Bài viết được thực hiện bởi Tiến sĩ, Bác sĩ Nguyễn Khánh Hòa - Chuyên viên quản lý dự án nghiên cứu - Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec.
Hệ vi khuẩn đường ruột đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các chất dinh dưỡng và duy trì sự trao đổi chất, có khả năng ảnh hưởng đến sự phát triển của rối loạn chuyển hóa ở người như béo phì và tiểu đường type 2. Trong chuyên mục này của tạp chí Cell Metabolism, Krisko et al. (2020) chứng minh rằng hệ vi khuẩn đường ruột điều hòa cân bằng nội môi glucose thông qua quá trình sinh tổng hợp glucose ở gan và không thông qua mô mỡ sinh nhiệt như các công bố trước đây.
1. Hệ vi khuẩn đường ruột và mối liên quan với cân bằng Glucose nội môi và chuyển hóa năng lượng
(A) Các chất chuyển hóa của vi sinh vật kiểm soát sự phát sinh glucose ở gan, được thể hiện bởi Krisko et al. (2020) trong chuyên mục Chuyển hóa tế bào. (B và C) (B) hệ vi sinh vật ruột hỗ trợ tích cực cho mô mỡ màu nâu (BAT) sinh nhiệt và (C) xâm nhập thêm mô mỡ màu be, cả hai góp phần chuyển hóa năng lượng. (D) Mô mỡ màu be cũng được thấy ở những con chuột bị thiếu vi khuẩn, có thể liên quan đến huy động năng lượng nội sinh, như được thấy trong điều kiện ăn chay. Tất cả các cơ chế có khả năng tác động hệ thống cân bằng nội môi glucose của chuột.
Rối loạn chuyển hóa đã trở thành một trong những những gánh nặng thách thức nhất của xã hội chúng ta, ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống và tác động sâu sắc đến hệ thống chăm sóc sức khỏe. Vì vậy, điều quan trọng nhất là cộng đồng khoa học tiếp tục đầu tư những nỗ lực lớn nhằm ngăn ngừa và điều trị bệnh chuyển hóa. Hiểu biết cơ bản cơ chế trao đổi chất thường bắt đầu với các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trên chuột trước khi kiến thức này được chuyển thể tới loài người. Tương tác phức tạp của tế bào và cơ chế phân tử cho phép sinh vật duy trì sự trao đổi chất cân bằng nội môi chịu ảnh hưởng bởi di truyền, tuổi, và các yếu tố môi trường. Chúng ta có vẻ như chưa hiểu vai trò của các cơ quan khác nhau trong sinh bệnh học và tiến triển của bệnh chuyển hóa, mặc dù người ta đã thấy rằng hệ vi khuẩn ruột tác động đáng kể đến các quá trình này. Hệ vi sinh vật đường ruột bao gồm một cộng đồng vi sinh vật đa dạng ở hệ thống tiêu hóa của chúng ta tương tác với quá trình chuyển hóa của vật chủ và do đó làm tăng sự phức tạp của quá trình trao đổi chất. Ở những người khỏe mạnh, hệ sinh thái vi sinh vật ruột cân bằng với nhu cầu trao đổi chất của vật chủ. Các yếu tố gây căng thẳng thuộc về môi trường, chẳng hạn như thay đổi trong dinh dưỡng và nhiệt độ môi trường, có một tác động đáng kể đến sự tương tác giữa trao đổi chất vi sinh vật và vật chủ, ảnh hưởng đến trọng lượng cơ thể, điều chỉnh nhiệt, và cân bằng nội môi glucose. Ngược lại, quá trình rối loạn chuyển hóa như béo phì, như cũng như hệ di truyền của vật chủ, có rất nhiều ảnh hưởng đến thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột.
2. Sự tương tác giữa hệ vi khuẩn đường ruột và chuyển hoá của vật chủ
Với sự phức tạp như vậy, không có gì đáng ngạc nhiên mà các quan sát của các nhà khoa học thường đa dạng, thường xuyên mâu thuẫn về kết quả của sự tương tác giữa hệ vi sinh vật đường ruột và chuyển hóa của vật chủ. Trong thí nghiệm trên chuột trong phòng thí nghiệm, sự khác biệt này có thể là do sự khác biệt trong Di truyền của chủng chuột, tình trạng vệ sinh, sự khác biệt trong cung cấp thức ăn và nước uống và nhiệt độ nhà ở: tất cả đóng góp các yếu tố ảnh hưởng đến đặc điểm sinh học của cộng đồng vi khuẩn đường ruột và vật chủ. Có khả năng các nhà nghiên cứu không thể kiểm soát tất cả các yếu tố gây nhiễu, bất chấp mong muốn của cộng đồng khoa học để thực hiện các thí nghiệm đã chuẩn hóa và do đó chỉ cung cấp một phần kết luận. Mặc dù hạn chế này có thể khó so sánh kết quả giữa các phòng thí nghiệm khác nhau, các nhà khoa học cũng xem xét những trường hợp này một cách tích cực; đó là một cơ hội để khám phá toàn bộ sự đa dạng của các tương tác và tác dụng chuyển hóa. Về mặt này, chúng ta không nên quên rằng con người, khác với chuột thí nghiệm, có sự khác biệt đáng kể về di truyền học, không sống theo tiêu chuẩn, trong môi trường vô trùng, mà điều kiện môi trường, lối sống, tiếp xúc của họ liên tục thay đổi. Nhưng, làm thế nào để hệ vi khuẩn ruột giao thiệp với các cơ quan ở xa? Làm sao liên hệ này dẫn đến kết quả không béo phì và không mắc tiểu đường tuýp 2? Đến nay, các chi tiết của liên hệ này còn khó hiểu. Phương pháp quan trọng để điều tra các hiệu ứng chuyển hóa là làm cạn kiệt hệ vi khuẩn ruột bằng cách sử dụng hỗn hợp kháng sinh, hoặc duy trì chuột trong môi trường không có mầm bệnh, hoặc nuôi cấy các hệ vi khuẩn giữa chuột.
Sử dụng các phương pháp này, các nhà nghiên cứu cho rằng hệ vi khuẩn ruột tác động vào mô mỡ sinh nhiệt (mỡ nâu) và chuyển hóa năng lượng, do đó gián tiếp kiểm soát cân bằng glucose nội môi thông qua tăng cường đốt cháy glucose. Những giả thuyết này vẫn còn mâu thuẫn, như một số nghiên cứu ngụ ý đến một tác động tích cực của hệ vi sinh vật đường ruột lên mô mỡ nâu và màu be để tăng sinh nhiệt và sử dụng năng lượng khi lạnh trong khi những người khác lại thấy sự xuất hiện của mô mỡ màu be khi chuột bị thiếu vi khuẩn ruột. Tất cả các nghiên cứu này đến nay, đều cho rằng hiệu ứng của vi khuẩn ruột là trên mô mỡ sinh nhiệt để cân bằng glucose nội môi.
Trong nghiên cứu này, Krisko và cộng sự (2020) đã xác định mối quan hệ giữa hệ vi khuẩn ruột, quá trình sinh nhiệt và cân bằng glucose nội môi (Hình 1) bằng cách loại trừ nhu cầu tăng chuyển hóa năng lượng và mô mỡ sinh nhiệt và thay vào đó chứng minh rằng hệ vi khuẩn ruột điều hòa cân bằng nội môi glucose thông qua sinh tổng hợp glucose gan. Kết quả quan trọng là, các tác giả đã không bỏ qua sự giãn nở của ruột già và sự kéo dài ruột ở hai mô hình chuột cạn kiệt của vi sinh vật, qua trung gian kháng sinh và chuột không sinh sản. Trong phân tích chi tiết, họ đánh giá cao việc, lần đầu tiên một khối lượng nước bổ sung vào phân làm rối loạn kết quả của sử dụng năng lượng, do đó chỉ nên dựa vào tổng trọng lượng chuyển hóa của cơ quan hoạt động. Loại bỏ sự chênh lệch khối lượng, hoặc từ tính toán hoặc thực nghiệm bằng cách cắt bỏ, loại bỏ sự khác biệt trong sử dụng năng lượng, tập trung vào câu hỏi rằng hệ vi khuẩn ruột có ảnh hưởng đến sử dụng năng lượng không.
Kết hợp với dữ liệu sinh nhiệt sử dụng năng lượng, Krisko và đồng nghiệp không quan sát thấy có thay đổi trong mô mỡ. Sự khác biệt với trước đó quan sát trong mỡ mô vẫn còn khó hiểu. Nhưng có khả năng để giải mã dữ liệu cho một lời giải thích thống nhất hay không? Suy giảm hệ vi khuẩn ruột có khả năng đưa những con chuột đến các trạng thái thiếu thốn năng lượng khác nhau, tùy thuộc vào tình trạng của chúng. Nếu vi sinh vật cung cấp năng lượng cho vật chủ là không đủ lạnh, chuột không có vi sinh vật có thể xuất hiện mô mỡ bị ức chế sinh nhiệt và khi ghép các vi khuẩn thích nghi với điều kiện lạnh có thể hỗ trợ cho công suất sinh nhiệt bổ sung thông qua mô mỡ màu be. Tuy nhiên, mô mỡ màu be cũng được nhìn thấy trong phản ứng với cạn kiệt vi sinh vật. Ở đây, mỡ màu nâu có thể chủ yếu kết hợp với cơ chế nội sinh tăng cường huy động chất béo hơn là tăng sử dụng năng lượng (Hình 1). Trong thí nghiệm khác ở chuột, tác động của sự suy giảm vi sinh vật thậm chí có thể không cần sự tham dự của mô mỡ màu be. Khác biệt trong kết quả ở phòng thí nghiệm này đến phòng thí nghiệm khác trong một chừng mực nào đó có thể được quy cho sự khác biệt trong các tiêu chuẩn cơ sở chuột và chủng chuột. Quan trọng là, mức giảm quan sát được về nồng độ glucose trong máu của chuột suy giảm hệ vi sinh vật ruột được công bố bởi Krisko et al. (2020) phù hợp với những phát hiện trước đó của những người khác liên quan đến thay đổi độ nhạy insulin và hoạt động sinh nhiệt.
Vì vậy, có thể kết luận rằng việc kiểm soát đường huyết có thể hoạt động độc lập với việc tiêu thụ năng lượng của mô mỡ sinh nhiệt, chuyển trọng tâm đến các cơ quan khác. Các tác giả trong báo cáo này mới phát hiện ra rằng hệ vi sinh vật điều chỉnh sinh tổng hợp glucose ở gan để duy trì lượng đường huyết. Hơn nữa, Krisko và đồng nghiệp sử dụng các chất chuyển hóa được xác định tăng cường sinh tổng hợp bằng cách thực hiện phân tích chuyển hóa toàn diện đã cung cấp một phát hiện quan trọng về nguồn gốc của vi sinh vật có hoạt tính sinh học phân tử. Các nghiên cứu bổ sung sẽ là cần thiết để thiết lập quan hệ nhân quả, có thể liên quan đến chuyển hệ vi sinh vật chọn lọc hoặc thao tác di truyền của gan vận chuyển. Nhìn chung, công bố của Krisko và cộng sự (2020) mang đến những mô hình mới với tầm quan trọng của lĩnh vực trao đổi chất: đầu tiên, sự đánh giá của khối lượng chất trơ trong đường ruột để xác định chính xác tỷ lệ trao đổi chất, và thứ hai, hệ vi sinh vật ruột- trục gan trong kiểm soát sinh tổng hợp glucose, thúc đẩy những khám phá sâu hơn về cơ chế phân tử cư trú trong gan để làm sáng tỏ con đường chuyển những quan sát vào chiến lược can thiệp lâm sàng.
Quý khách hàng có nhu cầu thăm khám, điều trị có thể trực tiếp đến Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec trên toàn quốc hoặc để có thêm thông tin chi tiết vui lòng liên hệ theo số hotline TẠI ĐÂY.
