Hơn một nửa thế kỷ trước, đối với các bác sĩ nhi khoa và nhãn khoa, u tế bào mầm võng mạc (retinoblastoma) chỉ đơn thuần là một dị tật phôi bào hiếm gặp, gây tò mò bởi tính chất di truyền gia đình và tỷ lệ tử vong rất cao. Ngày nay, căn bệnh này đã trở thành một biểu tượng kinh điển của sinh học ung thư, một mô hình mẫu mực trong di truyền học và là một trong những ung thư trẻ em có tỷ lệ chữa khỏi cao nhất. Sự dịch chuyển mang tính bước ngoặt này gắn liền với lịch sử hình thành của hai lĩnh vực khoa học lớn: ung thư nhi khoa và di truyền học ung thư. Qua góc nhìn của Giáo sư Alfred G. Knudson Jr. - người đã đặt nền móng cho thuyết "Two-Hit" huyền thoại, chúng ta hãy cùng nhìn lại chặng đường các bác sĩ nhãn khoa đã cùng các nhà khoa học cơ bản giải mã bí ẩn di truyền của căn bệnh này như thế nào.
Sự hiểu biết về nguồn gốc di truyền của ung thư không phải xuất hiện trong một đêm. Ngay từ năm 1914, Theodor Boveri đã đưa ra giả thuyết rằng sự phân bào bất thường có thể xuất phát từ sự mất cân bằng giữa các nhiễm sắc thể kích thích và chế tiết phân bào - một tư tưởng tiên phong dự đoán sự tồn tại của oncogene và gen ức chế khối u. Sau đó, Hermann Muller chứng minh bức xạ ion hóa gây ra đột biến gen, và Nordling (1953) ước tính ung thư đại tràng cần tới 6 sự cố đột biến ("hits"). Tuy nhiên, các ung thư ở người lớn quá phức tạp để có thể định danh chính xác từng đột biến với các công cụ đương thời. Nhận thức được rằng một căn bệnh ung thư di truyền do đột biến duy nhất sẽ xuất hiện quá phổ biến nếu nó tuân theo mô hình "one-hit", các nhà khoa học đã bắt đầu tìm kiếm một mô hình đơn giản hơn, xuất hiện ở lứa tuổi rất nhỏ.
Mô hình hai đột biến Two-Hit và bản chất lặn của gen ức chế khối u
U tế bào mầm võng mạc là ứng viên hoàn hảo cho bài toán này vì bệnh có thể xuất hiện ngay ở trẻ sơ sinh. Năm 1971, bằng phương pháp phân tích thống kê độc đáo trên các ca u tế bào mầm võng mạc di truyền và không di truyền, Knudson đã đề xuất giả thuyết Two-Hit (Hai đột biến). Trong thể di truyền, đột biến thứ nhất (first hit) đã di truyền sẵn từ giao tử và tồn tại ở tất cả các tế bào võng mạc; trẻ chỉ cần thêm một đột biến ngẫu nhiên ở tế bào sinh dưỡng (second hit) để hình thành u. Vì có hàng triệu tế bào võng mạc mang sẵn đột biến thứ nhất, trung bình một trẻ mang gen di truyền sẽ phát triển khoảng 3 khối u (thường bị cả hai mắt và khởi phát rất sớm).
Ngược lại, ở thể không di truyền (sporadic), một tế bào võng mạc đơn độc phải trải qua cả 2 đột biến ngẫu nhiên nối tiếp nhau. Xác suất để hai sự kiện hiếm hoi này cùng xảy ra trên một dòng tế bào là cực kỳ thấp, giải thích vì sao thể này luôn xuất hiện muộn hơn, chỉ biểu hiện ở một mắt và chỉ có duy nhất 1 khối u. Giả thuyết này đặt ra một vấn đề then chốt về bản chất di truyền: Hai đột biến này xảy ra trên hai gen khác nhau (trội đồng thời) hay xảy ra trên hai alen của cùng một gen (kiểu lặn ở cấp độ tế bào)?
Thí nghiệm dung hợp tế bào ung thư với tế bào lành của Harris và Klein đã cho thấy tế bào lai không mang tính ung thư cho đến khi nó bị mất đi một số nhiễm sắc thể nhất định. Điều này khẳng định ung thư xảy ra do mất đi yếu tố ức chế khối u. Đột biến thứ hai có thể diễn ra qua nhiều cơ chế: đột biến điểm, mất đoạn nhiễm sắc thể, mất toàn bộ nhiễm sắc thể hoặc tái tổ hợp nguyên phân. Việc xác định vị trí của gen này đã nhận được manh mối quan trọng từ các trường hợp mất đoạn bẩm sinh tại băng 13q14 trên nhiễm sắc thể số 13.
Bằng chứng tế bào di truyền và mốc lịch sử phân lập gen RB1
Lịch sử y học ghi nhận sự đóng góp mang tính quyết định của ba bác sĩ nhãn khoa: Linn Murphree, Brenda Gallie, và Thaddeus Dryja. Họ không chỉ là những người trực tiếp chăm sóc lâm sàng cho bệnh nhân mà còn dấn thân vào phòng thí nghiệm để giải bài toán di truyền học.
Robert Sparkes cùng với Linn Murphree đã phát hiện ra sự liên kết chặt chẽ giữa vị trí gen u tế bào mầm võng mạc và gen mã hóa enzym Esterase D (EsD) trên nhiễm sắc thể 13q14. Bằng cách phân tích sự mất dị hợp tử (loss of heterozygosity - LOH) của EsD trong khối u so với mô lành, các tác giả đã chứng minh được hiện tượng mất alen theo đúng cơ chế lặn. Tiếp đó, Webster Cavenee đã sử dụng các đoạn mồi đa hình chiều dài đoạn cắt hạn chế (RFLP) trên nhiễm sắc thể 13 để minh chứng trực tiếp các cơ chế phân tử của đột biến thứ hai. Đến năm 1986, Friend cùng các cộng sự đã chính thức phân lập và nhân bản (clone) thành công gen RB1 – gen ức chế khối u đầu tiên được phát hiện trong lịch sử y học.
| Đặc điểm / Tiêu chí | Thể Di Truyền (Heritable RB) | Thể Không Di Truyền (Non-heritable RB) |
|---|---|---|
| Bản chất đột biến 1 (First Hit) | Đột biến dòng mầm (Germline) - có sẵn trong toàn bộ tế bào cơ thể | Đột biến tế bào sinh dưỡng (Somatic) ngẫu nhiên |
| Bản chất đột biến 2 (Second Hit) | Đột biến tế bào sinh dưỡng (LOH, đột biến điểm, mất đoạn...) | Đột biến tế bào sinh dưỡng ngẫu nhiên trên alen còn lại |
| Tuổi khởi phát lâm sàng | Rất sớm (thường < 1 tuổi, có thể phát hiện ngay sau sinh) | Muộn hơn (thường từ 2 - 5 tuổi) |
| Tổn thương lâm sàng | Thường bị hai mắt, đa ổ (trung bình ~3 khối u) | Luôn bị một mắt, đơn ổ (1 khối u duy nhất) |
| Nguy cơ thứ phát | Cao (U xương, sarcoma mô mềm, u màng não...) | Tương đương dân số chung |
Tầm ảnh hưởng sinh học vượt khỏi ranh giới nhãn khoa
Sự ra đời của mô hình gen RB1 ngay lập tức mở đường cho việc phát hiện hàng loạt gen ức chế khối u khác như WT1 (U Wilms), NF1 (U xơ thần kinh loại 1), và APC (Bệnh đa polyp tuyến gia đình). Ngày nay, có khoảng 40 - 50 loại ung thư di truyền tuân theo mô hình hai đột biến này.
Tuy nhiên, tầm quan trọng của gen RB1 còn đi xa hơn mong đợi của ngành nhãn khoa. Protein Rb (pRb) do gen này mã hóa được phát hiện là nhân tố kiểm soát trung tâm của chu kỳ tế bào thông qua việc tương tác với yếu tố phiên mã E2F. Khi không bị phốt-phorin hóa, pRb gắn chặt và bất hoạt E2F, ngăn tế bào bước vào pha S. Hầu hết các ung thư ở người, dù không có đột biến trực tiếp trên gen RB1, đều mang các biến đổi bất thường trên con đường chuyển hóa liên quan đến pRb.
"Một phát hiện thú vị là các virus DNA gây ung thư thông minh như SV40, HPV (Human Papillomavirus) và Adenovirus đều sản xuất các protein có khả năng gắn kết và vô hiệu hóa pRb. Hơn nữa, ở chuột thí nghiệm, việc bất hoạt hoàn toàn cả 2 alen RB1 gây tử vong ngay trong giai đoạn phôi thai do rối loạn phát triển thần kinh nghiêm trọng. Điều này chứng minh mối liên hệ hữu cơ sâu sắc giữa di truyền học ung thư và sinh học phát triển phôi thai."
Hành trang cho thực hành lâm sàng và tư vấn di truyền
- Cảnh giác cao độ với thể hai mắt và đa ổ: Khi phát hiện trẻ bị u tế bào mầm võng mạc hai mắt hoặc có nhiều khối u trên một mắt, bác sĩ lâm sàng bắt buộc phải khẳng định đây là thể di truyền dòng mầm. Trẻ cần được theo dõi sát sao nguy cơ xuất hiện các khối u thứ phát ngoài mắt trong suốt cuộc đời.
- Tầm soát di truyền cho thế hệ hệ hệ thứ nhất: Việc xét nghiệm đột biến gen RB1 nên được chỉ định cho cả bệnh nhân và anh chị em ruột. Nếu phát hiện mang gen đột biến, trẻ cần được khám đáy mắt dưới gây mê (EUA) định kỳ ngay từ những tuần đầu sau sinh để phát hiện và điều trị tổn thương ở giai đoạn sớm nhất.
- Tư vấn di truyền trước sinh: Đối với các gia đình có tiền sử mang gen RB1 đột biến, cần tư vấn nguy cơ truyền gen cho thế hệ sau là 50% (theo quy luật di truyền trội trên nhiễm sắc thể thường về mặt gia đình, dù ở cấp độ tế bào là cơ chế lặn).
- Phối hợp đa chuyên khoa: Quản lý u tế bào mầm võng mạc ngày nay không chỉ dừng lại ở bác sĩ Nhãn khoa mà bắt buộc phải có sự phối hợp chặt chẽ của Bác sĩ Ung thư Nhi, Bác sĩ Di truyền Y học và Chuyên gia Tư vấn Tâm lý.
Tài liệu tham khảo:
Knudson AG Jr. Retinoblastoma and cancer genetics. In: Clinical Ophthalmic Oncology. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2007. p. 403-404.