XÁC ĐỊNH CÁC DẤU ẤN SINH HỌC TRONG PHƠI NHIỄM TCDD VÀ KHẢ NĂNG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ LIÊN QUAN ĐẾN TCDD

TÓM TẮT

o. Mặc dù được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế phân loại là chất gây ung thư nhóm 1, nhưng bằng chứng vẫn chưa thể chứng minh một cách thuyết phục mối liên hệ nhân quả giữa phơi nhiễm TCDD và nguy cơ ung thư ở người. Điều này được giải thích bởi các kết quả nghiên cứu mâu thuẫn và số lượng nhỏ các trường hợp trong các báo cáo. Hiệu ứng TCDD được biết đến là trung gian thông qua liên kết Aryl hydrocarbon Receptor (AhR), một yếu tố phiên mã hoạt động như một cảm biến về các kích thích môi trường. Sự tăng tiết AhR bởi TCDD, trong các mô hình động vật, ngăn chặn sự phát triển của các tế bào tiền thân tạo máu và tác động tiêu cực đến sự biệt hóa tế bào lympho, do đó thể hiện một sự kiện quan trọng trong quá trình sinh ung thư ở người. Hơn nữa, kích hoạt AhR phát triển không thích hợp dẫn đến việc bãi bỏ điều tiết chức năng kéo dài có thể góp phần làm tăng khả năng mắc bệnh ung thư sau này trong cuộc sống. Mục đích của chúng tôi là xác định các dấu ấn sinh học cho sự phơi nhiễm TCDD và tính nhạy cảm của bệnh ung thư cơ tạo lympho liên quan đến TCDD. Chúng tôi đề xuất sử dụng hệ thống nuôi cấy Tế bào gốc đa năng (hiPSCs) của con người cảm ứng organoid để xác định cửa sổ nhạy cảm với độc tính dioxin trong quá trình phát triển hệ tạo máu và biểu hiện của tế bào lympho T, và để tiết lộ các gen được biểu hiện khác biệt, ảnh hưởng đến biểu mô sau TCDD điều trị và các vùng gen chiếm AhR. Việc tổ chức kho lạnh lưu giữ các mẫu sinh học của các cựu chiến binh-nạn nhân chất độc da cam để nghiên cứu là cần thiết để đáp ứng những thách thức này. Thật vậy, các mẫu từ các gia đình có hậu quả chất độc được tiết lộ qua các thế hệ sẽ mang lại lợi ích đặc biệt cho việc tìm hiểu các khía cạnh di truyền qua thế hệ dioxin. Việc xác định các dấu ấn sinh học về phơi nhiễm và phản ứng với dioxin cho phép quản lý nạn nhân, phát triển các công cụ chẩn đoán hoặc tiên lượng độc tính và quản lý sinh thái.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Dioxin là chất gây ô nhiễm môi trường có thể tích tụ trong cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn. Tiếp xúc với 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-para-dioxin (TCDD), là loại dioxin độc nhất. TCDD có trong thành phần hoá chất làm rụng lá cây được sử dụng trong Chiến tranh Việt Nam, có liên quan đến việc gia tăng tỷ lệ mắc bệnh ung thư hệ lympho. Mặc dù được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế phân loại dioxin là chất gây ung thư nhóm 1, nhưng bằng chứng chưa thể chứng minh một cách thuyết phục mối liên hệ nhân quả giữa phơi nhiễm TCDD và nguy cơ ung thư ở người. Điều này được giải thích bởi sự tồn tại của các thành kiến ​​nghiên cứu, kết quả mâu thuẫn và số lượng nhỏ các trường hợp trong các báo cáo. Cơ chế tác động của TCDD được biết đến là trung gian thông qua liên kết Aryl hydrocarbon Receptor (AhR), một yếu tố phiên mã hoạt động như một cảm biến về các kích thích từ môi trường. Sự tăng tiết AhR bởi TCDD trong các mô hình động vật ngăn chặn sự phát triển của các tế bào tiền thân tạo máu và tác động xấu đến sự biệt hóa tế bào lympho, do đó thể hiện một sự kiện quan trọng trong quá trình sinh ung thư ở người. Hơn nữa, kích hoạt AhR phát triển không thích hợp dẫn đến việc ức chế chức năng kéo dài có thể góp phần làm tăng khả năng mắc bệnh ung thư sau này trong cuộc sống. Mục đích của chúng tôi là xác định các dấu ấn sinh học cho sự phơi nhiễm TCDD và tính nhạy cảm của bệnh ung thư hệ lympho liên quan đến TCDD. Chúng tôi đề xuất sử dụng hệ thống nuôi cấy Tế bào gốc đa năng (hiPSCs) của con người để xác định cửa sổ nhạy cảm với độc tính dioxin trong quá trình phát triển tế bào tạo máu và biểu hiện của tế bào lympho T, và để tiết lộ các gen khác nhau được biểu hiện, ảnh hưởng đến biểu mô sau điều trị TCDD và các vùng gen chứa AhR. Để phục vụ cho việc lưu giữ mẫu của các cựu chiến binh-nạn nhân chất độc da cam trong nghiên cứu cần phải có những kho bảo quản lạnh. Các mẫu từ những gia đình có hậu quả chất độc màu da cam đã biểu hiện qua các thế hệ rất có giá trị cho việc tìm hiểu các khía cạnh di truyền và biểu hiện của sự di truyền qua thế hệ do dioxin. Việc xác định các dấu ấn sinh học về phơi nhiễm và phản ứng với dioxin cho phép quản lý nạn nhân, phát triển các công cụ chẩn đoán hoặc tiên lượng độc tính và quản lý cộng đồng.

2. XÁC ĐỊNH CÁC DẤU ẤN SINH HỌC VỀ MỨC ĐỘ PHƠI NHIỄM VỚI DIOXIN VÀ KHẢ NĂNG TIẾN TRIỂN THÀNH UNG THƯ

Dioxin là các hydrocacbon thơm đa vòng được clo hóa thuộc họ polyclo hóa dibenzo-para-dioxin (PCDD). Đây là những chất gây ô nhiễm môi trường, sinh ra từ các quá trình công nghiệp, cháy rừng hay núi lửa phun, chúng phân huỷ rất chậm trong lòng đất. Dioxin có thể tích tụ trong mô của con người thông qua chuỗi thức ăn. TCDD (2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin), là chất độc nhất dioxin. TCDD rất ưa mỡ, nó có thời gian bán hủy trong cơ thể người từ 5 đến 10 năm. Tác động độc hại của việc tiếp xúc với TCDD đã được ghi nhận đầy đủ, như một chất gây ô nhiễm chất độc màu da cam, do quân đội Hoa Kỳ sử dụng trong Chiến tranh Việt Nam (1961-1971); hay sau thảm họa công nghiệp Seveso ở Ý (1976). Ngoài dị tật bẩm sinh (nứt đốt sống, thiểu năng não), rối loạn sinh sản, rối loạn nội tiết, rối loạn chức năng miễn dịch và gia tăng tỷ lệ mắc ung thư cũng liên quan đến phơi nhiễm dioxin. Một báo cáo được thực hiện 40 năm sau vụ nổ Seveso cho thấy sự gia tăng của bệnh ung thư hệ bạch huyết và hệ tạo máu, với sự phân bổ khác biệt giữa nam giới và phụ nữ ở những khu vực ô nhiễm nhất. 1 Bộ Y tế Việt Nam cũng như chính quyền Hoa Kỳ đã thiết lập một danh sách các bệnh lý liên quan đến phơi nhiễm dioxin, bao gồm một số bệnh ung thư và khoảng 20 dị tật bẩm sinh (https://www.publichealth.va.gov/ exposures/ agentorange / sinh-dị tật / trẻ em-phụ nữ-vietnam-vets.asp). Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) cũng đã xếp TCDD vào nhóm 1, là tác nhân gây ung thư đã được chứng minh cho con người. Và mặc dù bằng chứng thuyết phục về mối liên quan giữa một số bệnh lý nhất định với TCDD, vẫn rất khó để chứng minh mối liên hệ nhân quả khoa học giữa sự khởi phát và phơi nhiễm của chúng. Vấn đề này có liên quan đến một số yếu tố:

- Thiếu dữ liệu dịch tễ học

- Khó khăn trong việc chứng minh nạn nhân bị phơi nhiễm với dioxin

- Ô nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp bởi dioxin

- Đôi khi các triệu chứng khởi phát muộn sau khi phơi nhiễm

- Kích thước nhỏ của các mẫu được bao gồm trong các nghiên cứu

- Nghiên cứu sự thiên vị và kết quả mâu thuẫn trong các ấn phẩm

Việc xác định phương thức và cơ chế tác động của TCDD sẽ giúp chúng ta có thể hiểu rõ hơn về độc tính của chất này và tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý.

TCDD tác động thông qua tương tác ái lực cao với thụ thể xenobiotic, Aryl hydrocarbon Receptor (AhR), có chức năng như một yếu tố phiên mã. AhR tạo thành một phức hợp với các protein chaperone, HSP90, AIP và p23. 2 Sự liên kết của AhR với phân tử TCDD gây ra sự phân ly của phức chất và sự chuyển vị của nó trong nhân, nơi nó liên kết với ARNT (Aryl hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator). Phức hợp AhR / ARNT được hình thành liên kết với DNA, ở cấp độ trình tự được gọi là XRE hoặc DRE (Xenobiotic hoặc Yếu tố phản ứng Dioxin) nằm trong các gen khởi động của gen mục tiêu, để tạo ra quá trình phiên mã của chúng. 3 AhR có mặt ở nhiều cơ quan trong cơ thể và đặc biệt là trong hệ thống miễn dịch. AhR sau khi được kích hoạt có thể gây ra những thay đổi kiểu methyl hóa trên các gen mục tiêu của miễn dịch, bằng cách tác động trực tiếp lên sự biểu hiện của methyltransferase, DNMT1, DNMT3a và DNMT3b. Tế bào gốc tạo máu CD34 + của người tiếp xúc trong ống nghiệm với các liều TCDD khác nhau cho thấy khả năng tạo dòng của chúng giảm dần, phụ thuộc vào liều lượng. Ngoài ra, phân tích biểu hiện gen của các tế bào này, cho dù có tiếp xúc với TCDD hay không, cho thấy sự biểu hiện khác biệt của các gen ức chế khối u cũng như các gen liên quan đến sự hình thành khối u hoặc trong các bệnh ung thư hệ huyết học. 4 Các nghiên cứu cho thấy TCDD ức chế quá trình apoptosis trong các tế bào từ ba dòng ung thư hạch bạch huyết ở người khác nhau, và cũng như tăng methyl hóa AhR trong bệnh bạch cầu nguyên bào lympho cấp tính ở người. 5 Trong các mô hình động vật gặm nhấm, độc tính có mục tiêu của TCDD đối với ngăn bạch huyết được quan sát bằng cách cảm ứng teo tuyến ức và thiên vị biệt hóa thymocyte đối với các tế bào CD4 - CD8 +, liên quan đến việc loại bỏ điều tiết của thymocytes. Sự biểu hiện của các yếu tố phiên mã, cKrox và Runx3, liên quan đến sự tham gia của CD4 + CD8 + thymocytes dương tính kép thành thymocytes dương tính đơn. Quá trình này một phần sẽ độc lập với con đường trung gian AhR. 6 Sự tiếp xúc của thai nhi với TCDD đã được chứng minh là làm giảm khả năng của các tế bào gốc tạo máu tham gia vào con đường biệt hóa tế bào lympho, tác động mạnh mẽ đến sự phát triển tế bào lympho trong tủy xương và tuyến ức sau này. 7 Những con chuột này khi trưởng thành cũng có phản ứng tế bào lympho T CD4 + T kháng vi rút bị thay đổi dẫn đến giảm sự mở rộng của tế bào lympho CD4 + T (LT) và các chức năng tác động của chúng. Các phân tích giải trình tự toàn bộ bộ gen của chuột bisulfit cho thấy rằng việc kích hoạt AhR trong quá trình phát triển đã lập trình một cách bền vững mô hình methyl hóa của bộ gen CD4 + LT. 8 Những tác động này tham gia vào quá trình gây ức chế miễn dịch bởi TCDD, được báo cáo trong các nghiên cứu dịch tễ học với Chất độc da cam. 9 Để hỗ trợ thêm cho những dữ liệu này, việc kích hoạt AhR bởi TCDD cho thấy xu hướng biệt hóa đối với tế bào lympho T điều hòa (Tregs) tiêu diệt tế bào lympho Th17 gây viêm, do đó tăng cường tác dụng ức chế miễn dịch được mô tả đối với TCDD. 10 Dữ liệu lâm sàng cho thấy sự gia tăng sự phát triển của U lympho Non Hodgkin (NHL) trong trường hợp ức chế miễn dịch, 11 nguy cơ càng lớn hơn khi bệnh nhân sau đó bị nhiễm vi rút Epstein-Barr hoặc vi rút viêm gan C. 12 NHL là một trong số nhiều bệnh ung thư liên quan đến việc tiếp xúc với TCDD. Do đó, tác dụng gây độc miễn dịch của dioxin có thể làm tăng tính nhạy cảm với bệnh ung thư. Tất cả các kết quả này là bằng chứng về sự liên quan của dioxin trong việc hình thành các bệnh ung thư huyết học, được báo cáo trong các nghiên cứu dịch tễ học về chất độc da cam.

Tác động của việc phơi nhiễm với dioxin khác nhau tùy thuộc vào “cửa sổ tiếp xúc” mà trong đó một người sẽ nhạy cảm hơn hay ít hơn. Các tác động của dioxin sẽ nghiêm trọng hơn nếu diễn ra trong những giai đoạn dễ bị tổn thương, khi các mô và cơ quan vẫn đang phát triển. Đây là giai đoạn trước khi sinh trong thời kỳ mang thai, trẻ sơ sinh hoặc vị thành niên. Do đó, hậu quả có thể không thể đảo ngược khi phơi nhiễm cản trở các giai đoạn phát triển quan trọng với tác dụng tức thời (gây quái thai, phá thai) hoặc lâu dài hơn (béo phì, tăng huyết áp, ung thư). Và hậu quả của việc phơi nhiễm dioxin thì sao, liệu chúng có thể di truyền cho các thế hệ nạn nhân sau này không? Tính di truyền của các tác động có thể là giữa các thế hệ (hoặc đa thế hệ), hoặc chuyển thế hệ. Nó được cho là giữa các thế hệ khi tác động lên thế hệ con cái có thể được giải thích là do chúng phơi nhiễm với dioxin:

- Thông qua các giao tử của bố mẹ đã được tiếp xúc, hoặc

- Khi còn là bào thai ở người mẹ mang thai đã bị phơi nhiễm, hoặc

- Thông qua các giao tử của bào thai trong người mẹ mang thai đã bị phơi nhiễm.

Tính di truyền của các tác động là chuyển thế hệ khi tác động xảy ra đối với các thế hệ chưa từng bị phơi nhiễm dioxin. Rất ít nghiên cứu tồn tại ở người về ảnh hưởng lâu dài của dioxin đối với sức khỏe của quần thể và con cháu của họ. Trong khi ở các mô hình động vật, có rất nhiều ví dụ về sự lây truyền giữa các thế hệ và chuyển thế hệ về các tác động của TCDD. Sự tiếp xúc của bào thai với TCDD gây ra sự chuyển đổi thế hệ ở thế hệ F3 dậy thì sớm và giảm số lượng nang noãn. 13 Ở mức độ miễn dịch, sự xâm nhập tuyến ức kèm theo giảm tế bào lympho T và ức chế miễn dịch được quan sát thấy ở thế hệ con lai F1, mà hồ sơ biểu hiện microRNA trong tuyến ức của thai nhi đã bị thay đổi trong quá trình tiếp xúc với TCDD. 14 Một công bố gần đây báo cáo tác động chuyển thế hệ lên chức năng miễn dịch chỉ ở phụ nữ chứ không phải ở nam giới ở F3, dẫn đến giảm sản xuất và chức năng của CD8 + LT gây độc tế bào trong quá trình nhiễm vi rút cúm. 15 Kết quả này cho thấy việc mẹ tiếp xúc với dioxin có thể gây hại cho hệ thống miễn dịch của thế hệ con cái và ảnh hưởng của nó có thể truyền sang thế hệ F3 chưa từng tiếp xúc với dioxin.

Tóm lại, tiếp xúc với TCDD gây ra một tác động có hại, thông qua thụ thể AhR, trên hệ thống tạo máu, tác động nghiêm trọng đến hệ thống miễn dịch. Những tác động này được truyền qua methyl hóa DNA, sự biểu hiện khác biệt của sự biểu hiện microRNA của kiểu biểu hiện của các gen liên kết với các chức năng của lymphoid. Để hiểu rõ hơn về tác động gây độc miễn dịch của dioxin và đặc biệt là tác động của nó ở cấp độ phát triển, chúng tôi đề xuất sử dụng hệ thống nuôi cấy organoid ở dạng 3D, của các tế bào gốc đa năng do con người tạo ra (hiPSC), để tạo ra các tế bào lympho T, được mô tả bởi Crooks và nhóm cộng sự vào năm 2019. 16 tế bào hiPSCs, được tạo ra từ tế bào xôma, có sức mạnh tương tự như tế bào gốc phôi người, ở khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào trong cơ thể. Có như vậy mới có được nguồn tế bào không giới hạn để đánh giá độc tính của dioxin từ giai đoạn một trong ba lớp phôi là trung bì, tại nguồn gốc của tế bào máu, gây ra sự biệt hóa theo con đường tạo máu sau đó theo con đường biệt hóa lympho. Mô hình này sẽ tiết lộ phương thức và cơ chế hoạt động của dioxin bằng cách xác định cửa sổ nhạy cảm (giai đoạn biệt hóa), các gen biểu hiện khác biệt, ảnh hưởng đến bộ gen và các vùng gen mà AhR chiếm giữ. Việc hình thành ngân hàng lư trữ các mẫu sinh học của các nạn nhân chất độc da cam và con cháu của họ sẽ đóng góp sự tiến bộ của nghiên cứu nhờ vào việc so sánh với các kết quả thu được từ mô hình tế bào được mô tả, nhưng cũng để bổ sung từ quan điểm về tính di truyền của các tác động của phơi nhiễm. Ngoài ra, các nghiên cứu về độc tính của TCDD đã được công bố chỉ ra sự khác biệt về phản ứng giữa các nạn nhân và theo giới tính của họ. Việc xác định các đa hình di truyền hoặc các con đường sinh hóa phụ thuộc vào hormone giới tính ảnh hưởng đến phản ứng với dioxin sẽ giúp xác định những người có nguy cơ phơi nhiễm dioxin cao hơn.

Công việc này rất quan trọng để có được các dấu hiệu phơi nhiễm và phản ứng với dioxin, giúp quản lý nạn nhân, phát triển các công cụ chẩn đoán hoặc tiên lượng độc tính trên hệ thống miễn dịch và quản lý bệnh nhân.

Thi My Anh NEILDEZ-NGUYEN 1,2, Xuan Nguyen BUI 3

1) Trung tâm nghiên cứu Saint-Antoine, Đại học Sorbonne, Paris

2) EPHE, Đại học PSL, Paris

3) Trung tâm Công nghệ Sinh học Đông Nam Á

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Consonni, D. et al. (2016), Cohort study of the population exposed to dioxin after the Seveso, Italy accident: mortality (1976-2013) and cancer incidence (1977-2012) preliminary results. in Annual Dioxin Symposia vol. 78 285–288.

2. Gutiérrez-Vázquez C., Quintana F. J. (2018), Regulation of the Immune Response by the Aryl Hydrocarbon Receptor. Immunity 48, 19–33.

3. Stockinger B., Meglio P. D., Gialitakis M. & Duarte J. H. (2014), The Aryl Hydrocarbon Receptor: Multitasking in the Immune System. Annu. Rev. Immunol. 32, 403–432 (2014).

4. Fracchiolla, N. S. et al. (2011), Dioxin exposure of human CD34+ hemopoietic cells induces gene expression modulation that recapitulates its in vivo clinical and biological effects. Toxicology 283, 18–23.

5. Fracchiolla, N. S., Annaloro, C., Guidotti, F. et al. (2016), 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) role in hematopoiesis and in hematologic diseases: A critical review. Toxicology 374, 60–68 (2016).

6. Gill, B.-C. et al. (2008), 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin modulates the expression of cKrox and Runx3, transcription regulatory factors controlling the lineage commitment of CD4+CD8+ into CD4 and CD8 thymocytes, respectively. Toxicology Letters 180, 189–195.

7. Ahrenhoerster, L. S., Tate, E. R., Lakatos, P. A. et al. (2014), Developmental exposure to 2,3,7,8 tetrachlorodibenzo-p-dioxin attenuates capacity of hematopoietic stem cells to undergo lymphocyte differentiation. Toxicology and Applied Pharmacology 277, 172–182 (2014).

8. Burke, C. G., Myers, J. R., Post C. M. et al. (2021). DNA Methylation Patterns in CD4+ T Cells of Naïve and Influenza A Virus-Infected Mice Developmentally Exposed to an Aryl Hydrocarbon Receptor Ligand. Environmental Health Perspectives 129, 017007.

9. Committee to Review the Health Effects in Vietnam Veterans of Exposure to Herbicides (Eleventh Biennial Update) (2018), Board on Population Health and Public Health Practice, Health and Medicine Division, & National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Veterans and Agent Orange: Update 11 (2018). 25137.

10. Prasad Singh, N., Nagarkatti, M. & Nagarkatti, P. (2020), From Suppressor T cells to Regulatory T cells: How the Journey That Began with the Discovery of the Toxic Effects of TCDD Led to Better Understanding of the Role of AhR in Immunoregulation. Int J Mol Sci 21, E7849.

11. Grulich, A. E., Vajdic, C. M. & Cozen W. (2007), Altered immunity as a risk factor for non-Hodgkin lymphoma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 16, 405–408.

12. Strauss H. S., Heiger-Bernays W. (2012), Methodological Limitations May Prevent the Observation of Non-Hodgkin’s Lymphoma in Bioassays of Polychlorinated Biphenyls. Toxicol Pathol 40, 995–1003 (2012).

13. Manikkam, M., Guerrero-Bosagna C., Tracey R. et al. (2012), Transgenerational actions of environmental compounds on reproductive disease and identification of epigenetic biomarkers of ancestral exposures. PLoS One 7, e31901 (2012).

14. Singh, N. P., Singh, U. P., Guan H. et al. (2012), Prenatal Exposure to TCDD Triggers Significant Modulation of microRNA Expression Profile in the Thymus That Affects Consequent Gene Expression. PLoS ONE 7, e45054.

15. Post, C. M. et al. (2019), The Ancestral Environment Shapes Antiviral CD8+ T cell Responses across Generations. iScience 20, 168–183.

16. Montel-Hagen A. et al. (2019), Organoid-Induced Differentiation of Conventional T Cells from Human Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell 24, 376-389.e8.