Choline là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và cấu trúc hóa học

Choline là một methylamine dạng quaternary, tên hóa học 2-hydroxyethyl-trimethylammonium, có công thức phân tử C₅H₁₄NO. Ở điều kiện thường, choline tồn tại dưới dạng muối clorua (choline chloride) hoặc bitartrate, dễ hòa tan trong nước do nhóm hydroxy (-OH) và ion ammonium (+N(CH₃)₃).

Cấu trúc phân tử bao gồm một tâm ammonium mang điện tích dương liên kết với ba nhóm methyl và một mạch ethylene mang nhóm hydroxy. Liên kết ion và tương tác hydro khiến choline có tính chất phân cực mạnh, tham gia các phản ứng methyl hóa và đóng vai trò nền tảng cho các phospholipid màng tế bào.

Công thức cấu tạo có thể trình bày bằng KaTeX:

$\mathrm{(CH_3)_3N^+–CH_2–CH_2–OH}$

Thông tin chi tiết về đặc tính và dữ liệu phân tử có thể tham khảo tại PubChem (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).

Sinh tổng hợp và chuyển hóa

Con người có khả năng tổng hợp một phần choline trong gan qua quá trình methyl hóa phosphatidylethanolamine (PE) thành phosphatidylcholine (PC) nhờ enzyme PEMT (phosphatidylethanolamine N-methyltransferase). Tuy nhiên, đường tổng hợp nội sinh này chỉ đáp ứng khoảng 10–30% nhu cầu, phần còn lại phải cung cấp qua thức ăn.

Choline sau khi hấp thu qua ruột non vào máu được chuyển hóa chủ yếu thành betaine thông qua việc oxy hóa nhóm hydroxy thành nhóm carbonyl rồi methyl hóa. Quá trình này cung cấp nhóm methyl (–CH₃) cho homocysteine chuyển thành methionine qua enzyme BHMT (betaine-homocysteine methyltransferase), đóng vai trò quan trọng trong chu trình methyl hóa tế bào.

Con đường chuyển hóa sơ đồ:

1. Choline → Betaine aldehyde (choline dehydrogenase)
2. Betaine aldehyde → Betaine (betaine aldehyde dehydrogenase)
3. Betaine + Homocysteine → Dimethylglycine + Methionine (BHMT)

Chức năng sinh lý

Choline là thành phần cấu trúc cơ bản của các phospholipid màng tế bào như phosphatidylcholine và sphingomyelin, giúp duy trì tính ổn định, tính lưu động và khả năng tín hiệu giữa các tế bào. PC chiếm khoảng 40–50% tổng phospholipid màng ngoại bào.

Choline cũng là tiền chất của acetylcholine, một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng điều khiển cơ vân, nhịp tim, chức năng nhận thức và trí nhớ. Nồng độ acetylcholine trong não có liên quan trực tiếp đến hiệu suất học tập và khả năng ghi nhớ.

Vai trò methyl hóa choline thể hiện qua việc cung cấp nhóm methyl trong quá trình tổng hợp DNA, RNA và protein, ảnh hưởng đến biểu hiện gen và các cơ chế epigenetic. Thiếu choline có thể gây rối loạn biểu mô gan (gan nhiễm mỡ), rối loạn chức năng cơ và giảm khả năng trao đổi chất.

Nguồn thực phẩm và nhu cầu khuyến nghị

Choline có mặt tự nhiên trong nhiều thực phẩm, đặc biệt giàu trong trứng, gan, thịt đỏ, cá béo và một số nguồn thực vật như đậu nành, hạt lanh, bông cải xanh.

Thực phẩm	Hàm lượng choline (mg/100 g)
Trứng gà (1 quả lớn)	147
Gan bò	420
Ức gà nướng	72
Đậu nành luộc	107
Bông cải xanh luộc	40

Theo Viện Y học Hoa Kỳ (Institute of Medicine, 1998), Adequate Intake (AI) khuyến nghị cho choline là 550 mg/ngày đối với nam và 425 mg/ngày đối với nữ. Phụ nữ mang thai nên được khuyến nghị 450 mg/ngày và cho con bú 550 mg/ngày để hỗ trợ phát triển hệ thần kinh thai nhi và bài tiết trong sữa mẹ.

• Nam giới: 550 mg/ngày
• Nữ giới: 425 mg/ngày
• Phụ nữ mang thai: 450 mg/ngày
• Phụ nữ cho con bú: 550 mg/ngày

Ý nghĩa lâm sàng

Thiếu choline có thể dẫn đến gan nhiễm mỡ không do rượu (nonalcoholic fatty liver disease), do phosphatidylcholine không đủ để vận chuyển triglyceride khỏi gan. Người thiếu choline biểu hiện tăng mức ALT/AST và tích tụ lipid gan, có thể tiến triển thành xơ gan nếu không được điều chỉnh.

Choline cũng cần thiết cho phát triển não bộ ở thai nhi và sơ sinh. Nghiên cứu trên động vật và người cho thấy bổ sung choline trong thai kỳ cải thiện trí nhớ dài hạn và chức năng nhận thức của con cái, giảm nguy cơ khuyết tật ống thần kinh (NIH ODS).

Trong lâm sàng, nồng độ choline huyết tương và các chỉ số chuyển hóa (betaine, dimethylglycine) được sử dụng đánh giá tình trạng dinh dưỡng và nguy cơ tim mạch. Tăng chuyển hóa choline thành trimethylamine N-oxide (TMAO) qua vi sinh đường ruột liên quan với nguy cơ xơ vữa động mạch và biến cố tim mạch cao hơn (AHA).

Phương pháp phân tích và định lượng

Định lượng choline trong huyết tương và mô thường sử dụng sắc ký lỏng khối phổ (LC-MS/MS) nhờ độ nhạy và độ đặc hiệu cao, phát hiện nồng độ nanomolar. Phương pháp này cho phép phân biệt choline tự do, phosphocholine và glycerophosphocholine.

Khí sắc ký pha khí (GC) sau biến đổi hợp chất (derivatization) bằng trimethylsilylation cũng được áp dụng, với detector FID hoặc MS, cho phép xác định choline trong mẫu thực phẩm và thức ăn chức năng.

Phương pháp	Giới hạn phát hiện	Mẫu thử
LC-MS/MS	ngưỡng ngàn phân tử (ng/mL)	huyết tương, mô
GC-FID	μg/g	thực phẩm, nước tiểu
HPLC-UV	μg/mL	thức ăn, serum

Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) và phổ nhạy từ (NMR) cũng hỗ trợ xác định nhóm chức và mức độ tinh khiết của choline trong chế phẩm dược phẩm.

Ứng dụng trong y sinh và thực phẩm chức năng

Citicoline (CDP-choline) và alpha-GPC (alpha-glycerylphosphorylcholine) là những dạng choline có tính sinh khả dụng cao, dùng trong điều trị đột quỵ, chấn thương sọ não và suy giảm nhận thức. Nghiên cứu lâm sàng cho thấy Citicoline cải thiện phục hồi chức năng thần kinh và giảm di chứng sau đột quỵ (FDA).

Choline bitartrate được sử dụng trong các viên uống hỗ trợ trí nhớ và tăng cường hiệu năng vận động. Liều khuyến nghị từ 250–500 mg/ngày, thường kết hợp với B-complex để tối ưu hóa chuyển hóa methyl.

• Citicoline (CDP-Choline): 500–2.000 mg/ngày, hỗ trợ phục hồi sau đột quỵ.
• Alpha-GPC: 300–600 mg/ngày, cải thiện trí nhớ ở người già.
• Choline bitartrate: 250–500 mg/ngày, bổ sung dinh dưỡng và năng lượng tế bào.

Trong nuôi cấy tế bào, choline là thành phần của môi trường RPMI và DMEM hỗ trợ sinh trưởng tế bào biểu mô và bạch cầu, đảm bảo tổng hợp màng phospholipid và tín hiệu nội bào.

An toàn và tác dụng phụ

Giới hạn trên (Tolerable Upper Intake Level, UL) của choline là 3,5 g/ngày cho người lớn, dựa trên nguy cơ hạ huyết áp, tiêu chảy và mùi cơ thể (fishy body odor) do trimethylamine quá mức.

Liều cao choline (>7 g/ngày) có thể gây tăng tiết mồ hôi, giảm huyết áp và rung giật cơ (fasciculations). Đối tượng suy giảm chức năng thận hoặc bệnh gan cần thận trọng do chuyển hóa và thải trừ choline bị ảnh hưởng.

Liều	Phản ứng
500–3.500 mg/ngày	An toàn, tác dụng hỗ trợ
3.500–7.000 mg/ngày	Tiêu chảy, hạ huyết áp, mùi cơ thể
>7.000 mg/ngày	Nguy cơ rung giật cơ, khó thở

Xu hướng nghiên cứu và định hướng tương lai

Nghiên cứu gần đây tập trung vào vai trò epigenetic của choline trong phát triển thai nhi và nguy cơ bệnh mạn tính. Các nghiên cứu methylome sử dụng bisulfite sequencing cho thấy bổ sung choline có thể điều chỉnh methyl hóa DNA tại các gene liên quan truyền tín hiệu thần kinh và chuyển hóa lipid.

Công nghệ microbiome–choline axis đang mở ra hướng mới, phân tích mối liên hệ giữa vi khuẩn ruột, chuyển hóa choline thành TMAO và nguy cơ tim mạch. Can thiệp qua prebiotic và probiotic để giảm sinh TMAO được nghiên cứu giai đoạn tiền lâm sàng.

• Epigenetic profiling: ảnh hưởng choline lên methylome phôi thai.
• Microbiome modulation: giảm TMAO và cải thiện sức khỏe tim mạch.
• Thiết kế analog choline: tăng hiệu quả sinh học, giảm tác dụng phụ.

Tài liệu tham khảo

• Zeisel, S. H., & da Costa, K.-A. (2009). “Choline: an essential nutrient for public health.” Nutrition Reviews.
• Institute of Medicine. (1998). “Dietary Reference Intakes for Choline.” National Academies Press.
• PubChem. “Choline.” pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
• NIH Office of Dietary Supplements. “Choline Fact Sheet.” ods.od.nih.gov
• American Heart Association. “Role of TMAO in Cardiovascular Disease.” ahajournals.org
• Food and Drug Administration. “Regulatory Information on Citicoline.” fda.gov