quan trọng trong sự biểu hiện kiểu hìnhnam Để thực hiện chức năng này, androgen thông qua một thụ thể làandrogen receptor (AR) Thụ thể AR được mã hóa bởi một gen nằm trênnhánh dài của NST X Đột biến của gen AR dẫn đến các bất thường chứcnăng của AR và hậu quả là có cơ quan sinh dục không rõ ràng hoặc bị nữ hóahoặc vẫn có cơ quan sinh dục nam nhưng khả năng sinh sản giảm [21] Trong

đó, đột biến lặp bộ ba CAG ≥ 26 lần gặp ở 25% số trường hợp vô sinh namkhông có tinh trùng [22]

Đột biến gen gây bệnh xơ nang CFTR (Cyctic fibrosis transmembrance conductance regulator)

Xơ nang (CF - cyctic fibrosis) là bệnh di truyền gen lặn trên NST thường(nhánh dài NST số 7), nó cũng là nguyên nhân gây vô sinh ở nam CF gây ra

do đột biến trên gen CFTR dẫn đến rối loạn sản xuất protein CFTR chức nănggây teo một hoặc cả hai tinh hoàn, mất chức năng của ống dẫn tinh và không

có tinh trùng [23] Có đến 80 - 90% các trường hợp vô sinh không có tinhtrùng có liên quan đến đột biến gen CF [24] Tuy nhiên khoảng 97% bệnhnhân có đột biến gen CF bị vô sinh nhưng vẫn có tinh trùng và có thể có connhờ các hỗ trợ sinh sản [25]

Sự đứt gãy ADN tinh trùng

Sự đứt gãy ADN tinh trùng là hiện tượng tổn thương ADN tinh trùng, cóthể xảy ra ở bất cứ giai đoạn nào trong quá trình sinh tinh Chỉ số đánh giámức độ đứt gãy ADN tinh trùng là DFI (ADN fragmentation index)

Theo Sheena E và cộng sự (2013), có 80% số cặp vợ chồng vô sinhkhông rõ nguyên nhân là do chất lượng tinh trùng yếu hay đứt gãy ADN tinhtrùng [26] Utsuno H (2013) thấy đứt gãy ADN có liên quan đến bất thườnghình thái tinh trùng [27] DFI cao là một trong những nguyên nhân dẫn đếnchất lượng phôi kém, hỏng thai tự nhiên và ảnh hưởng đến tỷ lệ thành côngcủa hỗ trợ sinh sản [28]

1.2.4 Bệnh lý

Các bệnh lý ảnh hưởng đến chất lượng và cả số lượng tinh trùng thườnggặp là giãn tĩnh mạch thừng tinh, biến chứng của bệnh quai bị và xuất tinhngược dòng Hậu quả của các bệnh lý này là ứ trệ tuần hoàn gây tăng nhiệt độtinh hoàn, viêm teo tinh hoàn hay xuất tinh ngược vào bàng quang và tinhtrùng thoát ra ngoài cùng nước tiểu

1.2.5 Các yếu tố sinh hóa

Fructose

Fructose do túi tinh tiết ra dưới tác dụng của nội tiết tố androgen.Fructose là nguồn năng lượng chính của tinh trùng, đảm bảo sự sản sinh, pháttriển, khả năng sống và di động của tinh trùng Nồng độ fructose trong tinhdịch đánh giá chức năng hoạt động của túi tinh Fructose giảm có liên quanvới bất thường về cấu trúc, số lượng tinh trùng, chức năng túi tinh và ống dẫntinh [29] Ngoài ra, viêm tuyến tiền liệt cũng là một nguyên nhân làm giảmnồng độ fructose trong tinh dịch

Kẽm

Kẽm bình thường trong tinh dịch có nồng độ từ 3,0 - 15,0 g/l, nó có vai tròtrong phát triển của tinh hoàn, tiền liệt tuyến và khả năng di động của tinh trùng[30] Kẽm có liên quan đến sự giãn xoắn của chất nhiễm sắc trong nhân [31] và

ổn định cấu trúc bậc bốn của NST tinh trùng [32], nó tham gia vào quá trình tổnghợp testosterone tại tế bào Leydig [33] Thiếu kẽm gây giảm khả năng sinh sản ởnam [34]

α - glucosidase

α-glucosidase là một enzym trong tinh dịch, nó giảm có ý nghĩa thống kê

ở những nam giới vô sinh [35] α-glucosidase còn liên quan đến độ di động,mật độ tinh trùng và nồng độ androgen trong huyết thanh [36]

Phosphatase

Trong tinh dịch, phosphatase có 2 dạng: phosphatase acid vàphosphatase kiềm Tăng hoạt tính của phosphatase acid liên quan chặt chẽ đếngiảm mật độ tinh trùng [35],[37] Những nghiên cứu mới đây trên động vậtchứng minh phosphatase kiềm giảm rõ rệt khi tắc ống dẫn tinh [38]

xúc như các chất ô nhiễm không khí, thuốc trừ sâu, dược phẩm, mỹ phẩm,phụ gia thực phẩm…

Cần hết sức lưu ý là các nhóm xenobiotic khác nhau có tác động độc hạiđến hệ thống sinh sản nam Cơ chế tác động chính của yếu tố môi trường làchúng gây độc hại trực tiếp đến các mô và các cơ quan và gián tiếp thông qua

sự điều hòa nội tiết của quá trình sinh tinh [40]

Tác động độc hại trực tiếp - là các tổn thương trực tiếp tạo ra bởi các độc

tố đến tế bào Leydig, tế bào Sertoli, tinh trùng và các tinh tử [41] Ngoài ra,các độc tố có thể phá hủy các thành phần khác nhau giữa các tế bào dẫn đến

sự phá vỡ mối liên kết giữa các tế bào và các mô [42] Trong số các chất độchại có ảnh hưởng trực tiếp đến các tuyến sinh dục cần phải nhắc đến các kimloại nặng (ví dụ chì), khói thuốc lá, ethylen dibromid, polychlorinatbiphenyls Ví dụ, chì có tác dụng gây độc trực tiếp đến biểu mô tinh, ức chế

sự sinh sản và di chuyển của tinh trùng [43] Barunstein và cộng sự khi sinhthiết tinh hoàn ở một số bệnh nhân bị nhiễm độc chì phát hiện xơ niệu quản,tạo các không bào và gây thiểu tinh [44] Tại Mỹ, một nghiên cứu đã tiếnhành trên 140 cặp vợ chồng muốn sinh con bằng phương pháp thụ tinh trongống nghiệm cho thấy hàm lượng chì trong tinh dịch càng cao thì cơ hội mangthai của người vợ càng thấp

Theo một số tác giả, chì có thể thâm nhập cơ thể từ các nguồn như: ống dẫnbằng chì, các loại sơn, men sứ, đồ dùng bằng thiếc, một số vật dụng bằng kimloại… Do mô tinh hoàn có nhiều lipid nên nó tích lũy các chất tan trong lipid(trong đó có chì) nên hàm lượng chì có thể cao ở tinh hoàn nhưng vẫn bìnhthường trong máu

Một số tác giả cho rằng, đo hàm lượng chì trong tinh dịch có thể trởthành xét nghiệm hữu ích xác định nguyên nhân vô sinh nam Với một sốtrường hợp có quá nhiều chì ở tinh dịch, việc dùng kẽm bổ sung sẽ mang lại

hiệu quả vì chì và kẽm là địch thủ của nhau Thử nghiệm cho thấy, khi chotinh trùng của nam giới đã có con tiếp xúc với chì thì tinh trùng mất đi 2/3chức năng bình thường

Chromium và các hợp chất của nó có tác động làm rối loạn quá trìnhtrưởng thành và làm giảm số lượng, độ di động của tinh trùng [45] Ethylenedibromide được sử dụng trong sản xuất xăng, có tác động trực tiếp đến bộmáy tinh hoàn và sau tinh hoàn, làm giảm mật độ tinh trùng [46], giảm khảnăng vận động của tinh trùng và thể tích tinh dịch [47] Trong công nghiệppolychlorinated biphenyls rất phổ biến, chúng có tác động trực tiếp làm tổnthương màng tế bào và các enzym thuộc bộ máy tinh hoàn, dẫn đến làm giảmkích thước tinh hoàn và rối loạn quá trình sinh tinh [48]

Một trong những yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến tuyến sinh dục làkhói thuốc lá Nó làm giảm sự sinh tinh, độ di động và hình thái của tinhtrùng [49] Một số nghiên cứu cho thấy khói thuốc lá gây đột biến và gây ungthư, làm cho các tế bào của tinh hoàn phân chia nhanh [50] Theo Arabi vàcộng sự [51], nicotine là một prooxidant có khả năng oxy hóa mạnh đến màngsinh học của tinh trùng, làm rối loạn sự trao đổi chất của glutathione và thayđổi hình thái và khả năng di động của tinh trùng

Các nghiên cứu ở động vật đã chỉ ra nicotine, khói thuốc lá và các hợpchất hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs) của nó có thể gây teo tinh hoàn, giảm

số lượng tinh trùng có hình thái bình thường, giảm quá trình sinh tinh gâyoligospermia và teratospermia Thuốc lá gây phân mảnh ADN của tinh trùng

và tế bào phôi thông qua sự cảm ứng của stress oxy hóa Hút thuốc lá gâygiảm hoạt động của các enzym chống oxy hóa GPX1, GPX4 và GSR, gây ảnhhưởng đến hoạt động của các hệ thống chống oxy hóa trong tế bào, là cơ sởxuất hiện stress oxy hóa [52] PAHs ở khói thuốc lá có khả năng kích hoạt thụthể aryl hydrocarbon (AHR) làm tăng quá trình chết tế bào theo chương trình

của tế bào mầm tinh hoàn và tế bào tinh trùng là nguyên nhân làm giảm tinhtrùng [53]

Sự rối loạn điều hòa các nội tiết tố của quá trình sinh tinh: Rối loạn sự

kiểm soát của nội tiết tố sinh tinh là do hậu quả tương các giữa các dizruptornội tiết với các chất hóa học trong môi trường tạo ra chất giống như cáchormon, theo cơ chế feed back chất này sẽ ức chế hoạt động của các hormonlàm thay đổi chức năng điều hòa bình thường của nội tiết Một số độc chấttrong môi trường như polychlorinated biphenyls (PCBs), dichlorodiphenyl-trichloroethane (DDT), dioxin và một số loại thuốc trừ sâu tương tự estrogen

[54] Nội tiết dizruptor, có cả các sản phẩm phục vụ nông nghiệp

(phytoestrogen), hóa chất công nghiệp và các kim loại nặng có tác động đáng

kể đến chức năng sinh sản của nam giới, vì chúng phân phối rộng rãi trongmôi trường, chúng có nhiều cách thâm nhập vào cơ thể người và cơ thể ngườitích lũy các độc chất này trong các mô và cơ quan

- Dược phẩm: Một số dược phẩm cũng có ảnh hưởng đến khả năng sinh

sản nam giới do chúng làm rối loạn các hormon cân bằng nội mô [55] Các tácnhân gây rối loạn nội tiết, như hormon nội sinh có ảnh hưởng đến các cơ quansinh sản nam - tế bào Leydig và Sertoli Các nội tiết disruptor phổ biến nhất làkhói thuốc lá, cùng với các tác động gonadotoxic nó ảnh hưởng đến hệ thốngsinh sản nam do gây rối loạn điều hòa nội tiết Những người hút thuốc lá,prolactin huyết thanh và estradiol E2 tăng dẫn đến đình trệ quá trình sinh tinh

và làm tăng catecholamine dẫn đến thiếu máu cục bộ ống sinh tinh [56] Hútthuốc lá dẫn đến tăng norepinephrine huyết thanh, do đó làm tăngaromatization của testosterone E2 trong các tế bào Sertoli in vitro

- Rượu cũng là một disruptor nội tiết Nghiện rượu mạn tính gây rối loạn

chức năng cương dương, giảm ham muốn tình dục và gây vú to ở nam giới[57] Rượu làm tăng nồng độ FSH, LH và E2 và giảm nồng độ testosterone do

giảm sản xuất testosterone ở tinh hoàn và tăng sự trao đổi chất của chúng tronggan Thể tích tinh dịch, số lượng và độ di động của tinh trùng, tỷ lệ tinh trùng

có hình thái bình thường giảm đáng kể đối với người nam nghiện rượu mãntính [58] Tăng estradiol huyết thanh do aromatization của testosterone E2trong gan và trong các tế bào mỡ ngoại vi đồng thời làm giảm testosterone[59]

- Với các chất độc công nghiệp, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập

trung vào các tác động xấu của các chất này đến sự phát triển của thai nhitrong tử cung (sẩy thai, dị tật bẩm sinh, các bệnh ung thư ở con cái sau này).Gần đây đã có các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các hóa chất công nghiệpđối với hệ thống sinh sản nam [60] Đặc biệt, sự thay thế freon thành 2-bromopropane nếu diễn ra ở nam giới sẽ làm tăng gonadotropins, giảm sự vậnđộng của tinh trùng và làm rối loạn quá trình sinh tinh dẫn đếnoligozoospermia và azoospermia [61] Carbon disulfide dùng trong sản xuấtsợi tổng hợp có tác động gây giảm nhu cầu tình dục, rối loạn chức năngcương dương và làm giảm khả năng sinh tinh [62] Glycol ete (2-ethoxyethanol, 2-methoxyethanol) được dùng trong công nghiệp và trongcuộc sống, mặc dù không có dữ liệu về độc tính của các glycol ete này vớicon người, nhưng khi thí nghiệm ở động vật thì nó gây rối loạn ở tinh hoàn.Tiếp xúc với dung môi trinitrotoluen có thể dẫn đến những rối loạn đáng kểchức năng tình dục (liệt dương, giảm ham muốn tình dục…), làm giảm nồng

độ của nguyên tố vi lượng trong tinh dịch (Cu, Zn, Se), làm mất khả năng vậnđộng và gây bất thường hình thái của tinh trùng [63]

- Thuốc trừ sâu được sử dụng nhiều và thường không kiểm soát được

trong nông nghiệp Nam giới khi nhiễm thuốc trừ sâu có thể bị rối loạn điềuhòa nội tiết sinh sản DDT có thể tạo ra hoạt tính giống estrogen DDE-metabolit DDT có hoạt tính kháng androgen và làm rối loạn các quá trình

chuyển hóa, thải trừ của estradiol [64], đồng thời ức chế chức năng biểu môống sinh tinh [48] Dibromohlorpropan có tính kháng androgen, làm tổnthương biểu bì phôi và rối loạn sự biệt hóa giới tính phụ thuộc androgen [65].Thuốc trừ sâu linurol có hoạt tính kháng androgen, nó kích thích sản xuấthormone tuyến yên và tăng LH [66] Thuốc diệt nấm Vinclozolin được dùngtrong công nghiệp rượu vang có hoạt tính kháng androgen, làm gián đoạn sựliên kết của androgen và thụ thể androgen và sự tương tác vùng dưới đồi-tuyến yên [67] Lindane có thể làm tăng nồng độ LH mà không thay đổi FSH

và giảm nồng độ testosterone Lindane làm tổn thương biểu bì phôi, tinh tử vàcác tế bào Sertoli Endosulfan là các xenoestrogen làm tăng mức độ prolactin

và ức chế estrgen thụ thể nhân [68]

- Dioxin được coi là tác nhân nhân tạo độc hại nhất Nó có hoạt tính

kháng androgen và kháng estrogen làm giảm ham muốn tình dục, rối loạn cácphản ứng của tinh hoàn dưới sự tác động của LH và FSH [69]

- Polychlorinated biphenyls là một nhóm chất độc công nghiệp có khả

năng phá vỡ các tương tác nội tiết là polychlorinated biphenyls Chúng khôngchỉ làm thay đổi nồng độ estrogen trong cơ thể người, mà còn làm thay đổinồng độ androgen, các hormone của tuyến giáp, tuyến yên, corticosteroid vàmột số hormone khác Các chất chuyển hóa của polychlorinated biphenyls cóhoạt tính giống estrogen và kháng estrogen [70] Nồng độ polychlorinatedbiphenyls trong máu tỷ lệ nghịch với độ di động và số lượng của tinh trùng[71] Trong một thí nghiệm ở động vật dưới tác động của polychlorinatedbiphenyls cho thấy thể tích tinh hoàn, số lượng tinh trùng trong tinh dịch và

mô tinh hoàn, estradiol huyết thanh và testosterone trong máu đều giảm [72]

- Fthalate ete là chất độc công nghiệp dùng trong sản xuất nhựa, bao bì, ô

tô và công nghiệp y tế Các con đường Fthalate vào cơ thể người là xâm nhậpqua thực phẩm và phơi nhiễm nghề nghiệp trong sản xuất Fthalate este gây teo

tinh hoàn, làm chậm sinh tinh, ức chế steroid trong các tế bào Leydig bởi tínhkháng androgen [73].

Một số dược phẩm cũng có thể gây rối loạn khả năng sinh sản Cần salàm rối loạn sự sinh tinh, giảm thể tích tinh dịch, độ di động của tinh trùng,giảm số lượng tinh trùng có hình thái bình thường [57] Các dẫn xuất củathuốc phiện làm giảm ham muốn tình dục, rối loạn cương dương, ức chế hoạtđộng của LH-RH và LH, giảm sản xuất testosterone Liều cao của cocaine vàamphetamine gây giảm ham muốn tình dục và rối loạn cương dương Đàn ôngthường xuyên uống thuốc hạ huyết áp, có nguy cơ cao với vô sinh do giảmham muốn tình dục, rối loạn cương dương [49] Những dược phẩm có hoạttính như trên gồm thuốc lợi tiểu thiazide, propranolol, thuốc chặn tim chọnlọc - atenolol, metoprolol, các chất ức chế ACE Spironolactone làm giảm khảnăng sinh sản do nó gắn vào các thụ thể và ức chế sản xuấtdihydrotestosterone, testosterone, dẫn đến sự giảm ham muốn tình dục, rốiloạn cương dương và giảm sản xuất tinh trùng [49] Ion Ca2+ là một thànhphần thiết yếu của phản ứng acrosomal, do đó chặn kênh Ca2+ được coi là yếu

tố nguy cơ tiềm ẩn đối với các rối loạn về sinh tinh [74]

Thuốc trị ung thư gây tổn hại tế bào mầm và tế bào Sertoli, gâyoligospermia, nó biểu hiện ngay sau một quá trình hóa trị Tế bào Leydig ít bịtổn thương hơn so với các tế bào Sertoli, và có thể phản ứng với các thuốc gâyrối loạn chức năng của tế bào Leydig, dẫn đến làm tăng LH và làm giảmtestosterone Tác dụng gonadotoxic của thuốc có nhân alkyl(cyclophosphamide, Chlorambucil và busulfan), antimetabolites (cytarabine),alkaloids (vinblastine), (cisplatin, procarbazin, mechlorethamine [56] Dùng lâudài liều thấp cyclophosphamide ở nam giới làm rối loạn quá trình giãn xoắnADN của tinh trùng do alkyl hóa của ADN hay protein nhân Điều trị phối hợpcác tác nhân alkyl hóa cho thấy có sự cải thiện khả năng sống trong điều trị

bệnh như Hodgkin, lymphoma, bệnh bạch cầu Tuy nhiên, liệu pháp này đã gây

vô sinh ở nam giới, gây bất sản các tế bào mầm [75]

Anabolic steroid được các lực sỹ và vận động viên ở mọi lứa tuổi sửdụng có thể gây suy giảm khả năng sinh sản Anabolic steroid làm rối loạn sựtương tác vùng dưới đồi- tuyến yên - tuyến sinh dục thông qua việc loại bỏcác tín hiệu phản hồi Điều này gây giảm sản xuất FSH và LH của tuyến yên,dẫn đến suy sinh dục Việc sử dụng các steroid đồng hóa cũng gây ra rối loạncương dương do giảm sản xuất testosterone nội sinh Sử dụng liều cao steroidanabolic làm giảm khả năng di động của tinh trùng và làm giảm số lượng tinhtrùng có hình thái bình thường [56]

Một số thuốc kháng sinh cũng có thể làm giảm khả năng sinh sản.Nitrofurantoin liều cao ức chế sự trưởng thành của tinh trùng trong tinh hoàn,ngăn chặn các tế bào tinh hoàn sử dụng các carbohydrate và oxy.Erythromycin, một số macrolide, tetracycline làm giảm mật độ tinh trùng vàkhả năng di động bằng cách ức chế sự trưởng thành tinh trùng [76]

Các phân tích về tác động của các yếu tố môi trường bất lợi dẫn đến sựxuất hiện một số lượng lớn các yếu tố độc hại có khả năng gây hại, tác động

1.3 Xenobiotic và quá trình chuyển hóa xenobiotic trong cơ thể

1.3.1 Khái niệm xenobiotic

Xenobiotic là một chất không phải do cơ thể sinh vật tạo ra (không cónguồn gốc từ sinh vật), nhưng vẫn có thể được tìm thấy trong cơ thể sinh vật.Các xenobiotic gây hại cho cơ thể sinh vật chủ yếu do khi vào trong cơ thể

nó tạo ra gốc tự do (free radical) trong đó có các gốc oxy hoạt động chúng gâyoxy hóa phân tử trong đó có ADN từ đó gây đột biến và gây bệnh cho cơ thể

1.3.2 Chuyển hoá Xenobiotic

- Quá trình biến đổi chung của xenobiotic

Hình 1.1: Xenobiotic trong cơ thể

Cơ chế hấp thu chủ yếu xenobiotec là vận chuyển theo gradient nồng độ,

đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp

Đối với thuốc: Khả năng hấp thu được đặc trưng bởi đại lượng Sinh khảdụng: đó là tỷ lệ thuốc xâm nhập hệ tuần hoàn so với lượng đưa vào

- Phân bố

Sau khi xâm nhập cơ thể, xenobiotic được phân bố ở các tổ chức khácnhau, tùy thuộc tính chất hóa học, tính tan của mỗi chất Các chất ít tan trongnước, ưa lipid như chloroform, hexobarbital sẽ phân bố nhiều vào mô mỡ, cơquan nhiều lipid như tổ chức thần kinh

XENOBIOTIC

Hệ tuần hoàn

Hấp thu

Tác dụng lên các cơ quan

Thải trừ

Trong huyết tương, một phần xenobiotic gắn với protein huyết tương(chủ yếu là với albumin) Đặc điểm của sự gắn xenobiotic với protein:

+ Chất nào càng ít tan trong nước thì gắn với protein huyết tương càng nhiều.+ Có sự cân bằng động giữa phần tự do và phần gắn với protein

Xenobiotic + Protein huyết tương  Xenobiotic-protein

Quá trình chuyển hóa thường gồm 2 giai đoạn (phase):

+ Giai đoạn II:

Gồm các phản ứng liên hợp với glucuronic, sulfuric, acetic, glutathion đểtạo thành các sản phẩm mất độc tính, dễ dàng đào thải

Sự thải trừ được đặc trưng bởi đại lượng “thời gian bán thải” (T1/2) làthời gian để thải một nửa lượng chất so với ban đầu.

Mức độ thải trừ phụ thuộc nhiều vào chức năng thận Khi thận suy làmgiảm thải trừ, tăng độc tính

1.3.4.2 Thành phần phức hợp enzym chuyển hóa xenobiotic

Enzym chuyển hóa xenobiotic tập hợp thành hệ thống có chức năngoxydase ở microsome (Microsomal Mixed Function Oxydase - MMFO) Phứchợp này có vỏ phospholipid do đa số các xenbiotic ít tan trong nước, ưa lipd Trong phức hợp enzym chuyển hóa xenobiotic có nhiều enzym khácnhau, có thể chia thành 3 loại:

390 420

- Dạng 1: gắn hexobarbital, có cực đại ở 390nm và cực tiểu ở 420nm

- Dạng 2: gắn anilin, ngược lại, có cực tiểu ở 390nm, cực đại ở 420nm.Như vậy, cytochrom P450 có 2 trung tâm hoạt động Cytochrom P450 cóvai trò chủ chốt trong chuyển hóa các xenobiotic ở giai đoạn 1 Các phản ứngchủ yếu là oxi hóa, trong đó hydroxyl hóa (gắn gốc -OH) là quan trọng nhất

* Các enzym có coenzym là NADPH2, FADH2,

Các enzym này thường có cấu tạo là 1 flavoprotein, có khối lượng phân

tử 79000 - 761000 Chúng tham gia hỗ trợ cytochrom trong phản ứng oxi hóa,vận chuyển điện tử từ NADPH đến Cyt.P450 Quá trình vận chuyển điện tử này

ở gan là trực tiếp, còn ở thượng thận cần thêm 1 protein trung gian chứa Fe vàS

* Cytochrom B5:

Cytochrom B5 có cấu tạo là một hemoprotein, không trực tiếp tham giacác phản ứng chuyển hóa mà gián tiếp bổ sung cho chuyển hóa xenobiotic.Cytochrom B5 đóng vai trò như là 1 chất cạnh tranh hoặc gây hiệu ứng Cyt

P450-reductase để điều hòa chuyển hóa xenobiotic

1.3.4.3 Chu trình phản ứng của cytochrom P 450 trong MMFO

Mục đích của quá trình chuyển hóa qua Cyt.P450 là chuyển các xenobiotic(X) khó tan trong nước thành các dẫn xuất có cực, dễ tan trong nước Quá trìnhnày chủ yếu là hydroxyl hóa, gắn gốc -OH để tạo thành X-OH

Mật độ quang

Bước sóng (nm)

Cytochrom P450 ban đầu có chứa Fe3+ Các phản ứng cụ thể như sau:1- Gắn cơ chất với Cyt.P450:

Cyt.P450(Fe3+) + Thuốc Cyt.P450(Fe3+)-Thuốc

2 Khử lần 1:

NADPH+H+ NADP+

Cyt.P450(Fe3+)-Thuốc Cyt.P450(Fe2+)-Thuốc

3 Gắn oxygen tạo phức tam phân:

Cyt.P450-(Fe2+) + O2 Cyt.P450-(Fe2+)

Thuốc Thuốc-O2

4 Khử lần 2: tạo dẫn xuất hydroxyl (-OH) của phức Cyt.P450-(Fe2+): Cyt.P450 - (Fe2+) Cyt.P450 - (Fe3+)

Thuốc-O2 2H+ H2O Thuốc-OH

5 Giải phóng Thuốc-OH và tạo lại Cyt.P450:

Cyt.P450 - (Fe3+) Cyt.P450 - (Fe3+) + Thuốc-OH Thuốc-OH

Hình 1.2: Chu trình phản ứng của Cyt.P450

Các chất xenobiotic chuyển hoá trong cơ thể đều tạo ra các dạng ROSnhư O2•, 1O2 có độc tính rất cao, gây đột biến gen và hoại tử Hiện nay vấn đề

ô nhiễm môi trường có thể gây ra các bệnh tật như ung thư gan, phổi, da vàcác bệnh viêm nhiễm khác Nó xuất phát từ sự dư thừa quá mức của các gốc

Các tác nhân gây viêm, hoại tử gan: Các hợp chất halogen hữu cơ, điểnhình là CCl4 là chất gây viêm hoại tử gan, khi vào gan được chuyển hoá thànhphôtgen và chính các dạng trung gian đã làm tăng quá trình peroxy hoá lipid(POL) gây tổn thương phá vỡ màng tế bào, gây viêm hoại tử gan

Các chất gây thiếu máu huyết tán như diazonaphtol, điphenylhydrazin các chất này phản ứng với oxyhemoglobin tạo ra methemoglobin và gốcphenyl hydrazin, gốc này nhường điện tử cho oxy tạo ra O2•

Các thuốc trừ sâu diệt cỏ: Wofatox, paraquat là chất gây đột biến, gâyung thư cho người, ví dụ như paraquat bị enzym flavin khử thành các gốc bền(P•) Gốc này có thể nhường điện tử cho oxy tạo ra anion superoxid và có tácdụng độc diệt cỏ trừ sâu của paraquat chỉ thể hiện khi có mặt của oxy

P• +O2 O2• + P (k = 108 M/s)

Trong điều kiện bình thường, các gốc tự do luôn luôn có sự sản sinhtrong cơ thể Các gốc tự do nội sinh cũng rất cần thiết cho quá trình tổng hợpcũng như phân huỷ các chất trong chu trình chuyển hoá của tế bào Do gốc tự

do có hoạt tính sinh học rất mạnh, nên nếu tăng quá mức sẽ gây ra những tổn

thương tế bào làm phát sinh nhiều bệnh bệnh lý phức tạp Chính vì thế màtrong cơ thể chúng ta hình thành hệ thống chất chống oxy hoá (antioxidant) cóvai trò khử các chất oxy hoá và gốc tự do gây độc đến tế bào.

Hệ thống đó là các enzym và các chất chống oxy hoá không mang bảnchất enzym nhằm tự bảo vệ cơ thể khỏi những tác nhân tấn công của các gốc

tự do Tất cả các nguyên nhân làm cho gốc tự do sinh ra ồ ạt, dẫn đến hệthống tự bảo vệ không “thu dọn” hết, tất yếu làm phát sinh các rối loạn và tổnthương bệnh lý như rối loạn cấu trúc màng tế bào, giảm hoạt động enzym gắnvới màng làm thay đổi cấu trúc receptor bề mặt tế bào, biến đổi các cấu trúcacid nucleic, protein, bất hoạt các enzym như: dehydrogenase, polymerase,adenylcyclase Do đó gốc tự do có liên hệ mật thiết và có tính nhân quả vớinhiều quá trình bệnh lý và làm thoái hoá toàn cơ thể

Việc sử dụng các chất chống oxy hoá như: vitamin E, vitamin C,βcaroten, selen, sâm ngọc linh trong điều trị cũng như dự phòng, có tácdụng nâng cao chất lượng cuộc sống, chống lão hoá, kéo dài thời gian sốngkhoẻ mạnh và không bệnh tật

1.4 Đột biến gen chuyển hóa sinh học xenobiotic

Những chất dị sinh (xenobiotic) là những chất ít nhiều có hại cho conngười và không có trong các sinh vật, hay gặp nhất là thuốc dùng trong điềutrị Những chất này khi vào cơ thể cần được chuyển hóa thành chất dễ đượcđào thải và ít hoặc không độc hại Đột biến gen chuyển hóa xenobiotic gâycác bất thường ở mức phân tử nhưng chưa được nghiên cứu nhiều Nhiềutrường hợp vô sinh còn chưa rõ nguyên nhân được một số tác giả cho là docác yếu tố môi trường, trong đó xenobiotic chiếm phần lớn các yếu tố môitrường gây nên [77],[78],[79] Sau khi xâm nhập vào cơ thể, xenobiotic đượcphân bố ở các tổ chức khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học, tính tan củamỗi chất Xenobiotic là các chất ưa lipid, chúng sẽ dễ dàng tích lũy trong các

tế bào và mô có nhiều lipid Quá trình chuyển hóa xenobiotic được thành haigiai đoạn [80],[81]

Giai đoạn I có các phản ứng oxy hóa được thực hiện nhờ các hệ thốngenzym, quan trọng nhất là hệ thống cytochrom P450 Đây là hệ thống enzym

có khả năng gắn một nguyên tử oxy vào nhiều loại chất hóa học khác nhau,biến chất không tan trong nước, chất độc thành chất tan trong nước và ít độchơn Cytochrom P450 gồm ba cấu tử: cytochrom P450 reductase, cytochromP450 và phospholipid Đây là một hệ thống enzym đặc hiệu cơ chất rộng, cónhiều dạng phân tử (isoenzym) (khoảng 150 dạng khác nhau) Có thể nóicytochrom P450 là một chất xúc tác sinh học đa năng nhất được biết đến chođến nay Cytochrom P450 được coi là một đại gia đình với những proteinchứa hem, xúc tác sự chuyển hóa nhiều chất ngoại sinh (xenobiotic) và nhiềuchất nội sinh có đặc tính ưa lipid Ở giai đoạn chuyển hóa này các enzymthuộc hệ thống CYP450 có: CYP1A1, 2E1, 2D6…

Giai đoạn II gồm các phản ứng giúp các xenobiotic hình thành liên hợp hòatan trong nước để dễ dàng được đào thải Giai đoạn này có sự tham gia của cácenzym như: Glutathione-S-transferase (GSTs), N-acetyl-transferase (NATs)…Nếu việc khử các xenobiotic không tốt có thể dẫn đến ung thư hoặc giảm khảnăng sinh sản

Như vậy, sự thay đổi hoạt tính của các enzym chuyển hóa xenobiotic cóthể liên quan đến khả năng sinh sản ở nam giới và ung thư

Hiện nay, một số lượng lớn các gen và gia đình gen được biết đến với vaitrò kiểm soát quá trình sinh tổng hợp protein (enzym), kiểm soát sự tổng hợpprotein (enzym) có trách nhiệm phản ứng (trung hòa) với các xenobiotic baogồm bất kỳ chất lạ nào vào cơ thể từ bên ngoài, cũng như các chất chuyển hóađộc nội sinh [81],[82] Các enzym giải độc xác định phản ứng chuyên biệt vớimột loạt các chất độc hại, thuốc, tùy thuộc vào đặc điểm xác định về mặt di

truyền của các chất chuyển hóa xenobiotic, tương tác với các thụ thể và hệthống enzym của chúng [83] Phụ thuộc vào các tính năng chuyên biệt của cáckiểu gen khác nhau có thể giữ được tính kháng, hoặc ngược lại, làm tăng độnhạy cảm để phát hiện tác nhân hóa học độc hại Hầu hết các xenobiotic, khixâm nhập vào trong cơ thể, không có tác dụng sinh học trực tiếp, mà phải trảiqua chuyển hóa (chuyển hóa hóa học) và được giải phóng dưới dạng các chấtchuyển hóa Cơ sở của các chuyển hóa sinh học phần lớn nằm ở chỗ chuyểnhóa nhờ các chất béo tan trong nước dưới sự xúc tác của enzym thành cácchất chuyển hóa phân cực tan trong nước - đây là một hình thức đơn giản đểloại bỏ chúng khỏi cơ thể, đồng thời giảm thời gian tác dụng độc hại củachúng đến các cơ quan và các mô [83] Tính cảm ứng đối với enzym chuyểnhóa xenobiotic rất rõ và rất quan trọng: chuyển hóa của 1 chất rất dễ bị ảnhhưởng bởi các chất khác Một số chất có thể gây cảm ứng enzym chuyển hóachất khác; ngược lại, cũng có một số chất gây ức chế enzym chuyển hóa chấtkhác (giảm chuyển hóa) Trong trường hợp điển hình nhất của hệ thống trunghòa hóa chất lạ gồm ba giai đoạn, bao gồm kích hoạt (Giai đoạn 1), giải độc(giai đoạn 2) và loại bỏ (3 pha).

Trong giai đoạn 1 của chuyển hóa là chuyển hóa oxi hóa khử, haychuyển hóa thủy phân, phân tử các chất độc hại chứa nhiều nhóm phân cực,một mặt, làm cho chúng dễ tan trong nước, mặt khác chúng trở thành các chấttrung gian dễ tạo ra các phản ứng với các chất khác và độc hại hơn [83],[84].Các enzym ở giai đoạn 1 của chuyển hóa xenobiotic bao gồm họmonooxygenase cytochrome P450 (CYP1, CYP3), monooxygenase chứaflavin, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, peroxidase,flavoproteinreductase, epoxide, esterase và amidases Một loạt các tính chấtxúc tác của các enzym chuyển hóa và các cơ chất có tính đặc hiệu yếu củachúng cho phép cơ thể chuyển hóa các chất cấu trúc hóa học khác nhau [83]

Việc chuyển hóa các phân tử trong giai đoạn 1 của chuyển hóa xenobiotic làmtăng tính phân cực của chúng, đồng thời làm giảm khả năng hòa tan trong cáclipid (tăng độ tan trong nước) Vì thế mà một số hợp chất lạ khác được bài tiếtcùng nước tiểu tốt hơn [83] Hiệu quả của quá trình chuyển hóa xenobiotic sẽcao hơn nữa khi trong giai đoạn 1 hình thành sản phẩm trao đổi chất gắn kếtvới các chất nội sinh như acetate, sulfate, acid glucuronic, glutathione, vv.Thông thường, quá trình trao đổi chất của xenobiotic là bước khởi đầu trong

sự phát triển của quá trình độc hại Do vậy, trong quá trình oxy hóa sinh họccủa PAH khởi xướng quá trình hình thành arene oxit của các gốc tự do trong

tế bào, từ đó tạo thành liên kết hóa trị với các cấu trúc ái nucleic tế bào(protein, nhóm sulfhydryl, axit nucleic, vv) kích hoạt oxy hóa peroxid của cáclipid màng tế bào [83] Kết quả khởi động sự đột biến, ung thư, các tác độnggây độc tế bào của các chất độc hại Trong nhiều trường hợp, các chất chuyểnhóa độc hại là một sản phẩm không ổn định, trải qua biến đổi hơn nữa Trongtrường hợp này nó cũng được gọi là các chất chuyển hóa trung gian hoặc phảnứng (hiện tượng toxification) Chất chuyển hóa phản ứng - đây là những chấtthường gây tổn thương hệ thống sinh học ở cấp độ phân tử

Như vậy, sự chuyển hóa của PAHs được đi kèm với sự hình thành sảnphẩm trung gian có khả năng phản ứng của các chất chuyển hóa, chẳng hạnnhư oxit arene có khả năng gây li giải tế bào và chết tế bào [85] Có rất nhiềuloại hóa chất lạ có khả năng chuyển hóa trong cơ thể là hệ quả của sự đa dạng

về các enzym tham gia vào giai đoạn 1 chuyển hóa xenobiotic và các chất nền

có tính đặc hiệu thấp của chúng Enzyms của nhóm này, đặc biệt làcytochrome P450-phụ thuộc oxidase thường có một cơ chất có tính đặc hiệuyếu Một tính năng quan trọng của các enzym của giai đoạn 1 là phân bố cóchọn lọc và hàm lượng cao của chúng trên các con đường chính của chuyển

hóa xenobiotic trong cơ thể - trong đường tiêu hóa và phổi, cũng như sự đadạng của các con đường chuyển hóa [85].

Trong giai đoạn 2 của quá trình giải độc các chất chuyển hóa trung gianđược chia thành các phân tử nội sinh, từ đó hình thành các hợp chất phân cực,được bài tiết theo cơ chế bài tiết chuyên biệt Enzyms Giai ở đoạn 2 bao gồm:arylamine acetyltransferase, methyltransferase, sulfotransferase, UDP-glucuronosyltransferase, glutathione transferase-B và nhiều loại khác Biếnđổi hóa học của xenobiotic ưa chất béo bởi các enzym trong giai đoạn 2 làmtăng tính thấm của chúng, góp phần vào sự đào thải nhanh chóng chúng quathận và gan Giống như enzym giai đoạn 1 của chuyển hóa xenobiotic, cácenzym giai đoạn 2 có cơ chất đặc hiệu yếu và tham gia vào việc chuyển hóacủa một nhóm lớn các hóa chất Ngoài ra, nhiều nghiên cứu còn đề xuất đếngiai đoạn 3 Ở giai đoạn này hệ thống vận chuyển đã kích hoạt của các dẫnxuất có nhiệm vụ đảm bảo sự bài tiết các sản phẩm giải độc qua phổi, thận vàđường tiêu hóa [83] Cơ chế bài tiết xenobiotic được thực hiện nhờ họ P-glycoprotein vận chuyển màng

Khả năng của các cơ quan và mô chuyển hóa xenobiotic phụ thuộc vào

sự đồng bộ và hoạt động của các enzym tham gia vào quá trình này Ở mộtmức độ khác sự hoạt động của các enzym là một đặc tính nội tại của từng môriêng biệt, được xác định bởi các biến dị di truyền cấu trúc gen của chúng, vàcũng phụ thuộc vào độ tuổi và giới tính [86],[87] Gen quy định các enzymchuyển hóa xenobiotic, cũng như tất cả các gen của con người được đặc trưngbởi tính đa hình đáng kể của trình tự nucleotide có cấu trúc bậc một của phân

tử ADN, xác định sự khác biệt kiểu hình giữa các cá thể nhờ hoạt động củaenzym bằng cách vô hiệu hóa các liên kết hóa học Mặc dù tồn tại sự đa dạngđáng kể trong mỗi họ enzym, tất cả các enzym giải độc đều có những tínhchất chung như sau [86],[88]:

1 Tính đặc hiệu của chất nền thấp, cho phép chuyển hóa một loạt cáchợp chất hóa học đa dạng về cấu trúc, bao gồm cả những chất mà cơ thểkhông bao giờ gặp.

2 Tính đa được biểu hiện, tức là, tồn tại nhiều đồng dạng của các enzymchuyển hóa xenobiotic với sự đặc hiệu của chất nền khác nhau hoặc chồngchéo nhau Sự hiện diện nhiều đồng dạng của các enzym giải độc, có lẽ là dothích ứng với đặc điểm của chế dinh dưỡng của con người, khí hậu, các yếu tốmôi trường và các điều kiện khác của cuộc sống [81],[82]

3 Tất cả các enzym giải độc là các chất cảm ứng, tức là, nồng độ củachúng trong tế bào có thể được tăng lên đáng kể (vài trăm lần) dưới tác độngcủa thuốc gây cảm ứng đặc hiệu, thường là chất nền

4 Một số hóa chất có cấu trúc khác nhau xâm nhập đồng thời vào cơ thể

có là rối loạn sự điều hòa quá trình cảm ứng của enzym ở cả hai giai đoạn, do

đó có thể là quá trình tăng mạnh tính bất hoạt, và, ngược lại, dẫn đến làm tăngđộc tính của xenobiotic

5 Hệ thống giải độc hoạt động hiệu quả nhất khi ở trạng thái kép, nghĩa

là có sự tương tác hài hòa của các enzym giai đoạn 1 và giai đoạn 2, trung hòahàng chục ngàn xenobiotic của các nhóm hợp chất hóa học (ecotoxicants,thuốc trừ sâu, chất độc công nghiệp và nông nghiệp, phụ gia thực phẩm, chấtbảo quản, thuốc nhuộm, dung môi, thuốc) Tính không đồng bộ của quá trìnhnày là kết quả tác động đồng thờ củai xenobiotic khác nhau, hoặc là kết quảkết hợp bất lợi của các isoenzyms với thay đổi hoạt tính (do biến đổi ditruyền) dẫn đến gây nhiễm độc nhanh chóng giống như kết quả của sự tích tụcác chất chuyển hóa có hoạt tính cao Đặc biệt là sự kết hợp bất lợi giữa cácenzym có hoạt tinh cao ở giai đoạn 1 và các enzym có hoạt tính thấp ở giaiđoạn 2 Cần phải nhấn mạnh rang, hệ thống các enzym giải độc không hề có

sự tiến hóa, tức là không có khả năng đáp ứng được sự thay đổi chóng mặt

của môi trường hiện nay với tình trạng ô nhiễm ngày càng cao và sự phát triểncủa nghành dược học Ở động vật tồn tại hệ thống giải độc bao gồm tất cả cácnhóm phân loại (từ vi sinh vật đến con người) cho phép đưa ra giả thuyết rằngchức năng ban đầu của hầu hết các enzyn hệ thống giải độc là quy định quátrình chuyển hóa nội sinh của cơ chất Tuy nhiên, do đặc trưng về sự đặc hiệurộng của các cơ chất rộng và sự tăng trưởng nhanh của vấn đề ô nhiễm môitrường, các enzym này dần biến đổi thành một hệ thống xử lý các chất độc hại[86] Do đó, sự đặc biệt được xác định về mặt di truyền của hệ thống chuyểnhóa sinh học của xenobiotic tọ nên tính riêng biệt của mỗi cá nhân trong mốitương quan với khả năng thích ứng – đó là sự ổn định hoặc nhạy cảm với cácyếu tố hóa học của môi trường tự nhiên.

Cytochrome P450 (CYPs) là một liên họ lớn chứa các hemoprotein xúctác các enzym chuyển hóa các chất nội sinh và ngoại sinh Trong hệ thốngcytochrome P450, cytochrome P450 1A1 (CYP1A1) là enzym chính hoạt hóacác chất và là chìa khóa để kích hoạt trao đổi chất giữa các Hydrocacbons cónhân thơm, các amin dị vòng dẫn đến hình thành các phân tử ADN bất thường

từ đó khởi đầu quá trình gây vô sinh ở nam giới [89]

CYP1A1 là gen mã hóa cho một enzym thuộc họ Cytochrom P450, nằm

trên nhiễm sắc thể 15 (15q24.2-4) CYP1A1 còn được gọi dưới một tên khác

là Aryl hydrocarbon hydroxylase (AHH) [90]

Tính đa hình thái của gen CYP1A1 được đánh giá thông qua tần suất cáckiểu gen của nó Đến nay, ngoài dạng “nguyên thủy” của CYP1A1(CYP1A1*1), người ta đã xác định được tính đa hình nucleotid (Singlenucleotide polymorphism: SNP) của gen này ở các dân tộc khác nhau

Bảng 1.3 Các dạng SNP của gen CYP1A1 [91],[92],[93 ]

Dạng SNP Vị trí thay đổi Acid amin tương ứng

Đa phần những thay đổi này là hiếm gặp và chưa biết rõ hết vai trò củachúng trong chuyển hóa xenobiotic và ung thư Hiện nay, các công bố chủ yếunghiên cứu mối liên quan giữa chuyển hóa xenobiotic với một số SNP như:CYP1A1*2A, CYP1A1*2B

Đa hình thường gặp CYP1A1*2B là dạng SNP do sự thay đổi nucleotid

ở vị trí 2455 AG thuộc exon 7 và dẫn tới sự thay đổi bộ ba mã hóa acidamin ở vị trí 462 Isoleucin  Valine Do đó, gen CYP1A1*2B có 2 dạng alen-A, -G và tạo nên 3 dạng kiểu gen: A/A; A/G và G/G [91],[92],[93]

Glutathione S tranferase (GSTs) là một đại gia đình gen mã hóa cácenzym có cơ chất là các xenobiotic và các sản phẩm của sự oxy hóa các chất.GSTs có tác dụng khử độc thuộc phase II của chuyển hóa các xenobiotic trong

cơ thể Do đó GSTs góp phần bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân xenobioticxâm nhập vào cơ thể [94],[95],[96]

Hình 1.1 Đại gia đình gen GST [89]

GSTs bao gồm 8 nhóm là: GSTA (α) nằm trên NST 6; GSTM (µ) trênNST 1; GSTT (θ) trên NST 22; GSTP (π) trên NST 11; GSTZ (ξ) trên NST14; GSTS (δ) trên NST 4; GSTO (ω) trên NST 10 và GSTK (κ) - chưa xácđịnh được vị trí [96]

Gen GSTP1 nằm trên NST 11q13.3 và có một số alen phổ biến nhưGSTP1*A, GSTP1*B, GSTP1*C, GSTP1*D Sự thay thế G thành A tại vị trí

313 của exon 5 dẫn đến làm thay thế acid amin Isoleucin thành Valin tại vị trí

105 Đột biến điểm trên exon 5 này ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu quả củaenzym GSTP1 từ đó có nguy cơ gây ung thư và làm rối loạn chuyển hóaxenobiotic [97],[98] Sự đa hình di truyền trên exon 5 của gen GSTP1 tạo ra 3kiểu gen là: GSTP1 *A/*A (Ile/Ile), GSTP1 *A/B* (Ile/Val) và GSTP1* B/*

B (Val/Val) Một đa hình nữa của gen GSTP1 là sự thay thế Ala thành Val ở vịtrí 114 do sự thay thế C thành T [99],[100]

Gen Arylamine N-acetyltransferase 2 (NAT2) nằm trên NST số 8 (8p22) làgen mã hóa enzym NAT2 của giai đoạn II chuyển hóa xenobiotic có vai trò giải