Một đường truyền tín hiệu giữa ruột và não mới được phát hiện giải thích tại sao nhiễm trùng có thể làm mất cảm giác thèm ăn. Ảnh: Shutterstock

Bất cứ ai từng trải qua bệnh dạ dày nặng đều hiểu, cảm giác thèm ăn biến mất và thường vẫn ở mức thấp ngay cả sau khi các triệu chứng tồi tệ nhất đã qua. Đối với hàng triệu người trên toàn thế giới đang sống chung với các bệnh nhiễm ký sinh trùng mãn tính, hiện tượng tương tự cũng xảy ra. Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ lý do tại sao.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Francisco đã lập bản đồ con đường sinh học liên kết phản ứng miễn dịch của ruột với não bộ trong quá trình nhiễm ký sinh trùng. Phát hiện của họ giải thích cách hệ thống miễn dịch có thể chủ động ức chế sự thèm ăn.

“Câu hỏi mà chúng tôi muốn trả lời không chỉ là hệ thống miễn dịch chống lại ký sinh trùng như thế nào, mà còn là cách nó huy động hệ thần kinh để thay đổi hành vi,” đồng tác giả chính David Julius, GS.TS kiêm chủ nhiệm Khoa Sinh lý học tại UCSF và người nhận giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2021 cho biết. “Hóa ra có một logic phân tử rất tinh tế về cách thức điều đó xảy ra.”

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nature ngày 25/3 tiết lộ một hình thức giao tiếp chưa từng được biết đến trước đây giữa hai loại tế bào chuyên biệt. Phát hiện này cũng có thể giúp giải thích nhiều bệnh lý liên quan đến đường ruột, bao gồm chứng không dung nạp thực phẩm và hội chứng ruột kích thích.

Tế bào ruột liên kết phản ứng miễn dịch với tín hiệu não bộ

Nghiên cứu tập trung vào hai loại tế bào hiếm gặp trong ruột. Tế bào chùm (tuft cells) hoạt động như các cảm biến phát hiện ký sinh trùng và kích hoạt hệ thống miễn dịch. Mặt khác, tế bào nội tiết (enterochromaffin - EC) giải phóng các tín hiệu hóa học kích thích các sợi thần kinh kết nối với não. Các tế bào EC này được biết đến là tạo ra các cảm giác như buồn nôn, đau và khó chịu nói chung ở đường ruột. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu chúng có tương tác trực tiếp với tế bào chùm hay không.

“Phòng thí nghiệm của tôi từ lâu đã quan tâm đến cách các tế bào dạng chùm, sau khi phản ứng ban đầu với nhiễm ký sinh trùng, phát ra tín hiệu đến các loại tế bào khác,” đồng tác giả chính Richard Locksley, MD, nhà miễn dịch học tại UCSF, cho biết.

Tác giả chính Koki Tohara, Tiến sĩ, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại UCSF, đã thiết kế một thí nghiệm để quan sát sự tương tác này. Ông đặt các tế bào cảm biến được chế tạo đặc biệt bên cạnh các tế bào chùm dưới kính hiển vi. Khi các tế bào chùm tiếp xúc với succinate, một chất hóa học do giun ký sinh sản sinh ra, các tế bào cảm biến phát sáng. Điều này cho thấy các tế bào chùm đang giải phóng acetylcholine, một phân tử tín hiệu thường liên quan đến các tế bào thần kinh.

Khi acetylcholine được đưa vào mô ruột nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có chứa tế bào EC, các tế bào này đã phản ứng bằng cách giải phóng serotonin . Điều này, đến lượt nó, kích hoạt các sợi thần kinh phế vị truyền tín hiệu từ ruột đến não.

“Những gì chúng tôi phát hiện ra là các tế bào chùm đang thực hiện chức năng tương tự như tế bào thần kinh, nhưng bằng một cơ chế hoàn toàn khác,” Tohara nói. “Chúng sử dụng acetylcholine để giao tiếp, nhưng không cần đến bất kỳ bộ máy tế bào thông thường nào mà tế bào thần kinh dựa vào để giải phóng chất này.”

Tín hiệu giải thích hiện tượng chán ăn

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các tế bào dạng chùm giải phóng acetylcholine theo hai giai đoạn. Điều này giúp giải thích tại sao tình trạng chán ăn thường không xảy ra ngay lập tức sau khi nhiễm trùng.

Ở giai đoạn đầu, các tế bào chùm giải phóng một lượng acetylcholine ngắn. Sau đó, khi hệ thống miễn dịch được kích hoạt hoàn toàn, số lượng tế bào chùm tăng lên. Lúc đó, chúng sản sinh ra một lượng acetylcholine ổn định và kéo dài, đủ mạnh để kích hoạt các tế bào EC và gửi tín hiệu đến não.

“Điều này giải thích tại sao ban đầu bạn cảm thấy khỏe nhưng sau đó bắt đầu cảm thấy khó chịu khi nhiễm trùng trở nên nghiêm trọng,” Julius nói. “Về cơ bản, ruột đang chờ xác nhận rằng mối đe dọa là có thật và dai dẳng trước khi nó gửi tín hiệu đến não để thay đổi hành vi của bạn.”

Tác động tiềm tàng đến các rối loạn đường ruột

Để xem liệu con đường tín hiệu này có ảnh hưởng đến hành vi thực tế hay không, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu trên chuột bị nhiễm giun ký sinh. Chuột có chức năng tế bào chùm bình thường ăn ít hơn khi bệnh tiến triển. Ngược lại, chuột được biến đổi gen để tế bào chùm của chúng không thể sản xuất acetylcholine vẫn ăn uống bình thường. Điều này xác nhận rằng con đường tín hiệu ảnh hưởng trực tiếp đến sự thèm ăn.

Những phát hiện này có thể mở ra hướng đi mới trong điều trị các triệu chứng liên quan đến nhiễm ký sinh trùng.

“Kiểm soát hoạt động của các tế bào dạng chùm có thể là một cách để kiểm soát một số phản ứng sinh lý liên quan đến các bệnh nhiễm trùng này,” Locksley nói, đồng thời lưu ý rằng ý nghĩa của nó có thể còn mở rộng hơn nữa.

Các tế bào dạng chùm không chỉ giới hạn ở đường ruột. Chúng cũng có mặt trong đường hô hấp, túi mật và hệ thống sinh sản. Sự gián đoạn trong con đường truyền tín hiệu mới được xác định này có thể đóng vai trò trong các bệnh lý như hội chứng ruột kích thích, không dung nạp thực phẩm và đau nội tạng mãn tính.