Phục hồi phát triển của mạch máu, tăng cường cơ bắp, nâng cao khả năng chịu đựng khi tập luyện ở động vật bị lão hoá

Tiền đề của nghiên cứu

Nghiên cứu được công bố ngày 22 tháng 3 trên tạp chí Cell, xác định các cơ chế tế bào rất quan trọng đằng sau sự lão hóa mạch máu và ảnh hưởng của nó đối với sức khỏe cơ bắp. Bằng cách sử dụng tiền chất tổng hợp của hai phân tử hiện diện tự nhiên trong cơ thể, các nhà khoa học cũng đã tìm cách đảo ngược tình trạng teo mạch máu và teo cơ ở chuột già, tăng cường sức chịu đựng khi tập thể dục của chúng trong quá trình này. Nhóm nghiên cứu cho biết, thành tựu này mở đường cho việc xác định các liệu pháp liên quan cho con người.  Nhà nghiên cứu cấp cao David Sinclair - giáo sư Khoa Di truyền tại Trường Y Harvard và đồng nghiệp cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra cách đảo ngược quá trình lão hóa mạch máu bằng cách tăng cường sự hiện diện của các phân tử xuất hiện tự nhiên trong cơ thể, từ đó giúp tăng cường phản ứng sinh lý đối với việc tập thể dục”.  Sinclair - giám đốc Trung tâm Sinh học Lão hóa Paul F. Glenn tại Trường Y Harvard, đồng thời là giáo sư tại Đại học New South Wales, cho biết thêm: “Phương pháp này kích thích sự phát triển của mạch máu, tăng cường sức chịu đựng ở chuột, đồng thời tạo tiền đề cho các liệu pháp ở người nhằm giải quyết các bệnh phát sinh do lão hóa mạch máu”.  Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng nhiều phương pháp điều trị đầy hứa hẹn ở chuột không có tác dụng tương tự ở người do những khác biệt quan trọng về mặt sinh học. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm đủ ấn tượng để thúc đẩy nhóm nghiên cứu theo đuổi thí nghiệm trên người. Sinclair cho biết các thử nghiệm lâm sàng về độ an toàn đã được tiến hành.

Quá trình lão hóa mạch máu của chúng ta ảnh hưởng đến cơ bắp như thế nào?

Sinclair và nhóm bắt đầu làm sáng tỏ cơ chế đằng sau một trong những điều tất yếu của sinh học: Lão hóa. Khi chúng ta già đi, chúng ta trở nên yếu đuối và yếu ớt. Một loạt các thay đổi sinh lý thúc đẩy sự suy giảm không thể tránh khỏi này. Chính xác thì điều gì xảy ra bên trong tế bào của chúng ta gây ra những thay đổi sinh học dẫn đến lão hóa? Đó là một câu hỏi khiến Sinclair và nhóm của ông tìm kiếm trong nhiều năm. Các mạch máu nhỏ nhất của chúng ta sẽ khô héo và chết đi, làm giảm lưu lượng máu và làm suy giảm khả năng oxy hóa của các cơ quan và mô. Lão hóa mạch máu là nguyên nhân gây ra một loạt các rối loạn, chẳng hạn như tình trạng tim và thần kinh, mất cơ, chậm lành vết thương và suy nhược tổng thể, cùng nhiều bệnh khác.  Các nhà khoa học đã biết rằng việc mất lưu lượng máu đến các cơ quan và mô dẫn đến sự tích tụ chất độc và lượng oxy thấp. Cái gọi là tế bào nội mô nối các mạch máu, rất cần thiết cho sức khỏe và sự phát triển của các mạch máu cung cấp máu giàu oxy và chất dinh dưỡng cho các cơ quan và mô. Nhưng khi các tế bào nội mô này già đi, các mạch máu bị teo, các mạch máu mới không thể hình thành và lưu lượng máu đến hầu hết các bộ phận của cơ thể cũng giảm dần. Điều này đặc biệt nổi bật ở các cơ, nơi có nhiều mạch máu và phụ thuộc vào nguồn cung cấp máu dồi dào để hoạt động. Cơ bắp bắt đầu teo lại và yếu dần đi theo tuổi tác, tình trạng này có thể dẫn đến thiểu cơ. Quá trình thiểu cơ có thể bị chậm lại khi chúng ta tập thể dục thường xuyên, nhưng dần dần thậm chí việc tập thể dục cũng trở nên kém hiệu quả hơn trong việc ngăn chặn sự suy yếu này. Sinclair và nhóm nghiên cứu thắc mắc: Điều gì đã làm giảm lưu lượng máu và thúc đẩy sự suy giảm không thể tránh khỏi này? Tại sao ngay cả việc tập thể dục cũng mất đi khả năng bảo vệ để duy trì sức sống của cơ bắp? Quá trình này có thể đảo ngược được không?

Nguyên nhân suy giảm lưu lượng máu, thiếu dinh dưỡng mô cơ, giảm khả năng chịu đựng

Trong một loạt thí nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng lưu lượng máu giảm khi các tế bào nội mô bắt đầu mất đi một loại protein quan trọng có tên là Sirtuin 1, hay SIRT1. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng SIRT1 làm chậm quá trình lão hóa và kéo dài tuổi thọ ở nấm men và chuột. Ngược lại, sự mất SIRT1 sẽ xảy ra do mất NAD+, một chất điều chỉnh chính cho các tương tác protein và sửa chữa DNA, NAD + đã được xác định vai trò từ hơn một thế kỷ trước. Nghiên cứu trước đây của Sinclair và những người khác đã chỉ ra rằng NAD+, vốn cũng suy giảm theo tuổi tác, đã thúc đẩy hoạt động của SIRT1 giảm theo. Nghiên cứu cho thấy NAD+ và SIRT1 cho phép giao tiếp giữa các tế bào nội mô trong thành mạch máu và tế bào cơ. Cụ thể, các thí nghiệm tiết lộ rằng ở cơ chuột non, tín hiệu SIRT1 được kích hoạt và tạo ra các mao mạch mới, những mạch máu nhỏ nhất trong cơ thể cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho các mô và cơ quan. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy, khi hoạt động của NAD+/SIRT1 giảm dần theo thời gian, lưu lượng máu cũng giảm đi, khiến mô cơ bị thiếu chất dinh dưỡng và thiếu oxy. Thật vậy, khi các nhà nghiên cứu loại bỏ SIRT1 trong tế bào nội mô của chuột non, họ quan sát thấy mật độ mao mạch giảm rõ rệt khi so với số lượng mao mạch ở những con chuột có SIRT1 nguyên vẹn. Những con chuột có tế bào nội mô thiếu SIRT1 có khả năng chịu đựng tập thể dục kém, chỉ chạy được một nửa quãng đường so với những con chuột còn nguyên SIRT1. Để xác định vai trò của SIRT1 đối với sự phát triển mạch máu do tập thể dục, các nhà nghiên cứu đã quan sát cách những con chuột thiếu SIRT1 phản ứng với việc tập thể dục. Sau chế độ luyện tập kéo dài một tháng, cơ chân sau của những con chuột bị thiếu SIRT1 cho thấy khả năng hình thành các mạch máu mới để đáp ứng với việc tập thể dục giảm đi rõ rệt so với những con chuột cùng tuổi có SIRT1 nguyên vẹn trong tế bào nội mô của chúng. Sự hình thành mạch máu do tập thể dục được biết là xảy ra để đáp ứng với các protein kích thích tăng trưởng được giải phóng bởi các cơ khi bị căng thẳng. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy SIRT1 vẫn là chất truyền tin quan trọng chuyển tín hiệu yếu tố tăng trưởng từ cơ đến mạch máu. Các thí nghiệm đã cho thấy vai trò quan trọng của SIRT1 trong việc hình thành mạch máu do tập thể dục, vậy các nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu việc tăng mức SIRT1 có kích thích sự phát triển của mạch máu và ngăn ngừa tình trạng teo cơ hay không? Làm sao để nâng cao sức chịu đựng khi tập luyện?

Làm sao để nâng cao sức chịu đựng khi tập luyện?

Các nhà khoa học đặt mục tiêu vào NAD +, một phân tử có mặt ở nhiều dạng sống, NAD + được biết là suy giảm theo tuổi tác và trước đây được chứng minh là có tác dụng kích thích hoạt động SIRT1. Tác giả đầu tiên của nghiên cứu Abhirup Das (người thực hiện công việc này với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Sinclair, hiện là học giả thỉnh giảng) cho biết: “Chúng tôi lập luận rằng mức độ NAD + giảm làm giảm hoạt động SIRT1 và do đó cản trở khả năng phát triển mạch máu mới của chuột già”.   Để kiểm tra tiền đề này, các nhà khoa học đã sử dụng một hợp chất hóa học có tên NMN, tiền chất NAD + , trước đây được chứng minh là có vai trò sửa chữa DNA tế bào và duy trì sức sống của tế bào. Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, các tế bào nội mô từ người và chuột được điều trị bằng NMN cho thấy khả năng tăng trưởng được tăng cường và giảm sự chết của tế bào. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã cho một nhóm chuột 20 tháng tuổi sử dụng NMN trong hơn hai tháng – tương đương với 70 năm ở con người. Điều trị bằng NMN đã phục hồi số lượng mao mạch máu và mật độ mao mạch như ở những con chuột nhỏ hơn. Lưu lượng máu đến cơ cũng tăng lên và cao hơn đáng kể so với lượng máu cung cấp cho cơ ở những con chuột cùng tuổi không nhận được NMN. Tuy nhiên, hiệu quả nổi bật nhất lại xuất hiện ở khả năng tập thể dục của những con chuột già. Nghiên cứu cho thấy những con vật này có cách tập luyện hiệu quả cao hơn từ 56 - 80% so với những con chuột không được điều trị. Những con vật được điều trị bằng NMN đã chạy được trung bình 430 mét, tương đương khoảng 1.400 feet, so với trung bình 240 mét, hoặc 780 feet đối với những con vật không được điều trị. Để xem liệu tác dụng của NMN có thể được tăng cường hơn nữa hay không, các nhà nghiên cứu đã thêm hợp chất thứ hai vào chế độ điều trị. Hợp chất natri hydrosulfua (NaHS), là tiền chất của hydro sunfua, chất này cũng làm tăng hoạt động của SIRT1. Một nhóm chuột 32 tháng tuổi—tương đương với 90 năm tuổi của con người—được điều trị liệu pháp kết hợp trong 4 tuần có thể chạy trung bình lâu gấp đôi so với những con chuột không được điều trị. Để so sánh, những con chuột được điều trị bằng NMN trung bình chạy xa hơn 1,6 lần so với những con không được điều trị. Đồng tác giả nghiên cứu James Mitchell - phó giáo sư về di truyền và các bệnh phức tạp tại Trường Y tế Công cộng Harvard TH Chan cho biết: “Đây thực sự là những con chuột già nên phát hiện của chúng tôi rằng phương pháp điều trị kết hợp giúp tăng gấp đôi khả năng chạy của chúng không có gì đáng ngạc nhiên” . Nghiên cứu do Mitchell dẫn đầu và công bố trên tạp chí Cell cũng cho thấy Natri Hydrosulfua có tác dụng tăng cường hình thành mạch máu trong cơ của chuột. Điều thú vị là phương pháp điều trị bằng NMN không cải thiện mật độ mạch máu và khả năng vận động ở những con chuột nhỏ ít vận động. Tuy nhiên, nó đã thúc đẩy sự hình thành mạch máu và khả năng tập thể dục ở những con chuột nhỏ đã tập thể dục thường xuyên trong một tháng. Quan sát này nhấn mạnh quan điểm cho rằng tuổi tác đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp giữa mạch máu và cơ bắp, đồng thời chỉ ra sự mất mát NAD + và SIRT1 là nguyên nhân dẫn đến việc mất hiệu quả tập thể dục sau tuổi trung niên.  Các nhà nghiên cứu kỳ vọng phát hiện của họ có thể mở đường cho những tiến bộ trị liệu hứa hẹn cho hàng triệu người lớn tuổi mà hoạt động thể chất thường xuyên không phải là một lựa chọn. Tài liệu tham khảo: Hsph.harvard.edu, Unsw.edu.au, Sinclair.hms.harvard.edu, Sciencedirect.com