Liệu "chất lượng" của tế bào β có thể quyết định bạn có mắc bệnh tiểu đường hay không?

Nếu bạn thấy ngày càng nhiều người quen của mình đang phải đối mặt với bệnh tiểu đường, thì bạn đã đúng. Đại dịch tiểu đường không phải tự nhiên mà được gọi là đại dịch: Theo Hiệp hội Tiểu đường Hoa Kỳ, hơn 10% dân số Hoa Kỳ - khoảng 38,4 triệu người - mắc bệnh tiểu đường vào năm 2021, và thêm 1,2 triệu người được chẩn đoán mắc bệnh mỗi năm.

Bệnh tiểu đường tuýp 2 phát triển khi cơ thể trở nên kháng insulin, một loại hormone giúp điều hòa lượng đường trong máu. Insulin được sản xuất bởi các tế bào β tuyến tụy, và trong bệnh tiểu đường tuýp 2, chúng tăng sản xuất insulin để cố gắng bình thường hóa lượng đường, nhưng ngay cả điều này cũng không đủ, và các tế bào β cuối cùng sẽ bị cạn kiệt. Do vai trò quan trọng của chúng, khối lượng chức năng của các tế bào β - tức là tổng số lượng và khả năng hoạt động của chúng - quyết định nguy cơ mắc bệnh tiểu đường.

Tuy nhiên, các tế bào β không đồng nhất ngay cả ở cùng một người – chúng được chia thành các phân nhóm, mỗi phân nhóm khác nhau về hoạt động tiết, khả năng sống sót và khả năng phân chia. Nói cách khác, mỗi phân nhóm tế bào β có một “mức độ khỏe mạnh” khác nhau – và mức độ càng cao thì càng tốt. Khi bệnh tiểu đường phát triển, tỷ lệ của một số phân nhóm tế bào β thay đổi. Nhưng câu hỏi then chốt vẫn còn đó: liệu bệnh tiểu đường có làm thay đổi thành phần và tình trạng của tế bào β, hay chính những thay đổi này dẫn đến bệnh?

Đó chính là lúc các nhà khoa học Guoqiang Gu, Emily Hodges và Ken Lau thuộc Đại học Vanderbilt vào cuộc. Nghiên cứu gần đây của họ, được công bố trên tạp chí Nature Communications, là một bước tiến tới việc tìm hiểu liệu khối lượng chức năng của tế bào β có thể được tăng lên để giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường loại 2 hay không. Gu và Lau là giáo sư về sinh học tế bào và phát triển, còn Hodges là phó giáo sư về hóa sinh.

Nghiên cứu các phân nhóm tế bào β không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Phương pháp phổ biến nhất được sử dụng là "phân tích cuối cùng các mẫu ở cấp độ tế bào đơn lẻ", nghĩa là các nhà khoa học chỉ có thể nghiên cứu các tế bào β cụ thể một lần — và chỉ khi chúng đã phát triển đầy đủ. Điều này không cho phép chúng ta theo dõi sự phát triển của cùng một phân nhóm tế bào ở các giai đoạn khác nhau: biệt hóa, trưởng thành, phân chia, lão hóa, chết, v.v. Khả năng quan sát chúng ở tất cả các giai đoạn sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách trạng thái của tế bào thay đổi theo thời gian hoặc trong các điều kiện sinh lý khác nhau.

Để khắc phục hạn chế này, Gu, Hodges và Lau đã phát triển một phương pháp gắn thẻ vĩnh viễn các tế bào tiền thân tạo ra tế bào β với các tổ hợp biểu hiện gen khác nhau. Những thẻ này cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi cùng một phân nhóm tế bào β ở các giai đoạn phát triển khác nhau và trả lời các câu hỏi cơ bản với độ tin cậy cao hơn.

Nghiên cứu của họ đã đưa ra ba phát hiện chính:

1. Các tế bào tiền thân hình thành tế bào β với các dấu hiệu di truyền khác nhau trong phôi chuột tạo ra các phân nhóm tế bào β với mức độ "khỏe mạnh" khác nhau ở chuột trưởng thành. Điều này giúp hiểu được cách các phân nhóm được hình thành và cách điều chỉnh quá trình này trong tương lai để tăng tỷ lệ tế bào β "khỏe mạnh" và giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường.
2. Chế độ ăn của chuột cái trong thời kỳ mang thai ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ tế bào β hoạt động tốt so với tế bào β hoạt động kém ở chuột con. Ví dụ, nếu chuột mẹ ăn nhiều chất béo và bị béo phì, số lượng tế bào β cảm nhận glucose ở chuột con sẽ ít hơn. Mô hình này khẳng định rằng tình trạng béo phì ở chuột mẹ làm tăng nguy cơ mắc bệnh tiểu đường ở chuột con. Điều này giúp các bác sĩ và nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về vai trò của di truyền và sức khỏe của người mẹ.
3. Các phân nhóm tế bào β được xác định ở chuột có sự tương đồng với tuyến tụy người. Hơn nữa, phân nhóm có độ thích nghi cao nhất ở người lại bị giảm ở bệnh nhân tiểu đường tuýp 2. Mặc dù không phải tất cả các phát hiện trên động vật đều có thể áp dụng trực tiếp cho người, nhưng kết quả cho thấy mô hình chuột có thể hữu ích cho việc tìm hiểu sinh học ở người và bệnh tiểu đường.

Các nhà nghiên cứu hiện đang có kế hoạch nghiên cứu chính xác cách thức các kiểu biểu sinh (các dấu hiệu biểu hiện gen đã đề cập ở trên) được hình thành và duy trì trong các phân nhóm tế bào β khác nhau và cách sự phá vỡ của chúng ảnh hưởng đến chức năng tế bào.

Gu cho biết: "Với nghiên cứu này và các nghiên cứu khác, trong tương lai chúng ta có thể phát triển một loại thực phẩm bổ sung cho phụ nữ mang thai giúp giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường ở trẻ em".

Những câu hỏi quan trọng khác vẫn còn đó: liệu có thể cải thiện chất lượng chức năng của các tế bào giống β có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người bằng cách điều chỉnh quá trình methyl hóa DNA (một trong những dấu hiệu biểu sinh) hay không? Nếu có, liệu những tế bào β này có thể được sử dụng trong liệu pháp cấy ghép, trong đó bệnh nhân tiểu đường tuýp 2 được cấy ghép các tế bào β có độ thích nghi cao hay không?

Câu trả lời cho những câu hỏi này vẫn chưa được tìm ra.