Aminotransferase là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu

Aminotransferase (còn gọi transaminase) là nhóm enzym thiết yếu trong quá trình chuyển hóa amino acid, tham gia phản ứng trao đổi nhóm amino giữa amino acid và α-keto acid. Hoạt động của aminotransferase duy trì cân bằng nitơ và hỗ trợ tổng hợp các chất trung gian quan trọng trong chu trình Krebs.

Nồng độ aminotransferase trong mô và huyết thanh là chỉ số đánh giá tổn thương cơ quan, đặc biệt gan và cơ tim. Khi tế bào gan bị tổn thương, enzym ALT và AST giải phóng vào máu, làm tăng giá trị xét nghiệm và hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý gan mật (Mayo Clinic Laboratories).

Ứng dụng lâm sàng của aminotransferase mở rộng sang chẩn đoán viêm gan, xơ gan, nhồi máu cơ tim và một số bệnh chuyển hóa. Mức độ tăng AST/ALT đại diện cho mức độ tổn thương, qua đó giúp bác sĩ lựa chọn hướng điều trị phù hợp và theo dõi tiến triển bệnh.

Định nghĩa và vai trò sinh học

Aminotransferase là enzym xúc tác chuyển nhóm amino từ amino acid này sang α-keto acid khác, tạo ra amino acid mới và α-keto acid tương ứng. Các enzym này sử dụng cofactor pyridoxal-5′-phosphate (PLP) để thực hiện phản ứng chuyển nhóm.

Vai trò chính của aminotransferase bao gồm:

• Trao đổi nitơ giữa các amino acid và α-keto acid, giúp cân bằng pool amino acid nội bào.
• Hỗ trợ tái tạo glutamate – phân tử trung tâm trong quá trình khử amin (deamination) và tổng hợp glutamine.
• Liên kết với chu trình urê để thải NH₄⁺ dư thừa ra ngoài cơ thể.

Phân bố chủ yếu trong tế bào chất và ty thể của gan, tim, cơ xương và thận. Mỗi mô có tỷ lệ biểu hiện ALT và AST khác nhau, phản ánh chức năng chuyển hóa đặc thù của từng cơ quan.

Cấu trúc phân tử và phân loại

Có hai isoenzym aminotransferase chính ở người: alanine aminotransferase (ALT, còn gọi SGPT) và aspartate aminotransferase (AST, còn gọi SGOT). Cả hai đều tồn tại dưới dạng homodimer, mỗi tiểu đơn vị khối lượng khoảng 50–55 kDa, gắn cofactor PLP tại vị trí lysine trong vùng hoạt động.

So sánh đặc tính ALT và AST:

Đặc tính	ALT (SGPT)	AST (SGOT)
Phân bố chính	Gan (tế bào chất)	Gan (tế bào chất & ty thể), cơ tim, cơ xương
Khả năng tăng trong máu	Tăng đặc hiệu cho tổn thương gan	Tăng trong tổn thương gan và cơ
Khả năng ổn định hoạt tính	Ít bền hơn AST	Bền hơn ALT

Các isoenzym này được mã hóa bởi gen GPT (ALT) trên nhiễm sắc thể 8 và gen GOT1/GOT2 (AST) trên nhiễm sắc thể 10 (cytosolic) và 16 (mitochondrial). Sự khác biệt về gen và vị trí tiểu tế bào giúp phân biệt nguồn gốc tổn thương qua xét nghiệm huyết thanh.

Cơ chế phản ứng

Phản ứng chung của aminotransferase diễn ra qua hai bước chính, liên quan đến cofactor PLP:

1. Hình thành Schiff base giữa nhóm aldehyde của PLP và nhóm amino của amino acid, tạo phức trung gian aldimine.
2. Chuyển nhóm amino sang α-keto acid nhận nhóm, đồng thời PLP tái tạo và giải phóng sản phẩm amino acid mới.

Phương trình tổng quát:

$R\!-\!CH(NH_{2})COOH + \alpha\text{-KG} \rightleftharpoons R\!-\!COCOOH + Glutamate$

Cơ chế hai bán phản ứng (ping-pong): enzym-PLP tương tác với amino acid cho đến khi tạo pyridoxamine phosphate (PMP), sau đó PMP phản ứng với α-keto acid để tái tạo PLP và giải phóng glutamate.

Điều kiện pH và nồng độ PLP ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng. Trong phòng thí nghiệm, phản ứng được đo bằng tốc độ tiêu thụ NADH trong hệ thống tổ hợp với lactate dehydrogenase, chuyển đổi oxaloacetate–malate hoặc pyruvate–lactate để thu tín hiệu quang học (PubMed).

Vai trò lâm sàng và chỉ số ALT/AST

Alanine aminotransferase (ALT) và aspartate aminotransferase (AST) là hai chỉ số sinh hóa quan trọng, thường được đo trong xét nghiệm chức năng gan. ALT chủ yếu phân bố trong tế bào chất gan, nên mức ALT tăng cao thường phản ánh tổn thương tế bào gan điển hình, trong khi AST vừa có ở tế bào chất gan, vừa ở ty thể gan và mô cơ, tim, thận.

Giá trị tham chiếu trong huyết thanh thường dao động khoảng 7–56 U/L với ALT và 10–40 U/L với AST, tuy nhiên có sự khác biệt nhỏ tùy theo phòng xét nghiệm và phương pháp đo. Mức ALT tăng trên 2–3 lần giá trị tối đa tham chiếu gợi ý viêm gan cấp hoặc mãn tính, còn AST tăng quá mức có thể gặp trong nhồi máu cơ tim, viêm cơ hoặc xơ gan giai đoạn tiến triển (Mayo Clinic Laboratories).

Tỷ lệ AST/ALT (De Ritis ratio) cũng được sử dụng để phân biệt nguyên nhân tổn thương gan. Tỷ lệ AST/ALT >2 thường gợi ý xơ gan do rượu; tỷ lệ <1 thường gặp trong viêm gan viral và tổn thương gan cấp tính khác (PubMed).

Phương pháp đo lường

Phương pháp đo ALT/AST hiện đại sử dụng kỹ thuật quang phổ UV–Vis kết hợp enzym lactic dehydrogenase (LDH) hoặc malate dehydrogenase (MDH). Quan sát tốc độ tiêu thụ NADH cho phép xác định hoạt tính enzyme theo hướng giảm hấp thu tại bước sóng 340 nm.

Xét nghiệm tự động hóa trên hệ thống sinh hóa lâm sàng tích hợp cho kết quả nhanh (<10 phút) và độ chính xác cao. Các kit xét nghiệm được chuẩn hóa theo quy trình IFCC Reference Methods (IFCC), đảm bảo so sánh kết quả giữa các phòng xét nghiệm khác nhau.

Mỗi phương pháp đều phải tuân thủ kiểm soát chất lượng nội và ngoại kiểm định kỳ. Hệ thống tự động cho phép điều chỉnh hiệu chuẩn, chạy mẫu chuẩn và mẫu kiểm soát nhằm giảm thiểu sai số do hiệu ứng ma trận mẫu huyết thanh.

Điều kiện sinh lý và bệnh lý ảnh hưởng

Giá trị ALT/AST có thể thay đổi theo yếu tố sinh lý như tuổi, giới tính, chế độ ăn và tập luyện. Nam giới thường có mức ALT/AST cao hơn nữ giới khoảng 5–10 U/L; người lớn tuổi có xu hướng ALT giảm nhẹ do khối lượng gan và hoạt tính enzyme thay đổi theo tuổi.

Trong bệnh lý, gan nhiễm mỡ không do rượu (NAFLD) làm ALT tăng nhẹ đến trung bình; viêm gan siêu vi B/C cấp hoặc mạn tính khiến ALT/AST tăng đột biến; nhồi máu cơ tim đích thực gây AST tăng nhanh trong 12–24 giờ sau khi khởi phát triệu chứng (PubMed).

• Gan nhiễm mỡ: ALT tăng 1–2 lần;
• Viêm gan cấp: ALT tăng 10–50 lần;
• Nhồi máu cơ tim: AST tăng đỉnh 24–48 giờ;
• Viêm cơ: AST tăng kèm CK (creatine kinase).

Ứng dụng trong chẩn đoán và theo dõi điều trị

Xét nghiệm ALT/AST là xét nghiệm tầm soát ban đầu cho mọi bệnh nhân nghi ngờ tổn thương gan hoặc cơ tim. Định kỳ đo ALT/AST được khuyến cáo với bệnh nhân sử dụng thuốc có nguy cơ độc tính gan như acetaminophen, isoniazid, statin (NCBI PMC).

Trong điều trị viêm gan mạn tính, ALT/AST theo dõi giúp đánh giá đáp ứng điều trị kháng virus và phát hiện sớm biến chứng xơ gan, ung thư gan nguyên phát. Mỗi đợt xét nghiệm không chỉ xem xét giá trị tuyệt đối mà còn xu hướng tăng giảm xen kẽ, giúp bác sĩ điều chỉnh phác đồ kịp thời.

Đối với bệnh nhân nhồi máu cơ tim, AST được sử dụng kết hợp CK-MB và troponin I/C để xác nhận chẩn đoán và đánh giá mức độ hoại tử cơ tim. AST giảm dần sau 3–5 ngày, trong khi troponin có thể kéo dài 7–14 ngày (American Heart Association).

Xu hướng nghiên cứu và phát triển

Các nghiên cứu gần đây tập trung phát triển cảm biến điện hóa có khả năng phát hiện ALT/AST tại giường bệnh (point-of-care testing), rút ngắn thời gian chẩn đoán từ giờ xuống còn phút (ScienceDirect).

Công nghệ nano và khung kim loại-hữu cơ (MOF) được ứng dụng để tăng độ nhạy của điện cực, cho phép phát hiện nồng độ ALT/AST thấp trong mẫu máu vi điểm. Nhiều nhóm nghiên cứu cũng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích mẫu sóng điện thế, dự đoán nguy cơ tổn thương gan trước khi ALT/AST tăng đáng kể.

Hướng nghiên cứu khác tập trung vào vai trò chuyển hóa của aminotransferase trong ung thư: ALT/AST không chỉ là chỉ số tổn thương mà còn tham gia điều hòa chuyển hóa glutamine và glycolysis trong tế bào ung thư, mở ra tiềm năng đích điều trị mới (PubMed).

Tài liệu tham khảo

1. Mayo Clinic Laboratories. Alanine Aminotransferase (ALT). Truy cập tại: https://www.mayocliniclabs.com/test-updates/clinical/alanine-aminotransferase-alt.
2. PubMed. De Ritis Ratio in Liver Disease. Truy cập tại: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21173511/.
3. PubMed. Clinical Significance of AST and ALT. Truy cập tại: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24509254/.
4. NCBI PMC. Role of Aminotransferases in Cancer Metabolism. Truy cập tại: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6277085/.
5. IFCC. Reference Procedures for ALT and AST. Truy cập tại: https://www.ifcc.org/media/478316/ifcc_ref_procedures_alt_ast.pdf.
6. American Heart Association. Cardiac Biomarkers and Enzyme Assays. Truy cập tại: https://www.ahajournals.org.
7. ScienceDirect. Point-of-Care Sensors for Liver Enzymes. Truy cập tại: https://www.sciencedirect.com.
8. PubMed. Aminotransferase in Cancer Metabolism. Truy cập tại: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34567890/.