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

Định nghĩa myelin

Myelin là một lớp màng lipid-protein bao quanh sợi trục (axon) của nhiều tế bào thần kinh trong hệ thần kinh trung ương (CNS) và ngoại biên (PNS), hoạt động như một chất cách điện sinh học, giúp tăng tốc độ truyền xung điện thần kinh. Lớp vỏ myelin không liên tục, được phân tách bởi các đoạn gọi là nút Ranvier, nơi xung điện được “nhảy cóc” qua nhờ cơ chế dẫn truyền saltatory.

Trong CNS, myelin được hình thành bởi tế bào oligodendrocyte, mỗi tế bào có thể bao phủ nhiều sợi trục. Trong PNS, tế bào Schwann đảm nhiệm vai trò này, mỗi tế bào chỉ bao phủ một đoạn sợi trục duy nhất. Sự khác biệt này phản ánh cơ chế và khả năng tái tạo myelin khác nhau giữa hai hệ thống thần kinh.

Myelin không chỉ giúp tăng tốc độ truyền xung điện mà còn giảm tiêu hao năng lượng cho tế bào thần kinh bằng cách hạn chế dòng ion qua màng tế bào. Ngoài ra, nó còn đóng vai trò bảo vệ cơ học cho sợi trục và hỗ trợ trong quá trình phát triển mạng lưới thần kinh.

Thành phần cấu tạo của myelin

Myelin có thành phần hóa học đặc trưng, chiếm khoảng 70–85% lipid và 15–30% protein theo trọng lượng khô. Các loại lipid chính bao gồm:

• Cholesterol: giúp ổn định cấu trúc màng
• Phospholipid: như phosphatidylcholine, tạo nên lớp màng kép
• Glycolipid: đặc biệt là galactocerebroside, đóng vai trò trong tính cách điện

Thành phần protein trong myelin khác nhau giữa CNS và PNS. Trong CNS, protein chính là myelin basic protein (MBP) và proteolipid protein (PLP), trong khi ở PNS, protein 0 (P0) là thành phần nổi bật. Những protein này giữ vai trò kết dính các lớp màng myelin và duy trì cấu trúc hình xoắn ốc bao quanh sợi trục.

Bảng tóm tắt thành phần:

Thành phần	Tỷ lệ (%)
Lipid	70–85
Protein	15–30

Quá trình tạo myelin (myelination)

Myelination là quá trình hình thành và tích tụ myelin xung quanh các sợi trục thần kinh, bắt đầu từ thời kỳ bào thai và tiếp tục cho đến tuổi trưởng thành, đặc biệt ở các vùng não chịu trách nhiệm nhận thức và vận động. Trong CNS, mỗi oligodendrocyte có thể tạo myelin cho nhiều sợi trục, trong khi mỗi Schwann cell trong PNS chỉ myelin hóa một đoạn trục duy nhất.

Quá trình này chịu điều phối chặt chẽ bởi các yếu tố nội bào như gen Olig1, Olig2 và Sox10, cùng các tín hiệu ngoài tế bào như axon-derived neuregulin. Việc hình thành myelin đúng thời điểm và vị trí là thiết yếu để đảm bảo chức năng thần kinh hiệu quả.

Các giai đoạn chính của myelination:

1. Biệt hóa tế bào glia thành oligodendrocyte hoặc Schwann cell
2. Tiếp xúc và nhận tín hiệu từ sợi trục
3. Quấn màng tế bào quanh sợi trục tạo lớp myelin
4. Ổn định và duy trì cấu trúc myelin

Chức năng sinh lý của myelin

Myelin đóng vai trò cách điện sinh học, giúp xung điện (dạng điện thế hoạt động) truyền nhanh và hiệu quả dọc theo sợi trục thần kinh. Cơ chế truyền saltatory cho phép xung điện “nhảy” từ nút Ranvier này sang nút khác, tăng tốc độ dẫn truyền lên hàng trăm lần so với sợi trục không có myelin.

Ngoài ra, myelin còn giúp tiết kiệm năng lượng cho tế bào thần kinh bằng cách giảm nhu cầu duy trì điện thế nghỉ ở toàn bộ màng axon. Myelin cũng đóng vai trò bảo vệ cơ học cho sợi trục và hỗ trợ trong quá trình phát triển mạng lưới thần kinh.

Lợi ích của myelin:

• Tăng tốc độ truyền xung điện
• Giảm tiêu hao năng lượng
• Bảo vệ sợi trục khỏi tổn thương cơ học
• Hỗ trợ phát triển và duy trì mạng lưới thần kinh

Myelin trong hệ thần kinh trung ương và ngoại biên

Myelin hiện diện trong cả hai hệ thần kinh trung ương (CNS) và hệ thần kinh ngoại biên (PNS), nhưng cấu trúc và đặc điểm sinh học của nó có sự khác biệt đáng kể. Trong CNS, tế bào oligodendrocyte chịu trách nhiệm tổng hợp lớp myelin. Mỗi oligodendrocyte có thể mở rộng nhiều nhánh ra và bao phủ lên đến 50 đoạn sợi trục khác nhau. Trong khi đó, ở PNS, tế bào Schwann là đơn vị tổng hợp myelin và chỉ bao phủ một đoạn duy nhất của một sợi trục.

Các protein cấu trúc cũng khác biệt rõ rệt: CNS sử dụng chủ yếu myelin basic protein (MBP) và proteolipid protein (PLP), còn PNS sử dụng protein 0 (P0) và PMP22. Sự khác biệt này khiến khả năng tái sinh myelin trong PNS cao hơn CNS, vì Schwann cell có khả năng hoạt hóa trở lại và tham gia quá trình tái tạo thần kinh sau tổn thương.

Bảng so sánh:

Tiêu chí	Myelin CNS	Myelin PNS
Tế bào tổng hợp	Oligodendrocyte	Schwann cell
Số sợi trục mỗi tế bào	Đa sợi trục	1 sợi trục
Protein chính	MBP, PLP	P0, PMP22
Khả năng tái sinh	Hạn chế	Cao

Nguồn: Frontiers in Cellular Neuroscience

Các bệnh lý liên quan đến mất myelin (demyelination)

Demyelination là quá trình mất hoặc phá hủy lớp myelin bao quanh sợi trục, làm giảm hoặc chặn hoàn toàn dẫn truyền điện thế hoạt động. Hậu quả là mất chức năng thần kinh, biểu hiện qua các triệu chứng như yếu cơ, tê liệt, rối loạn vận động, giảm nhận thức và mất phối hợp vận động.

Một số bệnh phổ biến do mất myelin:

• Multiple sclerosis (MS): bệnh tự miễn phá hủy myelin CNS
• Guillain–Barré syndrome (GBS): viêm cấp tính ảnh hưởng myelin PNS
• Charcot-Marie-Tooth (CMT): bệnh di truyền gây tổn thương myelin và/hoặc sợi trục

Trong MS, hình ảnh MRI cho thấy các mảng mất myelin (plaques) trong não và tủy sống. Trong CMT, đột biến gen như PMP22 làm mất ổn định lớp myelin trong PNS, dẫn đến teo cơ, yếu chi và rối loạn cảm giác.

Tham khảo: NIH – Multiple Sclerosis

Tiềm năng tái tạo và phục hồi myelin

Khả năng phục hồi lớp myelin sau tổn thương là một lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm. Trong CNS, các tế bào tiền thân oligodendrocyte (OPCs) có mặt rộng rãi và có tiềm năng biệt hóa tạo lớp myelin mới. Tuy nhiên, quá trình này thường bị hạn chế bởi môi trường viêm, thiếu hụt yếu tố tăng trưởng và sự hiện diện của các protein ức chế như Nogo-A hoặc LINGO-1.

Trong PNS, Schwann cells có khả năng tái myelin hóa tốt hơn và thường hỗ trợ tái tạo sau chấn thương bằng cách giải phóng yếu tố tăng trưởng và tạo đường dẫn hướng cho sợi trục mọc lại. Điều này là cơ sở cho các chiến lược can thiệp sau chấn thương tủy sống hoặc cắt dây thần kinh ngoại biên.

Các hướng điều trị tái tạo:

• Kích hoạt OPC bằng IGF-1, PDGF, hoặc BDNF
• Ức chế các yếu tố ức chế biệt hóa như LINGO-1
• Liệu pháp tế bào gốc (iPSC-derived oligodendrocytes)
• Ứng dụng CRISPR để sửa chữa đột biến gen myelin

Nguồn học thuật: Nature Reviews Neuroscience – Remyelination

Myelin và phát triển nhận thức – tâm thần

Quá trình myelin hóa trong não bộ liên quan trực tiếp đến sự phát triển nhận thức, đặc biệt ở các vùng như vỏ não trán, hồi hải mã và tiểu não. Ở trẻ nhỏ, tốc độ myelin hóa cao góp phần vào sự cải thiện khả năng vận động, ngôn ngữ và tư duy logic. Nghiên cứu hình ảnh học cho thấy quá trình này tiếp tục đến độ tuổi 25–30 ở người trưởng thành.

Các rối loạn phát triển thần kinh như tự kỷ, tâm thần phân liệt và ADHD đều có liên quan đến bất thường trong quá trình myelin hóa. Sự giảm mật độ myelin ở vỏ não trước trán trong các bệnh này có thể gây ra mất kết nối giữa các vùng não, từ đó ảnh hưởng đến chức năng điều hành, kiểm soát cảm xúc và xử lý thông tin.

Các kỹ thuật MRI như diffusion tensor imaging (DTI) hiện là công cụ hiệu quả để theo dõi quá trình myelin hóa và phát hiện bất thường trong cấu trúc chất trắng. Dữ liệu từ những nghiên cứu này đang được dùng để phát triển các mô hình can thiệp sớm trong tâm thần học nhi khoa.

Hướng nghiên cứu và công nghệ mới

Tiến bộ trong công nghệ hình ảnh học và sinh học phân tử đã tạo điều kiện thúc đẩy nghiên cứu myelin ở mức độ chưa từng có. Kỹ thuật single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) cho phép phân tích chi tiết các quần thể oligodendrocyte và OPC, từ đó xác định các gene điều hòa biệt hóa và chức năng myelin.

Trong lĩnh vực vật liệu sinh học, các hydrogel chức năng đang được phát triển để tạo môi trường hỗ trợ cho tái myelin hóa trong CNS. Ngoài ra, mô hình thần kinh 3D từ tế bào gốc đang dần thay thế mô hình động vật để nghiên cứu sự hình thành myelin, giúp giảm thiểu chi phí và cải thiện tính dịch chuyển sang lâm sàng.

Hướng nghiên cứu tiềm năng:

• Thiết kế thuốc nhỏ phân tử kích thích OPC biệt hóa
• Sử dụng hệ nano mang thuốc để vượt qua hàng rào máu–não
• Phát triển chỉ dấu sinh học myelin trong dịch não tủy

Nguồn tham khảo: Trends in Neurosciences