Đặc điểm lâm sàng, yếu tố nguy cơ và biểu thể di truyền của bệnh Parkinson khởi phát sớm

Luận án tiến sĩ y học Đặc điểm lâm sàng, yếu tố nguy cơ và biểu thể di truyền của bệnh Parkinson khởi phát sớm. Bệnh Parkinson được bác sĩ James Parkinson phát hiện lần đầu vào năm 1817, là một bệnh thoái hóa thần kinh thường gặp và đứng hàng thứ hai (sau bệnh Alzheimer) trong các bệnh lý thần kinh1. Khoảng 1-2% người trên 65 tuổi và 4- 5% trên 85 tuổi mắc bệnh Parkinson. Tuy nhiên, khoảng 10% bệnh Parkinson xảy ra ở những người trẻ tuổi (20-50), và nam giới có xu hướng mắc bệnh cao hơn (1,5 lần) so với nữ giới2.
Cơ chế bệnh học chính của bệnh Parkinson là sự suy giảm các tế bào dopamin (dopaminergic neurons) trong ‘chất đen’ (substantia nigra). Cho tới nay, chưa có thuốc ức chế sự suy giảm tế bào dopamin, và chưa có phương pháp điều trị tận gốc. Do đó, mục tiêu kiểm soát triệu chứng và tối thiểu hoá các biến chứng bằng cách tăng nồng độ dopamin trong não qua các thuốc có chức năng sản sinh dopamin3.

Bệnh Parkinson thuộc vào nhóm các bệnh phức tạp, vì chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và di truyền3. Phơi nhiễm thuốc trừ sâu có liên quan đến nguy cơ bệnh Parkinson. Tiếp xúc với 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6- tetrahydropyridine (MPTP), paraquat hoặc kim loại nặng (mangan, chì) làm tăng nguy cơ mắc bệnh Parkinson4. Các gen gây ra bệnh Parkinson đã được phát hiện, bao gồm SNCA, LRRK2, GBA, PINK1. Một số gen có liên quan đến nguy cơ mắc bệnh Parkinson, bao gồm các biến thể của nhóm gen (haplotype) MAPT H1 vùng khởi động của SNCA, tính đa hình chung của UCHL1 và một biến thể của LRRK2. Các gen liên quan đến vận chuyển và chuyển hóa dopamin, stress oxy hóa và chuyển hóa xenobiotics (CYP2D6 và GSTs)5.
Biểu thể di truyền (tạm dịch từ thuật ngữ “epigenetics”) liên quan đến những thay đổi trong biểu hiện của gen mà không có ảnh hưởng đến trình tự DNA, đóng một vai trò quan trọng trong sinh lý bệnh của các bệnh thoái hóa thần kinh, bao gồm cả bệnh Parkinson, là một cơ chế rất có ích để nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường tác động đến gen trong bệnh Parkinson và có thể giải thích thêm các ca bệnh. Tất cả các tế bào trong cơ thể con người có cùng một cấu trúc gen và hệ gen, nhưng sản phẩm của gen trong các tế bào lại rất khác nhau. Lý do của sự khác nhau là do tương tác giữa gen và môi trường trong tế bào, gọi là biểu thể di truyền26. Có nhiều bằng chứng khoa học gần đây cho thấy cơ chế biến đổi gen có ảnh hưởng đến nguy cơ mắc bệnh Parkinson. Tuy nhiên, nghiên cứu về sự tương tác giữa gen và môi trường qua biểu thể di truyền đến bệnh Parkinson trên thế giới rất ít và những nghiên cứu này không thể áp dụng cho người Việt Nam và chưa có nghiên cứu ở người Á châu.
Bệnh Parkinson thường xảy ra ở người trên 65 tuổi, đa số do thoái hóa thần kinh, một số trường hợp bệnh Parkinson khởi phát ở người trẻ tuổi (20-50), gọi là bệnh Parkinson khởi phát sớm (EOPD), thường là do đột biến gen1. Bệnh cảnh lâm sàng của bệnh Parkinson khởi phát sớm tương tự như bệnh Parkinson thể khởi phát người lớn tuổi, đáp ứng tốt với điều trị levodopa. Tuy nhiên, những trường hợp bệnh nhân có mang gen bệnh Parkinson nhưng lại không biểu hiện bệnh Parkinson, phải chăng có những yếu tố môi trường tác động đến gen làm thay đổi biểu hiện của gen và những chức năng khác của gen, quá trình này được gọi là biểu thể di truyền. Và biểu thể di truyền có tác động lên bệnh Parkinson khởi phát sớm hay không? Vai trò của biểu thể di truyền tác động lên bệnh Parkinson khởi phát sớm như thế nào? Chính vì vậy, chúng tôi thực hiện nghiên cứu “Đặc điểm lâm sàng, yếu tố nguy cơ và biểu thể di truyền của bệnh Parkinson khởi phát sớm” với các mục tiêu sau:
1. Mô tả đặc điểm lâm sàng bệnh Parkinson khởi phát sớm
2. Xác định tỷ lệ một số các yếu tố nguy cơ bệnh Parkinson khởi phát sớm
3. Mô tả đặc điểm biểu thể di truyền ở nhóm bệnh Parkinson khởi phát sớm

 MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN……………………………………………………………………..i
LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………………………………………..ii

MỤC LỤC……………………………………………………………………………………………….iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ………………………………………………………….. v

DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………………………viiii
DANH MỤC HÌNH …………………………………………………………………………………. ix

DANH MỤC BIỂU ĐỒ……………………………………………………………………………. x

ĐẶT VẤN ĐỀ………………………………………………………………………………………….. 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU………………………………………………………. 3

1.1. Bệnh Parkinson ………………………………………………………………………………. 3

1.2. Bệnh Parkinson khởi phát sớm ………………………………………………………. 18

1.3. Yếu tố môi trường và gen trong bệnh Parkinson khởi phát sớm ………… 20

1.4. Vai trò của biểu thể di truyền (epigenetics) trong bệnh Parkinson khởi phát sớm ……………………………………………………………………………………………………. 25

1.5. Tình hình nghiên cứu về các yếu tố môi trường và biểu thể di truyền trong bệnh Parkinson ……………………………………………………………………………………. 33

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………. 38

2.1. Thiết kế nghiên cứu……………………………………………………………………….. 38

2.2. Đối tượng nghiên cứu…………………………………………………………………….. 38

2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu……………………………………………………. 39

2.4. Cỡ mẫu của nghiên cứu………………………………………………………………….. 39

2.5. Định nghĩa biến số và xác định biến số độc lập, phụ thuộc…………………. 41

2.6. Kỹ thuật đo lường và tiêu chuẩn chẩn đoán trong nghiên cứu phân tích biểu thể di truyền (epigenetics)…………………………………………………………………….. 49
iv
2.7. Các quy trình trong nghiên cứu……………………………………………………….. 58
2.8. Phương pháp phân tích số liệu ………………………………………………………… 60
2.9. Đạo đức trong nghiên cứu ……………………………………………….61
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU…………………………………………………… 62

3.1. Mô tả lâm sàng bệnh Parkinson khởi phát sớm ………………………………… 62

3.2. Mối liên quan giữa các yếu tố dân số xã hội và môi trường với bệnh Parkinson khởi phát sớm………………………………………………………………………. 70

3.3. Biểu thể di truyền đánh giá mức độ methyl hóa trên toàn bộ bộ gen ……. 73

CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN……………………………………………………………………….. 86

4.1. Đặc điểm lâm sàng ở nhóm bệnh nhân Parkinson khởi phát sớm ………… 86

4.2. Mối liên quan giữa các yếu tố môi trường và bệnh Parkinson khởi phát sớm ………………………………………………………………………………………………………….. 93

4.3. Biểu thể di truyền ………………………………………………………………………….. 95
KẾT LUẬN………………………………………………………………………………………….. 106
KIẾN NGHỊ……………………………………………………………………105
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

 DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Các chất độc môi trường liên quan đến bệnh Parkinson ……………….. 22 Bảng 1. 2: Danh sách những gen có liên quan đến bệnh Parkinson ……………….. 24 Bảng 1. 3: Thay đổi mức độ miRNA trong bệnh Parkinson………………………….. 29 Bảng 1. 4: Tổng hợp những thay đổi biểu thể di truyền trong bệnh Parkinson… 36 Bảng 3. 1: Thời gian khởi phát bệnh và chẩn đoán bệnh………………………………. 62 Bảng 3. 2: Nhóm triệu chứng chậm vận động …………………………………………….. 63 Bảng 3. 3: Nhóm triệu chứng ngoài vận động ……………………………………………. 64 Bảng 3. 4: Biến chứng vận động ………………………………………………………………. 64 Bảng 3. 5: Thời gian điều trị theo từng loại thuốc ………………………………………. 66 Bảng 3. 6: Điểm số rối loạn vận động thang điểm MDS-UPDRS III ……………….. 66 Bảng 3. 7: Yếu tố môi trường liên quan điểm MDS-UPDRS III……………………. 67 Bảng 3. 8: Thời gian bệnh liên quan điểm MDS-UPDRS III ………………………… 67 Bảng 3. 9: Triệu chứng khởi phát bệnh liên quan điểm MDS-UPDRS III………. 68 Bảng 3. 10: Triệu chứng ngoài vận động liên quan điểm MDS-UPDRS III ……. 69 Bảng 3. 11: Giai đoạn Hoehn-Yahr liên quan điểm MDS-UPDRS III……………. 69 Bảng 3. 12: Thuốc điều trị liên quan điểm MDS-UPDRS III ……………………….. 70 Bảng 3. 13: Tuổi và bệnh Parkinson khởi phát sớm ……………………………………. 71 Bảng 3. 14: Các yếu tố nguy cơ và bệnh Parkinson khởi phát sớm………………… 71 Bảng 3. 15: Tỷ số số chênh các yếu tố nguy cơ liên quan với bệnh Parkinson khởi phát sớm ………………………………………………………………………………………………… 73 Bảng 3. 16: Vùng gen liên quan đến các vị trí CpGs methyl hóa bất thường và toàn bộ CpGs…………………………………………………………………………………………………. 76 Bảng 3. 17: Vùng CpG island liên quan đến vị trí CpGs methyl hóa bất thường và toàn bộ CpGs………………………………………………………………………………………….. 77 Bảng 3. 18: Vùng khác biệt methyl hóa (DMRs) liên quan đến các yếu tố lâm sàng ……………………………………………………………………………………………………………… 82
Bảng 4. 1: Số lượng CpGs ở mỗi gen và các vùng gen khác nhau trên 7 gen liên
quan đến bệnh Pakinson………………………………..…………………………………100
Bảng 4. 2: Vị trí của các gen ở các nghiên cứu khác nhau…………………….101
ix
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1: Các bước gây ra sự tích tụ synuclein alpha (SNCA) ………………………. 6 Hình 1. 2: Quá trình chết của tế bào bởi rối loạn ty thể ở bệnh nhân Parkinson … 7 Hình 1. 3: Rối loạn ty thể và stress oxy hóa trong bệnh Parkinson ………………….. 8 Hình 1. 4: Ngộ độc glutamat dẫn đến hoại tử và chết tế bào thần kinh…………… 10 Hình 1. 5: Cơ chế viêm thần kinh trong bệnh Parkinson………………………………. 11 Hình 1. 6: Liên kết giữa tuổi, môi trường, gen trong bệnh Parkinson …………….. 20 Hình 1. 7: Vai trò của methyl hóa DNA trong bệnh Parkinson……………………… 26 Hình 1. 8: Quá trình acetyl hóa histon và ảnh hưởng trên sao chép gen …………. 28 Hình 1. 9: Tác động của yếu tố môi trường và gen đối với EOPD…………………. 30
Hình 1. 10: Sơ đồ về tác động của các yếu tố môi trường đối với biểu thể di truyền
ở bệnh Parkinson……………………………………………………………………….31
Hình 2. 1: Quy trình chuẩn bị thư viện cho việc giải trình tự toàn bộ hệ gen đã được bisulfite của bộ kit Zymo-Seq WGBS Library ……………………………………………. 51 Hình 2. 2: Xử lý với bisulfite ……………………………………………………………………. 52 Hình 2. 3: Phương pháp của Bismark trong định vị (mapping) và xác định các vị trí methyl hóa. ………………………………………………………………………………………… 54 Hình 2. 4: Cách xác định hệ số methyl hóa cho từng vị trí CpGs…………………… 55 Hình 2. 5: Mô tả vị trí khác biệt methyl hóa (DMCs) và vùng khác biệt methyl hóa (DMRs)………………………………………………………………………………………………….. 56 Hình 2. 6: Các vùng chú giải cho vùng gen và CpGs. ………………………………….. 57
Hình 4. 1: So sánh mức độ methyl hóa giữa hai nhóm trên các vùng gen khác
nhau của SNCA………………………………………………………………..102
x
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3. 1: Triệu chứng khởi phát bệnh…………………………………………………… 63
Biểu đồ 3. 2: Giai đoạn bệnh theo Hoehn và Yahr ………………………………………. 65
Biểu đồ 3. 3: Thuốc điều trị ……………………………………………………………………… 65
Biểu đồ 3. 4: Giới tính và bệnh Parkinson khởi phát sớm …………………………….. 70
Biểu đồ 3. 5: Biểu đồ miêu tả giá trị beta của toàn bộ CpGs được xác định trên tất
cả các mẫu ……………………………………………………………………………………………… 74
Biểu đồ 3. 6: 1338 DMCs có sự khác biệt methyl hóa giữa nhóm bệnh và nhóm
chứng…………………………………………………………………………………………………….. 75
Biểu đồ 3. 7: Biểu đồ mô tả những DMCs ở những vùng gen và các vùng CpGs
khác nhau cho các DMCs khác nhau và toàn bộ CpGs trên nhiễm sắc thể ……… 77
Biểu đồ 3. 8: 226 DMRs được chọn lọc từ 1338 DMCs và sự phân bố số lượng
CpGs trong các DMRs trong và ngoài vùng gen. ………………………………………… 78
Biểu đồ 3. 9: Biểu đồ miêu tả số lượng các DMRs ở các vùng gen và vùng CpGs
khác nhau……………………………………………………………………………………………….. 79
Biểu đồ 3. 10: Biểu đồ vị trí của các DMRs trên các nhiễm sắc thể khác nhau…80
Biểu đồ 3. 11: Biểu đồ mô tả giá trị methyl hóa của 1 DMR nằm ở nhiễm sắc thể
số 2 chứa 28 DMCs có giá trị khác biệt methyl hóa giữa hai nhóm bệnh nhân và
nhóm chứng……………………………………………………………………………………………. 80
Biểu đồ 3. 12. Các đường sinh học liên quan đến các DMRs – vùng khác biệt
methyl hóa……………………………………………………………………………………………… 81
Biểu đồ 3. 13. Vùng khác biệt methyl hóa bị ảnh hưởng bởi việc tiếp xúc với thuốc
trừ sâu……………………………………………………………………………………………………. 83
Biểu đồ 3. 14. Vùng khác biệt methyl hóa bị ảnh hưởng bởi việc sống ở vùng nông
thôn……………………………………………………………………………………………………….. 84
Biểu đồ 3. 15: Biểu đồ giảm chiều bằng phương pháp PCA dựa trên dữ liệu methyl
hóa của 1338 CpGs …………………………………………………………………………………. 8