Phát hiện nguyên nhân cốt lõi và cách 'trẻ hóa' bất ngờ các tế bào bị lão hóa

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Nature Communications, do các nhà khoa học tại Viện Fritz Lipmann (FLI) (Đức) dẫn đầu, đã làm rõ cơ chế "giảm tốc" theo năm tháng của ty thể - các cơ quan tử vốn được ví như "nhà máy năng lượng" của tế bào.

Bằng cách phân tích mô hình giun, mô và tế bào của con người, nhóm nghiên cứu phát hiện nồng độ của một loại phân tử chất béo (lipid) đặc biệt có tên là phosphatidylcholine sẽ sụt giảm dần theo tuổi tác.

Đáng chú ý, các thí nghiệm của họ cũng chỉ ra rằng việc khôi phục nồng độ chất béo này thông qua chế độ ăn uống có thể "vực dậy" những ty thể đang rệu rã.

"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự sụt giảm tổng hợp phosphatidylcholine là một tác nhân tiến hóa bảo tồn gây ra quá trình lão hóa tự nhiên của ty thể - một yếu tố vốn chưa được đánh giá đúng mức trước đây", nhóm tác giả cho biết. "Tuy nhiên, tình trạng này hoàn toàn có thể khắc phục được bằng các chất bổ sung qua đường ăn uống".

Rối loạn chức năng ty thể liên quan nhiều bệnh lý có mối liên hệ với tuổi tác. Ảnh minh họa: Ayşegül Aytören/Pexels

Một trong những nhiệm vụ cốt lõi của phosphatidylcholine là duy trì tính toàn vẹn và hình dáng của lớp màng bọc quanh ty thể. Giống như màng tế bào, màng ty thể cũng được cấu tạo từ các cấu trúc lipid, trong đó phosphatidylcholine đóng vai trò chủ chốt.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy khi nguồn cung chất béo này bắt đầu cạn kiệt, hiệu suất hoạt động của ty thể trong tế bào sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp. Dù vậy, khi bổ sung phosphatidylcholine hoặc choline (một dưỡng chất tự nhiên có khả năng chuyển hóa thành phosphatidylcholine trong cơ thể) vào chế độ ăn của giun, ty thể của chúng quay trở lại trạng thái trẻ trung và linh hoạt hơn.

"Chính chúng tôi cũng bất ngờ trước mức độ tác động mạnh mẽ của phân tử này đối với cấu trúc, khả năng liên kết và chức năng của ty thể", nhà sinh học tế bào Tetiana Poliezhaieva từ FLI, tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ.

Sự khác biệt giữa các nhóm tuổi và giới tính

Khi phân tích các mẫu mô người, nhóm nghiên cứu nhận thấy nồng độ phosphatidylcholine thấp xuất hiện phổ biến hơn ở những người mắc bệnh tiểu đường hoặc béo phì. Ngược lại, những người có nồng độ chất này cao hơn lại có tốc độ đi bộ nhanh hơn và trí nhớ tốt hơn - những dấu hiệu rõ nét của một quá trình lão hóa lành mạnh.

Các thí nghiệm so sánh giữa giun trẻ, giun trung niên và giun già cho thấy nồng độ phosphatidylcholine sụt giảm theo thời gian là do quá trình sản xuất các protein tổng hợp loại lipid này bị suy giảm dần công suất khi cơ thể già đi. Hệ quả là ty thể bị thiếu hụt nguyên liệu để xây dựng lớp màng bảo vệ, khiến chúng ngày càng bị phân mảnh và suy giảm chức năng.

Thông thường, ở giai đoạn đầu đời hoặc trong các tế bào khỏe mạnh, các ty thể có thể dễ dàng liên kết với nhau tạo thành các chuỗi dài và linh hoạt, giúp tế bào phân phối năng lượng cũng như các dưỡng chất khác một cách hiệu quả.

Tuy nhiên, các thí nghiệm chứng minh rằng khi tuổi tác đè nặng và lượng phosphatidylcholine sụt giảm, ty thể sẽ mất đi tính linh hoạt và không còn khả năng thích ứng tốt với nhu cầu năng lượng của tế bào.

"Hãy hình dung toàn bộ hệ thống này như một mạng lưới điện phân nhánh chằng chịt bị hư hại dần theo thời gian: các kết nối đứt gãy, và dòng điện bị đình trệ", nhà sinh học tế bào Maria Ermolaeva từ FLI giải thích. "Dù năng lượng vẫn tiếp tục được tạo ra, nó không còn hiệu quả và bền vững nữa, đồng thời việc phân phối năng lượng cũng mất đi sự linh hoạt vốn có".

Một trong những nhiệm vụ cốt lõi của phosphatidylcholine là duy trì tính toàn vẹn và hình dáng của lớp màng bọc quanh ty thể. Ảnh minh họa: ME Research UK

Dữ liệu từ mô người còn hé lộ một chi tiết đáng chú ý khác: Sự sụt giảm phosphatidylcholine có sự khác biệt rõ rệt giữa hai giới. Ở nam giới, quá trình này diễn ra từ từ theo thời gian, trong khi ở nữ giới, nó lại dốc và đột ngột hơn hẳn, đặc biệt là vào giai đoạn mãn kinh (thường từ giữa tuổi 40 đến giữa tuổi 50).

Các nhà nghiên cứu cho rằng sự mất cân bằng hóa học này, kéo theo những thay đổi trong chức năng ty thể, có thể đóng một vai trò hệ trọng đối với cơ thể phụ nữ ở giai đoạn này.

"Phát hiện trên đặc biệt đáng lưu ý, bởi nó trùng khớp với thời điểm mà nhiều phụ nữ phản ánh về tình trạng sụt giảm năng lượng nghiêm trọng và bắt đầu xuất hiện những cơn mệt mỏi kéo dài," bà Ermolaeva nhận định.

Mở ra hướng đi mới cho y học

Sự thiếu hụt phosphatidylcholine vừa được phát hiện không phải là lý do duy nhất khiến "nhà máy năng lượng" của tế bào rệu rã theo tuổi tác, nhưng nó chắc chắn là một tác nhân lớn, xứng đáng để các nhà khoa học tiếp tục đào sâu nghiên cứu.

Dù cơ thể con người phức tạp hơn loài giun rất nhiều, nhưng thông tin tăng nồng độ lipid bị thiếu hụt này có thể đảo ngược một số dấu hiệu lão hóa của ty thể là một tín hiệu vô cùng lạc quan.

Trong bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn đi sâu phân tích xem sự sụt giảm phosphatidylcholine ảnh hưởng như thế nào đến màng ty thể ở cấp độ phân tử: Liệu cấu trúc của các lớp màng đó bị biến đổi ra sao?

Tình trạng rối loạn chức năng ty thể vốn có liên quan mật thiết đến hàng loạt căn bệnh mãn tính nguy hiểm, bao gồm tiểu đường, ung thư và các bệnh thoái hóa thần kinh như Parkinson. Vì vậy, công trình này mở ra một hướng tiếp cận mới đầy triển vọng để khắc phục các vấn đề liên quan đến sự lão hóa của ty thể.

"Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng cả quá trình lão hóa ty thể lẫn lão hóa hệ thống trên diện rộng, ở một mức độ nào đó, hoàn toàn có thể can thiệp và sửa chữa được," bà Ermolaeva khẳng định. "Một khi đã hiểu rõ các cơ chế cốt lõi bên dưới, chúng ta có thể đưa ra các biện pháp can thiệp trúng đích".

Anh Vũ