Mất ổn định vi vệ tinh là gì? Nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về mất ổn định vi vệ tinh

Mất ổn định vi vệ tinh (Microsatellite Instability - MSI) là một hiện tượng di truyền đặc trưng bởi sự thay đổi chiều dài của các trình tự DNA lặp ngắn, gọi là vi vệ tinh, do lỗi xảy ra trong quá trình sao chép DNA. Hiện tượng này là hệ quả trực tiếp của sự rối loạn hoặc mất chức năng của hệ thống sửa chữa bắt cặp sai DNA (Mismatch Repair - MMR), một trong những cơ chế quan trọng giúp duy trì sự toàn vẹn của hệ gen.

MSI được xem là một dấu ấn di truyền có giá trị chẩn đoán, tiên lượng và điều trị trong nhiều loại ung thư, đặc biệt là ung thư đại trực tràng, ung thư nội mạc tử cung và ung thư dạ dày. Tầm quan trọng của MSI đã được công nhận rộng rãi trong nghiên cứu ung thư học chính xác, khi nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các khối u có MSI cao (MSI-High) có thể đáp ứng mạnh với các liệu pháp miễn dịch, đặc biệt là các thuốc ức chế PD-1/PD-L1.

Hiện tượng MSI không chỉ là một chỉ điểm lâm sàng mà còn là một cơ chế sinh học nền tảng để hiểu rõ hơn về quá trình sinh ung thư do đột biến tích lũy. Bằng việc phân tích các đoạn vi vệ tinh thay đổi, các nhà khoa học có thể phát hiện sớm nguy cơ đột biến và rối loạn di truyền ở cấp độ phân tử trước khi xuất hiện triệu chứng lâm sàng.

Cơ sở sinh học của vi vệ tinh

Vi vệ tinh là các trình tự DNA ngắn (thường từ 1 đến 6 cặp base) được lặp lại liên tiếp nhiều lần. Những trình tự này có mặt phổ biến khắp bộ gen người, cả trong vùng mã hóa và không mã hóa. Do tính chất lặp lại đơn giản, chúng rất dễ xảy ra lỗi trong quá trình nhân đôi DNA, đặc biệt là khi polymerase "trượt" trên khuôn DNA.

Thông thường, hệ thống sửa chữa MMR sẽ phát hiện và sửa lỗi sao chép xảy ra tại các vùng vi vệ tinh. Tuy nhiên, nếu MMR bị mất chức năng, các lỗi này không được sửa chữa, dẫn đến sự thay đổi số lần lặp — hiện tượng gọi là mất ổn định vi vệ tinh (MSI). Khi sự thay đổi vượt quá ngưỡng cho phép, nó có thể ảnh hưởng đến biểu hiện gen, đặc biệt nếu các vi vệ tinh nằm trong khung đọc mở (ORF) của các gen điều hòa tăng trưởng tế bào hoặc ức chế khối u.

Ví dụ, trong gen TGFBR2 — một gen điều hòa tín hiệu tăng trưởng — đoạn vi vệ tinh có thể bị xóa hoặc thêm base, làm thay đổi khung đọc và dẫn đến mất chức năng protein. Điều này làm mất khả năng kiểm soát tăng sinh tế bào, góp phần vào sự phát triển của khối u.

Đặc điểm	Vi vệ tinh	Gen thường bị ảnh hưởng
Trình tự lặp lại	1–6 base	TGFBR2, ACVR2A, BAX
Vị trí	Toàn bộ hệ gen	Vùng exon và intron
Đặc tính di truyền	Không ổn định khi MMR bất hoạt	Dễ dẫn đến ung thư

Hệ thống sửa chữa bắt cặp sai DNA (MMR)

MMR (Mismatch Repair) là một cơ chế bảo vệ gen chủ động, giúp nhận diện và sửa chữa các sai sót nhỏ trong quá trình sao chép DNA. Các sai sót này có thể là bắt cặp sai giữa các base (ví dụ A-G thay vì A-T), hoặc lỗi trượt khung khi polymerase bị lệch trong vùng lặp.

Các protein chính trong hệ thống MMR bao gồm:

• MSH2 và MSH6: kết hợp thành phức hợp MutSα, nhận diện lỗi base đơn và lỗi trượt khung ngắn.
• MLH1 và PMS2: tạo thành phức hợp MutLα, đóng vai trò trong việc cắt bỏ đoạn DNA lỗi và thay thế bằng đoạn mới.

Khi các gen mã hóa cho các protein này bị đột biến hoặc methyl hóa vùng promoter (đặc biệt là MLH1), chức năng sửa lỗi MMR bị đình trệ, gây nên hiện tượng MSI.

Một cách phổ biến để đánh giá hoạt động của MMR trong mô bệnh học là thông qua nhuộm hóa mô miễn dịch (IHC), nhằm xác định sự hiện diện hay vắng mặt của các protein MMR. Nếu protein không được biểu hiện, điều đó cho thấy khả năng cao có sự rối loạn chức năng của gen tương ứng.

Phân loại mức độ mất ổn định vi vệ tinh

Để chuẩn hóa đánh giá MSI, National Cancer Institute (NCI) đã thiết lập một bộ marker vi vệ tinh chuẩn bao gồm 5 loci: BAT-25, BAT-26, D2S123, D5S346 và D17S250. Dựa trên kết quả phân tích các marker này, MSI được phân loại thành ba nhóm:

• MSI-High (MSI-H): ít nhất 2/5 loci có sự thay đổi độ dài
• MSI-Low (MSI-L): chỉ 1/5 loci thay đổi
• MSS (Microsatellite Stable): không có sự thay đổi nào được ghi nhận

Phân loại này có ý nghĩa đặc biệt trong lâm sàng. MSI-H thường liên quan đến tiên lượng tốt hơn ở ung thư đại trực tràng, nhưng đồng thời cũng là dấu hiệu cho thấy khối u có đặc điểm di truyền đặc biệt, có thể thuộc hội chứng Lynch – một hội chứng ung thư di truyền liên quan đến đột biến trong các gen MMR.

Trong chẩn đoán hiện đại, các phương pháp giải trình tự thế hệ mới (Next-Generation Sequencing – NGS) có thể thay thế phương pháp PCR truyền thống để đánh giá MSI với độ phân giải cao hơn và có thể tích hợp cùng các phân tích đột biến gen khác.

Vai trò của MSI trong ung thư

MSI là một dấu ấn sinh học (biomarker) có ý nghĩa đặc biệt trong nhiều loại ung thư, vì nó phản ánh sự rối loạn chức năng trong cơ chế sửa chữa DNA – một yếu tố nền tảng trong quá trình sinh ung thư. Những thay đổi vi vệ tinh không được sửa chữa dẫn đến sự tích lũy đột biến trong các gen thiết yếu, gây mất kiểm soát chu kỳ tế bào và hình thành khối u.

Một số loại ung thư có tỷ lệ MSI-High đáng kể bao gồm:

• Ung thư đại trực tràng (~15%, cao hơn ở bệnh nhân Lynch syndrome)
• Ung thư nội mạc tử cung (~20–30%)
• Ung thư dạ dày (~10–20%)
• Ung thư buồng trứng (đặc biệt ở thể nội mạc, lên đến 15%)

Bảng dưới đây tóm tắt tỷ lệ MSI-H trong một số loại ung thư phổ biến:

Loại ung thư	Tỷ lệ MSI-H	Ý nghĩa lâm sàng
Đại trực tràng	12–15%	Tiên lượng tốt, giảm nguy cơ di căn
Nội mạc tử cung	20–30%	Liên quan đến hội chứng Lynch
Dạ dày	10–20%	Ứng cử viên điều trị miễn dịch

Phương pháp phát hiện MSI

Ba phương pháp phổ biến nhất để phát hiện MSI trong mô ung thư gồm:

• Phản ứng chuỗi polymerase (PCR): Khuếch đại các đoạn vi vệ tinh chuẩn hóa để so sánh độ dài giữa mô ung thư và mô bình thường.
• Giải trình tự thế hệ mới (NGS): Phân tích đồng thời hàng trăm đoạn vi vệ tinh và các đột biến đồng thời, với độ chính xác và chi tiết cao hơn.
• Hóa mô miễn dịch (IHC): Đánh giá sự hiện diện hoặc vắng mặt của các protein MMR (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2) trong mô khối u.

PCR là phương pháp truyền thống với chi phí thấp, nhưng phụ thuộc vào chất lượng DNA và độ chính xác trong thao tác phòng thí nghiệm. Trong khi đó, NGS cung cấp thông tin toàn diện hơn, bao gồm cả tình trạng MSI và đột biến ở các gen khác. Các nền tảng như FoundationOne CDx hay MSIsensor đã được phát triển để đánh giá MSI từ dữ liệu giải trình tự, như mô tả trên NCBI.

IHC thường được dùng phối hợp với PCR để tăng độ tin cậy chẩn đoán. Nếu một hoặc nhiều protein MMR không được biểu hiện, khả năng cao là khối u mang MSI. Trường hợp mất biểu hiện MLH1 thường cần làm thêm xét nghiệm methyl hóa promoter để phân biệt giữa nguyên nhân di truyền và mắc phải.

Ứng dụng MSI trong lâm sàng

MSI là một công cụ quan trọng trong cá thể hóa điều trị ung thư, đặc biệt trong hai lĩnh vực: lựa chọn liệu pháp miễn dịch và tầm soát di truyền.

Vào năm 2017, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã phê duyệt pembrolizumab, một chất ức chế PD-1, cho điều trị bất kỳ loại ung thư nào có MSI-H hoặc thiếu MMR (dMMR), không phụ thuộc vào nguồn gốc mô. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, một loại thuốc được phê duyệt dựa trên đặc điểm di truyền của khối u thay vì vị trí giải phẫu.

Ngoài ra, phát hiện MSI còn giúp xác định hội chứng Lynch — một hội chứng ung thư di truyền phổ biến nhất, đặc trưng bởi nguy cơ cao bị ung thư đại trực tràng, nội mạc tử cung và các cơ quan khác. Phát hiện sớm hội chứng này cho phép tầm soát chủ động cho người bệnh và người thân.

Tóm tắt ứng dụng MSI trong lâm sàng:

• Chỉ điểm lựa chọn liệu pháp miễn dịch (anti-PD-1/PD-L1)
• Phát hiện nguy cơ di truyền ung thư (hội chứng Lynch)
• Dự đoán tiên lượng (MSI-H có tiên lượng tốt hơn trong ung thư đại trực tràng)

Đặc điểm di truyền của ung thư MSI-H

Các khối u MSI-H có đặc điểm di truyền và miễn dịch học riêng biệt so với các khối u ổn định vi vệ tinh (MSS). Một trong những yếu tố nổi bật là tải lượng đột biến cao (TMB – Tumor Mutational Burden), dẫn đến sự hình thành nhiều neoantigen – kháng nguyên mới mà hệ miễn dịch có thể nhận diện và tấn công.

Các đặc điểm sinh học chính của ung thư MSI-H:

• Tải lượng đột biến cao
• Mức độ thâm nhập của tế bào T (TILs) tăng cao
• Biểu hiện cao các gene liên quan đến phản ứng viêm

Điều này giải thích tại sao MSI-H là một chỉ điểm lý tưởng để dự đoán đáp ứng với các liệu pháp miễn dịch.

Tuy nhiên, không phải tất cả bệnh nhân MSI-H đều đáp ứng tốt, cho thấy cần kết hợp thêm các chỉ dấu sinh học khác như TMB, mức biểu hiện PD-L1 hoặc các đặc điểm của vi sinh vật đường ruột để cá thể hóa tối đa điều trị.

Hạn chế và thách thức trong nghiên cứu MSI

Dù đã có nhiều bước tiến, việc ứng dụng MSI trong nghiên cứu và điều trị vẫn còn tồn tại những thách thức:

• Thiếu chuẩn hóa toàn cầu trong định nghĩa và ngưỡng xác định MSI-H, đặc biệt với các kỹ thuật mới như NGS
• Một số khối u MSI-H vẫn không đáp ứng với miễn dịch, cho thấy cần đánh giá thêm các yếu tố đồng diễn
• Chi phí xét nghiệm NGS còn cao, gây khó khăn cho triển khai diện rộng tại các nước thu nhập trung bình

Ngoài ra, nhiều nghiên cứu về MSI vẫn tập trung chủ yếu ở ung thư đại trực tràng và nội mạc tử cung. Cần mở rộng dữ liệu cho các loại ung thư ít phổ biến hơn, nơi MSI có thể bị bỏ sót nhưng mang ý nghĩa điều trị quan trọng.

Tiềm năng trong nghiên cứu và điều trị tương lai

Sự phát triển của các công nghệ phân tích đơn bào (single-cell sequencing) và trí tuệ nhân tạo (AI) đang mở ra tiềm năng mới trong việc phân tầng bệnh nhân theo đặc điểm MSI. Các mô hình học máy có thể kết hợp thông tin từ MSI, TMB, biểu hiện gen và môi trường vi mô khối u để dự đoán đáp ứng điều trị chính xác hơn.

Một số hướng nghiên cứu triển vọng đang được triển khai:

• Kết hợp MSI với TMB và neoantigen để xây dựng chỉ số dự đoán hiệu quả liệu pháp miễn dịch
• Sử dụng sinh thiết lỏng để phát hiện MSI trong máu (ctDNA) – tiềm năng cho chẩn đoán không xâm lấn
• Phát triển vaccine cá thể hóa dựa trên đột biến đặc hiệu trong khối u MSI-H

Tài liệu tham khảo

1. Boland CR, Goel A. Microsatellite instability in colorectal cancer. Gastroenterology. 2010;138(6):2073-2087. doi:10.1053/j.gastro.2009.12.064
2. Bonneville R, Krook MA, Kautto EA, et al. Landscape of Microsatellite Instability Across 39 Cancer Types. JCO Precision Oncology. 2017;1:1-15. doi:10.1200/PO.17.00073
3. Le DT, Durham JN, Smith KN, et al. Mismatch repair deficiency predicts response of solid tumors to PD-1 blockade. Science. 2017;357(6349):409–413. doi:10.1126/science.aan6733
4. Overman MJ, McDermott R, Leach JL, et al. Nivolumab in patients with metastatic DNA mismatch repair-deficient or microsatellite instability–high colorectal cancer (CheckMate 142): an open-label, multicentre, phase 2 study. Lancet Oncol. 2017;18(9):1182–1191. doi:10.1016/S1470-2045(17)30422-9
5. U.S. FDA. FDA approves first cancer treatment for any solid tumor with a specific genetic feature. 2017. Link
6. National Cancer Institute. Microsatellite Instability Testing and Diagnosis. Link