Một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu tại Trường Y Harvard dẫn đầu đã trình bày chi tiết từng bước cho phép vi khuẩn xuyên qua các lớp bảo vệ của não - màng não - và gây nhiễm trùng não hoặc viêm màng não, một căn bệnh gây tử vong cao.

Bộ não người. Ảnh: Milad Fakurian qua Bapt

Nghiên cứu được thực hiện trên chuột và được công bố trên tạp chí Nature, cho thấy vi khuẩn khai thác các tế bào thần kinh trong màng não để ngăn chặn phản ứng miễn dịch và cho phép nhiễm trùng lan vào não.

“Chúng tôi đã xác định được một trục thần kinh miễn dịch ở các ranh giới bảo vệ của não bị vi khuẩn tấn công để gây nhiễm trùng — một thủ đoạn thông minh đảm bảo sự sống sót của vi khuẩn và dẫn đến dịch bệnh lan rộng,” tác giả chính của nghiên cứu, Isaac Chiu, phó giáo sư miễn dịch học tại Đại học Y khoa Hoa Kỳ, cho  biết. 

Nghiên cứu xác định hai nhân tố trung tâm trong chuỗi sự kiện phân tử dẫn đến nhiễm trùng này - một chất hóa học do các tế bào thần kinh tiết ra và một thụ thể tế bào miễn dịch bị hóa chất này chặn lại. Các thí nghiệm nghiên cứu cho thấy rằng việc ngăn chặn một trong hai có thể làm gián đoạn dòng thác và ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn. 

Nếu được nhân rộng thông qua nghiên cứu sâu hơn, những phát hiện mới này có thể dẫn đến các liệu pháp rất cần thiết cho tình trạng khó điều trị này thường khiến những người sống sót bị tổn thương thần kinh nghiêm trọng.

Các phương pháp điều trị như vậy sẽ nhắm vào các bước nhiễm trùng ban đầu quan trọng trước khi vi khuẩn có thể lan sâu vào não.

“Màng não là hàng rào mô cuối cùng trước khi mầm bệnh xâm nhập vào não, vì vậy chúng tôi phải tập trung nỗ lực điều trị vào những gì xảy ra ở mô biên giới này,” tác giả đầu tiên của nghiên cứu  Felipe Pinho-Ribeiro, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Chiu cho biết, hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Washington ở St. Louis.

Một căn bệnh tái phát cần phương pháp điều trị mới

Hơn  1,2 triệu trường hợp viêm màng não do vi khuẩn xảy ra trên toàn cầu mỗi năm, theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ .  Nếu không được điều trị, nó giết chết 7 trong số 10 người mắc bệnh. Việc điều trị có thể làm giảm tỷ lệ tử vong xuống còn 3/10. Tuy nhiên, trong số những người sống sót, cứ 5 người thì có 1 người gặp phải những hậu quả nghiêm trọng, bao gồm mất thính giác hoặc thị lực, co giật, đau đầu mãn tính và các vấn đề thần kinh khác.

Các phương pháp điều trị hiện tại - thuốc kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn và steroid chế ngự tình trạng viêm nhiễm liên quan đến nhiễm trùng - có thể không tránh khỏi những hậu quả tồi tệ nhất của bệnh, đặc biệt nếu liệu pháp được bắt đầu muộn do chẩn đoán chậm trễ.

Steroid giảm viêm có xu hướng ngăn chặn khả năng miễn dịch, làm suy yếu khả năng bảo vệ hơn nữa và thúc đẩy sự lây lan của nhiễm trùng. Do đó, các bác sĩ phải đạt được sự cân bằng bấp bênh: Họ phải kiềm chế tình trạng viêm nhiễm gây tổn thương não bằng steroid, đồng thời đảm bảo rằng các loại thuốc ức chế miễn dịch này không làm mất khả năng phòng vệ của cơ thể.

Việc thiếu vắc-xin viêm màng não toàn cầu làm tăng nhu cầu về các phương pháp điều trị mới. Nhiều loại vi khuẩn có thể gây viêm màng não và việc thiết kế một loại vắc-xin cho tất cả các mầm bệnh có thể là không thực tế.

Các loại vắc-xin hiện tại  được bào chế để chỉ bảo vệ chống lại một số vi khuẩn phổ biến hơn được biết là gây ra bệnh viêm màng não. Chỉ nên tiêm vắc-xin cho một số quần thể nhất định được coi là có nguy cơ cao mắc bệnh viêm màng não do vi khuẩn. Ngoài ra, khả năng bảo vệ của vắc-xin sẽ giảm dần sau vài năm.

Nghiên cứu trước đây do Chiu dẫn đầu đã chỉ ra rằng sự tương tác giữa tế bào thần kinh và tế bào miễn dịch đóng một vai trò trong một số loại  viêm phổi  và  nhiễm trùng do vi khuẩn hủy hoại thịt.

Lần này, Chiu và Pinho-Ribeiro hướng sự chú ý của họ đến bệnh viêm màng não - một tình trạng khác mà họ nghi ngờ có vai trò liên quan giữa hệ thống thần kinh và hệ thống miễn dịch.

Màng  não  là ba màng nằm chồng lên nhau, bao bọc não và tủy sống để bảo vệ hệ thần kinh trung ương khỏi bị thương, tổn thương và nhiễm trùng. Lớp ngoài cùng của ba lớp - được gọi là màng cứng - chứa các tế bào thần kinh đau phát hiện tín hiệu.

Những tín hiệu như vậy có thể đến dưới dạng áp lực cơ học - lực cùn do tác động hoặc chất độc xâm nhập vào hệ thống thần kinh trung ương qua dòng máu.

Các nhà nghiên cứu tập trung chính xác vào lớp ngoài cùng này là nơi tương tác ban đầu giữa vi khuẩn và mô viền bảo vệ.  

Nghiên cứu gần đây đã tiết lộ rằng màng cứng cũng chứa rất nhiều tế bào miễn dịch, và các tế bào miễn dịch và tế bào thần kinh nằm ngay cạnh nhau — một manh mối thu hút sự chú ý của Chiu và Pinho-Ribeiro.

Ribeiro cho biết: “Khi nói đến bệnh viêm màng não, hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều tập trung vào phân tích phản ứng của não, nhưng phản ứng ở màng não - mô rào cản nơi nhiễm trùng bắt đầu - vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.

Chính xác thì điều gì xảy ra trong màng não khi vi khuẩn xâm nhập? Làm thế nào để chúng tương tác với các tế bào miễn dịch cư trú ở đó? Các nhà nghiên cứu cho biết những câu hỏi này vẫn chưa được hiểu rõ.

Làm thế nào vi khuẩn phá vỡ các lớp bảo vệ của não

Trong nghiên cứu cụ thể này, các nhà nghiên cứu tập trung vào hai mầm bệnh —  Streptococcus pneumoniae  và  Streptococcus agalactiae , nguyên nhân hàng đầu gây bệnh viêm màng não do vi khuẩn ở người.

Trong một loạt thí nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khi vi khuẩn xâm nhập vào màng não, mầm bệnh sẽ kích hoạt một chuỗi các sự kiện dẫn đến nhiễm trùng lan rộng.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vi khuẩn giải phóng một loại độc tố kích hoạt các tế bào thần kinh đau trong màng não. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng việc kích hoạt các tế bào thần kinh đau do độc tố vi khuẩn có thể giải thích cơn đau đầu dữ dội là dấu hiệu đặc trưng của bệnh viêm màng não.

Tiếp theo, các tế bào thần kinh được kích hoạt sẽ giải phóng một chất hóa học báo hiệu gọi là CGRP. CGRP gắn vào một thụ thể tế bào miễn dịch gọi là RAMP1. RAMP1 đặc biệt có nhiều trên bề mặt tế bào miễn dịch gọi là đại thực bào.

Khi hóa chất tham gia vào thụ thể, tế bào miễn dịch sẽ bị vô hiệu hóa một cách hiệu quả. Trong điều kiện bình thường, ngay khi các đại thực bào phát hiện ra sự hiện diện của vi khuẩn, chúng sẽ bắt đầu hành động để tấn công, tiêu diệt và nhấn chìm chúng. Đại thực bào cũng gửi tín hiệu cấp cứu đến các tế bào miễn dịch khác để cung cấp tuyến phòng thủ thứ hai. Các thí nghiệm của nhóm cho thấy rằng khi CGRP được giải phóng và gắn vào thụ thể RAMP1 trên đại thực bào, nó đã ngăn các tế bào miễn dịch này lựa chọn sự trợ giúp từ các tế bào miễn dịch đồng loại. Kết quả là vi khuẩn sinh sôi nảy nở và gây nhiễm trùng trên diện rộng.

Để xác nhận rằng việc kích hoạt tế bào thần kinh đau do vi khuẩn gây ra là bước đầu tiên quan trọng trong việc vô hiệu hóa khả năng phòng vệ của não, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra điều gì sẽ xảy ra với những con chuột bị nhiễm bệnh thiếu tế bào thần kinh đau.

Những con chuột không có tế bào thần kinh đau bị nhiễm trùng não ít nghiêm trọng hơn khi bị nhiễm hai loại vi khuẩn được biết là gây viêm màng não. Các thí nghiệm cho thấy màng não của những con chuột này có lượng tế bào miễn dịch cao để chống lại vi khuẩn.

Ngược lại, màng não của những con chuột có tế bào thần kinh đau nguyên vẹn cho thấy phản ứng miễn dịch ít ỏi và ít tế bào miễn dịch được kích hoạt hơn, chứng tỏ rằng tế bào thần kinh bị vi khuẩn tấn công để phá vỡ khả năng bảo vệ miễn dịch.

Để xác nhận rằng CGRP thực sự là tín hiệu kích hoạt, các nhà nghiên cứu đã so sánh mức độ CGRP trong mô màng não của những con chuột bị nhiễm bệnh với các tế bào thần kinh đau còn nguyên vẹn và mô màng não của những con chuột thiếu tế bào thần kinh đau.

Các tế bào não của những con chuột thiếu tế bào thần kinh đau có mức độ CGRP hầu như không thể phát hiện được và một vài dấu hiệu của sự hiện diện của vi khuẩn. Ngược lại, các tế bào màng não của những con chuột bị nhiễm bệnh với các tế bào thần kinh đau còn nguyên vẹn cho thấy mức độ tăng cao rõ rệt của cả CGRP và nhiều vi khuẩn hơn.

Trong một thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chất hóa học để chặn thụ thể RAMP1, ngăn nó giao tiếp với CGRP, chất hóa học được giải phóng bởi các tế bào thần kinh đau được kích hoạt. Trình chặn RAMP1 hoạt động như một phương pháp điều trị dự phòng trước khi nhiễm trùng và như một phương pháp điều trị khi nhiễm trùng đã xảy ra.

Chuột được xử lý trước bằng thuốc chẹn RAMP1 cho thấy sự hiện diện của vi khuẩn trong màng não giảm. Tương tự như vậy, những con chuột được tiêm thuốc ức chế RAMP1 vài giờ sau khi bị nhiễm bệnh và thường xuyên sau đó có các triệu chứng nhẹ hơn và có khả năng loại bỏ vi khuẩn tốt hơn so với những con không được điều trị.

Một con đường đến phương pháp điều trị mới

Các thí nghiệm cho thấy các loại thuốc ngăn chặn CGRP hoặc RAMP1 có thể cho phép các tế bào miễn dịch thực hiện đúng chức năng của chúng và tăng khả năng phòng thủ biên giới của não.

Các hợp chất ngăn chặn CGRP và RAMP1 được tìm thấy trong các loại thuốc được sử dụng rộng rãi để điều trị chứng đau nửa đầu, một tình trạng được cho là bắt nguồn từ lớp màng não trên cùng, màng cứng. Những hợp chất này có thể trở thành cơ sở cho các loại thuốc mới để điều trị bệnh viêm màng não không? Đó là một câu hỏi mà các nhà nghiên cứu cho rằng cần phải điều tra thêm.

Một dòng nghiên cứu trong tương lai có thể kiểm tra xem liệu thuốc chẹn CGRP và RAMP1 có thể được sử dụng kết hợp với thuốc kháng sinh để điều trị viêm màng não và tăng cường bảo vệ hay không.

Nói rộng hơn, sự tiếp xúc vật lý trực tiếp giữa các tế bào miễn dịch và tế bào thần kinh trong màng não mang đến những con đường mới hấp dẫn cho nghiên cứu.