Protease và chất ức chế protease trong ung thư
Protease còn được gọi là các proteolytic enzym, là các enzym có khả năng thủy
phân các liên kết peptid của chuỗi peptid, protein thành các đoạn peptid ngắn hơn
và các acid amin. Các protease có thể hoạt động như các yếu tố phát triển của cả tế
bào ác tính và tế bào bình thường, trong sự phân chia tế bào, sinh tổng hợp
ADN....
Các Protease
Protease còn được gọi là các proteolytic enzym, là các enzym có khả năng thủy
phân các liên kết peptid của chuỗi peptid, protein thành các đoạn peptid ngắn hơn
và các acid amin.
Các protease thủy phân các liên kết peptid bên trong chuỗi polypeptid được gọi là
các endoprotease và được chia thành 4 loại trên cơ sở các nhóm hóa học tham gia
vào quá trình xúc tác: Serin proteinase (EC3.4.21), Cystein proteinase (EC3.4.22),
Aspartic proteinase (EC3.4.23) và Metalloproteinase (EC3.4.24).
Trong cơ thể, các protease đảm nhiệm nhiều chức năng sinh lý như: hoạt hóa
zymogen, đông máu và phân hủy sợi fibrin của cục máu đông, giải phóng hormon
và các peptid có hoạt tính sinh học từ các tiền chất, vận chuyển protein qua
màng... Ngoài ra, các protease có thể hoạt động như các yếu tố phát triển của cả tế
bào ác tính và tế bào bình thường, là tăng sự phân chia tế bào, sinh tổng hợp
ADN...
Khi so sánh tế bào bình thường và tế bào ác tính, người ta nhận thấy các tế bào ác
tính chứa nhiều protease hơn tế bào bình thường. Sự tăng của các enzym protease
đã được phát hiện thấy ở các tế bào ác tính cũng như ở máu, dịch tổ chức khác
nhau của nhiều loại động vật mang khối u ác tính. Tế bào các khối u nuôi cấy bài
tiết một protease đặc hiệu (chất hoạt hóa plasminogen) có hoạt tính tăng từ 10-100
lần so với tế bào bình thường. Protease này nằm ở bề mặt màng tế bào, được bài
tiết và xuất hiện rất sớm trong các tế bào chuyển dạng ác tính.
Phân đoạn màng tế bào tách chiết từ tế bào sợi (fibroblast) bào thai gà được gây
chuyển dạng bởi virut Rouss Sarcoma có hoạt tính protease cao hơn 40 lần so với
phân đoạn màng tế bào bình thường. Sự tăng hoạt tính của enzym này có liên quan
rõ rệt với sự di căn của tế bào ác tính. Một số tác giả khác cũng tìm thấy mối liên
quan giữa sự tăng hoạt của collagenase và sự di căn của tế bào carcinoma VX-2
thỏ nuôi cấy.
Hoạt tính cathepsin B-1 huyết thanh cũng tăng cao hơn 45 lần ở phụ nữ bị ung thư
phần phụ. Kết quả điều trị tốt các loại ung thư này (bằng ngoại khoa hoặc hóa
chất) đã giảm hoạt tính của cathepsin B-1 về mức bình thường. Một dạng
cathepsin B khác ở dịch màng phổi cũng có hoạt tính tăng cao ở những phụ nữ bị
ung thư vú.
Đã có báo cáo về sự tăng hoạt tính của một protease phụ thuộc calci ở tổ chức gan
chuột bị ung thư và tiền ung thư so với tổ chức gan chuột bình thường.
Sự tăng hoạt tính các loại protease ở khối u được giải thích trên cơ sở tác dụng
sinh học của chúng. Các protease được bài tiết bởi các tế bào khối u có khả năng
phá hủy sự gắn của tế bào vào những bề mặt rắn. Các protease như collagenase,
cathepsin B, chất hoạt hóa plasminogen có vai trò phá hủy rào chắn là màng tế bào
bao quanh các tế bào khối u.
Khả năng của tế bào khối u phá hủy màng nền và khuôn ngoại bào đã được chứng
minh là có liên quan rõ rệt với khả năng di căn của các khối u. Rochefort đã tách
chiết thành công một protease được bài tiết bởi dòng tế bào ung thư vú di căn ở
người (MCF 7,ZR 75-1) và xác định đó là aspartyl protease giống procathepsin D.
Hàm lượng của enzym này ở bào tương liên quan rõ rệt với sự xâm lấn của tế bào
khối u và oestrogen kích thích sự tăng cường tổng hợp enzym này ở tế bào u.
Những kết quả trên cho thấy sự liên quan rõ rết giữa khối u di căn và các loại
protease khác nhau. Khi khối u mới phát sinh không phát hiện thấy tăng các
protease, điều này cho thấy protease có vai trò chủ yếu ở giai đoạn di căn. Các
protease này từ bề mặt màng tế bào u sẽ phá hủy màng tế bào bình thường cũng
như khuôn ngoại bào tạo ra sự xâm lấn của tổ chức u vào tổ chức lành, và đó là
bước đầu tiên của quá trình di căn.
Chất ức chế protease
Các chất ức chế protease trong tự nhiên được báo cáo lần đầu tiên năm 1894 bởi
Fermi và Pernossi khi hai nhà khoa học này phát hiện hoạt tính chống trypsin
trong huyết thanh người. Đến nay, các chất ức chế protease đã được tìm thấy rộng
rãi trong tự nhiên từ nguồn thực vật, động vật, vi khuẩn. Có thể nói không ở tổ
chức sống nào là không tồn tại các chất ức chế protease và nhiều chất ức chế
protease đã được tổng hợp nhân tạo.
Tuy nhiên, những thành tựu trong nghiên cứu các chất ức chế chỉ thực sự được bắt
đầu với những công trình nghiên cứu của Kunitz và Nothrop về chất ức chế trypsin
tụy bò. Cùng với trypsin, sau này nhiều protease khác đã được sử dụng để phát
hiện các chất ức chế protease như: chymotrypsin, elastase, subtilisin và các
protease tinh chế từ nấm.
Các chất ức chế protease được phân loại theo protease mà chúng ức chế, nên các
chất ức chế protease cũng được chia thành 4 loại tương ứng với 4 loại protease đã
nêu ở trên. Trong đó, các chất ức chế loại serin protease được chú ý nghiên cứu
nhiều nhất và có hơn 10 dòng họ các chất ức chế này đã được công bố.
Vai trò sinh học chính xác của các chất ức chế protease trong thực vật vẫn chưa
được hiểu biết đầy đủ. Có lẽ chúng có vai trò bảo vệ thực vật chống lại sự tấn công
của các côn trùng, vật nuôi.... Việc tìm hiểu tác dụng của các chất ức chế protease
chống lại sự xâm lấn của các khối u ở người và động vật còn đang được nghiên
cứu. Một số kết quả nghiên cứu theo hướng này đã được công bố.
Một chất ức chế protease có khả năng ức chế hơn 80% hoạt tính toàn phần
elastase, collagenase và một protease giống chymotrysin đã được tách chiết từ tế
bào bạch cầu (Leucocyte Neutral Protease Inhibitor- LNPI) và sử dụng trong
nghiên cứu chống ung thư. So sánh hai nhóm chuột cái được cấy ghép tế bào ung
thư phổi Lewis, trong đó một nhóm có sử dụng LPNI trong 14 ngày sau khi cấy
ghép thì khối lượng của khối u di căn nhóm này chỉ bằng khoảng 50% so với
nhóm chứng.
Một số thực nghiệm trên động vật gặm nhấm và các loại động vật khác có khả
năng làm giảm sự phát sinh khối u, số lượng khối u và kéo dài thời gian im lặng
phát sinh u ở động vật được cấy ghép tế bào ung thư.
Ví dụ, ở loài chuột C3H/HeN có hệ di truyền rất dễ bị ung thư tế bào gan nguyên
phát khi được ăn thêm Edi pro A (một protein tách chiết từ đậu tương) đã giảm sự
xuất hiện của khối u: cụ thể, nhóm chuột không nhận protein Edi pro A thì sau 18
tháng tuổi đều xuất hiện ung thư gan nguyên phát, trong khi nhóm chuột được cho
ăn thêm 2,6% Edi pro A thì chỉ 25% chuột có phát sinh u, nếu cho ăn thêm 3,9%
