Urokinase (chất hoạt hóa plasminogen loại urokinase, viết tắt là uPA) là một enzym protease serine thuộc nhóm chất hoạt hóa plasminogen, có chức năng sinh học chính là xúc tác quá trình chuyển hóa tiền enzym plasminogen bất hoạt thành plasmin hoạt tính để phân giải fibrin và các protein cấu trúc ngoại bào. Enzym này được tìm thấy tự nhiên trong nước tiểu và huyết tương người, đồng thời được ứng dụng rộng rãi trong y học lâm sàng như một thuốc tiêu sợi huyết điều trị các biến cố tắc nghẽn mạch máu nghiêm trọng. Bài viết cung cấp tổng quan toàn diện về cấu trúc phân tử, cơ chế enzym học, thụ thể bề mặt uPAR, ứng dụng lâm sàng và vai trò sinh bệnh học trong xâm lấn khối u.
Cấu trúc phân tử và cơ chế sinh hóa
Urokinase thuộc họ enzym protease serine tương tự trypsin, mang trung tâm xúc tác điển hình với bộ ba acid amin xúc tác gồm histidine, aspartate và serine. Trong hệ thống cơ thể người, enzym này được mã hóa bởi một gen đơn lẻ nằm trên nhánh dài của nhiễm sắc thể số mười.
Quá trình biểu hiện và tiết protein diễn ra ở nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm tế bào biểu mô ống thận, tế bào nội mô mạch máu, bạch cầu đơn nhân và các nguyên bào sợi. Sau khi được giải phóng vào môi trường ngoại bào, urokinase tham gia vào chuỗi phản ứng phân giải protein có kiểm soát chặt chẽ nhằm duy trì sự thông thoáng của lòng mạch và tái cấu trúc mô.
Dạng tiền enzym và quá trình hoạt hóa
Urokinase là một enzym protease serine thuộc nhóm chất hoạt hóa plasminogen, được tổng hợp ban đầu dưới dạng tiền enzym một chuỗi pro-urokinase và được hoạt hóa bằng cách phân cắt liên kết peptide để tạo thành dạng hai chuỗi có hoạt tính xúc tác. Dạng tiền enzym pro-urokinase (scuPA) hoàn toàn không có hoặc chỉ sở hữu hoạt tính xúc tác nội tại cực kỳ thấp đối với các cơ chất tổng hợp nhân tạo.
Khi có sự xuất hiện của một lượng nhỏ plasmin hoặc kallikrein huyết tương, liên kết peptide đặc hiệu giữa lysine và isoleucine trong chuỗi polypeptide đơn sẽ bị phân cắt có chọn lọc. Sự phân cắt này tạo ra cấu trúc hai chuỗi hoạt tính cao (tcuPA) được kết nối bền vững với nhau thông qua một cầu nối disunfua duy nhất.
Cấu trúc chuỗi và các miền chức năng
Phân tử urokinase tồn tại dưới hai dạng hoạt tính chính gồm dạng khối lượng phân tử cao 54 kDa cấu tạo từ chuỗi A 18 kDa và chuỗi B 33 kDa, cùng dạng khối lượng phân tử thấp 33 kDa chỉ chứa domain protease xúc tác. Mỗi miền cấu trúc đảm nhiệm một chức năng sinh học chuyên biệt:
- Chuỗi A: Có khối lượng phân tử xấp xỉ 18 kDa, nằm ở đầu tận cùng amin. Chuỗi này chứa miền tương tự yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF-like domain) đảm nhận nhiệm vụ nhận diện và gắn kết đặc hiệu với thụ thể màng tế bào, cùng với một miền cấu trúc kringle tham gia vào các tương tác protein bề mặt.
- Chuỗi B: Có khối lượng phân tử xấp xỉ 33 kDa, nằm ở đầu tận cùng carboxyl. Chuỗi này chứa toàn bộ trung tâm hoạt động protease serine với bộ ba acid amin xúc tác, trực tiếp thực hiện phản ứng thủy phân liên kết peptide trên cơ chất plasminogen.
- Dạng phân tử thấp: Dạng khối lượng phân tử thấp 33 kDa được tạo thành khi chuỗi A bị cắt cụt một phần bởi các enzym phân giải protein khác. Dạng này vẫn bảo tồn đầy đủ hoạt tính phân giải plasminogen nhưng mất đi khả năng định vị trên thụ thể bề mặt màng tế bào.
Cơ chế xúc tác tiêu sợi huyết
Vai trò sinh lý nổi bật nhất của urokinase trong tuần hoàn máu là kích hoạt hệ thống tiêu fibrin nội sinh nhằm làm tan các cục máu đông bệnh lý.
Phản ứng chuyển hóa plasminogen thành plasmin
Danø và cộng sự công bố năm 1985 chứng minh rằng urokinase xúc tác chuyển đổi plasminogen thành plasmin hoạt tính, đóng vai trò then chốt trong quá trình thoái hóa chất nền ngoại bào và xâm lấn tế bào ung thư. Cơ chế xúc tác diễn ra thông qua việc phân cắt có chọn lọc liên kết peptide arginine-valine duy nhất trong phân tử plasminogen tuần hoàn.
Plasmin sau khi được giải phóng là một protease kiềm mạnh, có khả năng thủy phân mạng lưới sợi fibrin không hòa tan tạo thành các mảnh thoái giáng fibrin hòa tan nhỏ hơn (chẳng hạn như D-dimer). Không giống như chất hoạt hóa plasminogen dạng mô (tPA) vốn đòi hỏi sự hiện diện của sợi fibrin để bộc lộ hoạt tính xúc tác tối đa, urokinase có ái lực tương đối thấp với fibrin và có khả năng hoạt hóa cả plasminogen tự do trong huyết tương lẫn plasminogen gắn trên cục huyết khối.
So sánh urokinase với các chất hoạt hóa plasminogen khác
Để phân định rõ ranh giới chuyên môn giữa các tác nhân tiêu sợi huyết được sử dụng trong y học, bảng dưới đây đối chiếu những đặc tính sinh dược học cốt lõi của urokinase, streptokinase và alteplase:
| Đặc tính sinh dược học | Urokinase (uPA) | Streptokinase | Alteplase (tPA tái tổ hợp) |
|---|---|---|---|
| Bản chất nguồn gốc | Protease nội sinh từ tế bào người | Protein ngoại sinh từ vi khuẩn liên cầu | Protease tái tổ hợp tương đồng người |
| Tính đặc hiệu với fibrin | Thấp (hoạt hóa cả plasminogen tự do) | Rất thấp (kích hoạt toàn thể tuần hoàn) | Cao (ưu tiên gắn vào fibrin cục đông) |
| Tính sinh kháng nguyên | Không sinh kháng thể trung hòa ở người | Cao, dễ gây dị ứng và sốc phản vệ | Không sinh kháng thể trung hòa ở người |
| Khả năng dùng lặp lại | Có thể dùng lặp lại an toàn | Chống chỉ định dùng lặp lại trong một năm | Có thể dùng lặp lại an toàn |
| Cơ chế hoạt hóa plasminogen | Phân cắt enzyme trực tiếp | Tạo phức hợp hoạt hóa gián tiếp 1:1 | Phân cắt enzyme phụ thuộc bề mặt fibrin |
Hệ thống thụ thể uPAR và vai trò trong sinh học khối u
Ngoài chức năng tiêu sợi huyết trong lòng mạch, urokinase là nhân tố trung tâm của một hệ thống sinh học ngoại bào phức tạp điều hòa quá trình di cư tế bào, tạo mạch máu mới và xâm lấn mô.
Gắn kết thụ thể màng tế bào uPAR
Urokinase gắn kết với thụ thể màng tế bào uPAR thông qua domain tương tự yếu tố tăng trưởng biểu bì với ái lực cao ở mức hằng số phân ly Kd khoảng 0,1 đến 1,0 nM để khu trú hoạt tính phân giải protein tại bề mặt tế bào. Thụ thể uPAR (còn gọi là CD87) là một glycoprotein bề mặt được gắn vào màng tế bào thông qua mỏ neo glycosylphosphatidylinositol.
Nghiên cứu của Blasi và Carmeliet năm 2002 chỉ ra rằng sự tương tác giữa urokinase và uPAR không chỉ khu trú hoạt tính phân giải protein ở rìa di động của tế bào mà còn kích hoạt các con đường truyền tín hiệu nội bào độc lập với hoạt tính enzyme. Thông qua việc tạo phức hợp liên kết với các phân tử tích hợp integrin và thụ thể yếu tố tăng trưởng, hệ thống này truyền tín hiệu nội bào kích thích sự tăng sinh tế bào, tái sắp xếp bộ khung xương tế bào actin và định hướng chuyển động tế bào.
Tái cấu trúc chất nền ngoại bào và xâm lấn tế bào
Khi được cố định trên bề mặt màng tế bào, urokinase hoạt hóa plasminogen cục bộ tạo ra nồng độ plasmin rất cao tại vi môi trường xung quanh. Plasmin không chỉ trực tiếp thoái hóa các thành phần của chất nền ngoại bào như laminin và fibronectin mà còn cắt mở các tiền enzym metalloproteinase chất nền (pro-MMPs), khởi phát dòng thác phân giải protein đa tầng.
Dòng thác phân giải protein này phá vỡ hàng rào màng đáy sinh học, mở đường cho các tế bào biểu mô chuyển dịch trong quá trình lành vết thương hoặc tạo mạch máu mới. Tuy nhiên, trong bệnh học ung thư, các tế bào khối u ác tính thường tăng biểu hiện bất thường urokinase và uPAR để xâm lấn vào các mô xung quanh và di căn theo đường máu hoặc bạch huyết.
Nghiên cứu của Duffy và cộng sự năm 1998 chứng minh rằng nồng độ urokinase cao trong mô khối u vượt ngưỡng 3 ng/mg protein là yếu tố dự lượng độc lập dự báo thời gian sống không bệnh ngắn hơn và nguy cơ tái phát cao ở bệnh nhân ung thư vú. Mối tương quan nghịch đảo này được ghi nhận đồng nhất trên cả những bệnh nhân chưa có di căn hạch nách, biến nồng độ urokinase trong mô thành một dấu ấn sinh học có giá trị dự lượng quan trọng trong ung thư học lâm sàng.
Ứng dụng lâm sàng và phác đồ điều trị
Trong thực hành lâm sàng, urokinase được xếp vào danh mục thuốc cấp cứu hồi sức chuyên khoa nhằm tái lập lưu thông dòng máu tại các mạch máu bị huyết khối gây tắc nghẽn cấp tính.
Điều trị thuyên tắc phổi và huyết khối mạch máu
Thuyên tắc động mạch phổi cấp tính kèm theo rối loạn huyết động là một cấp cứu nội khoa có tỷ lệ tử vong cao. Thuốc tiêu sợi huyết là chỉ định bắt buộc hàng đầu nhằm giải phóng tắc nghẽn giường mạch phổi và giảm tải thất phải cấp.
Hướng dẫn điều trị thuyên tắc phổi cấp tính của Hội Tim mạch Châu Âu ESC công bố năm 2019 khuyến cáo phác đồ tiêu sợi huyết toàn thân bằng urokinase với liều nạp ban đầu 4400 IU/kg truyền trong 10 phút, tiếp theo là liều duy trì 4400 IU/kg/h truyền liên tục trong 12 đến 24 giờ. Phác đồ này giúp làm tan nhanh chóng thể tích cục máu đông lớn, phục hồi tưới máu phế nang và ổn định các chỉ số huyết động học của bệnh nhân.
Giải phóng tắc nghẽn ống thông và can thiệp mạch máu ngoại biên
Bên cạnh đường truyền tĩnh mạch toàn thân, urokinase được sử dụng rộng rãi theo đường truyền tại chỗ chọn lọc thông qua ống thông can thiệp nội mạch. Phương pháp này đưa một lượng thuốc tập trung trực tiếp vào thân cục huyết khối, tối ưu hóa hiệu quả tan huyết khối đồng thời giảm thiểu lượng thuốc lưu hành trong tuần hoàn chung.
Thử nghiệm lâm sàng đa trung tâm TOPAS của Ouriel và cộng sự công bố năm 1998 trên 544 bệnh nhân tắc động mạch chi dưới cấp tính ghi nhận tỷ lệ sống sót không đoạn chi sau 1 năm đạt 65,0% ở nhóm tiêu sợi huyết bằng urokinase qua ống thông so với 69,9% ở nhóm phẫu thuật mở mạch máu (tại mốc 6 tháng tỷ lệ này lần lượt là 71,8% và 74,8%). Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng tiêu sợi huyết chọn lọc bằng urokinase có hiệu quả tương đương phẫu thuật kinh điển nhưng làm giảm đáng kể mức độ xâm lấn phẫu thuật ban đầu cho bệnh nhân.
Ngoài ra, urokinase còn được chỉ định để khai thông các ống thông tĩnh mạch trung tâm hoặc ống thông lọc máu nhân tạo bị tắc nghẽn bởi cục đông fibrin vi thể. Việc bơm dung dịch thuốc nồng độ thích hợp ngâm tại chỗ trong lòng ống giúp phục hồi khả năng thông suốt mà không cần phải thực hiện thủ thuật rút và đặt lại ống thông mới.
Tác dụng không mong muốn và chống chỉ định
Biến chứng nguy hiểm nhất và phổ biến nhất của liệu pháp tiêu sợi huyết bằng urokinase là xuất huyết. Do tính đặc hiệu với fibrin tương đối thấp, thuốc không chỉ làm tan cục máu đông bệnh lý mà còn phá hủy các nút cầm máu fibrin sinh lý tại các vị trí mạch máu bị tổn thương trước đó.
Nguy cơ xuất huyết nội sọ là biến cố nghiêm trọng nhất, đe dọa tính mạng người bệnh. Ngoài ra, xuất huyết đường tiêu hóa, chảy máu đường tiết niệu và rỉ máu kéo dài tại các vị trí chọc dò mạch máu cũng thường xuyên được ghi nhận. Vì lý do này, việc sử dụng thuốc đòi hỏi bệnh nhân phải được theo dõi liên tục trong môi trường hồi sức tích cực với đầy đủ phương tiện kiểm soát đông máu.
Các chống chỉ định tuyệt đối bao gồm tiền sử xuất huyết não, đột quỵ thiếu máu não trong vòng sáu tháng gần nhất, phẫu thuật lớn hoặc chấn thương sọ não trong vòng ba tuần, tổn thương thực thể hệ thần kinh trung ương, xuất huyết tiêu hóa đang tiến triển và rối loạn đông máu nặng. Chống chỉ định tương đối bao gồm tăng huyết áp nặng không kiểm soát được, thai kỳ và chọc dò mạch máu lớn ở những vị trí không thể ép cầm máu trực tiếp.
Thực hành điều trị và quản lý tại Việt Nam
Dược thư Quốc gia Việt Nam do Bộ Y tế ban hành năm 2015 xếp urokinase vào nhóm thuốc tan huyết khối với mã ATC là B01AD04, có nguồn gốc từ tế bào thận người nên không có tính sinh kháng nguyên như streptokinase. Khác với streptokinase vốn có nguy cơ sinh kháng thể kháng thuốc sau lần dùng đầu tiên, urokinase có thể được chỉ định lặp lại một cách an toàn cho các bệnh nhân có biến cố huyết khối tái diễn.
Tại các cơ sở y tế ở Việt Nam, urokinase được quản lý như một thuốc kê đơn chuyên khoa đường tiêm truyền tĩnh mạch hoặc can thiệp nội mạch, chỉ được chỉ định tại các bệnh viện có đơn vị hồi sức cấp cứu hoặc can thiệp tim mạch. Thuốc được bào chế dưới dạng bột đông khô vô trùng, phải được hoàn nguyên bằng dung môi thích hợp và truyền tĩnh mạch qua bơm tiêm điện hoặc máy truyền dịch tự động có kiểm soát chính xác tốc độ dòng.
Trong quá trình điều trị, các bác sĩ lâm sàng bắt buộc phải theo dõi định kỳ các chỉ số đông máu huyết tương như thời gian thrombin, nồng độ fibrinogen và thời gian thromboplastin một phần hoạt hóa để kịp thời điều chỉnh liều lượng hoặc ngừng truyền khi phát hiện nguy cơ quá liều, bảo đảm an toàn tối đa cho tính mạng người bệnh.