Bệnh u hạt mạn tính (chronic granulomatous disease - CGD) là một bệnh lý suy giảm miễn dịch nguyên phát bẩm sinh hiếm gặp, đặc trưng bởi sự suy giảm nghiêm trọng hoặc mất hoàn toàn khả năng tiêu diệt vi sinh vật nội bào của các tế bào thực bào (bao gồm bạch cầu hạt trung tính, bạch cầu đơn nhân và đại thực bào). Bệnh bắt nguồn từ các đột biến gene làm gián đoạn chức năng của phức hợp enzyme NADPH oxidase màng tế bào, dẫn đến việc không thể tạo ra các gốc oxy hóa phản ứng (reactive oxygen species - ROS) trong đợt bùng nổ hô hấp (respiratory burst). Hậu quả lâm sàng là bệnh nhân phải đối mặt với các đợt nhiễm trùng tái phát đe dọa tính mạng do các vi khuẩn và vi nấm dương tính với catalase, đồng thời hình thành các u hạt viêm mạn tính gây tổn thương và tắc nghẽn nhiều cơ quan trong cơ thể.
Khái niệm và định nghĩa y học của bệnh u hạt mạn tính
Hệ thống miễn dịch bẩm sinh của cơ thể phụ thuộc vào khả năng nhận diện, nuốt và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh ngoại lai của bạch cầu hạt trung tính và đại thực bào. Sau khi thực bào vi khuẩn hoặc vi nấm, một phản ứng hóa sinh cấp thiết được kích hoạt gọi là đợt bùng nổ hô hấp. Trong quá trình này, lượng tiêu thụ oxy của tế bào tăng vọt để xúc tác phản ứng chuyển electron từ NADPH đến phân tử oxy, tạo thành anion superoxide và các gốc tự do có độc tính cao nhằm tiêu hủy vách và cấu trúc tế bào vi sinh vật bên trong không bào thực bào.
Ở những bệnh nhân mắc bệnh u hạt mạn tính, khiếm khuyết di truyền làm tê liệt phức hợp enzyme này. Mặc dù tế bào thực bào vẫn có thể hóa ứng động và nuốt vi sinh vật một cách hoàn toàn bình thường, chúng không thể tiêu diệt được các vi sinh vật bên trong. Để bù trừ cho sự thất bại trong việc tiêu diệt mầm bệnh bằng cơ chế oxy hóa, hệ miễn dịch huy động lượng lớn tế bào lympho T và đại thực bào bao vây lấy ổ nhiễm khuẩn, dẫn đến sự hình thành phản ứng u hạt mạn tính. Các u hạt viêm hạt này tích tụ dần tạo thành các khối choán chỗ gây hẹp tắc đường tiêu hóa, đường tiết niệu và phá hủy mô lành.
Cơ sở di truyền học và cấu trúc phức hợp NADPH oxidase
Phức hợp enzyme NADPH oxidase thực bào (phox) là một cấu trúc đa protein phức tạp bao gồm các tiểu đơn vị liên kết màng và các tiểu đơn vị trong bào tương. Dirk Roos và Martin de Boer (2014) trong công trình tổng quan toàn diện về chẩn đoán phân tử bệnh u hạt mạn tính đã xác định rõ các gene chịu trách nhiệm di truyền:
- Gene CYBB (nằm trên nhiễm sắc thể X): Mã hóa tiểu đơn vị glycoprotein xuyên màng gp91phox (còn gọi là NOX2). Đột biến trên gene CYBB gây ra thể di truyền lặn liên kết nhiễm sắc thể giới tính X (X-linked CGD). Nghiên cứu của Winkelstein và cộng sự (2000) trên dữ liệu đăng ký quốc gia 368 bệnh nhân chỉ ra rằng thể liên kết nhiễm sắc thể X chiếm khoảng 67% tổng số các trường hợp mắc bệnh. Do cơ chế di truyền qua nhiễm sắc thể X, đa số bệnh nhân của thể này là nam giới và thường biểu hiện triệu chứng lâm sàng nặng nề hơn ở độ tuổi rất nhỏ.
- Gene NCF1 (trên nhiễm sắc thể thường): Mã hóa tiểu đơn vị protein bào tương p47phox. Đột biến trên gene này gây ra thể di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường (autosomal recessive CGD), thường gặp nhất trong nhóm di truyền nhiễm sắc thể thường. Hầu hết các ca bệnh phát sinh do đột biến mất hai cặp base (delta GT) đặc trưng.
- Gene NCF2 (trên nhiễm sắc thể thường): Mã hóa tiểu đơn vị bào tương p67phox, di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường.
- Gene CYBA (trên nhiễm sắc thể thường): Mã hóa tiểu đơn vị màng p22phox, tạo phức hợp heterodimer ổn định với gp91phox trên màng không bào.
- Gene NCF4 (trên nhiễm sắc thể thường): Mã hóa tiểu đơn vị bào tương p40phox, là một thể di truyền hiếm gặp khác của bệnh.
Cơ chế bệnh sinh miễn dịch: Khiếm khuyết bùng nổ hô hấp
Bình thường, khi tế bào thực bào bị kích thích bởi vi sinh vật hoặc các tín hiệu viêm, các tiểu đơn vị bào tương (p47phox, p67phox, p40phox cùng với protein G nhỏ Rac) sẽ bị phosphoryl hóa và di chuyển nhanh chóng đến màng tế bào để liên kết với các tiểu đơn vị màng (gp91phox và p22phox), tạo nên phức hợp enzyme NADPH oxidase hoạt động hoàn chỉnh.
Phức hợp này chuyển electron từ NADPH nội bào xuyên qua màng để khử phân tử oxy thành anion superoxide theo phương trình phản ứng:
Anion superoxide sau đó nhanh chóng chuyển hóa thành hydrogen peroxide (nước oxy già) nhờ enzyme superoxide dismutase. Tiếp theo, enzyme myeloperoxidase (MPO) bên trong các hạt của bạch cầu trung tính sử dụng hydrogen peroxide cùng các ion chloride để tổng hợp acid hypochlorous, một chất tẩy trùng sinh học cực mạnh có khả năng nhanh chóng tiêu diệt vi khuẩn.
Khi các gene mã hóa NADPH oxidase bị đột biến, chuỗi phản ứng sinh hóa trên bị phong tỏa hoàn toàn. Các vi sinh vật âm tính với catalase khi xâm nhập vẫn có thể tự sinh ra một lượng hydrogen peroxide nội sinh; bạch cầu của bệnh nhân có thể mượn lượng hydrogen peroxide này để kết hợp với myeloperoxidase tiêu diệt chúng. Ngược lại, các vi khuẩn và nấm dương tính với catalase sở hữu enzyme catalase phân hủy hoàn toàn hydrogen peroxide nội sinh của chính chúng, tước đoạt vũ khí duy nhất của tế bào thực bào, khiến chúng tồn tại và nhân lên tự do bên trong tế bào bạch cầu.
Đặc điểm lâm sàng và các tác nhân gây bệnh điển hình
Dữ liệu nghiên cứu dịch tễ và lâm sàng từ sổ đăng ký quốc gia gồm 368 bệnh nhân do Jerry A. Winkelstein và các cộng sự (2000) công bố trên tạp chí Medicine đã cung cấp bức tranh lâm sàng toàn cảnh về bệnh u hạt mạn tính. Triệu chứng thường khởi phát trong những năm đầu đời nhưng cũng có thể được phát hiện muộn hơn ở tuổi vị thành niên hoặc trưởng thành:
- Viêm phổi tái phát: Là dạng nhiễm trùng cơ quan phổ biến nhất, xuất hiện ở 79% bệnh nhân trong đoàn hệ nghiên cứu của Winkelstein. Viêm phổi thường diễn tiến dai dẳng, tạo ổ áp xe phổi hoặc xơ phổi tiến triển.
- Áp xe hạch bạch huyết và áp xe gan: Viêm hạch mủ tái diễn và áp xe gan sâu là những dấu hiệu lâm sàng rất điển hình của bệnh, thường đòi hỏi phẫu thuật dẫn lưu kết hợp kháng sinh kéo dài.
- Nhiễm trùng da và viêm xương tủy xương: Các ổ mụn mủ hoại tử da dai dẳng, viêm quanh hậu môn và viêm tủy xương do vi khuẩn xâm nhập theo đường máu.
- Bệnh viêm ruột dạng u hạt: Khoảng 17% bệnh nhân trong đoàn hệ của Winkelstein (2000) xuất hiện tình trạng viêm ruột, viêm đại tràng mạn tính với các triệu chứng lâm sàng và mô bệnh học gần như không thể phân biệt với bệnh Crohn (tiêu chảy, đau bụng, sụt cân, rò hậu môn).
Các tác nhân vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm nhất ở bệnh nhân u hạt mạn tính đều là các loài sinh catalase, bao gồm:
- Aspergillus species (đặc biệt là Aspergillus fumigatus và Aspergillus nidulans): Là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong do nhiễm trùng nấm xâm lấn ở phổi và não.
- Staphylococcus aureus: Tác nhân phổ biến nhất gây áp xe da, hạch lympho và áp xe gan.
- Burkholderia cepacia: Gây viêm phổi hoại tử nặng và nhiễm khuẩn huyết cực kỳ nguy hiểm.
- Serratia marcescens: Thường gây viêm xương tủy xương và áp xe mô mềm ở trẻ nhỏ.
- Nocardia species: Gây nhiễm trùng phổi bán cấp và áp xe não thứ phát.
Bảng đối chiếu các thể di truyền của bệnh u hạt mạn tính
Việc xác định chính xác thể di truyền và đột biến gene đóng vai trò tiên quyết trong tư vấn di truyền và tiên lượng bệnh. Bảng so sánh dưới đây đối chiếu các đặc trưng cốt lõi:
| Thể di truyền | Gene bị tổn thương | Tiểu đơn vị protein | Vị trí nhiễm sắc thể | Tỷ lệ và đặc điểm lâm sàng |
|---|---|---|---|---|
| Thể lặn liên kết X (X-linked) | Gene CYBB | gp91phox (NOX2) | Nhiễm sắc thể X | Chiếm khoảng 67% tổng số ca, khởi phát sớm, triệu chứng nặng |
| Thể lặn NST thường liên quan p47phox | Gene NCF1 | p47phox | Nhiễm sắc thể thường số bảy | Thể NST thường phổ biến nhất, diễn tiến lâm sàng có phần nhẹ hơn |
| Thể lặn NST thường liên quan p67phox | Gene NCF2 | p67phox | Nhiễm sắc thể thường số một | Hiếm gặp, triệu chứng lâm sàng tương tự thể liên kết X |
| Thể lặn NST thường liên quan p22phox | Gene CYBA | p22phox | Nhiễm sắc thể thường số mười sáu | Hiếm gặp, protein màng không ổn định và suy giảm nặng |
Phương pháp chẩn đoán: Xét nghiệm đo dòng tế bào DHR 123 và di truyền
Chẩn đoán xác định bệnh u hạt mạn tính đòi hỏi kết hợp giữa đánh giá chức năng bùng nổ hô hấp của thực bào và phân tích di truyền phân tử:
Xét nghiệm đo dòng tế bào Dihydrorhodamine 123 (DHR 123 assay): Trước đây, xét nghiệm khử màu nitroblue tetrazolium (NBT test) dưới kính hiển vi quang học được sử dụng rộng rãi nhưng mang tính định tính và dễ sai sót. Phương pháp hiện đại tiêu chuẩn vàng là xét nghiệm đo dòng tế bào DHR 123 được hoàn thiện bởi Vowells và cộng sự (1995). Bạch cầu hạt trung tính của người bệnh được ủ với chất chỉ thị không màu dihydrorhodamine 123 rồi kích thích bằng phorbol myristate acetate (PMA). Khi đợt bùng nổ hô hấp diễn ra, các gốc ROS oxy hóa DHR 123 thành rhodamine 123 phát tín hiệu huỳnh quang màu xanh lục rõ nét, được đo lường chính xác bằng máy đếm dòng tế bào (flow cytometer). Ở người bệnh u hạt mạn tính, đỉnh huỳnh quang không dịch chuyển; ở người mẹ mang gene thể dị hợp tử của thể liên kết X, xét nghiệm biểu hiện hai quần thể tế bào tách biệt rõ ràng (một quần thể bình thường và một quần thể mất chức năng) do hiện tượng bất hoạt nhiễm sắc thể X ngẫu nhiên (lyonization).
Xét nghiệm giải trình tự gene: Giải trình tự toàn bộ vùng mã hóa của các gene CYBB, NCF1, NCF2, CYBA giúp phát hiện đột biến điểm, đột biến dịch khung hoặc đột biến tái tổ hợp, phục vụ chẩn đoán xác định dứt điểm và sàng lọc trước sinh cho các thai kỳ tiếp theo.
Chiến lược điều trị: Dự phòng nhiễm trùng, kiểm soát viêm và ghép tế bào gốc
Trước đây, bệnh u hạt mạn tính từng có tiên lượng tử vong rất cao trong những năm đầu đời với tỷ lệ tử vong trong những năm đầu đời rất cao. Những tiến bộ vượt bậc trong quản lý y khoa hiện đại đã biến bệnh thành một tình trạng mạn tính có thể kiểm soát lâu dài:
Liệu pháp kháng sinh và kháng nấm dự phòng suốt đời: Trụ cột điều trị nội khoa bắt buộc bao gồm sử dụng trimethoprim-sulfamethoxazole hàng ngày để ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn và itraconazole hoặc voriconazole để phòng ngừa nhiễm nấm xâm lấn Aspergillus. Việc tuân thủ điều trị dự phòng giúp giảm thiểu đáng kể số lần nhập viện và nhiễm khuẩn huyết.
Liệu pháp Interferon gamma tái tổ hợp (IFN-γ): Thử nghiệm lâm sàng quốc tế ngẫu nhiên có đối chứng do Nhóm nghiên cứu hợp tác bệnh u hạt mạn tính quốc tế công bố trên tạp chí New England Journal of Medicine (1991) đã chứng minh rằng việc tiêm dưới da interferon gamma tái tổ hợp định kỳ giúp làm giảm 67% nguy cơ tương đối xuất hiện các nhiễm trùng nghiêm trọng ở bệnh nhân, đồng thời cải thiện khả năng tiêu diệt vi khuẩn của thực bào thông qua các cơ chế độc lập với oxy.
Ghép tế bào gốc tạo máu đồng loài (Allogeneic HSCT): Là phương pháp điều trị triệt căn duy nhất được ghi nhận giúp thay thế hoàn toàn dòng tế bào thực bào bị lỗi bằng các tế bào gốc tạo máu khỏe mạnh từ người hiến tặng phù hợp HLA. Nghiên cứu mang tính bước ngoặt của Güngör và cộng sự (2014) trên tạp chí The Lancet áp dụng phác đồ điều hòa cường độ giảm (reduced-intensity conditioning) dựa trên busulfan ở trẻ em và thanh thiếu niên có nguy cơ cao đã đạt tỷ lệ sống sót toàn bộ sau 2 năm lên tới 96% , mở ra cánh cửa chữa khỏi bệnh hoàn toàn với độc tính điều trị thấp hơn nhiều so với phác đồ diệt tủy cổ điển.
Tiên lượng và các hướng nghiên cứu liệu pháp gene
Nhờ áp dụng phối hợp các phác đồ dự phòng kháng sinh, kháng nấm, interferon gamma và chỉ định ghép tế bào gốc tạo máu kịp thời, tuổi thọ trung vị của bệnh nhân u hạt mạn tính đã vượt qua tuổi trưởng thành với chất lượng cuộc sống được cải thiện đáng kể.
Bên cạnh ghép tế bào gốc đồng loài, liệu pháp gene tự thân sử dụng vector lentivirus để chuyển bản sao gene lành (đặc biệt là gene CYBB) vào tế bào gốc tạo máu CD34+ của chính bệnh nhân đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn tiến triển. Liệu pháp này hứa hẹn khắc phục hoàn toàn nguy cơ bệnh ghép chống chủ (GvHD) và loại bỏ nhu cầu tìm kiếm người hiến tủy phù hợp trong tương lai.