Igf 1 là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về IGF-1

Insulin-like Growth Factor 1 (IGF-1) là một hormone dạng peptide được sản xuất chủ yếu tại gan dưới tác động của hormone tăng trưởng (GH). IGF-1 có vai trò điều hòa sự phát triển của cơ thể, đặc biệt là trong giai đoạn tăng trưởng ở trẻ em và thanh thiếu niên. Tên gọi “giống insulin” bắt nguồn từ sự tương đồng về cấu trúc phân tử và cơ chế hoạt động giữa IGF-1 và insulin.

IGF-1 tác động đến nhiều mô khác nhau trong cơ thể như cơ, xương, mô mỡ và thần kinh. Nó kích thích sự phân chia và biệt hóa tế bào, tổng hợp protein, tăng hấp thu glucose và giảm apoptosis. Những chức năng này khiến IGF-1 trở thành thành phần trung tâm của trục GH–IGF và là yếu tố sinh học quan trọng trong cả sinh lý bình thường và bệnh lý.

Nồng độ IGF-1 trong huyết tương được xem là chỉ dấu gián tiếp phản ánh mức độ hoạt động của hormone tăng trưởng. Vì IGF-1 có thời gian bán hủy dài và ổn định trong ngày, đo nồng độ IGF-1 huyết tương là phương pháp chuẩn để đánh giá chức năng tuyến yên và trục nội tiết tăng trưởng. Theo NIH, rối loạn IGF-1 có liên quan đến nhiều bệnh lý nội tiết, chuyển hóa và ung thư.

Cấu trúc phân tử và đặc điểm sinh hóa

IGF-1 là một chuỗi polypeptide gồm 70 acid amin, với trọng lượng phân tử xấp xỉ 7.6 kilodalton (kDa). Chuỗi amino acid của IGF-1 chia thành các vùng A, B, C và D — tương tự cấu trúc của insulin, nhưng không có cầu nối disulfide giữa các chuỗi riêng biệt do IGF-1 tồn tại như một phân tử đơn chuỗi.

IGF-1 liên kết với thụ thể IGF-1R trên bề mặt tế bào, đây là một loại thụ thể tyrosine kinase hoạt động thông qua các con đường tín hiệu như PI3K/Akt và MAPK, dẫn đến tăng sinh tế bào và ức chế quá trình chết theo chương trình (apoptosis). Ngoài ra, IGF-1 còn có thể tương tác yếu với thụ thể insulin, mặc dù ái lực thấp hơn nhiều.

IGF-1 không tồn tại dạng tự do trong huyết tương mà gắn với các protein vận chuyển gọi là IGF-binding proteins (IGFBPs), trong đó IGFBP-3 chiếm khoảng 80% lượng IGF-1 toàn phần trong máu. Mối tương tác này giúp điều hòa hoạt tính sinh học của IGF-1, ngăn ngừa sự thoái giáng sớm và kiểm soát tác động của nó lên các mô đích.

Thành phần	Vai trò
IGF-1 tự do (~1%)	Hoạt tính sinh học trực tiếp
IGF-1 gắn với IGFBP-3 (~80%)	Vận chuyển, ổn định và điều hòa
IGF-1 gắn với các IGFBP khác	Điều chỉnh tác động mô đặc hiệu

Sinh lý học và cơ chế hoạt động

Sau khi được kích thích bởi GH từ thùy trước tuyến yên, tế bào gan sản xuất IGF-1 và bài tiết vào máu. IGF-1 sau đó gắn với các thụ thể IGF-1R trên bề mặt các tế bào đích. Quá trình hoạt hóa thụ thể sẽ khởi động các con đường tín hiệu nội bào, chủ yếu là PI3K/Akt và Ras/Raf/MEK/ERK.

$GH \xrightarrow{\text{gan}} IGF\text{-}1 \rightarrow IGF\text{-}1R \rightarrow \text{PI3K/Akt or MAPK pathway}$

Thông qua các tín hiệu này, IGF-1 kích thích tổng hợp protein, tăng sinh tế bào, tăng hấp thu amino acid và glucose, đồng thời ức chế apoptosis. Những hoạt động này rất quan trọng trong phát triển mô cơ, tăng trưởng xương và duy trì khối lượng cơ thể.

IGF-1 không chỉ được gan tiết ra, mà còn được sản xuất tại chỗ (local production) ở các mô như cơ vân, sụn, xương, thận và não, nơi nó có thể hoạt động theo cơ chế tự tiết (autocrine) hoặc cận tiết (paracrine). Điều này giải thích tại sao IGF-1 có vai trò quan trọng trong sửa chữa mô và hồi phục sau chấn thương.

Mối liên hệ giữa GH và IGF-1

GH và IGF-1 tạo thành một trục nội tiết liên quan chặt chẽ với nhau, được gọi là trục GH–IGF. GH kích thích gan sản xuất IGF-1, và IGF-1 phản hồi ngược lại lên tuyến yên và vùng dưới đồi để ức chế tiết GH, tạo ra cơ chế điều hòa âm.

Vai trò sinh học chính của GH trên mô đích phần lớn được trung gian bởi IGF-1. Do đó, những rối loạn trong hoạt động của IGF-1 có thể gây hậu quả tương tự như thiếu GH, ngay cả khi mức GH bình thường. Ngược lại, nếu tăng IGF-1 do u tuyến yên tiết GH, có thể dẫn đến các tình trạng như to đầu chi hoặc khổng lồ (gigantism).

Mối liên hệ có thể được tóm lược bằng sơ đồ:

Thành phần	Tác động
Vùng dưới đồi	Tiết GHRH kích thích GH
Tuyến yên	Tiết GH kích thích gan
Gan	Sản xuất IGF-1
IGF-1	Ức chế GHRH, kích thích somatostatin

Vai trò của IGF-1 trong phát triển và chuyển hóa

IGF-1 đóng vai trò thiết yếu trong quá trình phát triển cơ thể, đặc biệt trong giai đoạn dậy thì. Ở trẻ em và thanh thiếu niên, IGF-1 thúc đẩy sự phát triển của mô xương, sụn tăng trưởng và cơ vân. Nồng độ IGF-1 trong huyết tương thường đạt đỉnh trong giai đoạn 12–16 tuổi, sau đó giảm dần theo tuổi trưởng thành.

IGF-1 cũng có chức năng điều hòa chuyển hóa năng lượng. Trong mô cơ, IGF-1 thúc đẩy tổng hợp protein và ức chế thoái giáng protein, hỗ trợ tăng khối lượng cơ. Ngoài ra, IGF-1 giúp cải thiện độ nhạy insulin, làm giảm nồng độ glucose máu thông qua:

• Ức chế tân tạo glucose ở gan
• Kích thích vận chuyển glucose vào tế bào
• Tăng hấp thu amino acid và tổng hợp glycogen

Một số nghiên cứu còn cho thấy IGF-1 có vai trò trong bảo vệ tế bào thần kinh và chức năng miễn dịch. IGF-1 hỗ trợ tăng sinh tế bào tiền thân thần kinh, cải thiện lưu lượng máu não, và điều biến phản ứng viêm — đặc điểm đang được khai thác trong điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh.

IGF-1 và các bệnh lý liên quan

Sự bất thường trong sản xuất hoặc hoạt tính IGF-1 có liên quan đến nhiều rối loạn nội tiết và chuyển hóa. Thiếu hụt IGF-1 bẩm sinh có thể dẫn đến hội chứng Laron, biểu hiện bởi tầm vóc thấp nặng, kháng GH và chậm phát triển xương.

Ngược lại, tăng quá mức IGF-1 xảy ra khi có khối u tuyến yên tiết GH, gây ra to đầu chi (acromegaly) ở người lớn và khổng lồ (gigantism) ở trẻ em. Triệu chứng bao gồm tăng kích thước tay chân, mặt, hàm dưới, rối loạn chuyển hóa lipid và đái tháo đường typ 2. IGF-1 chính là yếu tố sinh học chính phản ánh mức độ hoạt động của GH trong các bệnh lý này.

IGF-1 cũng là chủ đề được quan tâm trong ung thư học vì có khả năng thúc đẩy tăng sinh tế bào và ức chế apoptosis. Một số loại ung thư liên quan đến nồng độ IGF-1 cao hoặc hoạt tính tăng lên của thụ thể IGF-1R:

• Ung thư vú
• Ung thư tiền liệt tuyến
• Ung thư đại trực tràng
• U phổi tế bào nhỏ

Ngoài ra, nồng độ IGF-1 thấp được ghi nhận ở bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer, Parkinson, và các hội chứng lão hóa sớm. IGF-1 giúp duy trì chức năng tế bào thần kinh, giảm stress oxy hóa và cải thiện tính dẻo synapse.

Ứng dụng lâm sàng và chẩn đoán

IGF-1 được sử dụng như một chỉ dấu sinh học trong chẩn đoán và theo dõi các bệnh liên quan đến trục GH–IGF. Đặc biệt, trong bệnh to đầu chi, đo IGF-1 là xét nghiệm thiết yếu do:

• Không bị dao động theo giờ như GH
• Phản ánh chính xác hoạt tính GH lâu dài
• Dễ định lượng và chuẩn hóa

Xét nghiệm IGF-1 cũng được chỉ định trong các trường hợp:

• Trẻ em nghi ngờ chậm tăng trưởng
• Đánh giá hiệu quả điều trị GH thay thế
• Phân biệt thiếu GH với kháng IGF-1

Một số hướng điều trị thử nghiệm sử dụng IGF-1 ngoại sinh để điều trị loạn dưỡng cơ Duchenne, tiểu đường typ 1, và suy dinh dưỡng mạn tính, tuy nhiên vẫn cần nghiên cứu thêm để xác nhận tính hiệu quả và an toàn.

IGF-1 trong thể thao và doping

IGF-1 có khả năng thúc đẩy tăng khối lượng cơ nạc và phục hồi mô nhanh, nên được nhiều vận động viên quan tâm. Tuy nhiên, việc sử dụng IGF-1 ngoài chỉ định y tế là vi phạm đạo đức thể thao và bị xếp vào nhóm chất cấm.

Theo Cơ quan phòng chống doping thế giới (WADA), IGF-1 thuộc nhóm “S2 – Peptide Hormones”, bị cấm sử dụng trong thi đấu và ngoài thi đấu. Các dạng IGF-1 tổng hợp hoặc chất kích thích trục GH–IGF như GHRP-2, CJC-1295, cũng bị cấm.

Tác dụng bị lạm dụng trong thể thao:

• Tăng sức mạnh và thể lực
• Giảm thời gian phục hồi sau chấn thương
• Tăng tổng hợp protein và khối lượng cơ

Tuy nhiên, lạm dụng IGF-1 có thể gây ra tăng sinh tế bào bất thường, loạn sản mô, tăng huyết áp, phù nề và nguy cơ ung thư cao hơn. Hiện chưa có chỉ định sử dụng IGF-1 cho mục đích nâng cao thành tích thể thao.

Hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai

IGF-1 là mục tiêu được nghiên cứu rộng rãi trong các lĩnh vực như ung thư học, thần kinh học và y học tái tạo. Các thuốc ức chế IGF-1R đang được thử nghiệm trong điều trị ung thư vú, đại tràng và sarcoma. Mục tiêu là ngăn chặn tín hiệu tăng sinh tế bào trong các khối u phụ thuộc IGF-1.

Ở chiều ngược lại, các liệu pháp thay thế IGF-1 hoặc tăng hoạt tính IGF-1 đang được nghiên cứu trong điều trị loãng xương, teo cơ tuổi già (sarcopenia), tổn thương thần kinh sau đột quỵ, và Alzheimer. IGF-1 được kỳ vọng có thể kết hợp với các yếu tố tăng trưởng khác trong kỹ thuật tái tạo mô và liệu pháp tế bào gốc.

Một số hướng nghiên cứu mới bao gồm:

• Liệu pháp gen điều hòa IGF-1 tại mô đích
• Ứng dụng IGF-1 nanoformulation để tăng tính ổn định
• Kháng thể đơn dòng ức chế IGF-1R trong ung thư

Tài liệu tham khảo

1. Le Roith, D., Bondy, C., Yakar, S., Liu, J. L., & Butler, A. (2001). The somatomedin hypothesis: 2001. Endocrine Reviews, 22(1), 53–74. https://doi.org/10.1210/edrv.22.1.0419
2. Clemmons, D. R. (2007). Role of IGF-I in skeletal muscle mass maintenance. Trends in Endocrinology & Metabolism, 18(8), 349–354. https://doi.org/10.1016/j.tem.2007.08.003
3. Yakar, S., Liu, J. L., et al. (1999). Normal growth and development in the absence of hepatic insulin-like growth factor I. PNAS, 96(13), 7324–7329. https://doi.org/10.1073/pnas.96.13.7324
4. WADA. (2024). Prohibited List. https://www.wada-ama.org/en/prohibited-list
5. National Institutes of Health. (2023). IGF-1: Function and Clinical Relevance. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK537082/