Thứ Hai, 5 tháng 11, 2012

Đi tìm cội nguồn cảm xúc?

Giáp Văn Dương 

Giải Nobel Hóa học năm nay được trao cho hai nhà khoa học Mỹ, Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka cho thành tích “nghiên cứu về thụ thể bắt cặp với protein-G”[1]

Vậy thụ thể là gì? Tên tiếng Anh là receptor. Trong hóa học, receptor có thể hiểu đơn giản là thể nhận, nhưng trong các quá trình sinh lý đề cập trong các nghiên cứu được giải Nobel năm nay, receptor có vai trò như một chất thụ cảm, tức chất có khả năng nhận các hormone[2] trong cơ thể để kích hoạt một số phản ứng khác tiếp theo. Còn G-protein ở đây là các protein bám dính guanine nucleotide[3], có vai trò kích hoạt các phản ứng bên trong tế bào. Thụ thể trong các nghiên cứu mang lại giải Nobel năm nay là những tác nhân có khả năng tương tác với các G-protein và kích hoạt chúng, vì thế có tên tiếng Anh là “G-protein-coupled receptor”, gọi tắt là GPCR. 

Vì sao nghiên cứu về thụ thể bắt cặp với protein-G lại quan trọng như vậy? Ở mức trực giác nhất, có thể trả lời rằng: Vì nó làm sáng tỏ một phần quá trình truyền tin từ ngoài vào trong tế bào, do đó làm sáng tỏ quá trình truyền tín hiệu của cơ thể. Sâu xa hơn, chính quá trình này là một bước hiện thực hóa hành trình đi tìm cội nguồn của cảm giác. Và sâu xa hơn nữa, có thể hy vọng rằng, cũng chính nhờ việc hiểu rõ các quá trình truyền tin trong cơ thể này, cội nguồn của cảm xúc có thể được làm sáng tỏ. 

Điều này có nghĩa gì? Có nghĩa rằng những cảm xúc của con người, như tình yêu, sự sợ hãi… – hiểu như một tổ hợp của cảm giác và cảm xúc - có thể được giải mã như một chuỗi các phản ứng hóa học nối tiếp. Khi đó, nếu bạn hết yêu, hoặc đang sợ hãi, chỉ cần đến bác sĩ là mọi chuyện sẽ tốt đẹp trở lại. Vì khi đó, cội nguồn của cảm giác và cảm xúc đã được làm sáng tỏ ở cấp độ phân tử và do đó, có thể điều khiển được. Một viễn tượng hấp dẫn, nhưng cũng không kém phần đáng sợ! 

“Hãy tự biếtmình!” 

Trên chiếc cột ở tiền sảnh đền Appollon ở Delphi, Hy Lạp, có khắc một câu châm ngôn nổi tiếng: Hãy tự biết mình[4]! Câu châm ngôn này có thể coi là ngọn đuốc soi đường, không chỉ cho các triết gia thời Hy Lạp cổ đại, mà còn cho các nhà khoa học sau này. Vì thế, “hãy tự biết mình!”, cùng với “hãy dám biết!”của tinh thần Triết học khai minh, có thể được coi là những ngọn đuốc chỉ đường của nền văn minh phương Tây sau này. 

Nhưng thế nào là tự biết mình? Và làm thế nào để tự biết mình? Đó là những câu hỏi không dễ trả lời. 

Khoan hãy xét đến những biến chuyển tâm lý và đời sống tinh thần phức tạp, vô hình, thì ngay cả với những cảm giác hằng ngày mà mọi đứa trẻ đều quen thuộc, như: phân biệt được ánh sáng và bóng tối, cảm nhận mùi thơm từ mũi, vị ngọt trên đầu lưỡi, cảm giác yêu thương, sợ hãi, hồi hộp... lại là những thách thức to lớn kéo dài, có lẽ ngay từ khi xuất hiện con người. 

Những cảm giác này có nguồn gốc từ đâu, cơ chế hoạt động của chúng ra sao, làm thế nào để điều khiển chúng… vẫn còn là bí mật, và mới chỉ được hé lộ một phần nhỏ qua các nghiên cứu tiên phong, như các nghiên cứu của Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka, chủ nhân của giải Nobel Hóa học năm nay. 

Còn nhớ, những năm 1960-1970 của thế kỷ trước, khi con người đổ bộ lên mặt trăng, và khởi động những chương trình chinh phục không gian lớn thì kỳ lạ thay, sự hiểu biết về chính những cảm giác tâm sinh lý sơ đẳng trên của con người vẫn còn là bí ẩn, cho đến khi những nghiên cứu tiên phong của Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka hé lộ được một phần. 

Bạn có sợ ma? 

Bạn đã từng ít nhất một lần trong đời có cảm giác sợ hãi một cái gì đó vô hình, như sợ ma khi đi một mình trong đêm tối chẳng hạn[5]? Bạn đang đi một mình, bỗng nghe thấy tiếng chân ai đó phía sau. Mỗi lúc mỗi nhanh. Bạn tự nhủ: Không có gì đâu. Không có gì đâu… Nhưng rõ ràng bạn đang rất sợ hãi. Có ai đó đang thực sự ám theo… 

Bạn co cẳng chạy một mạch về nhà. Vừa mở cửa vừa run bần bật. Hơi thở gấp gáp. Trống ngực đánh thình thình. 

Thực sự chuyện gì đã xảy ra vậy? Khi bạn vừa thấy một cái bóng chấp chới phía sau, các tín hiệu thần kinh từ não được truyền đi khắp cơ thể để báo động lần thứ nhất. Tuyến yên bắt đầu tiết ra hormone và giải phóng vào các mạch máu, kích hoạt tuyến thượng thận. Tuyến này bắt đầu tiết ra cortisol, adrenalin và noradrenalin để báo động cơ thể lần hai: Chạy thôi! 

Các tế bào chất béo, tế bào cơ, tim, gan, phổi và các kinh mạch liền phản ứng tức thì. Máu tràn ngập các phân tử mỡ và đường, cuống phổi nở rộng, nhịp tim tăng nhanh. Những điều này giúp cho hệ cơ có thêm năng lượng và oxy để chạy. Mục đích là để chạy thật nhanh. Chạy như ma đuổi! 

Như vậy, hàng nghìn tỷ tế bào trong cơ đã tương tác với nhau và cùng hoạt động nhịp nhàng. Nhưng các tế bào này phần lớn đã biệt hóa. Mỗi loại có một chức năng riêng: loại thì chứa các phân tử chất béo, loại ghi nhận hình ảnh, loại tạo hormone, loại sản xuất tế bào cơ… Để mỗi người có thể hoạt động được, các loại tế bào này phải vận hành đồng bộ nhịp nhàng như một thể thống nhất. Muốn vậy, chúng phải cảm nhận được mọi thứ đang xảy ra xung quanh. Nói cách khác, chúng cần các cảm biến. 

Những cảm biến trên bề mặt tế bào được gọi là các thụ thể theo nghĩa chúng nhận tín hiệu hóa học được chuyển dẫn bởi các hormone và sau đó kích hoạt các quán trình khác ở bên trong tế bào. Chính nhờ những nghiên cứu về các thụ thể này mà Robert J. Lefkowitz và Brian K. Kobilka đã được giải Nobel Hóa học năm nay. Họ đã làm rõ cách thức các GPCR - các thụ thể bắt cặp protein-G - hoạt động. Hầu hết các quá trình sinh lý trong cơ thể phụ thuộc vào các GPCR này. Thực tế, khoảng một nửa các loại thuốc chữa bệnh tác động đến cơ thể thông qua các GPCR này. Đến đây, ý nghĩa thực tế của các nghiên cứu này, đặc biệt trong ngành dược phẩm, đã được hé lộ. 

Chính vì vậy, tri thức về các thụ thể bắt cặp protein-G (GPRC) là cực kỳ cần thiết và mang lại những lợi ích rất lớn đối với con người. Nhưng trong suốt một thời gian rất dài, con người đã không thể hiểu được chúng. Lý do là chúng ẩn nấp quá kỹ dưới lớp màng của các tế bào. Chỉ khi các phương tiện kỹ thuật đủ mạnh, kết hợp với những ý khoa học đầy sáng tạo, chúng mới được phát hiện và nghiên cứu. 
Hình 1: Chạy thôi! Các tín hiệu thần kinh và hormone từ não cảnh báo cơ thể. Tuyến thượng thận liền tiết ra các hormone báo động vào các mạch máu. Các tế bào khắp cơ thể cảm nhận thấy có gì đó đang xảy ra thông qua các chất nhận. 

Truy tìm các thụ thể 

Ngay từ cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học đã làm các thí nghiệm về tác động của adrenalin với cơ thể[6]. Họ thấy rằng, adrenalin có tác dụng làm tăng nhịp tim, tăng huyết áp và giãn đồng tử. Chính nhờ công dụng này mà adrenalin được sử dụng làm thuốc trợ tim trong các trường hợp cấp cứu khẩn cấp. Tuy nhiên, vì cho rằng, tác dụng của adrenalin được thực hiện thông qua hệ thần kinh, nên họ đã làm tê liệt hệ thần kinh của con vật thí nghiệm. Kỳ lạ thay, adrenalin vẫn còn tác dụng. Kết luận: các tế bào cần phải có các thụ thể để cảm nhận được sự có mặt của các chất ở môi trường xung quanh, chẳng hạn như các hormone, chất độc và thuốc. 

Nhưng khi các nhà khoa học tìm kiếm các thụ thể này, họ như húc đầu vào bức tường đá vậy. Rõ ràng là adrenalin ở ngoài tế bào, nhưng lại gây ra những phản ứng ở bên trong tế bào. Mỗi tế bào đều có một màng bao bọc. Vậy tín hiệu đã được truyền qua màng tế bào như thế nào? Và làm sao, phần nội bào lại có thể cảm nhận được những gì đang xảy ra ở ngoại bào? 

Các thụ thể này đã ẩn nấp quá kỹ trong màng tế bào, vì thế đã không thể bị phát hiện, cho đến khi Robert J. Lefkowitz tìm ra và công bố năm 1970[7]. Thành tích này đã được đón nhận nồng nhiệt. Một chân trời khoa học mới đã được mở ra. 

Cùng khoảng thời gian này, hiểu biết về những gì xảy ra bên trong tế bào ngày càng thêm rõ ràng. Các nhà khoa học đã tìm ra một nhóm protein-G[8] bị kích hoạt bởi tín hiệu hóa học nhận được từ một thụ thể, để rồi sau đó, sẽ khởi động chuỗi phản ứng bên trong tế bào. Đến những năm 1980, quá trình truyền tin từ bên ngoài vào bên trong tế bào đã bắt đầu được hiểu rõ. 

Hình 2: Quá trình truyền tin từ ngoài vào trong tế bào thông qua thụ thể bắt cặp protein-G (GPCR): Khi một hormone, phân tử mùi hoặc vị bắt cặp với một thụ thể trên bề mặt tế bào, một chuỗi các quá trình bên trong tế bào được kích hoạt theo trình tự (1)-->(4). 

Phát triển dược phẩm 

Tuy không được phát hiện và nghiên cứu, nhưng giả thuyết về sự tồn tại các thụ thể vẫn được các nhà khoa học sử dụng để phát triển các loại thuốc mới. Trong những năm 1940, Raymond Ahlquist đã nghiên cứu phản ứng của các bộ phận khác nhau trong cơ thể đối với các chất tương tự như adrenalin. Những nghiên cứu này cho thấy, đối với adrenalin, có hai loại thụ thể khác nhau: Một loại làm cho các tế bào cơ trơn ở thành mạch máu co lại, còn loại kia lại có tác dụng kích thích tim. Raymond Ahlquist gọi chúng là thụ thể loại alpha và beta. Những nghiên cứu tiếp sau đó đã giúp tìm ra loại thuốc ức chế beta, dùng để kiểm soát chứng rối loạn nhịp tim và huyết áp cao, một trong những loại thuốc phổ biến nhất trong điều trị tim mạch hiện giờ. 

Những loại thuốc như vậy, rõ ràng là đã được kiểm chứng là có tác dụng, và trên thực tế đã được dùng để điều trị cho bệnh nhân. Nhưng cơ chế tác động của thuốc ra sao vẫn còn là điều bí ẩn. Sau hàng chục năm tìm kiếm mà không thấy, chính Raymond Ahlquist cũng đã phải nghi ngờ giả thuyết về hai loại thụ thể của mình, đến mức cho rằng chúng chỉ là những khái niệm trừu tượng dùng để giải thích phản ứng của các mô đối với các loại hóa chất khác nhau, chứ trên thực tế, chúng không tồn tại. Chính vì vậy, việc tìm ra các thụ thể là một bước đột phá của khoa học và có tác động rất lớn trong ngành dược phẩm. Ngày nay, có đến khoảng 50% các loại thuốc đang lưu hành có tác động thông qua sự trợ giúp của các thụ thể. 

Tóm lại, việc tìm ra các thụ thể và vài trò của chúng trong việc truyền tin không chỉ mang lại lợi ích to lớn trong việc chăm sóc sức khỏe con người, mà còn giúp con người hiểu rõ hơn về nguồn gốc và cơ chế phát sinh cảm giác, và sau đó là cảm xúc, của bản thân mình. 

Một chân trời mênh mông bắt đầu được mở ra. Ngoài những lợi ích to lớn mà nó mang lại cho ngành y tế và dược phẩm, thì việc chúng tác động ra sao đến đời sống con người, khi nguồn gốc và cơ chế của cảm xúc được giải mã, vẫn là điều khó đoán định. Thử hình dung: Bạn sẽ phản ứng ra sao nếu bị tiêm một liều “thuốc yêu” để suốt đời phải yêu một người, hoặc một điều gì đó? Và sẽ phán xét ra sao nếu một nhà độc tài tiêm “thuốc yêu” cho cả dân tộc để luôn được tôn thờ? 

Câu trả lời thật không dễ dàng, nhưng cảm giác rùng mình là có thật. 

------
Ghi chú:

[1] "for studies of G-protein-coupled receptors" (tạm dịch là: thụ thể bắt cặp với protein-G), nobelprize.org, 2012. 
[2] Hormone (thường được phiên âm là hoóc-môn) là những chất mà tế bào hoặc các tuyến nội tiết trong cơ thể tiết ra để truyền tín hiệu hóa học và gây ra ảnh hưởng ở các tế bào hoặc bộ phận khác trong cơ thể. 
[3] Guanine nucleotide-binding proteins. 
[4] Tiếng Hy Lạp: γνῶθι σεαυτόν. Phiên âm Latin: gnōthi seauton. 
[5] Từ phần này trở đi, hình ảnh và một phần lớn thông tin được trích từ tài liệu dành cho đại chúng của Ủy ban Nobel 2012: Information for the Public: Cells and sensibility, Nobelprize.org. 
[6] Hợp chất có công thức hóa học C9H13NO3, được tách triết từ tuyến thượng thận lần đầu năm 1895 bởi Napoleon Cybulski và tổng hợp trong phòng thí nghiệm lần đầu năm 1904 một cách độc lập bởi Friedrich Stolz và Henry Drysdale Dakin. Ngày nay, adreanlin được dùng nhiều trong các dược phẩm về tim mạch. 
[7] Proc Natl Acad Sci USA 65, 745-752; Science 170, 633-635. 
[8] Thành tích này đã mang lại Giải Nobel Y học cho Alfred G. Gilman và Martin Rodbell năm 1994, vì đã “tìm ra các protein-G và vai trò của chúng trong quá trình truyền tin bên trong tế bào” (“for their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells").