Sự giảm sút mức độ serotonin có thể dẫn đến tình trạng tâm trạng kém và lo âu, sự thiếu hụt norepinephrine có thể ảnh hưởng đến sự tỉnh táo và sự chú ý, khiến người ta cảm thấy thiếu năng lượng; dopamin đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phần thưởng và động lực, sự giảm sút của nó có thể dẫn đến cảm giác thiếu vắng niềm vui… Tất cả điều này đều liên quan đến chất dẫn truyền thần kinh, một loại phân tử tín hiệu trong não.
Chúng không chỉ duy trì chức năng của não mà còn ảnh hưởng đến nhiều cảm giác tinh tế ở sâu thẳm trong lòng người. Sự xuất hiện của các bệnh tâm thần thường gắn liền với sự rối loạn của hệ thống chất dẫn truyền thần kinh.
“Người giao hàng” của tín hiệu não
Chất dẫn truyền thần kinh giữ vai trò chủ chốt trong quá trình truyền tải tín hiệu não, bắt đầu từ các protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh, được coi là “người giao hàng” của tín hiệu thần kinh.
Là hệ thống xử lý thông tin sinh học phức tạp nhất trong tự nhiên, bộ não con người có khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh. Các tế bào thần kinh truyền đi tín hiệu thần kinh thông qua sợi trục. Phần cuối của sợi trục phình ra sẽ hình thành các đuôi synapse, tiếp xúc chặt chẽ với các thể hoặc nhánh của các tế bào thần kinh khác, tạo thành các nút quan trọng cho việc truyền tải tín hiệu thần kinh – synapse. Theo thống kê, tổng số synapse trong não đạt khoảng 10^15, với mỗi tế bào thần kinh có thể kết nối với hàng nghìn tế bào thần kinh khác thông qua synapse.
Khi sợi trục của các tế bào thần kinh mở rộng ra xa, chúng sẽ phân nhánh như dòng nước nhỏ, từ từ phình ra ở đầu thành các đuôi synapse như giọt nước. Các đuôi synapse có thể tiếp xúc với thân tế bào hoặc nhánh của nhiều tế bào thần kinh, trong khi vẫn giữ được khoảng cách nhất định giữa chúng, được gọi là khoảng trống synapse.
Trong quá trình truyền tải tín hiệu thần kinh, “khoảng trống” này đóng vai trò quan trọng. Tín hiệu thần kinh đi dọc theo sợi trục đến các đuôi synapse. Các bóng nhỏ bên trong đuôi synapse sẽ hợp nhất với màng trước synapse, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh vào khoảng trống synapse. Một số “người giao hàng” nhỏ bé được gọi là protein vận chuyển bắt đầu công việc của chúng.
Các protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh nằm ở màng trước synapse có khả năng nhận diện đặc hiệu các chất dẫn truyền thần kinh mà chúng vận chuyển, thu hồi chúng về tế bào thần kinh trước synapse để chấm dứt việc truyền tải tín hiệu giữa các synapse, đảm bảo độ phân giải thời gian của thông tin truyền tải. Trong khi đó, các protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh nằm trên bóng synaptic sẽ nạp đầy chất dẫn truyền thần kinh vào bóng, chuẩn bị cho lần giải phóng tiếp theo, hoàn thành vòng tuần hoàn của chất dẫn truyền thần kinh.
Những “người giao hàng” này duy trì năng lượng dồi dào như thế nào để thực hiện công việc hiệu quả và chính xác? Hiện tại, giới khoa học vẫn chưa làm rõ được cơ chế này. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ điện tử lạnh để phân tích cấu trúc độ phân giải cao của các protein này, làm sáng tỏ quá trình vận chuyển của protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh và mô tả bức tranh hoàn chỉnh về việc thu hồi chất dẫn truyền thần kinh, nạp lại vào các bóng synapse, chuẩn bị cho sự xuất hiện của xung thần kinh tiếp theo.
Thúc đẩy phát triển thuốc mới cho bệnh tâm thần
Việc duy trì sự cân bằng động của nồng độ chất dẫn truyền thần kinh rất quan trọng cho cảm xúc bình thường, chức năng nhận thức và hoạt động cơ thể. Trong lâm sàng, việc ức chế protein vận chuyển để điều chỉnh nồng độ chất dẫn truyền thần kinh tương ứng là một trong những chiến lược chính để điều trị các bệnh tâm thần như trầm cảm và rối loạn tăng động giảm chú ý.
Trong nửa thế kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã cố gắng điều chỉnh sự cân bằng của hệ thống thần kinh bằng cách ức chế chức năng của các protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh cụ thể, nhằm điều trị các bệnh thần kinh liên quan. Tuy nhiên, loại thuốc này thường đi kèm với nhiều tác dụng phụ trong quá trình sử dụng lâm sàng. Ví dụ, thuốc chống trầm cảm phổ biến hoạt động bằng cách ức chế protein vận chuyển serotonin, nhưng có thể gây ra rối loạn chức năng tình dục và khó chịu ở đường tiêu hóa.
Trong bối cảnh này, việc tiết lộ sâu sắc cơ chế mà các phân tử thuốc hiện có tác động lên các protein vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh là rất quan trọng để tối ưu hóa thiết kế thuốc và phát triển các chiến lược điều trị nhắm mục tiêu mới.
Dựa trên điều đó, nhóm nghiên cứu đã phân tích cấu trúc của các protein vận chuyển liên quan đến các bệnh như trầm cảm, tâm thần phân liệt, nghiện chất và rối loạn tăng động giảm chú ý, kết hợp với các thí nghiệm chức năng để giải thích mô hình kết hợp và cơ chế tác động chọn lọc của các phân tử thuốc này. Điều này mang lại một góc nhìn mới cho việc thiết kế và phát triển thuốc liên quan.
Chặng đường dài phía trước, chúng tôi chỉ mới bước được một bước đầu tiên. Chúng tôi tin rằng, với sự nghiên cứu sâu về các protein vận chuyển, trong tương lai sẽ có thể đạt được điều chỉnh nhắm mục tiêu chính xác hơn trong điều trị bệnh tâm thần, thúc đẩy sự ra đời của nhiều loại thuốc mới với hiệu quả tốt hơn, ít tác dụng phụ hơn và khả năng gây nghiện thấp hơn, đồng thời hy vọng rằng chúng sẽ mang lại ánh sáng cho bệnh nhân tâm thần.
(Tác giả Zhao Yan là nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc)