Tế bào gốc ung thư: Phần 2. Tế bào gốc ung thư và khả năng kháng các liệu pháp điều trị
Xem thêm: Phần 1. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học của CSCs, Phần 3. Các chiến lược điều trị nhắm mục tiêu tế bào gốc ung thư
1. Trạng thái ngủ/nghỉ của CSCs
Hầu hết các thuốc hóa trị truyền thống được thiết kế để tấn công vào các tế bào đang phân chia nhanh ở pha S hoặc M của chu kỳ tế bào, ví dụ paclitaxel ức chế thoi phân bào ở pha M, 5-fluorouracil hay doxorubicin ức chế tổng hợp hoặc cắt DNA ở pha S. Tuy nhiên, tỷ lệ lớn CSCs duy trì ở pha G0, giảm tối đa các hoạt động chuyển hóa, ngừng tổng hợp DNA và ngừng phân chia (trạng thái ngủ/nghỉ). Do không có hoạt động nhân đôi DNA hay phân bào, các tác nhân hóa trị không tìm thấy mục tiêu để tấn công, nhờ đó CSCs sống sót an toàn qua các đợt truyền hóa chất.
Sau khi kết thúc đợt điều trị, hầu hết các tế bào ung thư thông thường đã bị tiêu diệt, khiến khối u thu nhỏ hoặc biến mất trên hình ảnh X-quang hoặc chụp cắt lớp vi tính. Lúc này, các CSCs đang ngủ nhận được tín hiệu kích thích từ môi trường, tái khởi động chu kỳ tế bào và phân chia nhanh chóng. Các CSCs này có đặc tính tự làm mới, khả năng sửa chữa DNA ưu việt, đồng thời tích lũy nhiều đột biến kháng thuốc, nên khối u tái phát có thể xâm lấn, di căn và bộc lộ mức độ ác tính cao hơn hẳn so với khối u ban đầu.
2. Tăng cường khả năng bơm đẩy thuốc ra ngoài tế bào
Các protein như ABCB1 (P-gp), ABCG2 (BCRP) và ABCC1 (MRP1) là các kênh vận chuyển xuyên màng tích cực nằm trên màng tế bào, gọi chung là các bơm ABC (ATP-Binding Cassette). Khi thuốc hóa trị xâm nhập qua màng CSCs vào bên trong nội bào, các protein này nhận diện thuốc như một dị chất nguy hiểm, ngay lập tức bơm chủ động đẩy các thuốc ra bên ngoài, khiến nồng độ thuốc thực tế bên trong CSCs luôn duy trì ở mức thấp, không đủ liều để tác động đến tế bào. Đồng thời, CSCs biểu hiện mạnh và phổ rộng các bơm ABC, nhờ đó phát hiện đa dạng các loại thuốc hóa trị để giải độc. Ví dụ, ABCB1 (P-glycoprotein) nhận diện Paclitaxel / Docetaxel (nhóm Taxane), ABCC1 (MRP1) nhận diện Doxorubicin / Daunorubicin (nhóm Anthracycline), ABCG2 (BCRP) nhận diện Doxorubicin / Daunorubicin (nhóm Anthracycline) và Topotecan / Irinotecan (ức chế Topoisomerase I),…
3. Tăng cường khả năng giải độc và chống oxy hóa
Cơ chế giải độc và chống oxy hóa là lá chắn bảo vệ vững chắc, giúp CSCs duy trì sự sống khi đối mặt với môi trường hóa độc hại hay bức xạ liều cao.
Việc tăng cao hoạt độ enzyme Aldehyde Dehydrogenase (ALDH) giúp CSCs giải độc hiệu quả với nhiều loại hóa chất. ALDH (đặc biệt là hai isoform ALDH1A1 và ALDH1A3) là những enzyme oxy hóa – khử đảm nhận vai trò chuyển hóa các hợp chất aldehyde độc hại trong tế bào. Một số thuốc hóa trị như cyclophosphamide hay ifosfamide khi vào tế bào sẽ tạo ra các hợp chất trung gian chứa nhóm aldehyde để gây độc, tuy nhiên ALDH hoạt động với công suất cao ở CSCs nhanh chóng biến đổi chúng thành chất vô hại, duy trì khả năng sống sót của CSCs.
Việc kiểm soát các gốc oxy hóa tự do (Reactive Oxygen Species – ROS) giúp CSCs tránh được tác động của xạ trị và nhiều loại hóa chất. Cả tia xạ (X-ray, gamma) và nhiều loại hóa chất điều trị ung thư (như Doxorubicin, Carboplatin, Cyclophosphamide, Paclitaxel, Irinotecan,…) hoạt động bằng cách kích hoạt thủy phân hoặc phân cắt phân tử nội bào, tạo ra lượng lớn ROS, gây “stress oxy hóa”, bẻ gãy chuỗi DNA và làm hỏng màng tế bào. CSCs duy trì dự trữ chất chống oxy hóa nội sinh như Glutathione (GSH), Superoxide Dismutase (SOD), catalase để dập tắt các gốc tự do ngay khi chúng vừa xuất hiện, duy trì nồng độ ROS nội bào ở mức rất thấp, trong khi những tế bào ung thư bình thường dễ dàng bị tiêu diệt.
4. Tăng cường khả năng sửa chữa tổn thương DNA
Khi bệnh nhân trải qua xạ trị hoặc hóa trị đánh vào DNA (các phức chất platinum như Cisplatin hay Carboplatin, chất ức chế Topoisomerase như Doxorubicin), những tác nhân này gây tổn thương nghiêm trọng lên cấu trúc DNA, bao gồm gãy chuỗi đơn hoặc kép, tạo liên kết chéo nội phân tử. Ở những tế bào thông thường, khả năng tự sửa chữa kém khiến tổn thương tích tụ, buộc tế bào bước vào con đường chết theo chương trình (apoptosis) hoặc ngừng chu kỳ tế bào vĩnh viễn. Tuy nhiên CSCs sở hữu hệ thống sửa chữa DNA vượt trội, nhanh chóng phát hiện tổn thương DNA để tạm dừng chu kỳ tế bào, sửa chữa DNA trước khi tín hiệu apoptosis kịp kích hoạt. Nhóm CSCs còn sót lại này sau đó thoát khỏi trạng thái nghỉ, phân chia trở lại và hình thành khối u tái phát có tính kháng trị cao hơn nhiều (đặc biệt, việc sửa chữa khẩn cấp khiến CSCs chấp nhận những sai sót trong quá trình hàn gắn DNA, nhờ đó có thể tích lũy thêm các đột biến kháng thuốc, đột biến kích hoạt sự xâm lấn và di căn,…).
5. Ức chế sự chết tế bào theo chương trình (Apoptosis)
Sự chết tế bào theo chương trình (apoptosis) là cơ chế tự vệ sinh học tự nhiên, giúp cơ thể loại bỏ các tế bào bị tổn thương DNA nặng, đột biến hoặc lão hóa. Tiến trình này được kiểm soát nghiêm ngặt bởi sự cân bằng giữa các tín hiệu thúc đẩy tự sát (pro-apoptotic) và ức chế tự sát (anti-apoptotic). CSCs đã thay đổi sự lập trình mạng lưới tín hiệu chết theo chương trình, tăng biểu hiện các gen kháng apoptosis (tổng hợp protein Survivin, XIAP, cIAP1, cIAP2, họ Bcl-2), giảm biểu hiện các gen thúc đẩy apoptosis (ức chế tổng hợp protein Bax, Bak, Caspase-3, Caspase-9), bất hoạt gen ức chế khối u (như gen TP53 tạo protein p53). Nhờ đó, CSCs vẫn trốn thoát cơ chế apoptosis ngay cả khi chịu tổn thương di truyền nặng nề do hóa – xạ trị ung thư gây ra. Việc trốn thoát này khiến CSCs kháng được hầu hết các liệu pháp gây độc tế bào dù tác động theo cơ chế nào, đồng thời việc sống sót trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng hoặc khi bị tách khỏi giá đỡ mô thúc đẩy CSCs dễ dàng đi vào dòng máu và di căn xa.
6. Sự bảo vệ từ vi môi trường khối u (Tumor Microenvironment – TME)
Trong khối u, các ổ CSCs (CSC niche) nằm trong các vị trí vi môi trường đặc biệt, như vùng thiếu oxy (hypoxic niche), vùng quanh mạch máu (perivascular niche). Các yếu tố cảm ứng thiếu oxy (hypoxia-inducible factor – HIF) như HIF-1α và HIF-2α kích hoạt mạnh ở vùng thiếu oxy, trực tiếp duy trì đặc tính tế bào gốc, kích hoạt các bơm ABC. Các tế bào xung quanh như nguyên bào sợi liên quan đến ung thư (Cancer-Associated Fibroblasts – CAFs), đại thực bào liên quan đến khối u (Tumor-Associated Macrophages – TAMs) tiết ra các cytokine và yếu tố tăng trưởng, tạo nên lớp rào chắn vật lý và hóa học, bảo vệ CSCs và duy trì tính gốc của chúng ngay trong quá trình điều trị.
7. Trốn tránh miễn dịch và kháng liệu pháp miễn dịch (Immune Evasion)
Không chỉ kháng hóa – xạ trị, CSCs có khả năng kháng lại các liệu pháp miễn dịch tiên tiến. CSCs giảm biểu hiện kháng nguyên bề mặt và kháng nguyên MHC lớp I, khiến tế bào T gây độc (T CD8+) không nhận diện được. Các tín hiệu trốn tránh miễn dịch (các điểm kiểm soát miễn dịch) như CD47 ức chế đại thực bào, hay PD-L1 ức chế tế bào T cũng được biểu hiện cao trên bề mặt tế bào. CSCs cũng tiết các yếu tố ức chế miễn dịch mạnh (như TGF-
Tài liệu tham khảo:
Chu X., et al. (2024). Cancer stem cells: advances in knowledge and implications for cancer therapy. Signal Transduction and Targeted Therapy 9, 170. https://doi.org/10.1038/s41392-024-01851-y