Amyloid beta là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu

Amyloid-β (Aβ) là peptide ngắn dài 39–43 axit amin sinh ra từ quá trình cắt có chuỗi của protein tiền chất amyloid (APP) bởi hai loại enzym β-secretase và γ-secretase. Aβ tồn tại cả ở dạng hòa tan và không hòa tan, phân bố chủ yếu trong dịch não tủy và màng tế bào thần kinh. Hàm lượng và tỉ lệ giữa các đồng phân Aβ₄₀ và Aβ₄₂ thường được dùng làm dấu ấn sinh học trong chẩn đoán bệnh Alzheimer.

Dưới điều kiện sinh lý, Aβ có thể tham gia điều hòa hoạt động thần kinh, hỗ trợ quá trình truyền tín hiệu và điều chỉnh chức năng glutamate. Tuy nhiên, khi quá trình loại bỏ Aβ bị suy giảm hoặc sản xuất quá mức, peptide dễ kết tụ, tạo oligomer và lắng đọng dưới dạng mảng amyloid ngoại bào—đặc trưng bệnh sinh Alzheimer.

Hiện tượng tăng tích lũy Aβ xảy ra sớm trước khi biểu hiện triệu chứng lâm sàng hàng năm, do đó nghiên cứu cơ chế sinh tổng hợp và tương tác của Aβ đóng vai trò cốt lõi trong phát triển chiến lược can thiệp sớm. Các phương pháp chẩn đoán hình ảnh PET sử dụng tracers gắn Aβ (PiB, Florbetapir) giúp phát hiện chính xác vị trí và mật độ mảng amyloid trong não (Alzheimer’s Association).

Cấu trúc và sinh tổng hợp

APP là glycoprotein xuyên màng, sau khi β-secretase (BACE1) cắt tại ngoại bào tạo mảnh C99, tiếp theo γ-secretase cắt mảnh C99 trong màng sinh ra Aβ. Vị trí cắt cuối cùng quyết định độ dài của Aβ: Aβ₄₀ chiếm đa số (~90%) và Aβ₄₂ chiếm tỷ lệ nhỏ nhưng độc tính cao hơn.

Cấu trúc Aβ gồm hai vùng chính: vùng N-terminal có ái lực nước và vùng C-terminal ưa kỵ nước, thúc đẩy sự tự kết tụ. Đồng phân Aβ₄₂ với hai axit amin dư thừa ở C-đầu có xu hướng hình thành cấu trúc β-sheet mạnh hơn, dẫn đến khả năng khởi tạo hạt nhân (nucleation) nhanh và giải phóng oligomer độc tính.

Hình ảnh phân tử Aβ qua kính hiển vi lực nguyên tử và phân tích NMR cho thấy Aβ₄₀ chủ yếu tồn tại ở dạng xoắn α-helix trong môi trường nước, trong khi Aβ₄₂ dễ chuyển dạng β-sheet hơn. Mô hình hóa cấu trúc bằng cryo-EM đang mở ra chi tiết ba chiều của fibril amyloid (NCBI PMC).

Sự kết tụ và hình thành oligomer

Quá trình kết tụ Aβ diễn ra theo cơ chế nucleation-dependent polymerization: các monomer di động tạo nucleation (hạt nhân) khi đạt ngưỡng nồng độ, sau đó hạt nhân mở rộng thành oligomer và cuối cùng thành fibril lắng đọng.

Oligomer Aβ là các cấu trúc gồm vài đến hàng chục monomer, hòa tan trong dịch ngoại bào, được coi là dạng độc tính chính gây rối loạn synap và mất chức năng thần kinh. Độ độc phụ thuộc kích thước oligomer: kích thước ~12–24 monomer cho thấy tác động mạnh nhất lên tế bào thần kinh.

• Giai đoạn lag (khởi tạo): nucleation hiếm gặp, phụ thuộc nồng độ.
• Giai đoạn tăng trưởng: oligomer mở rộng nhanh khi nucleation ổn định.
• Giai đoạn bão hòa: chuyển dần sang fibril không hòa tan lắng đọng thành mảng.

Bảng tóm tắt quá trình kết tụ Aβ:

Giai đoạn	Mô tả	Sản phẩm chính
Lag	nucleation phụ thuộc nồng độ	hạt nhân Aβ
Growth	polymerization nhanh	oligomer Aβ
Saturation	ổn định fibril	mảng amyloid

Vai trò bệnh sinh

Oligomer Aβ tác động lên màng tế bào, hình thành kênh Ca²⁺ không kiểm soát, gây tăng Ca²⁺ nội bào, kích hoạt caspase và apoptosis. Stress oxy hóa do oligomer kích động sản sinh ROS, gây tổn thương lipid và protein màng (NCBI PMC).

Sự tích lũy mảng amyloid ngoại bào kích hoạt viêm thần kinh—microglia và astrocyte phóng thích cytokine gây độc và tạp protein tau. Tương tác giữa Aβ và tau thúc đẩy hình thành sợi tau bất thường, dẫn đến teo não và suy giảm nhận thức.

Độc tính của Aβ thể hiện qua giám sát lâm sàng: tỉ lệ Aβ₄₂/Aβ₄₀ trong dịch não tủy giảm, tương ứng với lắng đọng mảng, là chỉ số chẩn đoán Alzheimer trước triệu chứng (Alzheimer’s Association).

Phương pháp phát hiện Aβ

Định lượng Aβ trong dịch não tủy (CSF) sử dụng ELISA hoặc điện hóa Luminex, nhắm đo nồng độ tương đối của Aβ₄₂, Aβ₄₀ và tỷ lệ Aβ₄₂/Aβ₄₀. Giảm Aβ₄₂ trong CSF phản ánh sự lắng đọng ngoại bào của mảng amyloid (Alzheimer’s Association – CSF Biomarkers).

Chẩn đoán hình ảnh PET dùng các tracers gắn Aβ như 11C-PiB, 18F-florbetapir cho phép quan sát phân bố và mật độ mảng amyloid in vivo. PET amyloid được chuẩn hóa qua chỉ số SUVR (standardized uptake value ratio) so với vùng tham chiếu (NCBI PMC).

• CSF ELISA/Luminex: độ nhạy cao, xâm lấn.
• PET amyloid: không xâm lấn, đánh giá toàn não.
• Công nghệ mới: quét tâm thất bằng SPECT tracers (ScienceDirect – SPECT).

Mô hình động vật và tế bào

Mô hình chuột transgenic như APP/PS1 và 5xFAD biểu hiện gene đột biến APP và presenilin trình diễn lắng đọng Aβ sớm và rối loạn nhận thức. Các dòng này thường phát triển mảng amyloid từ 3–6 tháng tuổi, kèm mất synap và suy giảm trí nhớ (JAX 5xFAD).

Tế bào iPSC-derived neurons từ bệnh nhân Alzheimer cho phép nghiên cứu cơ chế nội bào khi phơi nhiễm Aβ, bao gồm stress lưới nội chất, mất cân bằng calci và tăng phosphoryl hóa tau. Co-culture với astrocyte và microglia mô phỏng phản ứng viêm (Nature Protocols).

• Chuột APP/PS1: mảng amyloid, viêm thần kinh.
• Chuột 5xFAD: khởi phát sớm, mô phỏng Alzheimer sớm.
• iPSC-neurons: đa dòng, nghiên cứu cơ chế bào tương.

Chiến lược điều trị

Ức chế sản xuất Aβ bằng BACE1 inhibitors (verubecestat, atabecestat) đã thử lâm sàng giai đoạn II–III, tuy nhiều nghiên cứu dừng do tác dụng phụ (ClinicalTrials.gov).

Kháng thể đơn dòng kháng Aβ như aducanumab và lecanemab gắn đặc hiệu oligomer/fibril, kích thích vi khuẩn microglia loại bỏ mảng. Aducanumab đã được FDA chấp thuận có điều kiện, giảm mật độ mảng và chậm suy giảm nhận thức (FDA).

• BACE1 inhibitors: giảm Aβ sản xuất.
• Anti-Aβ antibodies: aducanumab, lecanemab.
• Vaccines Aβ: CAD106, UB-311 đang nghiên cứu giai đoạn II.

Ứng dụng sinh học phân tử và cấu trúc

Cryo-EM và NMR xác định cấu trúc fibril Aβ₄₂ từ mô bệnh nhân, hé lộ các motif β-sheet chồng xen kẽ. Mô hình cấu trúc hỗ trợ thiết kế nhỏ phân tử ức chế phân tử trượt của β-strand (Science).

Docking và molecular dynamics simulation cho phép đánh giá năng lượng liên kết của ligand với hạt nhân Aβ, định hướng phát triển hợp chất cản trở quá trình kết tụ (ACS J. Med. Chem.).

Ý nghĩa lâm sàng và triển vọng

Phát hiện sớm mảng amyloid trước triệu chứng Alzheimer có thể mở cửa điều trị phòng ngừa, nhắm mục tiêu Aβ ở giai đoạn prodromal. Kết hợp biomarker Aβ, tau và MRI đánh giá đa mô thái giúp cá thể hóa chiến lược điều trị (Alzforum Trials).

Tương lai hướng đến đa mục tiêu (Aβ + tau + viêm), sử dụng small molecules, kháng thể và liệu pháp gen. Công nghệ CNS-delivery và các kỹ thuật CRISPR base-editing đang nghiên cứu để ức chế biểu hiện APP tại não.

• Điều trị sớm giai đoạn prodromal.
• Multi-target: kết hợp anti-Aβ, anti-tau, kháng viêm.
• Liệu pháp gen và RNAi nhắm APP/BACE1.

Tài liệu tham khảo

• Selkoe D. J., Hardy J. (2016). “The amyloid hypothesis of Alzheimer’s disease at 25 years,” EMBO Mol Med, 8(6), 595–608.
• Villemagne V. L., et al. (2018). “Amyloid-β PET imaging in Alzheimer’s disease,” Nat Rev Neurol, 14(12), 691–701.
• Bard F., et al. (2000). “Epitope and isotype specificities of anti-Aβ antibodies,” J Neurosci, 20(17), 6413–6420.
• Vassar R., et al. (1999). “β-Secretase cleavage of Alzheimer’s amyloid precursor protein,” Science, 286(5440), 735–741.
• FDA. (2021). “FDA approves new treatment for Alzheimer’s disease,” FDA News Release.