CNSH Tăng Lê Thái Ngọc – IVFMD Tân Bình

Giới thiệu
Ty thể là bào quan có màng kép, có các đặc điểm hình thái riêng biệt và biểu hiện các chức năng chuyên biệt cao. Ngoài vai trò đã được xác định rõ ràng trong việc sản xuất năng lượng và cân bằng canxi nội mô, ty thể còn là một phần không thể thiếu của nhiều quá trình thiết yếu trong tế bào bao gồm quá trình sinh tổng hợp các hợp chất hữu cơ được chọn lọc, chuỗi truyền tín hiệu và điều hòa các con đường apoptosis. DNA ty thể (mtDNA) chủ yếu được di truyền từ mẹ và sự tái tạo mtDNA diễn ra trong giai đoạn phôi nang đã nhấn mạnh tầm quan trọng của ty thể từ noãn. Bên cạnh đó, ty thể còn cung cấp năng lượng cho nhiều quá trình như điều hòa sự hình thành thoi vô sắc, phân chia nhiễm sắc thể, phiên mã và dịch mã. Do đó, việc kiểm soát chặt chẽ chất lượng ty thể trong noãn là rất quan trọng và trong nhiều mô hình động vật, người ta đã chứng minh rằng sự suy yếu của các cơ chế này dẫn đến tình trạng suy giảm khả năng sinh sản. Do vai trò quan trọng của ty thể trong quá trình phát triển của noãn và phôi, bài tổng quan này sẽ xem xét một số can thiệp dược lý có thể cải thiện chức năng ty thể và kết quả ART. Bên cạnh đó, báo cáo này còn thảo luận về các ứng dụng hiện tại và tiềm năng trong tương lai của liệu pháp thay thế ty thể (Mitochondrial replacement therapy – MRT).
 
Các tác nhân dược lý cải thiện chức năng ty thể
Coenzyme Q10
Coenzyme Q10 (CoQ10) đóng vai trò là chất dẫn truyền điện tử trong chuỗi dẫn truyền điện tử của ty thể (electron transport chain – ETC) và sở hữu các đặc tính chống oxy hóa. Các nghiên cứu trên động vật đã chứng minh chức năng tỉ thể được cải thiện sau khi sử dụng CoQ10. Một nghiên cứu gần đây trên chuột cho thấy CoQ10 tăng cường biểu hiện của gen Tfam, một chất điều hòa quá trình sinh tổng hợp ty thể và tăng số lượng bản sao mtDNA trong noãn trải qua IVM. Tương tự vậy, việc bổ sung CoQ10 (50 µmol/l) vào môi trường IVM làm tăng tỉ lệ trưởng thành (82,6% so với 63,0%) và giảm tỉ lệ lệch bội ở noãn (36,8% so với 65,5%) từ những bệnh nhân lớn tuổi. Một nghiên cứu khác đã phát hiện ra rằng việc uống CoQ10 dưới dạng thực phẩm bổ sung với liều lượng 200 mg mỗi ngày dẫn đến sự gia tăng đáng kể CoQ10 trong dịch nang noãn và nồng độ CoQ10 tăng cao trong dịch nang noãn tương quan với các thông số động học hình thái phôi tốt và dẫn đến tỉ lệ mang thai cao hơn. Một phân tích tổng hợp bao gồm năm thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên (RCT) đã kết luận rằng việc bổ sung CoQ10 bằng đường uống dẫn đến tỉ lệ mang thai lâm sàng cao hơn so với cả giả dược và không điều trị. Hiệu ứng tích cực này vẫn có ý nghĩa ngay cả khi phân tích dữ liệu từ những phụ nữ có đáp ứng buồng trứng kém và hội chứng buồng trứng đa nang. Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể giữa các nhóm về tỉ lệ sinh con sống hoặc sảy thai.
 
Mitoquinone
Mitoquinone (MitoQ) nổi bật nhờ khả năng thâm nhập màng ty thể và loại bỏ trực tiếp ROS dư thừa. Ở mô hình chuột, việc điều trị bằng MitoQ làm tăng đáng kể tốc độ trưởng thành, khả năng thụ tinh và phát triển phôi từ những noãn chịu stress oxy hóa. MitoQ thể hiện khả năng phục hồi cả tiềm năng màng ty thể và chức năng của thoi phân bào, cùng với việc đảm bảo sự liên kết nhiễm sắc thể thích hợp trong noãn có nguồn gốc từ chuột già.  Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng MitoQ phát huy tác dụng một cách cụ thể lên các protein liên quan đến con đường thực bào ty thể. Thông qua quá trình phosphoryl hóa, MitoQ kích thích thực bào ty thể, do đó loại bỏ các ty thể rối loạn chức năng trong các tế bào noãn bị stress oxy hóa. Hơn nữa, trong nghiên cứu về các tác dụng của MitoQ đối với noãn giai đoạn túi mầm (GV) ở người trong quá trình IVM cho thấy tỉ lệ trưởng thành noãn được cải thiện đáng kể (51% so với 77%), tiềm năng màng ty thể tăng lên và tỉ lệ noãn có nhiễm sắc thể sắp xếp sai vị trí giảm đáng kể so với nhóm đối chứng (lần lượt là 25% so với 61%). Với những kết quả khả quan được quan sát thấy trong nhiều nghiên cứu trên động vật và những phát hiện tích cực ban đầu từ các thí nghiệm trên người,  MitoQ có tiềm năng đáng kể trong việc cải thiện năng lực phát triển của noãn bào có chức năng ty thể bị suy giảm.
 
Resveratrol
Một hợp chất khác được công nhận về đặc tính chống oxy hóa trong việc giảm các gốc tự do là resveratrol. Resveratrol, một hợp chất tự nhiên với khả năng kích hoạt histone deacetylase Sirtuin 1 (SIRT1) phụ thuộc NAD, tăng cường chức năng ty thể bằng cách tạo ra các gen liên quan đến quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và sinh tổng hợp ty thể. Resveratrol đã được phát hiện có tác dụng tăng cường phục hồi ty thể sau tổn thương do bảo quản lạnh ở cả noãn và phôi. Ngoài ra, nó còn cải thiện quá trình nuôi cấy IVM của noãn chuột già và người. Hai RCT gần đây nghiên cứu về tác động của resveratrol đã mang lại những phát hiện tích cực. Trong RCT đầu tiên, trong số những bệnh nhân được chẩn đoán mắc PCOS, nhóm được điều trị bằng resveratrol cho thấy sự gia tăng về số lượng noãn và phôi chất lượng tốt. Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể giữa hai nhóm về số lượng noãn trưởng thành, tỉ lệ thụ tinh hoặc tỉ lệ mang thai trên mỗi lần chuyển phôi. RCT thứ hai cho thấy số lượng noãn trưởng thành và tổng số noãn cao hơn đáng kể ở nhóm resveratrol. Hơn nữa, nhóm resveratrol cho thấy tỉ lệ thụ tinh cao hơn, đạt được nhiều phôi phân chia và phôi nang trên mỗi bệnh nhân hơn, cũng như có nhiều phôi đông lạnh hơn. Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy trong tỉ lệ mang thai sinh hóa hoặc lâm sàng, sinh con sống hoặc sảy thai. Có vẻ như chất chống oxy hóa và tác động của chúng đối với chức năng ty thể trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản sẽ là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực trong tương lai gần.
 
Rapamycin
Rapamycin là một chất chuyển hóa macrolide có chức năng như một chất ức chế con đường truyền tín hiệu ở động vật có vú (mTOR), giúp điều chỉnh sự phát triển, chuyển hóa, biệt hóa và lão hóa của tế bào. Ở chuột, việc sử dụng rapamycin chứng minh khả năng điều chỉnh tổ chức thoi phân bào bất thường và sự sai lệch nhiễm sắc thể ở noãn, tăng cường quá trình trưởng thành của tế bào chất và cải thiện khả năng phát triển của phôi nang bằng cách thúc đẩy hoạt hóa ty thể, phân đôi và thực bào ty thể. Yang và cộng sự (2022b) đã tiến hành các thí nghiệm trên 202 tế bào noãn chưa trưởng thành được hiến tặng ở người. Nghiên cứu báo cáo tỉ lệ trưởng thành noãn được cải thiện sau 48 giờ là 82,7% so với 63,4%, tương ứng ở noãn được xử lý bằng rapamycin và đối chứng. Sau ICSI, nhóm rapamycin đạt được tỉ lệ phôi chất lượng tốt cao hơn so với nhóm đối chứng (34,2% so với 22,1%). Tác động có lợi của rapamycin đối với IVM và tỉ lệ phát triển phôi chất lượng tốt cũng đã được quan sát thấy ở noãn từ những phụ nữ trên 35 tuổi. Trong một nghiên cứu so sánh dịch nang noãn từ những bệnh nhân lạc nội mạc tử cung, người ta đã chỉ ra rằng việc sử dụng rapamycin trong 3 tháng dẫn đến giảm các dấu ấn sinh học liên quan đến stress oxy hóa và lão hóa. Nhóm được điều trị bằng rapamycin cần ít ngày kích thích buồng trứng hơn, tạo ra số lượng noãn trưởng thành nhiều hơn so với nhóm đối chứng. Hơn nữa, nhóm được điều trị bằng rapamycin cho thấy tỉ lệ thụ tinh, làm tổ và mang thai lâm sàng cao hơn đáng kể, cũng như tỷ lệ sinh con sống cao hơn. Trái ngược với các kết quả tích cực trên, một nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng việc cấy noãn với rapamycin hoặc tế bào cumulus lấy từ những người phụ nữ hiến tặng trẻ tuổi (<35 tuổi) không cải thiện tỉ lệ trưởng thành hoặc tỉ lệ nguyên bội. Do đó, cần có thêm các nghiên cứu để xác định hiệu quả của rapamycin trong việc tăng cường kết quả ART. Các phương pháp dùng thuốc và liều lượng sẽ cần được đánh giá cẩn thận và cần đạt được sự đồng thuận về các biện pháp kết quả phù hợp thông qua thử nghiệm nghiêm ngặt.
 
Nicotinamide mononucleotide
NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide oxy hóa) đóng vai trò là một cofactor phổ biến rộng rãi, rất quan trọng đối với nhiều quá trình chuyển hóa tế bào. Các nghiên cứu đã chỉ ra sự suy giảm liên tục nồng độ NAD+ trên nhiều mô khác nhau, liên quan đến nhiều bệnh liên quan đến tuổi tác. Trong giai đoạn phôi sớm, NAD+ kết hợp với SIRT1 để điều chỉnh hoạt hóa bộ gen hợp tử (ZGA). Nicotinamide mononucleotide (NMN), một tiền chất NAD+ thiết yếu, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nồng độ NAD+ trong tế bào. Các tác động tiềm ẩn của NMN đối với sự suy giảm chất lượng noãn liên quan đến tuổi tác đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng mô hình động vật. Ở chuột già, việc sử dụng NMN in vivo đã cải thiện đáng kể chất lượng noãn, thúc đẩy giai đoạn phóng noãn và tăng tỷ lệ sinh bằng cách phục hồi chức năng ty thể và ức chế sự tích tụ ROS. Sau đó, người ta đã chứng minh rằng việc bổ sung NMN vào môi trường nuôi cấy phôi đã cải thiện sự phát triển của phôi có nguồn gốc từ noãn của chuột già nhưng không phải từ chuột non. Những phát hiện này hỗ trợ cho kết luận rằng biện pháp can thiệp này giải quyết hiệu quả tình trạng thiếu hụt NAD+ của noãn liên quan đến tuổi tác. Một nghiên cứu khác cũng phát hiện ra rằng việc điều trị NMN trong thời gian dài có thể cải thiện tình trạng suy giảm dự trữ buồng trứng liên quan đến tuổi tác thông qua việc tăng cường ty thể ở các tế bào hạt ở chuột. Tuy nhiên, bất chấp những kết quả đầy hứa hẹn từ các nghiên cứu trên động vật, vẫn chưa có thử nghiệm nào trên người nghiên cứu hiệu quả của NMN trong điều trị vô sinh do rối loạn chức năng ty thể và lão hóa, cho đến nay chỉ có các nghiên cứu về tính an toàn được tiến hành trên người.
 
Liệu pháp thay thế ty thể
Chuyển ty thể tự thân từ tế bào gốc buồng trứng
Việc phát hiện ra tế bào gốc buồng trứng không chỉ ở chuột trưởng thành mà còn ở phụ nữ trong độ tuổi sinh sản, đã thúc đẩy việc áp dụng chuyển tế bào chất tự thân trong các điều kiện lâm sàng. Phương pháp này được gọi là AUGMENT và được đề xuất như một chiến lược đầy hứa hẹn để giải quyết các thách thức liên quan đến cả tình trạng dị hợp tử và lão hóa tế bào sinh dưỡng.
AUGMENT bao gồm việc phân lập ty thể từ tế bào gốc buồng trứng và tiêm các ty thể tự thân này vào noãn của chính bệnh nhân trong quá trình ICSI. Phương pháp này nhằm mục đích thúc đẩy quá trình phục hồi năng lượng sinh học của noãn, thúc đẩy khả năng thụ tinh và phát triển phôi bị suy giảm do lão hóa. Nghiên cứu ban đầu về ứng dụng lâm sàng của phương pháp điều trị AUGMENT cho thấy sự cải thiện đáng kể về tỉ lệ mang thai so với các chu kỳ trước của bệnh nhân. Tuy nhiên, một số báo cáo đã nêu ra một số lo ngại về việc thiếu nhóm đối chứng thích hợp và hiện tượng hồi quy về giá trị trung bình khi dựa vào nhóm đối chứng bao gồm những bệnh nhân có tiên lượng tốt nhưng kết quả trước đó kém. Một nghiên cứu khác với quy mô mẫu tương đối nhỏ cũng chứng minh tỉ lệ thụ tinh và tỉ lệ phôi tốt cao hơn khi sử dụng phương pháp AUGMENT, gợi ý sự cải thiện chất lượng noãn thông qua chuyển ty thể tự thân. Tuy nhiên, một nghiên cứu có đối chứng ngẫu nhiên được tiến hành để kiểm tra xem AUGMENT có cải thiện kết quả ở những bệnh nhân đã từng thất bại trong IVF hay không đã không chứng minh được lợi ích của phương pháp này. Trong nhóm AUGMENT và nhóm đối chứng, nghiên cứu cho thấy tỉ lệ thụ tinh là 64% và 70%, tỉ lệ sinh sống trên mỗi phôi được chuyển là 41,2% và 39,1% và tỉ lệ nguyên bội trên mỗi phôi được sinh thiết lần lượt là 42,2% và 50%. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là tỉ lệ hình thành phôi nang ngày 5 thấp hơn đáng kể ở nhóm AUGMENT (27,2% so với 43,5%). Sau nghiên cứu này, ứng dụng lâm sàng của kỹ thuật này đã bị hủy bỏ.
 
Chuyển thoi vô sắc và tiền nhân
Các phương pháp tiếp cận thay thế liên quan đến chuyển ty thể dị loài bao gồm việc chuyển vật chất di truyền trong nhân của một noãn bị ảnh hưởng, phổ biến là thoi vô sắc (Maternal spindle transfer – MST), hoặc từ một hợp tử (pronuclear transfer – PNT), vào tế bào chất 'khỏe mạnh' của người hiến tặng (Hình 1). Phương pháp này ban đầu được đề xuất để ngăn ngừa sự lây truyền các bệnh về ty thể. mtDNA dễ bị đột biến do thiếu histon bảo vệ và gần với ETC - một nguồn ROS đáng kể. Tương tự, tần suất đột biến mtDNA ở noãn tăng lên dẫn đến rối loạn chức năng chuyển hóa, đặc trưng bởi mức ROS tăng cao và kiểu hình lão hóa nhanh hơn. Các rối loạn chức năng này làm ảnh hưởng đến hoạt động methyl hóa bộ gen và làm thay đổi biểu hiện gen của phôi, cuối cùng góp phần gây ra các bất thường về phát triển ở phôi sau khi làm tổ. Bên cạnh đó, mặc dù kích thước bộ gen ty thể khá nhỏ, các đột biến mtDNA có thể gây ra các bệnh di truyền với tỷ lệ mắc bệnh khoảng 1 trên 5000 bao gồm MELAS (bệnh cơ, bệnh não, nhiễm toan lactic và các cơn giống đột quỵ), MERRF (bệnh cơ, động kinh co giật cơ), hội chứng Kearns-Sayre, hội chứng Pearson. Phương pháp MRT đã được hợp pháp hóa tại Vương quốc Anh vào năm 2015 và tại Úc vào năm 2022, tuy nhiên, chúng vẫn bị hạn chế ở nhiều quốc gia khác bao gồm cả Hoa Kỳ. Đáng chú ý, ứng dụng lâm sàng của MST để ngăn ngừa sự lây truyền Hội chứng Leigh đã được báo cáo gần đây, dẫn đến việc sinh ra một đứa trẻ không bị ảnh hưởng.
 
Tiềm năng của MRT trong việc khắc phục các vấn đề vô sinh đặc trưng bởi sự thiếu hụt tế bào chất trong noãn đã được một số nghiên cứu khám phá. Một nghiên cứu kết luận rằng việc chuyển vật chất di truyền từ nhân của noãn kém phát triển sang noãn có khả năng phát triển có thể khôi phục tiềm năng của noãn được tái cấu trúc. Tương tự như vậy, báo cáo khác đã chỉ ra rằng MST và PNT khôi phục sự phát triển của phôi và tỉ lệ nguyên bội trong noãn từ chuột già (56 tuần tuổi) và rất già (70 tuần tuổi), trong khi chuyển tế bào chất thì không. Năm 2023, Costa-Borges và cộng sự đã tiến hành thử nghiệm thí điểm đầu tiên để khám phá tính khả thi về mặt kỹ thuật của MST như một phương pháp điều trị vô sinh vô căn trong trường hợp thất bại IVF nhiều lần. Nghiên cứu, bao gồm những phụ nữ dưới 40 tuổi không mắc bệnh ty thể đã sinh sáu trẻ khoẻ mạnh sau 28 chu kỳ MST. Đánh giá theo dõi những đứa trẻ không phát hiện ra vấn đề đáng chú ý nào về phát triển hoặc sức khỏe. Bên cạnh đó, DNA từ nhân của trẻ em mắc MST được thừa hưởng từ cả bố và mẹ, không có sự đóng góp nào từ người hiến noãn. Mặc dù những phát hiện này rất hứa hẹn, nhưng cần có các thử nghiệm lâm sàng lớn hơn để đánh giá đầy đủ tính an toàn và hiệu quả của MST trong điều trị vô sinh ở phụ nữ liên quan đến chất lượng noãn kém.
 
Kết luận
Một số hợp chất dược lý nhằm mục đích cải thiện chất lượng noãn và kết quả mang thai bằng cách nhắm mục tiêu vào chức năng ty thể. CoQ10 được báo cáo là thúc đẩy chức năng ty thể và tốc độ trưởng thành noãn, đặc biệt là ở những bệnh nhân lớn tuổi, trong khi MitoQ nổi bật với khả năng thâm nhập vào ty thể, cải thiện quá trình trưởng thành của noãn và sự phát triển của phôi trong khi giảm căng thẳng oxy hóa. Resveratrol, được biết đến với đặc tính chống oxy hóa, tăng cường chức năng ty thể và có thể thúc đẩy sự phát triển của phôi. Rapamycin, một chất ức chế con đường mTOR, cho thấy tiềm năng cải thiện chất lượng noãn và tỷ lệ mang thai, đặc biệt là ở phụ nữ lớn tuổi. NMN phục hồi chức năng ty thể và tăng cường chất lượng noãn ở các mô hình động vật. Cần phải hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của các hợp chất này và thực hiện thêm những thử nghiệm ngẫu nhiên với quy mô lớn hơn trước khi sử dụng rộng rãi trên lâm sàng. MRT có tiềm năng cung cấp các giải pháp cho tình trạng vô sinh và rối loạn ty thể. AUGMENT ban đầu cho thấy triển vọng nhưng không chứng minh được lợi ích đáng kể trong các thử nghiệm lâm sàng và đã bị hủy bỏ. MST và PNT có tiềm năng ngăn ngừa sự lây truyền bệnh ty thể và cải thiện chất lượng noãn. Mặc dù các thử nghiệm MST đã cho thấy kết quả khả quan, nhưng cần có các nghiên cứu lớn hơn để xác nhận tính an toàn và hiệu quả. Những thách thức về mặt đạo đức và lập pháp cản trở việc triển khai rộng rãi MRT.
 
Nguồn: Yildirim, R. M., & Seli, E. (2024). Mitochondria as therapeutic targets in assisted reproduction. Human Reproduction, deae170.
 

Từ khóa: mtDNA, thụ tinh trong ống nghiệm, noãn, phôi, chất chống oxy hóa, ROS, liệu pháp thay thế ty thể, chuyển thoi vô sắc (MST), chuyển tiền nhân (PNT)